基于图像处理的智能模拟射击训练系统

摘要

轻武器是警察、军人必备的重要装备之一，是打击敌人和保护自己的有力武器。在与敌人的交锋中，能否一枪命中，直接关系到警察和军人的生命安全，所以射击的命中率特别重要。要想在与敌人交锋中一招制敌，平时的射击训练是至关重要的。但是现在由于条件限制和安全因素，实弹射击训练困难重重，如缺少时间训练，训练费用高，训练人员多，训练场地小或没有，在都市安全因素等等。因此需要一种使用方便、安全的模拟射击系统。
　　 针对这一问题，本文提出了一种基于图像处理的模拟打靶系统。可以让军队、警察随时可以进行射击训练，并且对训练场地及设施没有特殊要求，室内、室外、野外都可以，既保证人身安全，又能提高射击技术水平和命中率。
　　 该系统由带标定点的目标靶、摄像头、激光发射器及模拟显示主机（即上位机，下同）等部分组成，摄像头和激光器固定在训练枪上，激光光斑可覆盖整个目标靶。激光器发射激光的同时，摄像头跟随激光器实时采集枪口正前方的图像，枪上系统对图像进行初步处理后再通过无线局域网送至上位机，上位机对该图像进行进一步处理获得标定点位置，进而得到瞄准位置，并对瞄准坐标进行实时显示和保存。
　　 本系统采用模块化设计，方便安装使用。枪上模块为系统核心部分，主要完成图像采集和数据传输。目标靶是以现有普通靶纸为基础，粘贴标定点后使目标靶更容易被摄像头捕捉到。枪上模块和上位机之间的数据传输采用无线通信方式，使用更加方便。
　　 枪上模块由arm主控系统、图像采集模块、通信模块和红外激光器等组成。摄像头加装窄带滤光片，与红外激光器配合使标定点更容易被检测到。
　　 本文先介绍光电技术和数字图像的基本原理，以及图像处理和无线通信的相关技术，然后设计相关硬件电路并完成软件编程。硬件方面，本文在对S3C2440处理器简单介绍的基础上主要对系统中使用到的相关模块、所有接口及涉及到的各种通信协议等进行了详细说明。软件方面，本文首先对枪上系统的交叉编译环境和上位机的本地环境进行简单介绍;然后介绍处理器与摄像头模块、加速度传感器、无线局域网模块等模块间通信的软件实现，以及为提高执行效率使用的代码重定位技术的原理和具体实现。并在文中给出部分源代码。
　　 本系统中使用了红外激光和滤光片，可以有效地减少杂光干扰提高系统可靠性。目标靶上使用了有逆反射特性的标定点，无需使用任何电器元件，使用方便，不易损坏。
　　 本系统可以很好地模拟实弹射击训练，并能多人共用一套系统，记录瞄准轨迹及击发时间，获得训练者的技术细节，提高训练效率，节省训练成本。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的主要研究内容

第二章 射击训练系统的方案设计

2．1 系统实现的总体技术方案

2．2 目标靶

2．3 枪上子系统

2．3．1 红外激光器

2．3．2 ARM9主控系统

2．3．3 摄像头模块

2．4 上位机子系统

2．5 通信接口

第三章 射击训练系统的硬件设计

3．1 目标靶设计

3．2 枪上系统

3．2．1 ARM9主控系统

3．2．2 图像采集模块

3．2．3 加速度传感器

第四章 控制系统的软件设计与实现

4．1 软件开发环境

4．1．1 上位机程序开发环境

4．1．2 枪上系统开发环境

4．2 软件流程

4．2．1 上位机程序流程

4．2．2 枪上系统程序流程

4．3 程序设计

4．3．1 代码重定位

4．3．2 内存管理单元MMU

4．3．3 ARM主控系统

4．3．4 图像采集

4．3．5 图像处理

第五章 通信接口

5．1 蓝牙通信

5．2 无线局域网通信

5．3 通信模块设计

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文