thiết bị tập ngắm, bắn bằng laser và xử lý ảnh phục vụ huấn luyện

Bộ Khoa học & công nghệ viện ứng dụng công nghệ báo cáo tổng kết đề tài thiết bị tập ngắm, bắn laser xử lý ảnh phục vụ huấn luyện Chủ nhiệm đề tài:Nguyễn Văn Long Trung Tâm Triển Khai Công Nghệ 5969 28/8/2006 Hà nội, tháng 12 2005 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh Mục Lục Chơng 1: tổng quan xử lý tín hiệu ảnh số .3 1.1 Mở đầu 1.2 Quá trình tạo ảnh mô hình ảnh 1.2.1 Camera 1.2.2 Màu sắc biểu diễn ảnh màu 17 1.3 Một số khái niệm 21 1.4 Phép xử lý điểm ảnh dựa bảng tìm kiếm LUT 22 1.4.1 Kéo căng độ tơng phản 23 1.4.2 Làm lợc đồ mức xám 24 1.5 Phép xử lý vùng ảnh 24 1.6 Xử lý hình thái học ảnh nhị phân 26 1.6.1 Phép biết đổi trúng trợt 26 1.6.2 Phơng pháp lập bảng tìm kiếm 26 1.6.3 Phép dãn lân cận 27 1.6.4 Phép co lân cận 27 1.6.5 Phép lấp đầy đờng chéo 28 1.7 1.6.6 Phép mở 28 1.6.7 Phép đóng 28 Đặc tính đờng biên 28 1.7.1 Phát biên dựa vào đạo hàm bậc 29 1.7.2 Phát biên dựa vào đạo hàm bậc hai 31 1.7.3 Phơng pháp Canny để phát biên 32 1.8 Đặc tính góc 33 1.9.Hệ thống phát mục tiêu tự động 35 1.9.1 Tổng quan hệ thống bám video tự động 35 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh 1.9.2 Kiến trúc vòng bám 37 1.9.3 ớc lợng vị trí mục tiêu 39 1.9.4 Cửa mục tiêu tìm breaklock 41 1.9.4.1 Xây dựng cửa 42 1.9.4.2 Phân đoạn mục tiêu 46 1.9.4.3 Các thuật toán tìm breaklock 47 1.9.5 Bù vòng bám xác định LOS 49 1.9.5.1 Xác định LOS 49 1.9.5.2 Bù vòng bám 50 Chơng 2: thiết kế tổng thể hệ thống bắn tập sở xử lý tín hiệu có trợ giúp mạch điện tử quang học 53 2.1 Các khối hệ thống tập ngắm bắn 53 2.2 Mô tả tóm tắt hoạt động hệ thống tập ngắm bắn 55 Chơng 3: giải toán phát vết laser xuất hệ bia phông cố định 56 3.1 Mở đầu 56 3.2 Phát vùng thay đổi 57 3.3 Các phơng pháp chọn ngỡng 58 3.3.1 Phơng pháp chọn ngỡng cố định 58 3.3.2 Phơng pháp chọn ngỡng kép toàn cục trigơ smitt 59 3.3.3 Phân ngỡng thích nghi 62 3.3.4 Giải pháp ngỡng kép kết hợp với phân ngỡng thích nghi cục 63 3.3.5 Phơng pháp bó k trung bình cho vùng đối tợng xuất 65 3.5 Nhận dạng vết laser theo số đặc tính đặc trng 67 3.5.1 Nhận dạng theo đặc tính hình học 67 3.5.2 Nhận dạng theo đặc tính mômen 68 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh 3.5.3 Chọn lại đối tợng phép so sánh mômen 69 Chơng Thực nghiệm giải pháp nhận dạng bia, tính điểm báo điểm 75 4.1 Thực nghiệm xác định kiểu bia phơng pháp hình thể 78 4.2 Thực nghiệm phơng pháp tính điểm 83 4.3 Sai số hệ thống tính điểm 86 Chơng 5: Xây dựng hệ quản lý trình tập luyện giải pháp bảo mật 87 5.1.Thiết kế bảng liệu 89 5.2 Thiết kế giao diện 91 3.Vấn đề bảo vệ quyền cho hệ thống phần mềm 97 5.3.1 Giao tiếp USB 97 5.3.2 HID (Human Interface Device) 103 5.3.3 HID ? 