基于单片机控制的自动报靶系统设计-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名： 学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院、电气工程系专 业 ： 电气工程及其自动化设 计 题 目： 基于单片机控制的自动报靶系统设计指 导 教 师 : 2013 年 3 月 8 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述1.1 前言在军队射击训练和各种体育射击比赛中，示靶、检靶、报靶和成绩的记录统计，是训练和比赛过程中的主要保障工作。目前，这些保障工作大部分还是依靠人工来完成的。人工报靶有着工作量大、效率低、安全性差的特点。想要提高射击比赛或训练中报靶的效率，最主要是要解决自动报靶的问题。因此，设计制作并采用安全有效的自动报靶系统具有重要的现实意义也是迫切的现实需求。1.2 自动报靶系统的分类在检索和查阅以往的文献之后，我了解到目前较先进的报靶系统包括光电坐标靶、图像处理坐标靶、CCD线阵靶、声电坐标靶、光纤编码坐标靶刚、双电极短路坐标靶等。但以上这些方法也存在着各自的不足：有的技术过于复杂、有的不能用于野外实弹射击报靶、有的成本过高、有的着弹实报率较低、不适用于连发射击训练等缺点。以下简单介绍三种比较常用的自动报靶系统。1.2.1 基于激光坐标定位法实现的自动报靶系统激光坐标定位法在一些资料中也称为光电坐标定位法，光电靶是由 X、Y 两个方向上的激光网络构成， 如图 l 所示。 图 1.2.1 光电靶将普通靶纸置于激光网络之前并与之同轴，当子弹打破靶纸，并穿越激光网络时，会阻断相应位置处 X 和 Y 两个方向上的各一路激光，从而使接收装置(光敏管)开关状态发生变化。通过对光敏管开关状态进行编码，便可将子弹穿过时对应的光敏管状态进行记录，利用单片机对该信号进行处理，便可得到弹着点的坐标和环数。 激光坐标定位法的主要优点是在实际应用过程中不依赖于靶纸更不依赖于环境， 可以做到快速、安全、高效、准确地自动报靶。1.2.2 基于 CCD 线阵实现的自动报靶系统图 1.2.2 CCD 交汇原理测量图CCD 线阵靶利用交汇坐标测量原理实现报靶系统的坐标定位，其基本原理是：为测量空间一点的二维坐标，在竖直平面内放置两个线阵 CCD 图像传感器，两 CCD 的光轴交于空间一点，构成一个竖直的光电测量靶面。对于该竖直面的可成像范围(即两个CCD 视场在靶面内的交迭区)内任意一点，在两个 CCD 上各有一个像点与之相对应。这样，靶面内任意一点的坐标，就可以通过它在这两个 CCD 上的成像位置计算出来。如图 2 所示，以两个 CCD 光轴的交点为原点建立一个平面直角坐标系，轴平行于基线。CCD1 的中心位于点 S1，CCD2 的中心位于点 S2，d0 为基线长度。OS1 与 x 轴夹角为，OS2 与 y 轴夹角为 (它们被称为是交汇仰角，传统的两 CCD 交汇原理中二者大小相同)。靶面上任意一点 M 相对于两个 CCD 相机的主光线分别为 MA、MB。点 M 在两个CCD 上成像的像高分别为 h1、h2，且 h1 在光轴 OS1 之上为正，在 OS1 之下为负(h2 同理，因而图中所示的 h1 为正，h2 为负)。MA 与 x 轴夹角为，MB 与 y 轴夹角为。MA与光轴 OS1 夹角为 1，MB 与光轴 OS2 夹角为 2，CCD 镜头的焦距为 f。由其原理可知，只要确定焦距 f，测出基线长 d0、交汇仰角和，并由两个 CCD 输出的视频信号确定像高 h1 和 h2，便可得出靶面内任意一点 M 的坐标。CCD 具有体积小、灵敏度高、动态范围广、抗振动抗电磁干扰性强、传输速度快、实时性强、尺寸精度高等特点，在靶场测试中得到越来越多的应用。1.2.3 基于图像处理实现的自动报靶系统前端图像采集部分包括：靶面装置、图像采集；后端图像处理部分包括图像处理、数据管理和显示装置，如图 3。图 1.2.3 图像处理自动报靶流程图后台计算机向自动换靶装置发出启动信号。换好靶纸后，CCD 摄像头开始工作，周期性对靶纸图像进行采集，采集到数据后将图像发送到图像处理设备，进行环线识别，靶心定位和弹孔识别，得到靶环后可以对射击手的成绩进行显示、统计和分析。下面重点介绍一下图像预处理。为了能够更准确地计算出靶图像中的弹孔环值，就需要对灰度位图进行预处理。图像预处理主要目的是为了改善图像的质量，预处理操作主要包括图像滤波、图像差影、图像二值化。(1) 图像滤波采集到的图像输入到计算机后，由于周围环境等因素的影响图像上可能有各种各样的噪音或者失真信息，就必须要消除噪音，进行图像的滤波操作。滤波的方法有好多种，如：自适应滤波、低通滤波、中值滤波。有些滤波处理过程在消除噪声的同时。会带来平均化的特点，使图像变得很模糊不清。因此，滤波方法的选择必须满足如下条件：不能损坏原有图像的轮廓、边缘弹孔等信息；能使图像视觉效果好、更加清晰。文中采用的是二维中值滤波方法，通过选取 3*3 的像素窗口进行滤波。