一种枪械修正量计算方法及其校枪系统

摘要

本发明公开了一种枪械修正量计算方法及其校枪系统，方法包括：(1)将激光发射器固定在枪管上，使发射的激光与枪管轴线平行，在瞄准靶心的同时激光发射器发射激光到靶纸上，拍摄靶面第一图像，从中提取基准光斑坐标；(2)射击N次，拍摄击发瞬间以及射击后靶面图像，从中提取N个击发瞬间光斑坐标以及射击后弹孔坐标；(3)通过击发瞬间光斑相对于基准光斑的位置变化，计算瞄准点偏差量；(4)将每个弹孔坐标减去其对应的瞄准点偏差量得到理论弹孔坐标；(5)计算理论弹孔的射弹散布中心，进而计算出枪械修正量。所述校枪系统包括相机、相机座、上位机、触发开关、激光发射器等。本发明可提高校枪的速度、准确率和可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理以及轻武器射击研究领域，特别涉及一种枪械修正量计算方法及其校枪系统。

背景技术

校枪是对于不符合预期射击效果的枪械，根据射弹偏差进行准星调校。目前，校枪的方法主要包括无弹激光校枪和实弹校枪两种。

无弹激光校枪是利用激光的准直特性调校枪械准星，激光发射器装在枪管上，与枪管平行。其具体过程是：先获取标准光斑位置，即通过弹道曲线计算枪械弹着点在靶心时枪管与水平面的角度，在此角度上，从装在枪管上与枪管平行的激光发射器发出的激光在靶面上的光斑位置为标准光斑位置；枪械的准星因使用或运输过程中的磕碰等多种原因导致其不在正确位置，即当弹着点在靶心、激光光斑在标准位置时，通过觇孔和准星瞄准的不是靶心，这种情况下瞄准靶心时会得到一个激光光斑位置，该光斑位置相对标准光斑位置的方向和距离即为偏差量，由于校枪的射击距离为确定值，将偏差量乘上一个系数则为准星需要调校的修正量。

该方法存在的主要问题是：对新枪，即枪管和零部件没有磨损时，该方法误差较小，使用该方法具有校枪速度快、不需发射实弹等优点。但对于使用过的枪械来说，由于枪管和零部件的磨损等原因会形成准星调校误差，且该调校误差随着应用的增多会逐渐积累，该方法并未考虑该误差，因此直接影响枪械的调校精度，后续还需通过实弹校枪来校正。

实弹校枪是目前广泛使用的校枪方法，实弹校枪过程是先发射一组实弹，通常为4发一组，获得4个弹孔位置并计算射弹散布中心，由此计算出准星修正量，调整准星位置以使射弹散布中心与靶心重合，达到校枪目的。现行实弹校枪主要采取人工检靶并计算修正量的方法，存在着以下缺点：

1、对射手技术水平要求极高，普通射手无法按照自身瞄准以及射击习惯校正武器。因为普通射手在射击过程中据枪不稳、猛扣扳机等都会使瞄准点产生偏差，进而影响弹着点位置，使得通过弹着点求出的射弹散布中心带有人为偏差，影响校枪的准确率和可靠性。

2、人工检靶和计算修正量所需时间较长，导致校枪速度慢、效率低，校正一支枪往往需要5～8分钟甚至更多的时间。

3、成本较高。通常需要一组校枪子弹，一组用于验证校枪效果的试射子弹，如果效果不好，还需要多发子弹再校再试。

目前两种方法都存在各自的优缺点，因此研究一种成本低、对射手水平要求低且校正准确的方法和系统具有重要的实用价值。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种枪械修正量计算方法，该方法具有计算速度快、计算结果准确、对测试人员射击水平要求低等优点。

本发明的另一目的在于提供一种用于实现上述枪械修正量计算方法的校枪系统，该系统具有校枪速度快、适用范围广、校枪准确率高等优点。

本发明的首要目的通过以下的技术方案实现：一种枪械修正量计算方法，包括步骤：

(1)将激光发射器固定在枪管上，使发射的激光与枪管轴线平行；在瞄准靶心后，触动触发开关，使激光发射器发射激光到靶纸上，拍摄靶面第一图像，从图像中提取基准光斑坐标；触发开关设置在扳机的后方以便于操作，这里的触发可以是人工触发，也可以和扳机联动触发。

(2)在瞄准靶心后，扣动扳机，同时击发瞬间触动触发开关，使激光发射器发射激光。射击N次，拍摄每次击发瞬间的靶面图像，每次射击完毕后，获取该次弹孔靶面图像；依次提取N个击发瞬间光斑坐标和N个弹孔坐标；

