一种识别追踪目标的方法以及激光对抗装置
技术领域
本发明属于军事训练技术领域，具体涉及一种识别追踪目标的方法以及激光对抗装置。
背景技术
激光对抗是当前进行战法研究、战术训练和教学的有效手段之一。通常采用“人-人对抗”方式，需要双方兵力共同参与，在某些科目中的训练效益不高。
在模拟对抗时，通常采用直瞄武器“打激光”的基本形态。即，以直瞄射击方式作战的枪支、火箭筒、火炮(坦克炮、反坦克炮)、反坦克导弹等武器上，安装有激光发射器，并以其发射的激光模拟武器射击。被打击的目标上配置有多个激光感应器，在感应到激光照射后，以声、光、发烟等模拟目标被击毁。
目前，市场上的激光对抗装置设计，主要是采取激光光束交织或者扫描的原理来实现。其缺点是功能单一，自动控制能力差，与战场实际差异较大。在训练、演习中，传统激光模拟火力发射装置的发射方向固定，扫射角度有限，战场行为与实战状态下的火力打击强度相差较多，且难以很好地模拟战场上火力搜索、发现目标等动作，导致难以达成训练目的。
发明内容
本发明通过提供一种识别追踪目标的方法以及激光对抗装置，以解决目前激光对抗装置中没有采用利用摄像机进行目标物体采集并识别追踪目标物体进行打击的技术方案，导致训练效果打折的技术问题。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种识别追踪目标的方法，包括以下步骤：
S1：通过CCD摄像机采集目标图像信息并发送至主机进行图像处理；
S2：所述主机接收所述目标图像，对图像进行分析，检测出所需要识别的目标物体，标定出目标物体的位置，并锁定目标物体位置信息，同时将目标物体位置信息发送给激光发射器；
S3：所述安装在自动控制云台上的激光发射器根据接收主机发送的目标物体位置信息，调整发射角度，并向目标物体发射激光束；
S4：目标物体上的光电探测传感器接收到激光束并解码成数字信号，发送给主机，报警信号器发烟或者闪烁报警。
优选地，所述的对图像进行分析采用YOLO算法将视频中的图像分割为SxS的网格，如果有目标物体的中心落入其中一个格子，这个格子就负责检测该目标物体，从而准确识别视频中的物体类别，选择并发送目标物体位置至激光发射器跟踪目标实施打击。
优选地，所述自动控制云台的转动方向由步进电机驱动，主机上的控制器控制自动控制云台上的步进电机的前进、后退步数，步进电机驱动器每接收到一个脉冲信号，就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度来控制CCD摄像机以及激光发射器的偏转、俯仰，以精确追踪目标物体的位置，精准打击。
一种激光对抗装置，包括CCD摄像机、激光发射器、自动控制云台以及主机，其中：
所述CCD摄像机与主机连接，用于根据主机指令采集目标图像信息并输入主机进行图像处理；
所述主机包括图像处理模块和控制器，图像处理模块接收所述目标图像信息并识别锁定目标位置信息，同时将目标位置信息发送给控制器；
所述激光发射器与控制器连接，用于接收控制器发送的目标位置信息并发射激光束；
所述自动控制云台与控制器连接，所述CCD摄像机、激光发射器同轴安装于自动控制云台上，控制器通过控制自动控制云台上的步进电机的前进、后退步数来控制CCD摄像机以及激光发射器的偏转、俯仰。
优选地，所述自动控制云台为二自由度云台，包括Z轴步进电机和X轴步进电机，所述CCD摄像机与激光发射器能够以Z轴为旋转轴在XOY平面上旋转和以X轴为旋转轴在YOZ平面上旋转。
优选地，还包括声音模拟器和灯光模拟器，所述声音模拟器和灯光模拟器与控制器连接，声音模拟器包括两个喇叭、散热装置、控制面板以及外壳，其中两个喇叭可以模拟多种火力音效。
优选地，还包括光电探测传感器和报警信号器，光电探测传感器和报警信号器安装于受训人员头盔或者作战服上，所述光电探测传感器用于接收激光发射器发送的激光束并解码成数字信号，并将该数字信号发送给控制器，所述报警信号器用于接收控制器的指令发烟或者闪烁报警。
优选地，还包括通信装置，所述通信装置为外置的便携阵列天线，将激光打击情况、人员毁伤情况信息上传至主机。
优选地，还包括电源模块，所述电源模块为激光对抗装置提供电源。