10 5.3.4 Các yếu tố cần thiết để phát triển thiết bị HID 103 5.3.5 Phơng thức hoạt động HID 104 5.4 Giải thuật bảo vệ cho chơng trình 106 Chơng 6: Thiết kế hệ thống khí, quang học điện tử phụ trợ 108 6.1 Thiết kế mạch điện phát laser phát tín hiệu hồng ngoại điều khiển cho khối tạo giả tiếng súng 109 6.2 Lựa chọn đầu phát laser cho hệ thống bắn tập 112 6.3 Thiết kế mạch khoá cứng cho phần mềm xử lý ảnh 113 Một số phụ lục phần mềm kèm theo - Một số module mã nguồn quan trọng - Lời cảm ơn Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh Danh mục từ viết tắt ADC Analog-Digital Converter ATR Automatic Target Recognition CCD Charge Couple Device CCIR Consultative Committe on International Radio CIE Commission International de L'Eclairage CONDENSATION CONdition DENSity PropagATION DSP Digital Signal Processing EIA Electronics Industries Association FIFO First In First Out FOV Field Of View FPS Frame per second HIS Hue-Saturation-Intensity HSV Hue-Saturation-Value INS Inertial Navigation System ISA Industry Standard Architecture KLT Kanade-Lucas-Tomasi LOS Line Of Sight LUT Look-Up Table PCI Peripheral Component Interconnection PID Proportional Integral Derivative PSoC Programmable System on Chip RGB Red-Green-Blue SNR Signal Noise Ratio TV Television VFW Video For Window Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh Lời giới thiệu Trên giới, công nghệ mô có vai trò chủ đạo hoạt động công nghệ cao, ngời bay vào vũ trụ an toàn nhờ thử nghiệm thiết bị mô dới mặt đất Mô cho phép nghiên cứu, thử nghiệm loại vũ khí mà điều kiện thực không đợc phép thực hoàn cảnh trị, xã hội, môi trờng vv nh tiến hành nổ hạt nhân Từ có cách mạng công nghệ thông tin, công nghệ mô nhanh chóng phát triển lĩnh vực khác quân lẫn dân Công nghệ mô công tác đào tạo huấn luyện trở thành xu hớng chủ đạo nớc Ngay cờng quốc quân sự, việc ứng dụng công nghệ mô chế tạo thiết bị phục vụ huấn luyện chiến đấu giải pháp tối u nâng cao chất lợng hiệu huấn luyện chiến đấu, mang lại nhiều lợi ích phơng diện, lợi ích lớn tiết kiệm nguồn tài dùng cho huấn luyện Ngày giới, thiết bị mô dùng huấn luyện chiến đấu thờng đắt, nhiều thiết bị phù hợp chiến thuật nớc sản xuất, đồng thời nhiều thiết bị không cho phép chuyển giao lý quân Thực trạng trang thiết bị mô dùng huấn luyện chiến đấu nớc ta chiếm tỷ lệ thấp Những thiết bị trớc đợc viện trợ, nhập ngoại lâu năm, thô sơ, lạc hậu, hỏng, xuống cấp đơn vị cố gắng việc bảo dỡng, sửa chữa không đáp ứng huấn luyện sai số, an toàn Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh Chính vậy, từ năm 1997, Bộ Tổng tham mu coi giải pháp nhiệm vụ mang tính cấp bách, nhiều Dự án trang thiết bị mô dùng huấn luyện chiến đấu đợc thực với nhiều giai đoạn cho kết tiền khả thi mang tính thực tiễn khẳng định cần đầu t năm Với nội dung: Huấn luyện không quân, Hải quân, Tăng thiết giáp, Công binh, Thông tin, Pháo binh, Hoá học, Bộ binh, Thể thao thành tích cao Việc thực Dự án thiết bị nhập ngoại thu hút nhiều đơn vị quân đội tham gia nghiên cứu, chế thử, đến sản xuất nhiều chủng loại thiết bị mới, phù hợp yêu cầu thực tế huấn luyện, song việc đáp ứng yêu cầu huấn luyện yếu cần đầu t tiếp Đã từ 10 năm nay, Cục Quân Huấn - BTTM phối hợp với Viện ứng dụng công nghệ hợp tác chặt chẽ KHKT, cho đời nhiều thiết bị huấn luyện có hiệu quả, độ xác cao, độ bền, độ ổn định, đơn giản hoá thao tác cho ngời sử dụng, phù hợp tính động, sẵn sàng