基于图像处理的无弹射击训练系统设计与研究

论文摘要

射击打靶训练,是军队训练的重要项目之一。目前,大多仍采用实弹射击、人工报靶的传统方式,其劣势是效率较低、安全性较差。为满足军队射击训练及射击游戏广泛民用的需求,本文提出一种基于图像处理技术的无弹射击训练系统,主要研究内容如下：1、提出了一种无弹射击训练系统的总体设计方案。分析了射击训练系统的国内外研究背景、研究现状,预期要解决的主要问题；系统使用投影技术,具有射击场景无弹化、评定射击成绩实时、射击回放灵活等技术特点和显著进步。2、研究了无弹射击的图像采集和预处理。给出了一种实时图像采集系统设计,分析了软硬件配置、图像采集卡开发包；针对采集图像过程中的几何畸变,采用基于参考点的几何畸变校正,并通过双线性插值法进行校正后的像素灰度重建。该算法生成的校正图像效果较好；讨论了边界保持类平滑滤波方法,采用基于K近邻(KNN)中值滤波图像增强方法,相比均值滤波、中值滤波等方法,保持了较好的边界信息。3、给出了弹着点识别、射击成绩评定与射击回放的算法。采用基于类判别分析阈值法(Otsu算法)靶区划分、提取标准评分图像轮廓线及靶环区域、区域中心法提取靶心,建立的标准评分图像精确度高；采用帧间差分图像减影、阈值选择与二值化分割、最小二乘圆拟合法定位弹心相结合,实时评定射击成绩；并结合数据库技术建立受训者射击档案,并实现射击回放。4、设计并实现了本文无弹射击训练系统,概述了主要模块功能。经过各模块大量实验论证,本系统能够无弹化、实时、精确、高效地提供射击训练、成绩评定、射击回放。本系统的研究,对于推动军队信息化射击训练具有重要意义,并具有广泛的民用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 无弹射击训练系统研究背景
• 1.2 无弹射击训练系统国内外研究现状
• 1.3 课题项目背景介绍
• 1.4 系统预期解决的主要问题
• 1.5 本文研究工作和内容安排
• 2 无弹射击训练系统总体设计方案
• 2.1 引言
• 2.2 无弹射击训练系统总体设计方案
• 2.3 无弹射击训练系统的工作过程
• 2.4 图像显示系统
• 2.5 系统技术特点和显著进步
• 2.6 本章小结
• 3 图像采集与预处理算法
• 3.1 图像采集系统
• 3.1.1 CCD摄像机
• 3.1.2 图像采集卡
• 3.2 图像的预处理
• 3.2.1 图像几何畸变校正
• 3.2.1.1 几何畸变原因及类型分析
• 3.2.1.2 基于参考点的几何畸变校正
• 3.2.2 图像增强
• 3.2.2.1 常用图像增强方法
• 3.2.2.2 基于K近邻（KNN）中值滤波器图像增强方法
• 3.3 实验结果与分析
• 3.4 本章小结
• 4 弹着点识别、射击成绩评定与射击回放
• 4.1 引言
• 4.2 建立标准评分图像
• 4.2.1 基于类判别分析阈值法（Ostu）的靶区划分
• 4.2.2 标准评分图像靶心计算
• 4.2.3 提取靶图像轮廓线及靶环区域
• 4.3 弹着点提取与识别
• 4.3.1 图像减影技术
• 4.3.2 阈值选择与图像二值化
• 4.3.3 二值化后图像噪声滤除
• 4.4 弹着点射击成绩评定
• 4.4.1 基于最小二乘圆法弹心提取
• 4.4.2 弹着点射击成绩评定
• 4.5 射击回放
• 4.5.1 射击回放的必要性
• 4.5.2 射击回放的具体实现
• 4.6 实验结果与分析
• 4.7 本章小结
• 5 软件系统的设计与实现
• 5.1 引言
• 5.2 软件开发平台及系统构建中主要问题概述
• 5.2.1 软件开发平台
• 5.2.2 系统构建中主要问题概述
• 5.3 软件系统功能模块设计
• 5.4 本章小结
• 6 总结
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 将来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录