[發明專利]基于機器視覺的飛碟模擬訓練系統及方法

有效

• 申請號: 201310568156.5
• 申請日: 2013-11-13
• 公開（公告）號: CN103599631A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 趙英亮;王黎明;李潤汀;郭亞麗;王飛;崔亞琳;朱裕莎;馮思奇
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: A63B69/00
• 分類號: A63B69/00
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 李印貴

技術領域

本發明屬于模擬訓練技術領域，具體涉及一種飛碟模擬訓練系統及方法。

背景技術

在飛碟射擊項目中，為盡快提高運動員的訓練成績，教練員迫切的希望能夠全面掌握運動員在整個過程中的技術動作，以便發現問題、解決問題、提高成績。

目前，我國飛碟項目近幾年有了長足的進步，要進一步鞏固和提高我國飛碟射擊技術和運動成績，需要對該項運動深入進行一些有關方面的研究工作，掌握其飛行特點和規律，應用到射擊運動中，指導訓練實踐。

在飛碟射擊中,合理的射擊姿勢直接影響著運動員的成績。對于射擊訓練者，尤其是初學者來說，為提高射擊水平和訓練效率，獲取射擊的運動參數，例如舉槍運槍的速度、加速度、擊發時間、角度等是十分必要的。運動員還可根據射擊結果及時對動作進行改進，以進一步于提高射擊水平和訓練效率。

在飛碟射擊項目中，自然環境，如風力、風向、天氣狀況等因素也直接影響著訓練的成績。在射擊訓練時，如能夠預先設定各種環境條件，讓訓練者在各種自然環境下進行訓練，對于提高訓練效率和水平無疑是至關重要的。通常,射擊訓練是在實彈射擊場進行的。實彈射擊也使訓練成本提高,安全性降低；訓練者通常不能立即得到信息反饋,及時調整動作。為此，設計安全可靠符合實際訓練要求的飛碟模擬訓練系統是十分必要的。

資料顯示，以前科研人員在利用儀器研究飛碟射擊技術動作時，數據往往單一、不夠全面、不成體系，如對于射擊姿態信息的獲取、自然環境因素都沒有考慮到，系統環境適應性差、性能單一，不能滿足射擊訓練需求。另外少數模擬訓練系統，能進行模擬訓練，但訓練質量難以保證。

本發明力圖為研究飛碟射擊技術開拓一條路徑，設計一種集計算機多媒體、模式識別、人工智能、數據采集處理等技術于一體的高科技模擬仿真飛碟訓練系統，該系統具有整體重量輕,便于攜帶、安裝操作簡便,可降低訓練成本，滿足多樣化射擊訓練要求，并可實時記錄數據，進行分析處理。為教練員的訓練提供科學依據；同時找出造成運動員脫靶的原因，給出射擊槍的姿態信息及環境信息，給運動員和教練員最直接的證據，對動作及時加以改進，使其技術水平和運動成績不斷提高，提高訓練的科學化程度，以達到節約訓練經費，提高射擊技能的目的，為完成奧運會任務提供幫助和服務。

發明內容

本發明針對運動員射擊訓練的需要，為達到科學化訓練，提高運動員射擊技術水平和運動成績的目的，提出一種基于機器視覺的飛碟模擬訓練系統和方法，該方法基于機器視覺實現飛碟訓練模擬，可以提高運動員的訓練效率及射擊水平。

為了實現上述本發明的目的，本發明的技術方案是：

基于機器視覺的模擬飛碟訓練系統，其特征在于：包括射擊槍、場景模擬裝置、機器視覺數據采集裝置、姿態參數獲取裝置、激光發射裝置及控制中心，其中，場景模擬裝置包括視頻輸出模塊、視頻接收模塊、音頻輸出模塊、音頻接收模塊及場景模擬軟件；機器視覺數據采集裝置包括數據獲取模塊、觸發模塊及數據傳輸模塊，數據獲取模塊包括A、B兩個高速攝像機和一個高速相機；姿態參數獲取裝置包括傳感器模塊、A微控制器、存儲模塊及A無線收發模塊；激光發射裝置包括B微控制器、同步觸發模塊、B無線收發模塊及激光發射模塊；控制中心包括中央控制模塊、語音采集模塊、數據收發模塊、同步信號接收模塊及數據處理模塊；

所述的姿態參數獲取裝置和激光發射裝置均安裝在射擊槍上；場景模擬裝置中的視頻輸出模塊和視頻接收模塊放置在運動員的正前方；場景模擬裝置中的音頻接收模塊分別放置于視頻接收模塊左右兩側；控制中心放置于運動員的右側；機器視覺數據采集裝置中的高速相機置于運動員的左側，A高速攝像機置于運動員的正前方，B高速攝像機放置于控制中心的右側；

所述的場景模擬裝置以三維動畫結合音頻的方式模擬射擊比賽場景，運動員手持射擊槍發出“開始”命令后扣動扳機，由激光發射裝置發射激光對模擬射擊比賽場景中的飛碟進行射擊，姿態參數獲取裝置采集運動員所持射機槍在射擊過程中的相關運動參數，并將其發送到控制中心；兩個高速攝像機分別采集運動員手臂等部位運動軌跡的輔助數據，并將其發送到控制中心；控制中心對接收到的圖像數據進行預處理，判定是否擊中目標，并將最終結果在視頻輸出模塊上顯示。

姿態參數獲取裝置采集運動員射擊姿態參數數據的持續時間為：運動員扣動扳機后的50ms，之后停止數據采集。

根據權利要求1所述的基于機器視覺的模擬飛碟訓練系統的訓練方法，其特征在于：包括以下步驟：

1）系統初始化