(3)计算击发瞬间光斑坐标相对于基准光斑坐标的变化量，即瞄准点偏差量；将每个弹孔坐标减去其对应的瞄准点偏差量得到理论弹孔坐标；

(4)根据N个理论弹孔坐标计算射弹散布中心，根据该射弹散布中心与靶面中心的位置计算出准星修正量，该准星修正量即为枪械修正量。

优选的，在步骤(1)激光发射器、触发开关与枪结合好之后，首先拍摄原始靶面图像；然后将靶面第一图像与原始靶面图像进行差分运算以去除背景信息，进而在其基础上提取基准光斑坐标。

更一步的，在步骤(2)中，提取N个弹孔坐标的步骤是：

第一次射击后弹孔靶面图像与原始靶面图像进行差分运算以去除背景信息，进而在其基础上提取第一次射击时弹孔坐标；

第一次以后，射击后弹孔靶面图像与上一次射击后弹孔靶面图像进行差分运算以去除背景信息，进而在其基础上提取该次弹孔坐标。

更进一步的，在步骤(2)中，提取弹孔坐标时，首先提取弹孔轮廓，然后计算每个弹孔轮廓的重心，该重心坐标即为弹孔坐标。

更进一步的，第一个击发瞬间光斑坐标是由第一次击发瞬间的靶面图像与原始靶面图像进行差分运算后提取得到；后面的击发瞬间光斑坐标是当前击发瞬间的靶面图像与上一次射击后弹孔靶面图像进行差分运算后提取得到。

更进一步的，在提取光斑或弹孔坐标时执行下面步骤：将用于光斑或弹孔识别的两帧图像用透视变换法做畸变校正；为了使图像仅包含靶纸信息，裁剪校正后的两帧图像；对两帧图像做差分运算，对差分得到的图像进行二值化和形态学处理以消除冗余信息，最后获得该次射击的光斑以及弹孔坐标。

优选的，在步骤(4)计算得到射弹散布中心后，分别计算每个弹孔坐标与射弹散布中心的距离，如果其最大值超过该型号枪械的自然散布半径，则认为当前枪械为不合格枪，校枪结束。从而避免人为产生的误差，以及枪管某处出现明显问题的情况。

用于实现上述枪械修正量计算方法的校枪系统，包括：相机、上位机、触发开关和激光发射器，相机通过相机座固定在靶纸前方以拍摄靶面图像，相机拍摄由上位机控制；激光发射器固定在枪管上，发射的激光与枪管平行，用于控制激光发射器发射激光的触发开关与上位机相连；上位机上设有显示器。

优选的，所述相机与地面成25°～30°夹角，与靶纸间隔一定水平距离(具体情况视地形条件选定)，用于拍摄靶纸(离地面高约1.5米)图像。

优选的，所述相机座由底板与防护板组成，底板通过紧固钉固定在地面上，用于保持相机的平稳；防护板位于相机背面用于保护相机以防被流弹击中；底板与防护板上有可移动相机固定接口，以适应不同地形相机拍摄角度的变化。

优选的，所述触发开关安装在枪扳机后方，通过手指触发或者扳机击发瞬间由扳机触发。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、通过激光光斑标示瞄准点变化，消除了击发瞬间由于据枪不稳、猛扣扳机等因素导致的瞄准点变化所造成的人为偏差，大幅度提高了校枪的准确率和可靠性。

2、不需要挑选专门的神枪手进行校枪，每个射手可以自行校枪，一方面节约了时间，提高了校枪的速度；另一方面射手根据个人瞄准习惯校准的枪械在使用时契合度更高。

3、通过本系统，校枪过程中不用人工观察靶纸，能够自动计算射弹散布中心和枪械修正量，节约了人工检靶以及计算的时间，提高了校枪速度。

附图说明

图1是本实施例校枪系统结构示意图。

图2是本实施例枪械修正量计算方法的流程图。

图3是靶面上计算击发瞬间瞄准点偏差量的示意图。

图4是靶面上计算理论弹孔坐标的示意图。

图5是靶面上计算射弹散布中心和枪械修正量的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，本实施例提出设置一校枪系统，包括相机1、相机座2、上位机3、触发开关4、激光发射器6。其中相机1固定在相机座2上，与地面成25°～30°夹角，距离靶纸7约2米，靶纸7距离地面1.5米。相机座2由底板与防护板组成，底板通过紧固钉固定在地面8上，用于保持相机的平稳，防护板位于相机背面用于保护相机以防被流弹击中；底板与防护板上有可移动相机固定接口，以适应不同地形相机拍摄角度的变化。激光发射器6固定在枪5的枪管上，发射的激光与枪管平行，其触发开关4安装在枪扳机后方。相机1和触发开关4均与上位机3信号连接。

上位机可采用带有显示屏的电脑，为了便于射手观察和控制可放置在射手的旁边。触发开关4可通过手指触发或者扳机击发瞬间扳机触发，一旦触发，则同步发送信号到上位机，上位机控制相机进行拍摄。本实施例所述枪械修正量计算方法，即对相机获取的靶纸图像进行弹孔识别、偏差计算以及修正量计算等步骤也均是由上位机计算实现。

