一种基于时间标记实现的多激光枪模拟训练系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及一种基于时间标记实现的多激光枪模拟训练系统，还涉及一种基于时间标记实现的多激光枪模拟训练系统的控制方法。


背景技术：

2.传统的实弹打靶射击，需要消耗弹药，危险性较高，需要专业人员参与指导。同时部署设备所需场地较大，因此运营成本比较高。使用激光进行射击打靶，安全性高，精度高。因此激光枪模拟射击被越来越多地应用到国防教育、学生军训、企业军训、军事展馆射击体验活动、娱乐等多种场合。
3.市场上现有影像形式的激光枪模拟射击系统主要有以下两种形式：
4.第一种形式为激光枪射击到投影图像上，通过摄像头采集激光枪射击到投影图像上的落点，判断射击结果。此种方式的缺点为：由于激光枪的光束不能够被摄像头拍照信息识别枪支号，一个场景中只能进行一个激光枪的训练，无法模拟一个场景中多人共同射击的情况。
5.第二种形式为在第一种形式的基础上进行的改进，为多支激光枪形式，各个激光枪发出的激光束的波长均不相同，每个激光枪对应一个摄像头，各个摄像头通过滤光片只能采集各自所对应的激光枪射击到投影图像上的落点，判断各个激光枪的射击结果。此种方式的缺点为：仍然没有脱离第一种形式的一个激光枪需对应的一个摄像头，加工时，每一个激光枪、每一个摄像头均需要特定的要求，不利于扩展多人模拟训练。在一个场景中，射击投影图像时，激光枪往往是固定位置，不能够移动的，设备使用的灵活性大大受限。


技术实现要素：

6.本发明提供一种克服了现有技术中的弊端，实现多个激光枪，仅需一个图像采集设备完成射击信息的采集，可以灵活调整激光枪数量，增加了使用的便利，而且能够准确快速的进行信息采集和识别，给使用者较好的射击体验的一种基于时间标记实现的多激光枪模拟训练系统。
7.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于时间标记实现的多激光枪模拟训练系统，包括：
8.第一部分，场景图像装置，用于提供模拟射击用的靶标场景图片；
9.第二部分，主控制台，用来接收射击靶标场景照片及枪端时间信号，处理分析确定打靶结果；并控制场景图像装置变换显示具有“中弹”效果的靶标场景图片；
10.第三部分，时间同步控制器机构，包括
11.控制器端通讯模块，用来发送和接收信息；
12.控制器端控制单元，自带时间计时器，定时通过控制器端通讯模块向外发送强制同步用的主控时间信号；
13.第四部分，若干激光枪，若干激光枪组成一个群组，并被分配枪id，每个激光枪包括
14.扳机，用于在扣动时触发扳机开关产生扳机触发信号；
15.枪端通讯模块，用来发送和接收信息；
16.枪端控制单元，自带时间计时器，枪端通讯模块接收控制器端通讯模块发送出来的主控时间信号，将枪端控制单元的自带时间计时器进行同步；用来接收扣动扳机时的扳机触发信号，控制将枪端时间信号通过枪端通讯模块发送到主控制台；
17.激光发射单元，由枪端控制单元控制激光亮灭；枪端控制单元控制若干激光枪的激光发射单元为错时发射，在设置好时间间隔的取样时间点，仅且只有一把激光枪的激光发射单元为亮状态，其余激光枪为灭状态；
18.第五部分，图像采集装置，包括
19.摄像头，用于在设置好时间间隔的取样时间点拍摄对应靶标场景图片；
20.图像端通讯模块，用来发送和接收信息，用来接收控制器端通讯模块发送出的强制同步用的主控时间信号，并发送摄像头采集到的射击靶标场景照片到主控制台；
21.图像端时间显示机构，用于显示图像采集装置对应的时间；
22.图像端控制单元，自带时间计时器，接收图像端通讯模块传递过来的强制同步用的主控时间信号，将图像端控制单元的自带时间计时器进行同步，并控制图像端时间显示机构显示时间；在设置好时间间隔的取样时间点控制摄像头拍摄靶标场景照片，并将图像端时间显示机构显示的时间作为一部分拍摄成射击靶标场景照片；通过图像端通讯模块将射击靶标场景照片发送到主控制台。
23.作为优选的技术方案，所述场景图像装置为投影仪将靶标图案投放到屏幕上或者电子屏幕显示靶标图案。