chiến đấu đáp ứng yêu cầu thực tế huấn luyện Đã tổ chức nhiều đợt tập huấn toàn quân thiết bị Viện ứng dụng công nghệ cho kết tốt Đề tài : Nghiên cứu, thiết kế, chế thử hệ tập ngắm, bắn bia có tính điểm phơng pháp laser xử lý ảnh phục vụ Quốc phòng, an ninh thực từ yêu cầu trên, nhằm đa đội ngũ nghiên cứu sâu vào lĩnh vực công nghệ xử lý ảnh đồng thời nâng cao nhận thức chiến sĩ với khoa học công nghệ, tất hớng mục tiêu đại hoá Quốc phòng, an ninh Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh Chơng 1: tổng quan xử lý tín hiệu ảnh số 1.1 Mở đầu Bên cạnh ngôn ngữ, thông tin dới dạng hình ảnh đóng vai trò quan trọng với đời sống ngời Nhng khả thu nhận ảnh mắt ngời hạn chế, nhìn đợc dải phổ ánh sáng hẹp (350nm-750nm), độ phân giải Chính vậy, việc nâng cao khả quan sát ngời đợc đặt vấn đề từ sớm Đồng thời ngời đặt vấn đề trang bị thị giác cho máy móc phục vụ ngời Với phát triển kỹ thuật tính toán số, ảnh thu nhận đợc từ thiết bị tạo ảnh đợc số hoá đợc xử lý trực tiếp máy tính số Trong năm gần đây, xử lý ảnh số đợc phát triển trở thành lĩnh vực khoa học Xử lý ảnh số nâng cao chất lợng ảnh đồng thời phân tích lý giải phục vụ mục đích riêng biệt Trong chơng ta giới thiệu mô hình tạo ảnh, biển diễn ảnh khái niệm xử lý ảnh số Hình 1.1 hệ thống thu nhận xử lý ảnh số thông thờng Hình 1.1 Hệ thống thu nhận xử lý ảnh số Để mở đầu chơng này, trình tạo ảnh, biểu diễn ảnh trình số hoá ảnh đợc đề cập đến cách sơ lợc Phần trình bày vắn tắt số khái niệm thị giác mày tính xử lý ảnh Phần lại chơng trình bày chi tiết việc xử lý nâng cao chất lợng ảnh số lối vào chơng trình máy tính Cũng để tạo tiền đề cho phần đặc tính ảnh đợc đề cập tới -3- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh 1.2 Quá trình tạo ảnh mô hình ảnh 1.2.1 Camera Có nhiều kiểu thiết bị tạo ảnh, từ mắt động vật đến ống kính camera ghi hình radio Chúng có không trang bị thấu kính Mô hình buồng tối camera đợc phát minh vào kỷ 16 thấu kính, nhng thay vào lỗ (pinhole) để hội tụ tia sáng lên tờng mờ Các lỗ đợc thay thấu kính ngày phức tạp Nói chung camera thờng có hai phận hệ thống tạo ảnh hai bề mặt tạo ảnh có chứa chất nhạy cảm quang Bề mặt tạo ảnh camera thông thờng hình chữ nhật, nhng camera toàn cảnh trang bị mặt tạo ảnh hình trụ để tăng trờng nhìn Những phần tử nhạy tạo ảnh có đặc trng khác Chúng ghi nhận ảnh rời rạc ảnh liên tục mặt không gian Hệ thống tạo ảnh lỗ hệ thấu kính camera đại Ta khảo sát trình tạo ảnh phần từ nhạy tạo ảnh dới Phép chiếu phối cảnh Hãy tởng tợng ta cầm hộp, châm lỗ nhỏ vào số mặt hộp đinh ghim, thay mặt đối diện mờ Nếu ta đặt nguồn sáng (một nến chẳng hạn), ta nhìn thấy hình nến lộn ngợc xuất mờ (hình 1.2a) (a) (b) Hình 1.2 Mô hình tạo ảnh qua lỗ (a) minh hoạ cách tính phơng trình phối cảnh (b) ảnh đợc hình thành tia sáng phát từ cảnh gần với mặt hộp Nếu lỗ đợc giảm nhỏ tới điểm (dĩ nhiên đạt đợc mặt vật lý), xác tia sáng qua xuyên qua điểm mặt phẳng mờ (mặt phẳng ảnh), lỗ điểm cảnh tơng ứng -4- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh Trong thực tế, lỗ có kích thớc (mặc dù nhỏ), điểm mặt