它既可以保图像清晰，又能消除图像噪声和脉冲干扰。(2) 图像减影弹点的提取是整个图像处理部分的关键。弹点的提取过程实质是图像检测和分割的过程。采取图像减影的方法能很好的满足弹点分割的要求。图像减影也可用于单靶多发的靶图图像处理 13。图像减影原理：将打靶后的捕捉图像(后靶图)与打靶前捕捉的图像(前靶图)对应坐标上的灰度值相减，得到由各点灰度差值组成的结果图像。后靶图与前靶图的区别是多个弹孔，其他坐标上的灰度值都相同，所以相减后结果为 0：相减后结果不为 0 的是后靶图弹点所在的坐标灰度值与前靶图相减后得到的弹点形状的亮区域，而这个亮区域就是要提取的弹点对象物。其计算公式如下：ge(x，y)=|ga(x，y)-gb(x，y)|其中：gc(x，y)是结果图，ga(x，y)是后靶图，gb(x，y)是前靶图。基于图像处理方法设计的自动报靶系统是发展和应用较早的一种有效的报靶测量系统，因其具有简捷、方便、低成本、便于携带、测量精度较高等优点，在现代军事训练和射击比赛中仍有较多的应用。1.3 自动报靶系统的发展方向和展望除以上列举的三种报靶系统外，目前应用较多的还有红外光电定位测试、基于图像处理模板匹配法 1、基于声电坐标定位法、基于光纤编码定位法、广义 Hough 变换法(基于图像处理) 3、面阵 CCD 精度靶等报靶系统，都是较有效的测试方法。近年来发展起来一种新型智能自动报靶系统，与传统的实弹射击准备工序繁琐且隐藏着极大的安全隐患比较，利用这种报靶系统开展的训练将会更安全高效。这一智能自动报靶系统由主机、从机、靶面传感器三部分构成。具有可对射击过程全程监控，并作数据处理、自动统计以及查询成绩等功能，还可对射手存在的问题作出分析，极大地提高了训练效率。可以预见，这种新型智能自动报靶系统将会在不远的将来取代传统的自动报靶系统并向更加智能化、自动化、数字化方向发展，它将可能成为未来研制报靶系统的新趋势。参考文献：1张伟，高航基于图像处理技术的自动报靶系统设计和实现J南京航空航天大学学报，2000，32(6)：691-6922舒砚光电自动报靶原理样机的设计与实现兵工自动化，2009，8：653张红民，何健鹰用改进的广义 Hough 变换获取靶纸图像子像素级圆心坐标J计算机与现代化，2003,(1O)：43-454张明熙激光坐标定位法在自动报靶系统中的实现J计算机工程，2004，30(12)：527-5285魏志华，信思金一种自动报靶系统的设计J武汉理工大学学报，2005，27(2)：178-1796韩丙辰CCD 光幕靶交汇测量精度研究J科技情报开发与经济，2005，15(8)：173-1747蒋月娟高速小目标光电自动检测技术的发展与现状J光电子技术与信息，2001，14(5)：438何树国声电报靶系统在轻武器生产上的应用J产品开发与设计，2004，(3)：2O-229李朝青.单片机原理及接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，2005 10张军，颜树华，徐琰.自动报靶系统的研究进展.激光与红外,2006,12:1153-1154.11张洪乐，杜阳光.基于 TRF6900 芯片的红外线矩阵坐标式自动报靶装置.现代电子技术，2009，9：41-44.12黄胜.自动报靶机的设计与实现.数据采集与处理，1997，12(2).13袁莉茹.图像减影技术在自动报靶系统中的应用.2006,21(7):371-372.14黄猛,唐琳，胡世安，张搏.一种改进的分裂合并图像分割算法.现代电子技术.2009,22:103-105.15陆祥翠,付慧生.一种基于图像处理技术的自动报靶方案.SCIENCETECEINOLOGYINFORMATION.2009,7:77. 毕 业 设 计 开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1 本课题要研究解决的问题：采用激光坐标定位法，通过 89C52 单片机控制来实现自动报靶系统。2.2 拟采用的研究手段和途径：设计基于激光坐标定位法的自动报靶系统：PC 主机系统，无限收发模块、靶机系统，其中靶机系统由 89C52 单片机控制。2.2.1 设计思路：为适应射击训练的要求，将自动报靶系统分为 PC 主机系统、无线收发模块、靶机系统 3 个部分，PC 主机系统可供输入参加训练人员的单位、姓名和训练日期，以及控制参数，可实现射击成绩实时记录、显示、统计、查询、打印等功能。无线接收模块附属于主机系统用来接收无线发射模块发送的中靶参数，然后转发给 PC 主机系统。靶机系统负责检测中靶数据，并通过附属的无线发射模块将相关数据发送给附属于主机系统的无线接收模块。2.2.2 总体方案设计及系统组成：激光检测单元89C52单片机无线发射模块无线接收模块PC主机靶机系统 PC 主机系统图 2.2.1 硬件系统框图(1)靶机系统：靶机系统由一片 89C52 单片机（CPU）、检测单元（激光收发装置）以及无线发射模块组成。完成信号的检测、采集、简单处理和发送