24.作为优选的技术方案，所述控制器端通讯模块，包括控制器端无线通讯单元，用于无线形式定时向外发送强制同步用的主控时间信号，用于接收通过枪端通讯模块发送出的枪端时间信号，用于接收通过图像端通讯模块发送出的射击靶标场景照片；还包括主控台连接串口，用于将控制器端无线通讯单元接收的枪端时间信号、射击靶标场景照片传输到主控制台；所述控制器端通讯模块兼做主控制台的通讯模块。
25.作为优选的技术方案，所述枪端通讯模块为枪端无线通讯单元；所述激光枪还包括发声单元，所述枪端控制单元控制所述发声单元模拟枪射击的声音。
26.作为优选的技术方案，图像端通讯模块为图像端无线通讯单元；图像端时间显示机构包括若干排列设置的灯珠；图像端时间显示机构设置在摄像头前方。
27.本发明还提供一种基于时间标记实现的多激光枪模拟训练系统的控制方法，
28.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于时间标记实现的多激光枪模拟训练系统的控制方法，若干激光枪未扣动扳机状态时，包括以下步骤：
29.s1
‑
1、通过主控制台控制场景图像装置将模拟射击用的靶标场景的图像进行投影或者显示；
30.s1
‑
2、时间同步控制器机构进入工作状态，控制器端控制单元根据自带时间计时器的计时，通过控制器端通讯模块定时发送强制同步用的主控时间信号；
31.s1
‑
3、将若干激光枪组成一个群组，并为每个激光枪分配枪id；
32.每个激光枪由枪端控制单元控制激光发射单元的激光亮灭，枪端控制单元控制若干激光枪的激光发射单元为错时发射；
33.枪端通讯模块接收s1
‑
2步骤的主控时间信号，将主控时间信号传递到枪端控制单元，枪端控制单元将自带时间计时器调整到与主控时间信号一致；
34.s1
‑
4、图像端控制单元根据自带时间计时器，在设置好时间间隔的取样时间点，控制图像端时间显示机构变化显示时间；
35.图像端控制单元根据自带时间计时器，在设置好时间间隔的取样时间点，控制摄像头拍摄靶标场景照片，并将图像端时间显示机构显示的时间作为一部分拍摄成射击靶标场景照片，通过图像端通讯模块将射击靶标场景照片发送到主控制台；
36.图像端通讯模块接收s1
‑
2步骤的主控时间信号，将主控时间信号传递到图像端控制单元，图像端控制单元将自带时间计时器调整到与主控时间信号一致；
37.s1
‑
5、主控制台接收s1
‑
4步骤发送过来的射击靶标场景照片；
38.若干激光枪中任一激光枪扣动扳机状态时，包括以下步骤：
39.s2
‑
1、扣动扳机的激光枪的枪端控制单元接收扣动扳机时的扳机触发信号，控制将枪端时间信号通过枪端通讯模块发送到主控制台；
40.s2
‑
2、主控制台接收到s2
‑
1步骤的枪端时间信号；
41.s2
‑
3、主控制台识别s1
‑
5步骤的射击靶标场景照片中包含的图像端时间显示机构显示的时间，当匹配到图像端时间显示机构显示的时间与枪端时间信号一致时，确认该射击靶标场景照片为扣动扳机时的射击靶标场景照片，同时确认射击枪id；
42.s2
‑
4、主控制台判断s2
‑
3步骤的扣动扳机时的射击靶标场景照片是否有激光束的落点光斑，如果不存在落点光斑则解析为没有打中状态；如果存在落点光斑则为打中状态，解析落点光斑在射击靶标场景照片中的坐标点，确定射击结果，将射击结果计算入步骤s2
‑
3确定的射机枪id上，同时主控制台控制场景图像装置变换靶标场景的图像，在落点光斑对应的坐标点显示弹孔效果。
43.作为优选的技术方案，s1
‑
5步骤具体为控制器端通讯模块接收s1
‑
4步骤发送过来的射击靶标场景照片，再传输至主控制台。
44.作为优选的技术方案，s1
‑
3步骤错时发射具体为在设置好时间间隔的取样时间点，仅且只有一把激光枪的激光发射单元为亮状态，其余激光枪为灭状态；若干激光枪组成一个群组，各个激光枪的激光发射单元在取样时间点依次为亮状态，循环往复。
45.作为优选的技术方案，s1
‑
4步骤中，图像端时间显示机构变化显示时间的显示格式为二进制显示。
46.作为优选的技术方案，s2
‑
