模拟激光枪及其数据采集系统的设计与实现

摘要

近年来激光模拟射击系统在军事上、民用上都得到了较为广泛的应用。它不但具有节约弹药成本、安全性好、模拟场景逼真等优点，还可以根据适用领域的不同而设置不同的场景。且不需要耗费大量的人力物力，具有很好的可维护性和较高的实用价值。但以往大部分的激光模拟射击系统是在射击目标上采集激光数据，不仅设计成本高，而且不易维护。
　　模拟激光枪及其数据采集系统采用模拟激光枪作为激光发射装置，USB摄像头作为数据采集前端设备，无线蓝牙方式实现模拟激光枪与数据采集处理系统之间的通信。本设计实现的主要功能:模拟激光枪实现激光“子弹”的单次发射、连续发射以及换子弹功能，并将发射激光的信号通过无线方式传输到数据采集和处理中心;在接收到模拟激光枪装置发射激光的信号后，数据处理中心通过USB摄像头采集到含有激光光斑的图像，并通过图像处理获得激光光斑的坐标信息。
　　本文研究的重点包括模拟激光枪的软硬件设计和射击坐标的获取及校正两大部分，模拟激光枪部分主要讨论了激光枪外围电路的具体实现及软件主要模块的配置与分析;射击坐标的获取和校正部分首先分析了激光光斑图像的采集及其中心坐标的检测算法，然后介绍了采用图像处理方式获取校正系数的方法。结合数学计算中的平移、旋转和缩放等处理，实现激光光斑中心坐标的校正。
　　本系统采用模块化设计方法实现了一种基于摄像头的模拟激光枪及其数据采集系统。其主要优势在于射击坐标的获取和校正都是通过图像处理实现，不需要复杂的采集和标定设备，且性能稳定，精度高。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景及意义

1．2 课题来源

1．3 模拟射击系统研究现状

1．4 本文主要研究内容

第2章 系统关键技术描述

2．1 总体设计方案描述

2．2 模拟激光枪相关技术

2．2．1 激光技术的应用及特点

2．2．2 激光器简介

2．2．3 蓝牙无线传输技术简介

2．3 射击坐标获取相关技术

2．3．1 摄像头简介

2．3．2 图像处理功能描述

2．4 本章小结

第3章 模拟激光枪的软硬件设计

3．1 模拟激光枪硬件电路设计

3．1．1 电路总体设计

3．1．2 激光发射电路

3．1．3 倾斜开关电路

3．1．4 电源模块

3．1．5 蓝牙通信模块

3．2 主控芯片简介

3．3 模拟激光枪软件设计

3．3．1 软件开发环境介绍

3．3．2 激光枪主程序设计

3．3．3 按键模块设计

3．3．4 定时器配置

3．3．5 蓝牙串口通信协议

3．3．6 CRC校验

3．4 本章小结

第4章 射击坐标图像处理

4．1 射击坐标获取方案研究

4．1．1 采用光电探测器的射击系统

4．1．2 采用图像传感器的射击系统

4．1．3 本系统方案设计

4．1．4 射击坐标获取原理分析

4．2 激光光斑中心坐标获取

4．2．1 图像处理平台简介

4．2．2 激光光斑图像采集

4．2．3 激光光斑图像预处理

4．2．4 激光光斑中心检测方法

4．3 影像屏幕信息获取

4．3．1 背景图像预处理

4．3．2 影像屏幕轮廓信息提取

4．4 坐标校正算法的实现

4．5 本章小结

第5章 系统功能测试

5．1 模拟激光枪功能测试

5．2 数据采集与处理系统测试

5．2．1 屏幕位置信息获取模块测试

5．2．2 激光光斑坐标校正测试

5．3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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