下面结合图5，对本实施例枪械修正量计算方法进行具体说明，包括以下步骤：

(1)激光发射器、触发开关与枪械进行组装，开启系统，相机调焦，在上位机输入准备校枪指令，相机拍摄原始靶面图像。

(2)射手按照个人瞄准习惯瞄准靶心后，触动位于扳机后方的触发开关，激光发射器发射激光，系统收到指令，拍摄靶面第一图像，将所拍摄靶面第一图像与步骤(1)拍摄的原始靶面图像进行差分，提取激光光斑轮廓并计算其中心位置，得到基准光斑坐标，如图3中的Q点。本实施例中，提取光斑或弹孔坐标时均可采用下述方法：将用于光斑或弹孔识别的两帧图像用透视变换法做畸变校正；为了使图像仅包含靶纸信息，裁剪校正后的两帧图像；对两帧图像做差分运算，再通过对差分得到的图像进行二值化和形态学处理消除冗余信息，最后获得该次射击的光斑以及弹孔坐标。

(3)扣动扳机，当扳机到达击发位置，触动位于扳机后方的触发开关，激光发射器发射激光，系统收到指令，拍摄击发瞬间靶面图像，将所拍摄击发瞬间靶面图像与步骤(1)拍摄的原始靶面图像进行差分，提取激光光斑轮廓并计算其中心位置，得到击发瞬间光斑坐标，如图3中的q1，击发瞬间光斑坐标相对于步骤(2)得到的基准光斑坐标的变化量即为瞄准点偏差量。这里的瞄准点偏差量是由于击发瞬间因据枪不稳、猛扣扳机等因素导致的。

(4)采集射击后弹孔靶面图像，将图像与原始靶面图像进行差分，提取弹孔轮廓并计算其重心，得到弹孔坐标，如图4中的A，将弹孔坐标减去瞄准点偏差量得到理论弹孔坐标，如图4中的A’。

(5)再发射3发子弹，依次计算3次射击的理论弹孔坐标，分别得到图4中所示的B’、C’和D’。每次理论弹孔坐标计算步骤如下：

(5-1)击发瞬间光斑坐标通过将本次击发瞬间，扳机触动触发开关时的靶面图像，与上一次射击后采集到的弹孔靶面图像差分得到；

(5-2)击发瞬间光斑坐标相对于步骤(2)得到的基准光斑坐标的变化量即为本次瞄准点偏差量；

(5-3)弹孔坐标通过将本次采集到的弹孔靶面图像，与上一次射击后采集的弹孔靶面图像差分得到。

(5-4)将弹孔坐标减去瞄准点偏差量得到理论弹孔坐标。

(6)根据上面步骤得到的4个理论弹孔坐标计算理论弹孔射弹散布中心，如图5中的S点。

(7)分别计算四个理论弹孔与射弹散布中心之间的欧氏距离。

(8)取步骤(7)计算出的4个欧氏距离中的最大值。

(9)如果步骤(8)取得的距离值小于该型号枪械的自然散布半径，则计算枪械修正量，否则认为当前枪械为不合格枪，校枪结束。

(10)根据该射弹散布中心与靶面中心的位置计算出枪械修正量。

(11)将枪械修正量在显示屏上予以显示，射手根据显示的修正量确定是否需要修正；如不需要则校枪结束，枪械合格。如需要修正，射手按照修正量以及校正枪械所对应的准星修正方法修正准星。实际操作中，准星修正完毕后，可以再校正一次以检验修正效果。

具体的，参见图3，靶面上计算击发瞬间瞄准点偏差量的方法为：

A1、校枪过程中，瞄准靶心时的瞄准点称为正确瞄准点，将此时安装在枪械上与枪管平行的激光发射器所发射的激光在靶面上形成的光斑坐标Q称为基准光斑坐标。记录所述基准光斑坐标Q。

B1、发射4发子弹，通过图像采集设备分别记录击发瞬间光斑坐标，记为q1、q2、q3和q4。

C1、计算线段Qq1、Qq2、Qq3和Qq4在X和Y轴的距离，定义所述距离为击发瞬间瞄准点相对于基准瞄准点的偏差量。

参见图4，靶面上计算弹孔修正坐标的方法为：

A2、通过图像采集设备分别记录击发后弹孔坐标，记为A、B、C和D。将线段q1Q平移至实际弹孔坐标A，得到减去了瞄准点偏差量之后的理论弹孔坐标A’。B2、依次将线段q2Q、q3Q和q4Q平移至实际弹孔坐标B、C和D，得到减去了瞄准点偏差量之后的理论弹孔坐标B’、C’和D’。

参见图5，靶面上计算射弹散布中心和枪械修正量的方法为：

A3、分别求出A’、B’、C’和D’四个理论弹孔坐标X轴和Y轴的均值，即为理论弹孔的射弹散布中心S。

B3、射弹散布中心S到X轴和Y轴的距离即为当前校准枪械的准星在垂直和水平方向修正量。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。