phẳng ảnh tập hợp ánh sáng từ hình nón tia sáng trơng góc đặc hữu hạn, mô hình đợc lý tởng hoá đơn giản vô tạo ảnh hình học có hiệu Tuy vậy, mô hình chiếu phối cảnh lỗ (cũng đợc gọi phối cảnh trọng tâm), đợc đề xuất Brunelleschi hồi đầu kỷ 15, tiện lợi toán học Bất chấp đơn giản, thờng cung cấp xấp xỉ chấp nhận đợc trình tạo ảnh Đôi để dễ tính ta thay ảnh thật ảnh ảo đối xứng với ảnh thật qua lỗ (hình 1.2a) Bằng phép tính hình học đơn giản, ta dễ dàng thu đợc phơng trình cho phép chiếu phối cảnh (hình 1.2b) Trong hình điểm C giao điểm trục quang đợc gọi tâm ảnh Điểm đợc sử dụng nh gốc toạ độ ảnh điểm tâm để tính thủ tục chuẩn hoá (calibration) camera Lấy điểm P điểm thuộc quang cảnh có toạ độ (x,y,z) P ảnh P có toạ độ (x,y,z) Do P nằm mặt phẳng ảnh ta có z=f Từ ba điểm P, O, P nằm đờng thẳng, ta có OP' = OP , x x' = f ' z y' = f ' y z Vậy (1.1) Phép chiếu Affine Nh nói phần trên, phối cảnh lỗ xấp xỉ trình tạo ảnh hình học Phần mô tả lớp xấp xỉ thô đợc gọi mô hình chiếu affine, đợc sử dụng số trờng hợp Hai phép chiếu affine kể phép chiếu phối cảnh yếu phép chiếu trực giao Phép chiếu phối cảnh yếu mô hình chấp nhận đợc nhiều điều kiện tạo ảnh, nhng phép chiếu trực giao tuý thờng không thực tế Ta không mô tả chi tiết mà kể tên chúng chúng có ý nghĩa mang tính lịch sử Các camera có thấu kính -5- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh Vậy k(f)=true k(f+i)=true , đối tợng xuất thời điểm t t+50ms Do đối tợng khả nghi tồn > 50ms nên không thoã mãn quy luật phát vết laser Vậy đối tợng bị loại bỏ Đối tợng đợc chấp nhận thoã mãn biểu thức: (k(f)=true) and (k(f+i)=false)= True Sau số hình ảnh thực nghiệm phần mềm bắt đợc vết đạn vị trí khác nhau, cờng độ chiếu sáng khác diện tích khác bia: Hình 3.8: Kết bắn trợt, hình dạng vết đạn bé bị méo Hình 3.7: Đặc điểm: vết đạn loang to nhng thoã mãn điều kiện SSmin, hình dạng vết đạn bị méo(Kết điểm) Hình 3.9: Đặc điểm: vết đạn bị méo hình elip(kết 10 điểm) 14 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh Hình 3.9: Kết tập: 10 điểm(vết bị đạn méo hình elip) 15 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh phần Thực nghiệm giải pháp nhận dạng bia, tính điểm báo điểm Bài toán nhận dạng vết laser bia xác định vị trí có lời giải Vấn đề đặt ra, toạ độ tâm vết laser bia toạ độ tơng đối cha định trực tiếp đến việc tính điểm Có thể toạ độ vết đạn nhng vị trí đặt bia khác nhau, vị trí tơng đối camera bia khác nhau, trờng nhìn khác nhau, loại bia khác lại cho kết hoàn toàn khác Vậy loạt vấn đề xử lý tín hiệu cần giải quyết: +Nhận dạng đợc loại bia tập +Xác định vị trí tơng đối vết đạn vết laser phục vụ việc tính điểm Một số phơng pháp nhận dạng đợc lựa chọn việc nhận dạng bia nh: -Phơng pháp sử dụng hàm tơng quan ảnh thực ảnh chuẩn: ảnh chuẩn đợc lu vào th viện Mỗi cần nhận dạng loại bia, phần mềm dùng phép toán tơng quan ảnh thực anh chuẩn Nếu kết tơng quan đạt yêu cầu, ảnh đợc lấy Phơng pháp không phù hợp với mô hình bắn tập lẽ: + Khối lợng tính toán lớn ,đòi hỏi tốc độ cao, không phù hợp với máy tính tốc độ chậm có +Khối lợng tính toán