1步骤中，枪端控制单元还控制将枪id信息与枪端时间信号同时通过枪端通讯模块发送到主控制台。
47.由于采用了上述技术方案，采用时间信号作为标识实现，克服了现有技术中的弊端，实现多个激光枪，仅需一个图像采集设备就能完成射击信息的采集、识别，节省了设备的成本，而且可以灵活调整激光枪数量，增加了使用的便利，而且能够准确快速的进行信息采集和识别，给使用者较好的射击体验。
附图说明
48.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
49.图1是本发明实施例的结构示意图，示出了在一个取样时间点的射击瞬间状态；
50.图2是图1的状态后解析后显示的射击效果图像；
51.图3是本发明实施例在另一个取样时间点的射击瞬间状态的结构示意图；
52.图4是图3的状态后解析后显示的射击效果图像；
53.图5是本发明实施例的信号传输示意图；
54.图6是本发明实施例的时间同步控制器机构的电路模块部分的结构原理图；
55.图7是本发明实施例的激光枪的电路模块部分的结构原理图；
56.图8是本发明实施例的图像采集装置的电路模块部分的结构原理图；
57.图9是本发明实施例的图像采集装置的结构示意图；
58.图中：1
‑
场景图像装置；2
‑
主控制台；3
‑
时间同步控制器机构；4
‑
激光枪；5
‑
图像采集装置；51
‑
摄像头；52
‑
图像端时间显示机构。
具体实施方式
59.下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
60.此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
61.如图1、图3和图5所示，一种基于时间标记实现的多激光枪模拟训练系统，包括：
62.第一部分，场景图像装置1，用于提供模拟射击用的靶标场景图片；
63.第二部分，主控制台2，用来接收射击靶标场景照片及枪端时间信号，处理分析确定打靶结果；并控制场景图像装置1变换显示具有“中弹”效果的靶标场景图片；
64.如图6所示，第三部分，时间同步控制器机构3，包括
65.控制器端通讯模块，用来发送和接收信息；
66.控制器端控制单元，自带时间计时器，定时通过控制器端通讯模块向外发送强制同步用的主控时间信号；
67.如图7所示，第四部分，若干激光枪4，若干激光枪4组成一个群组，并被分配枪id，每个激光枪4包括
68.扳机，用于在扣动时触发扳机开关产生扳机触发信号；
69.枪端通讯模块，用来发送和接收信息；
70.枪端控制单元，自带时间计时器，枪端通讯模块接收控制器端通讯模块发送出来的主控时间信号，将枪端控制单元的自带时间计时器进行同步；用来接收扣动扳机时的扳机触发信号，控制将枪端时间信号通过枪端通讯模块发送到主控制台2；
71.激光发射单元，由枪端控制单元控制激光亮灭；枪端控制单元控制若干激光枪4的激光发射单元为错时发射，在设置好时间间隔的取样时间点，仅且只有一把激光枪4的激光发射单元为亮状态，其余激光枪4为灭状态；
72.如图8和图9所示，第五部分，图像采集装置5，包括
73.摄像头51，用于在设置好时间间隔的取样时间点拍摄对应靶标场景图片；
74.图像端通讯模块，用来发送和接收信息，用来接收控制器端通讯模块发送出的强制同步用的主控时间信号，并发送摄像头51采集到的射击靶标场景照片到主控制台2；
75.图像端时间显示机构52，用于显示图像采集装置5对应的时间；
76.图像端控制单元，自带时间计时器，接收图像端通讯模块传递过来的强制同步用的主控时间信号，将图像端控制单元的自带时间计时器进行同步，并控制图像端时间显示机构52显示时间；在设置好时间间隔的取样时间点控制摄像头51拍摄靶标场景照片，并将图像端时间显示机构52显示的时间作为一部分拍摄成射击靶标场景照片；通过图像端通讯模块将射击靶标场景照片发送到主控制台2。
77.时间同步控制器机构3定时发送强制同步用的主控时间信号至若干激光枪4、图像采集装置5，使若干激光枪4、图像采集装置5自带时间计时器进行同步，使得时间同步控制器机构3、若干激光枪4、图像采集装置5处于一个时间系中，避免由于外界因素导致时间不一致的情况发生。
