文 献 综 述
激光打靶信号处理系统研究
- 课题研究意义
射击打靶技术用实弹开支大，费用高，而传统的报靶为人工报靶，不精确且有很大的主观性，当今激光技术越来越成熟，运用于激光技术的也越来越多，针对以上问题，本课题计划研究将激光应用于打靶技术中，利用图像处理技术将靶数计算出来，发射部分用激光模拟技术，节约开支且减少危险系数，读靶部分利用摄像头采集数据求光斑中心，通过图像处理技术计算成绩。
- 研究现状
在打靶信号处理系统的研究中，大致出现了两种研究方法：（1）光电探测器法[1]-[8]，利用光电二极管探测阵列或者硅光电池，将光信号转换成电信号；（2）图像处理法[9]-[22]，使用摄像头拍摄靶面，经过图像处理之后求取光斑信息，进而计算出打靶成绩。
光电探测器法：南京师范大学顾敏芬等人绍了一种基于激光打靶机的软件测量方法，该方法利用激光打靶机的靶面作为探测器阵列，单片机根据导通接收管位置判断靶数[1]，军械工程学院的戴炳明等人介绍了一种智能型光电打靶模拟训练系统，使用硅光电池做成激光探测阵列[2]；太原理工的柴婷婷等人利用光电二极管以及相应电路组成光电传感器靶，打靶器采用无线发送技术,把信息通过无线发送模块发送出去,接收系统再通过无线接收模块把信息取出,再用汉字显示屏和实时显示系统显示打靶信息[3],咸阳中国兵器工业第二零二研究所的吴小役等人研究了激光靶的信号接收与处理电路,激光靶采用光敏二极管作为传感器，激光靶接受到激光信号后，经过信号处理，由单片机将信号发至个人电脑[4]；南京师范大学谢勇，杨涛等人用聚合物光纤作为靶面与探测器阵列之间的光学通道,有效地增强了系统的抗干扰能力[5]。南京师范大学谢海燕等人利用光电二极管阵列扫描和解码接收信号，并利用光纤的一些特性减少电磁干扰，抑制漫射光和背景光，提高系统抗干扰能力[6]。杭州电子工业学院的刘建等人设计了可用计算机实时查询打靶者成绩，具有精确度高，形象逼真的特点[7]。河北大学的陈晓峰通过比较选取了光电二极管作为本系统的靶面探测器，系统采用半导体激光器来代替枪械,光束经过大气和光纤束的传播到达靶面,再经过光电二极管将光信号变成电信号送到单片机进行处理[8]。
图像处理法又可大致分为二值化算法和背景差分法。
二值化算法：南京航空航天大学的张伟等人出了一种通过图像处理技术设计和实现的自动报靶系统，针对靶图像背景颜色对比度大的特点 ,采用一种基于灰度期望值的图像二值化算法，通过逐步分离的方法 ,将靶环从背景中分割出来[9]。陈冬娥研究了自动报靶系统的靶位各同心圆及弹着点的计算机图象处理方法，讨论了BMP图象格式的使用技巧 ,利用灰度级确定弹着点中心位置以及去除噪声斑点的计算机处理方法[10]。中北大学的王辉，姜大鹏等人计了一套基于图像处理技术的激光模拟射击训练系统，主要目标是获取激光打靶后的靶面图像和实现自动报靶[11]。中北大学的王辉在文中详细介绍了视频图像采集系统的硬件组成和工作原理,它用CCD摄像机及图像采集卡采集靶面图像,并通过视频传输线送至PC机进行实时处理及显示;着重研究了图像的识别判靶方法,包括靶环中心点的确定,环间距的计算,光斑中心点位置的判定以及打靶环值判定[12]。；
背景差分法：山东大学的吴磊等人在光斑提取中采用滤光纸以滤除部分日光的影响，数据记录分析用无线接收数据存储到数据库病设计光斑提取阈值，采用RGB求和法提取光斑，进而计算出距离[13]。张强，李静等提出了一种基于图像处理的激光打靶仪设计方案，系统使用摄像头采集靶面图像,采用背景差法确定弹着点，利用摄像头动态捕获视频靶面图像[14]。南京航空航天大学的李志究了激光光斑识别及判靶技术，针对运动背景中识别激光光斑的特点，设计了基于小波变换和加权重心法的激光光斑识别算法，该算法首先对靶位图像进行标准化处理，然后采用背景差分方法去除靶位背景，并通过小波阈值处理抑制背景噪声从而定位激光光斑。最后，判定激光光斑中心点是否在靶位有效区域并计算靶位环数,该技术适合在复杂光线环境中的移动靶位上，快速准确地识别激光光斑并计算打靶成绩[15]。大连海事大学的尚波在靶点检测设计时，讨论了铝箔靶物理检测和图像识别算法检测两种方案，图像识别检测靶点中的标志点跟踪算法和射击训练软件系统设计与实现是其研究重点[16]。。
哈尔滨工业大学的宿业勇重点研究了图像预处理重点研究了图像的几何校正和滤波除噪声算法，图像识别判靶部分主要是对图像识别算法的研究,研究了图像的三值化、靶环线的识别、背景模版的获取、弹孔的提取与环值判定算法，增加了读靶的精确度[17]。
综上所述，采用光电二极管接或者硅光电池作为探测器收激光信号,后续处理电路复杂,且抗干扰能力差，会出现误触发，误操作现象，而图像处理提取光斑法更加精确，且成本低，具有很高的发展前景。
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