lớn, nhạy với nhiễu, không phù hợp với cập nhật thay đổi thờng xuyên tỷ lệ vòng bia giáo trình thay đổi +Việc vào liệu ảnh chuẩn phức tạp +Nó phù hợp với việc nhận dạng chi tiết phức tạp 16 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh -Phơng pháp dựa vào đại lợng mômen loại bia: mômen ảnh chuẩn đợc lu vào th viện chuẩn Mỗi cần nhận dạng bia tập, phần mềm tính mômen có với ảnh, so sánh mômen với mômen ảnh chuẩn Nếu chúng có trùng khớp kết đợc khẳng định Phơng pháp phù hợp với máy tính không yêu cầu cao tốc độ vởi số lợng tính toán nhỏ, song gặp phải toán méo phi tuyến trình lơng tử hoá gây sai số đáng kể Ngoài ra, việc tính toán mômen ảnh chuân công việc khó khăn nâng cấp hệ thống -Phơng pháp nhận dạng theo cấu trúc hình thể Các loại bia đợc đặc trng riêng câu trúc hình thể xác định trực quan Ví dụ: +Bia tròn gồm vòng liên thông bao quanh Nếu xuất phát từ tâm, duyệt tới biên ảnh đợc kết gần giống +Bia lọ mực có vòng tròn liên thông có hình bao đối xứng theo trục x Số lợng bia tập hữu hạn chi tiết, toán dùng phơng pháp nhận dạng theo hình thể tỏ phù hợp bởi: +Không yêu cầu số lơng phép toán lớn, phù hợp với máy tính dân dụng +Thậm chí ngời sử dụng tự vào thông số bia chuẩn vào th viện có loại bia cập nhật +Phù hợp với toán ảnh chi tiết 17 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh 4.1.Thực nghiệm xác định kiểu bia phơng pháp hình thể Quan sát bia lọ mực xuất phát theo đờng thẳng bậc nhất: ax+by+c=0 từ tâm tơng đối, kéo dài sang hớng góc:0,45,90,135 độ ta thấy chúng cắt vạch trắng theo quy luật định Ví dụ: Đờng thẳng 1: cắt vạch trắng hớng lên vị trí hớng xuống dới vị trí Đờng thẳng 3: xuất phát từ tâm tơng đối cắt đối xứng vạch trắng đối xứng vị trí với số lợng 3*2=6 điểm Hình 4.1: Các đặc trng hình thể bia lọ mực tính điểm 18 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh Trên ý tởng đó, lu đồ thuật toán đợc đa cho việc xử lý đờng thẳng nh sau: -Xác định góc đờng thẳng Tính giá trị sin() cos() -Gọi r bán kính kể từ tâm tơng đối, với khởi tạo: r=0 -r tăng dần đến giá trị cận biên, ứng với giá trị r, ta tính toạ độ (x,y) điểm cần duyệt đến cận biên kết thúc trình duyệt theo công thức sau: y= H / + Round(sin() * r) x= W / + Round(sin() * r) Trong H W chiều cao rộng ảnh Dùng phơng pháp lọc hớng tối u mức xám vị trí (x,y) Dùng phơng pháp ngỡng tối u cục tách điểm mức xám cao coi vạch Xuất phát từ tâm tơng đối, gặp vạch trắng, kết đợc cộng thêm đơn vị Gọi A(x,y) hàm giá trị xám toạ độ (x,y), T(x,y) hàm giá trị ngỡng cục vị trí (x,y), kq số vòng trắng cắt đờng thẳng, lu đồ thuật toán trình nh sau: 19 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh r=0,kq=0, tính giá trị sin() cos() -Tính (x,y) xác định A(x,y) -Lọc hớng tối u mức xám vị trí (x,y) Tính ngỡng tối u so sánh A(x,y) với giá trị ngỡng tối u cục bộ.Nếu A(x,y)>T(x,y)? Y N kq=kq+1 r=r+1 (x,y) giá trị biên ảnh? Y Thoát Hình 4.3: Lu đồ thuật toán tìm vạch 20 N Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh Để tăng tốc độ, thay ta lọc toàn ảnh, đề tài lọc điểm lân cận đờng thẳng duyệt Bởi điểm có ý nghĩa