78.场景图像装置1为投影仪将靶标图案投放到屏幕上或者电子屏幕显示靶标图案。靶标图案为模拟射击用的图案，可以为环形靶标、胸型靶、或者各种不同的场景图片。
79.控制器端通讯模块，包括控制器端无线通讯单元，用于无线形式定时向外发送强制同步用的主控时间信号，用于接收通过枪端通讯模块发送出的枪端时间信号，用于接收通过图像端通讯模块发送出的射击靶标场景照片；还包括主控台连接串口，用于将控制器端无线通讯单元接收的枪端时间信号、射击靶标场景照片传输到主控制台2；控制器端通讯模块兼做主控制台2的通讯模块。主控制台2可以为电脑、平板，或者其他具有运算、存储能力的电子设备，能够按照本实施例的控制方法进行对应的操作。主控制台2使用控制器端通讯模块作为通讯模块，能够降低成本。当然主控制台2也可以使用单独的通讯模块用来接收信息。主控台连接串口为以双向通讯单元，主控制台2可以通过主控台连接串口、控制器端通讯模块向外发送信号。
80.枪端通讯模块为枪端无线通讯单元。图像端通讯模块为图像端无线通讯单元。以无线通讯发送和/或接收信息，能够大大提高使用的便利性，便于位置的移动。激光枪4还包括发声单元，枪端控制单元控制发声单元模拟枪射击的声音，枪端控制单元接收扣动扳机时的扳机触发信号，控制发声单元模拟枪射击的声音，使得模拟训练效果更加真实。
81.图像端时间显示机构52包括若干排列设置的灯珠，便于利用灯珠亮灭实现二进制计数，有利于快速准确地识别射击靶标场景照片所附带的时间；图像端时间显示机构52设置在摄像头51前方，能够保证摄像头51拍摄激图片时，能够将各个灯珠的亮灭作为图片的一部分共同拍摄。
82.如图5所示，一种基于时间标记实现的多激光枪模拟训练系统的控制方法，若干激光枪4未扣动扳机状态时，包括以下步骤：
83.s1
‑
1、通过主控制台2控制场景图像装置1将模拟射击用的靶标场景的图像进行投影或者显示；
84.s1
‑
2、时间同步控制器机构3进入工作状态，控制器端控制单元根据自带时间计时器的计时，通过控制器端通讯模块定时发送强制同步用的主控时间信号；
85.s1
‑
3、将若干激光枪4组成一个群组，并为每个激光枪4分配枪id；
86.每个激光枪4由枪端控制单元控制激光发射单元的激光亮灭，枪端控制单元控制若干激光枪4的激光发射单元为错时发射；
87.枪端通讯模块接收s1
‑
2步骤的主控时间信号，将主控时间信号传递到枪端控制单元，枪端控制单元将自带时间计时器调整到与主控时间信号一致；
88.s1
‑
4、图像端控制单元根据自带时间计时器，在设置好时间间隔的取样时间点，控制图像端时间显示机构52变化显示时间；
89.图像端控制单元根据自带时间计时器，在设置好时间间隔的取样时间点，控制摄像头51拍摄靶标场景照片，并将图像端时间显示机构52显示的时间作为一部分拍摄成射击靶标场景照片，通过图像端通讯模块将射击靶标场景照片发送到主控制台2；
90.图像端通讯模块接收s1
‑
2步骤的主控时间信号，将主控时间信号传递到图像端控制单元，图像端控制单元将自带时间计时器调整到与主控时间信号一致；
91.s1
‑
5、主控制台2接收s1
‑
4步骤发送过来的射击靶标场景照片；
92.若干激光枪4中任一激光枪4扣动扳机状态时，包括以下步骤：
93.s2
‑
1、扣动扳机的激光枪4的枪端控制单元接收扣动扳机时的扳机触发信号，控制将枪端时间信号通过枪端通讯模块发送到主控制台2；
94.s2
‑
2、主控制台2接收到s2
‑
1步骤的枪端时间信号；
95.s2
‑
3、主控制台2识别s1
‑
5步骤的射击靶标场景照片中包含的图像端时间显示机构52显示的时间，当匹配到图像端时间显示机构52显示的时间与枪端时间信号一致时，确认该射击靶标场景照片为扣动扳机时的射击靶标场景照片，同时确认射击枪id；
96.s2
‑
4、主控制台2判断s2
‑
3步骤的扣动扳机时的射击靶标场景照片是否有激光束的落点光斑，如果不存在落点光斑则解析为没有打中状态；如果存在落点光斑则为打中状态，解析落点光斑在射击靶标场景照片中的坐标点，确定射击结果，将射击结果计算入步骤s2
