激光射击及报靶装置研究与设计

论文摘要

本文介绍了一款基于图像处理技术的激光射击及报靶装置,该装置使用激光束模拟实际弹道,安全高效,报靶结果准确可靠,可作为士兵日常训练的辅助方式,亦可作为学生体验射击的有效途径。为了解决图像类报靶系统精度较低、易受干扰的问题,本文在搭建激光射击报靶装置的同时,重点研究图像处理过程中靶面参数的精确获取与系统抗干扰性能的优化方法。论文的主要工作有:首先,介绍装置的搭建方法及硬件选型,包括激光发射装置和靶图采集装置。其次,探讨靶面图像预处理的过程,对图像色彩变换、胸环区域分割、图像去噪等方法进行研究:研究复杂光线条件下靶面图像的分割方法,使用HSV色彩空间准确分割了胸环区域和脱靶区域;研究图像的去噪方法,采用高斯双边滤波,在保留环线细节的前提下,对靶面进行了有效去噪。然后,对靶面参数的获取方法进行研究,包括靶心、环线与光斑的定位:分析现有阈值分割、边缘检测等方法的不足,采用“基于局部均值差异的阈值分割算法”有效提取靶面环线信息;分析Hough圆检测方法的原理及缺陷,采用“基于距离直方图的同心圆检测算法”准确定位靶心与环线;分析现有光斑检测方法的原理,采用“基于最小距离迭代的光斑中心定位算法”准确定位光斑中心位置,并实验证明了该方法相比其他方法更加稳定。最后,对光斑检测中存在的主要干扰进行分析,提出解决多种干扰的有效方法,如使用形态学操作去除系统干扰,使用连通域分析法去除阴影、昆虫干扰等,并实验验证了这些方法的可行性。

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摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 射击报靶系统分类及特点

1.3.1 实弹射击报靶系统

1.3.2 模拟射击报靶系统

1.4 本文研究内容与章节安排

第2章系统方案设计

2.1 系统需求分析

2.1.1 功能需求

2.1.2 性能指标

2.1.3 系统总体框架

2.2 系统硬件选型

2.2.1 激光发射装置

2.2.1.1 单片机

2.2.1.2 通信模块

2.2.2 靶图采集装置

2.2.2.1 靶箱结构设计

2.2.2.2 摄像机的选型

2.3 系统软件介绍

2.3.1 软件开发工具

2.3.2 图像处理流程

2.3.3 GUI交互界面

2.4 本章小结

第3章靶面预处理

3.1 色彩空间与色彩变换

3.2 胸环区域分割

3.2.1 基于灰度阈值的分割

3.2.2 基于HSV色彩空间的分割

3.3 靶图滤波去噪

3.3.1 线性滤波

3.3.2 非线性滤波

3.3.3 高斯双边滤波

3.4 本章小结

第4章靶面参数获取方法研究

4.1 靶环与靶心定位

4.1.1 环线提取

4.1.1.1 基于阈值分割的环线提取

4.1.1.2 基于边缘检测的环线提取

4.1.1.3 基于局部均值差异的环线提取算法

4.1.2 基于Hough圆检测的靶心定位

4.1.3 基于距离直方图的环线检测

4.2 光斑检测与定位

4.2.1 光斑实时检测

4.2.1.1 运动目标检测方法

4.2.1.2 帧间差分法

4.2.2 光斑精准定位

4.2.2.1 重心法

4.2.2.2 最小二乘圆拟合法

4.2.2.3 基于最小距离迭代的光斑中心定位算法

4.3 成绩判定方法

4.4 本章小结

第5章系统抗干扰方法研究

5.1 可能存在的干扰

5.2 形态学去除椒盐类干扰

5.3 连通域识别干扰

5.3.1 连通域

5.3.2 连通域标记方法

5.3.3 连通域的特征量

5.4 本章小结

第6章实验验证与分析

6.1 椒盐噪声对环线定位的影响

6.2 不同光斑定位方法的稳定性分析

6.3 基于连通域的抗干扰实验

6.4 本章小结

第7章总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 崔金良

导师: 于正林

关键词: 图像处理,激光射击,自动报靶,高精度,抗干扰

来源: 长春理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,武器工业与军事技术,无线电电子学,计算机软件及计算机应用

单位: 长春理工大学

分类号: TJ5;TN249;TP391.41

总页数: 89

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