trực tiếp đến việc tính toán vạch trắng Vậy dùng hàm lọc để làm rõ đờng gân trắng? Thông thờng, xuất phát đờng thẳng kẻ từ tâm tơng đối đến biên ảnh, tiếp tuyến vạch tròn điểm giao vạch trắng vuông góc với đờng thẳng duyệt Vậy dùng phép lọc hớng u tiên để làm rõ đờng gân Thực tế, không hoàn toàn nh vậy, số bia có dạng gấp khúc nh bia lọ mực, hay vòng tròn bị méo trờng nhìn bị chếch Nếu áp dụng mạch lọc với hớng u tiên biết trớc ổn định nhng gặp lỗi bia hình thể gấp khúc Sau trình thực nghiệm, đề tài sử dụng mạch lọc hớng thích nghi cho việc rõ đờng gân trắng Ma trận cấp 3x3 đợc sử dụng với trọng điểm điểm cần duyệt Giả sử A(x,y) mức xám toạ độ tâm điểm duyệt, có điểm lân cận Ta tìm giá trị lớn giá trị xám lân cận, dùng phép tính trung bình đợc mạch lọc hớng tối u Điểm sáng (x,y) đợc tăng cờng thông qua mạch lọc Ví dụ lọc hớng thích nghi: 211 208 207 180 210 208 181 181 209 200 208 207 210 210 208 181 181 209 Các ô mờ rõ hớng u tiên với tâm điểm duyệt ma trận 3x3 Các giá trị hình giá trị xám Qua thực tế khảo sát, mạch lọc ổn định nagy với vạch trắng dích giắc Sau tính đợc kết từ đờng thẳng, ta so sánh số liệu với số liệu đợc lu trữ sở liệu chuẩn, loại bia đợc đa có trùng khớp thông số vạch trắng 21 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh 22 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh 4.2.Thực nghiệm phơng pháp tính điểm Cũng dựa ý tởng dùng đờng thẳng lọc thích nghi, gọi (xs,ys) tâm vết đạn Xuất phát từ tâm, môth đờng thẳng qua hai điểm O(w/2,h/2) A(xs,ys) kết thúc biên ảnh toạ độ B(xk,yk) Hình 4.4: Kết điểm (chu trình 3, chu trình hai kết một) Vậy có hai chu trình: 0(w/2,h/2) ->A(xs,ys) A(xs,ys) ->B(xk,yk) áp dụng lu đồ thuật toán hình 5.3 với chu trình thứ nhất: O(w/2,h/2) >A(xs,ys) ta có kết kq1 23 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh áp dụng lu đồ thuật toán hình 5.3 với chù trình thứ hai: A(xs,ys) ->B(xk,yk) ta có kết kq2 Vậy hai trờng hợp xảy ra: -Nếu kq2>0, nghĩa có vạch trắng tiếp tục đờng thẳng, số điểm 10kq1 -Nếu kq2=0, nghĩa không gặp vạch trắng chu trình, vết đạn nằm vạch trắng, số điểm Xem hình 5.4: chu trình kết 3, chu trình hai kết Do kế chu trình hai khác không, số điểm 10-chu trình = 10-3=7 điểm Xem hình 5.5: chu trình kết 6, chu trình hai kết không Do kế chu trình hai không, số điểm đợc tính không 24 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh Hình 4.5: Kết điểm (chu trình 6, chu trình hai kết không) 25 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh 4.3 Sai số hệ thống tính điểm Sai số lợng tử: Sai số hệ thống phụ thuộc nhiều vào hệ đầu thu Hiện nay, số camera tích hợp biến đổi AD nên sai số hệ thống phụ thuộc nhiễu vào sai số lợng tử hoá Với camera sử dụng đề tài độ phân giải 680x480, ta có sai số lợng tử nh sau: Sai số lợng tử hoá là: 100%/4800.2% Sai số tính theo đơn vị diện tích ảnh thực/số pixel Thực tế, chỉnh, ta để khoảng cách theo trục y 20cm để trờng nhìn trực diện Vậy sai số tính theo đơn vị cm là: 20cm/480=0.041cm Camera Đầu thu Bộ biến khuếch đại biến đổi AD Bộ xử lý ghép nối Máy tính phần mềm xử lý