‑
3确定的射机枪id上，同时主控制台2控制场景图像装置1变换靶标场景的图像，在落点光斑对应的坐标点显示弹孔效果。
97.s1
‑
5步骤具体为控制器端通讯模块接收s1
‑
4步骤发送过来的射击靶标场景照片，再传输至主控制台2。
98.s1
‑
3步骤错时发射具体为在设置好时间间隔的取样时间点，仅且只有一把激光枪4的激光发射单元为亮状态，其余激光枪4为灭状态；若干激光枪4组成一个群组，各个激光枪4的激光发射单元在取样时间点依次为亮状态，循环往复。
99.如图1、图2、图3和图4所示，若干激光枪4组成一个群组，并被分配枪id，如01/02/03
…
，枪id为唯一不重复。在设置时间间隔的取样时间点，仅且只有一把激光枪4的激光发射单元为亮状态，其余激光枪4为灭状态。例如整个群组激光枪4共有8个，在第一个取样时间点时，枪id为01的激光枪4为亮状态，其余激光枪4为灭状态；在第二个取样时间点时，枪id为02的激光枪4为亮状态，其余激光枪4为灭状态；
……
在第八个取样时间点时，枪id为08的激光枪4为亮状态，其余激光枪4为灭状态；在第九个取样时间点时，枪id为01的激光枪4为亮状态，其余激光枪4为灭状态。激光枪4为亮状态的变化为id01
→
id02
→
id03
→
id04
→
id05
→
id06
→
id07
→
id08
→
id01
→
id02
……
，在取样时间点，依次循环显示亮的状态。
100.对于本实施例，各部分采用相同时间间隔的取样时间点，取样时间点的时间间隔
可以根据需要设置更改，当时间间隔越小时，训练的仿真效果越逼真，例如可以时间间隔设置为1/800秒，整个群组激光枪4的亮灭在一秒钟内变化800次，摄像头51拍摄成射击靶标场景照片的数量为一秒钟800张，由于取样时间点的时间间隔足够小，给使用者视觉上是各个激光枪4的激光发射单元一直为同时亮的状态，各个激光枪4一直为模拟瞄准射击状态。本实施例通过离散采样的技术，实现了连续的效果，通过一个摄像头51就能够实现多个激光枪4的识别射击，而且不需要限制激光枪4的固定位置。
101.s1
‑
4步骤中，图像端时间显示机构52变化显示时间的显示格式为二进制显示。图像端时间显示机构52采用若干排列设置的灯珠，用灯珠亮灭代表二进制计数法，例如，共有8个灯珠，在第一个取样时间点时，8个排列灯珠为“灭灭灭灭灭灭灭亮”，可以解析为二进制为00000001；在第二个取样时间点时，8个排列灯珠为“灭灭灭灭灭灭亮灭”，可以解析为二进制为00000010；
……
。采用二进制计数法，有利于s2
‑
3步骤主控制台2识别射击靶标场景照片中所包含的图像端时间显示机构52显示的时间。
102.s2
‑
1步骤中，枪端控制单元还控制将枪id信息与枪端时间信号同时通过枪端通讯模块发送到主控制台2。能够进一步准确地保证将射击结果计算入步骤s2
‑
3确定的射机枪id上。主控制台2识别枪id可以通过枪端通讯模块发送的枪端时间信号间接实现，在取样时间点仅且只有一把激光枪4的激光发射单元为亮状态，也可以通过可以通过枪端通讯模块发送的枪id信息直接实现，枪id信息与枪端时间信号同时使用时，更能够确保解析的准确性。
103.枪id信息与枪端时间信号按照本实施例的数据协议规范要求进行传输，确保能够有效地被发送、接受和解析。
104.控制器端控制单元、枪端控制单元和图像端控制单元均采用单片机。
105.本实施例采用时间信号作为标识实现，时间同步控制器机构3定时发送强制同步用的主控时间信号至若干激光枪4、图像采集装置5，使若干激光枪4、图像采集装置5自带时间计时器进行同步，使得时间同步控制器机构3、若干激光枪4、图像采集装置5处于一个时间系中，克服了现有技术中的弊端，实现多个激光枪4，仅需一个图像采集设备就能完成射击信息的采集、识别，节省了设备的成本，而且可以灵活调整激光枪4数量，增加了使用的便利，而且能够准确快速的进行信息采集和识别，给使用者较好的射击体验。
106.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。