优选地，所述激光对抗装置还包括支架，所述主机通过支座安装于支架上，支座下方设有固定底座；所述自动控制云台安装于主机上方的支座上。
本发明的有益效果是：
1.本申请的主要研究目标是利用机器视觉方法，模拟战场上的固定火力，对战场正面的运动目标、伪装目标及其姿态进行捕捉、识别，按照程序设定，用激光对抗的方式对目标进行杀伤，进而实现“人-机激光对抗”训练。
2.本申请通过设置CCD摄像机进行火力搜索发现目标，通过图像模块追踪锁定目标，控制器控制步进电机旋转，使得激光发射装置的射向能够自动旋转，由于云台旋转角度可编程调节，因此激光射向也可调，从而能够精准打击目标，更好地模拟战场上火力搜索、发现目标、火力毁伤的实际效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是自动控制云台部分的结构示意图。
图3是本发明的模块结构连接示意图。
图中：1.智能激光对抗装置支架；2.CCD摄像机；3.激光发射器；4.Z轴步进电机；5.X轴步进电机；6.主机；7.固定底座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
一种识别追踪目标的方法，包括以下步骤：
S1：通过CCD摄像机采集目标图像信息并发送至主机进行图像处理；
S2：所述主机接收所述目标图像，对图像进行分析，检测出所需要识别的目标物体，标定出目标物体的位置，并锁定目标物体位置信息，同时将目标物体位置信息发送给激光发射器；
S3：所述安装在自动控制云台上的激光发射器根据接收主机发送的目标物体位置信息，调整发射角度，并向目标物体发射激光束；
S4：目标物体上的光电探测传感器接收到激光束并解码成数字信号，发送给主机，报警信号器发烟或者闪烁报警。
优选地，CCD摄像机对录制视频或者实时视频进行识别，对图像分析采用VS2015+openCV软件以及YOLO算法，将视频中的图像分割为SxS的网格，如果有目标物体的中心落入其中一个格子，这个格子就负责检测该目标物体，从而准确识别视频中的物体类别，选择并发送目标物体位置至激光发射器跟踪目标实施打击。
更优选地，所述自动控制云台的转动方向由步进电机驱动，主机上的控制器控制自动控制云台上的步进电机的前进、后退步数。具体的，主机上安装arduino软件，用以控制激光发射器的旋转角度从而精准打击目标。目标的位置确定后，光束的偏转通过数学运算计算出激光束的偏转角度，也可以采取简单的跟踪方法：目标朝哪偏，光束就按照一个步长朝哪偏。CCD摄像机如果按照30帧/秒的速率采集图像，激光束会很快地跟踪上目标物体。步进电机驱动器每接收到一个脉冲信号，就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度来控制CCD摄像机以及激光发射器的偏转、俯仰，以精确追踪目标物体的位置，精准打击。典型的步进电机，如FM5756SFD04，细分数可以设置到5000左右，这个精度对于模拟射手射击过程是满足的。控制器主要是通过控制步进电机的前进、后退步数来控制摄像机以及激光器的偏转、俯仰。其本质就是输出一定数目的脉冲，然后配合步进电机控制器对步进电机进行控制。
本发明CCD摄像机与激光发射器同轴紧固在云台上，根据目标识别结果，通过arduino软件进行编程，控制步进电机旋转，使得激光发射器的射向能够自动旋转，由于云台旋转角度可编程调节，因此激光射向也可调，从而精准打击目标。
参见图1至图3，一种激光对抗装置，包括CCD摄像机2、激光发射器3、自动控制云台以及主机6，其中：所述CCD摄像机2与主机6连接，用于根据主机6指令采集目标图像信息并输入主机进行图像处理；所述主机包括图像处理模块和控制器，图像处理模块接收所述目标图像信息并识别锁定目标位置信息，同时将目标位置信息发送给控制器；所述激光发射器3与控制器连接，用于接收控制器发送的目标位置信息并发射激光束；所述自动控制云台与控制器连接，所述CCD摄像机2、激光发射器3同轴安装于自动控制云台上，控制器通过控制自动控制云台上的步进电机的前进、后退步数来控制CCD摄像机2以及激光发射器3的偏转、俯仰。