Tơng tự, dùng camera độ phân giải cao mức 680x480 ta đợc sai số thấp Trong trình xử lý ảnh, đề tài tính toán phép tính với sai số nhỏ 0.5 đơn vị (ứng vởi nửa pixel), đo sai số xử lý ảnh gần nh không đáng kể đợc tính nh pixel 26 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh phần thiết kế phần mềm quản lý hệ điện tử, quang học khí phụ trợ cho hệ thống 5.1 Các module quản lý trình tập luyện giải pháp bảo vệ quyền -Để thuận tiện việc khai thác sử dụng, phần mềm có số tính nh: sữa chữa thông tin, thêm thông tin, lu trữ thông tin, xoá thông tin, in ấn thông tin giúp cho việc quản lý, báo cáo, đánh giá trình tập luyện đợc dễ dàng -Ngoài ra, phần mềm có thêm tính tự bảo vệ quyền kết nối qua module khoá cứng ghép nối qua giao diện USB 5.2 Các hệ điện tử trợ giúp -Mạch phát laser truyền tín hiệu điều khiển khác đợc thiết kế dựa vi điều khiển dòng nanowatt 12F683-I/P hãng Microchip siêu tiết kiệm lợng để phù hợp cho việc sử dụng nguồn PIN Mỗi bóp cò phát tín hiệu điều khiển hệ tạo giả tiếng súng nổ phát vết laser mô vết đạn -Mạch tạo giả âm đợc xây dựng vi điều khiển 89C52 hãng ATMEL, tạo âm tiến súng nổ nhận đợc lệnh từ khối phát laser thông qua đờng hồng ngoại -Mạch điện Hardlock mạch giúp cho việc bảo vệ quyền phần mềm Hệ thống thiếu mạch không chạy đợc phần quan trọng Nó đợc xây dựng chip PIC18F2550-I/P hãng Microchip với tính đặc biệt support USB2.0 fullpeed với số u điểm sau: - Thiết kế đơn giản - Tính ổn định cao, hoạt động tốt môi trờng công nghiệp, quân - Thiết bị nhỏ gọn 27 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn laser xử lý ảnh - Tốc độ cao giá thành rẻ 5.3 Hệ quang học khí phụ trợ cho hệ thống Thực tế dùng đầu phát dạng diot laser dải ánh sáng đỏ chỉnh đợc hội tụ tốt khoảng cách 25m đạt đợc đờng kính hiệu dụng khoảng 2cm Nó đạt đợc yêu cầu độ ổn định, khả nhân phát triển sản phầm sau Hệ chỉnh quang học khí giúp ngời sử dụng dễ dàng chỉnh phơng tà, phơng vị để giải vấn đề đờng đạn 28 [...]... (1.13) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn bằng laser và xử lý ảnh 1.5.6 Phép mở Phép mở và phép đóng nhị phân đợc thực hiện nhờ các phép toán cơ bản: dãn và co ảnh Phép mở thực hiện loại bỏ các nhánh trong đối tợng nhị phân, gây ra do lỗi phân ngỡng ảnh Phép mở đợc tạo ra bằng cách co ảnh sau đó là một phép dãn ảnh Số lợng các bớc làm co ảnh lớn đúng bằng số các bớc làm dãn ảnh Qua phép mở,... controller) vì rằng chúng và các mạch điện hỗ trợ thờng đợc thiết kế lắp đặt (nhúng) ngay bên trong các thiết bị đợc điều khiển Hiện có rất nhiều loại vi điều khiển đợc sản xuất nh họ 80x51, - 14 - Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn bằng laser và xử lý ảnh MC68HCxx, Basic Stamp hay PSoC Một vi điều khiển tơng tự nh một vi xử lý bên trong một máy tính cá nhân Cả hai loại, vi xử lý và vi điều khiển... độ tỷ lệ với I ảnh tơng tự có thể đợc chuyển đổi lại một lần nữa thành ảnh số sử dụng một khối bắt hình ở đó lấy mẫu không gian và lợng tử hoá giá trị chiếu sáng ở mỗi điểm ảnh hoặc gọi là pixel (hoặc thành phần ảnh picture element) - 15 - Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn bằng laser và xử lý ảnh Có một vài hiện tợng vật lý làm thay đổi mô hình camera lý tởng chẳng hạn nhèo ảnh sẽ xuất hiện... một số đặc tính của ảnh có thể dùng trong các hệ thống bám ảnh 1.4 Phép xử lý điểm ảnh dựa trên bảng tìm kiếm LUT Phép xử lý điểm ảnh chỉ xử lý từng pixel đơn lẻ để thay đổi độ đen trắng (mức xám) và độ tơng phản của ảnh Phép xử lý điểm ảnh dựa vào hai công cụ chính là lợc đồ mức xám (histogram) và bảng tìm kiếm LUT (Look-Up-Table) Lợc đồ mức xám cho ta biết sơ lợc tình trạng của ảnh nh độ tơng phản,... hỗn hợp (NTSC, SECAM hoặc PAL) hoặc thành định dạng ghi hình thành phần tách rời thông tin màu và độ chiếu sáng - 13 - Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn bằng laser và xử lý ảnh Quá trình số hoá ảnh và các bộ xử lý Các tín hiệu hình ảnh từ CCD sẽ đợc số hoá qua các bộ bắt hình rồi đa tiếp vào bộ xử lý Hình 1.10 là cấu trúc cơ bản của một bộ bắt hình iu khin Xung nhp pixel Xung ng b ra Tỏch... ảnh có lợc đồ lấp đầy dải động của ảnh Phép toán này là một kỹ thuật rất hiệu quả trong nâng cao chất lợng ảnh Đặc biệt với những ảnh có phân bố gauss và gần gauss 1.4.2 Làm bằng lợc đồ mức xám Một ảnh có phân bố cờng độ không đồng đều thờng đợc cải thiện nhờ một phép xử lý đợc gọi là làm bằng lợc đồ mức xám Mục đích cuối cùng của - 24 - Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn bằng laser và xử. .. phản, sự phân bố năng lợng của ảnh Bảng tìm kiếm là công cụ chính thực hiện các thuật toán xử lý điểm ảnh, vì nó rút ngắn đợc khối lợng tính toán, một ảnh có cỡ bất kỳ đợc biểu diễn trong 256 giá trị và do đó chỉ phải xử lý 256 giá trị Hình 1.16 minh hoạ phơng pháp xử lý ảnh dựa vào bảng tìm kiếm Giả thiết ảnh đầu vào là ảnh 8 mức xám (từ 0 đến 7), khi đó bảng tìm kiếm đợc thiết lập là một mảng một chiều... thể đợc thực hiện trong 3 bớc là: Tính biểu đồ ảnh, tính tổng chuẩn hoá của biểu đồ ảnh, biến đổi ảnh lối vào thành ảnh lối ra Thuật toán này làm việc tốt nhất trên ảnh có những có tiết nhỏ trong vùng tối 1.5 Phép xử lý vùng ảnh Phép xử lý vùng sử dụng những pixel lân cận nhau của ảnh đầu vào I (i, j ) để tạo ra một pixel của ảnh đầu ra I ' (i, j ) Phép xử lý vùng chủ yếu dựa trên phép toán nhân chập... hơn -7- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn bằng laser và xử lý ảnh Các hiện tợng tơng tự xảy ra với thấu kính và là hai loại quang sai cầu (hình 1.5a): Xét điểm P nằm trên trục quang và ảnh cận trục P của nó Khoảng cách giữa điểm P và giao điểm của trục quang với với một tia xuất phát từ P và bị khúc xạ bởi thấu kính đợc gọi là quang sai cầu dọc của tia Nếu mặt phẳng ảnh đợc dựng trên P,... bậc nhất và bậc hai - 29 - Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ tập ngắm bắn bằng laser và xử lý ảnh Hình 1.19 Hàm f(x) và đạo hàm bậc nhất và bậc 2 của nó 1.6.1 Phát hiện biên dựa vào đạo hàm bậc nhất Đạo hàm bậc nhất một hàm hai chiều tơng tự f(x,y) đợc tính nh sau: f ' ( x, y ) = f ( x, y ) f ( x, y ) ix + iy y x (1.14) trong đó, ix và iy tơng ứng là vector đơn vị theo hớng x và y Việc dựa vào f(x,y)