进一步的，CCD摄像机与激光发射器同轴安装，通过支架安装在Z轴步进电机4上面，Z轴步进电机4安装在X轴步进电机5上面，其中，Z轴步进电机4以Z轴为旋转轴，在XOY平面上进行旋转。X轴步进电机5以X轴为旋转轴，在YOZ平面上进行旋转。通过Z轴步进电机4和X轴步进电机5构成的云台的运动，从而带动CCD摄像机2和激光发射器3的运动。由控制器控制云台旋转，使得激光发射器的射向能够自动旋转。当CCD摄像机2识别到战场人员时，通过控制器触发激光发射器3击发信号，同时自动控制云台根据火力传输的数据调整激光发射的角度和方向，实现射击操作。自动控制云台上的步进电机垂直安装，实现水平方向的旋转运动以及竖直方向的俯仰运动，能够使得物体的位置、方位、状态等输出被控量跟随输入目标(或给定值)而任意变化，并且旋转精度非常准确。
以上的所述激光对抗装置还包括支架1，所述主机6通过支座安装于支架1上，支座下方设有固定底座7；所述自动控制云台安装于主机6上方的支座上。所述自动控制云台为二自由度云台，CCD摄像机与激光发射器同轴设置在自动控制云台上，自动控制云台由Z轴步进电机和X轴步进电机驱动，使得CCD摄像机与激光发射器实现以Z轴为旋转轴在XOY平面上旋转和以X轴为旋转轴在YOZ平面上旋转的二自由度运动，进行扫描探测。CCD摄像机采集的图像信息发送至图像处理模块，当图像信息经图像处理模块识别、处理，感知到目标信号时，将目标信号反馈给控制器，控制激光发射器进行激光脉冲编码，驱动激光发射器发射对应编码激光束，对目标人员实施火力打击。
优选地，还包括声音模拟器和灯光模拟器，所述声音模拟器和灯光模拟器与控制器连接，声音模拟器包括两个喇叭、散热装置、控制面板以及外壳，其中两个喇叭可以模拟多种火力音效。具体的，在云台下方布置声音模拟器，在发射火力的同时，触发声音模拟，模拟火炮声响，更逼真地模拟战场环境。智能火力对抗装置通过电源模块进行供电来完成战场火力模拟。
更优选地，还包括光电探测传感器和报警信号器，光电探测传感器和报警信号器安装于受训人员头盔或者作战服上，所述光电探测传感器用于接收激光发射器发送的激光束并解码成数字信号，并将该数字信号发送给控制器，所述报警信号器用于接收控制器的指令发烟或者闪烁报警。
目前在部队训练的时候，智能激光对抗装置充当智能火力，对训练人员穿戴的单兵服装和帽盔实施激光火力打击。智能激光对抗装置主要作用于具有光电探测传感器和报警信号器的头盔或作战服，当CCD摄像机探测到人员信息时，控制激光发射器发射出编码红外(可选其他颜色)脉冲激光束，进行火力打击。当发射的激光照射到受训人员携带头盔或者作战服上的光电探测传感器时，光电探测传感器接收到激光束并解码成数字信号，得到被击中的信息；同时将被击中信息传送给控制器，判断是否被击中，战损受伤情况。在受训人员被击中后，驱动报警信号器，发烟或者闪烁报警。
优选地，还包括通信装置，所述通信装置为外置的便携阵列天线，将激光打击情况、人员毁伤情况信息上传至主机。此通信装置可以实现快速折叠撤收，整个架设过程不需要任何工具，也不需要任何螺丝，方便在任何地区进行快速展开，适用于智能火力点的通信数据的传输。
本发明的有益效果是：
1.本发明的成果综合运用了机器视觉、嵌入式计算、机电一体化设计等技术手段，主要应用于军事训练领域，在战术、技术上都有其创新性。
2.从战术上讲，本发明通过将“智能火力点”设置在战术训练场中，在训练中，可以让“智能火力点”在教学训练中充当对手；在比武竞赛中，“智能火力点”又可以充当裁判。战场意识不足，隐蔽不够，暴露时间过长，就有可能在战场上丢掉性命。显然，这样的设计能够大大增强人员的实战体验，构建更贴近实战的战场环境。
3.从技术上讲，本发明采用了机器学习方法，而机器学习正是人工智能的第三次爆发的代表领域。大数据、人工智能，这些名词对各行各业影响深远，但是也都存在着楔入点难，“为应用而应用”，名称大于意义的现象。而本方案，机器视觉的算法和军事训练实践中的困难恰恰得到了完美的批评，实际问题迎刃而解。将机器学习方法引入军事训练领域，本方案是一个很好的实践。
4.本方案成果的应用，可以带来较大的军事经济效益，具有广泛的应用前景。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
