способ определения координат попаданий в мишень для стрелкового тира и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ определения координат попаданий в мишень для стрелкового тира, заключающийся в том, что проводят телевизионную съемку мишени с помощью инфракрасной (ИК) камеры, получают видеосигнал, который содержит тепловую характеристику для каждого элемента мишени, определяют точки попаданий по превышению порогового значения тепловой характеристики элементов мишени в этих точках, отличающийся тем, что в качестве тепловой характеристики используют скорость изменения температуры.

2. Устройство для определения координат попаданий в стрелковом тире, состоящее из следящей за мишенью ИК-камеры со светочувствительным приемником, соединенной с устройством обработки видеосигнала и вычисления координат попаданий, отличающееся тем, что ИК-камера выполнена с непрерывной экспозицией светочувствительного приемника, в качестве которого использована матрица пироэлектрических кристаллов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к мишенным комплексам, а именно к инфракрасным (ИК) системам определения мест попаданий.

Известны способ оценки результатов стрельбы и количества попаданий в цель на стенде для стрельбы и установка для стрельбы, описанные в заявке WO 00/70294 МПК⁷ F 41 J 5/10, 5/08. Способ заключается в том, что на стену, по которой ведется стрельба, источником света проецируется подлежащая поражению мишень в виде светового пятна, подвижного во всех направлениях, и для оценки попаданий в цель камерой инфракрасного излучения производится снимок картины с результатами стрельбы на стене, по которой производится стрельба. Одновременно с выдачей мишени определяются координаты мишени, и эти координаты мишени сравниваются с координатами попаданий, полученными в результате оценки попаданий, и, если точка попадания отстоит от заданной точки на расстоянии, которое меньше предварительно заданного, выдается сигнал о попадании.

Данный способ осуществляется в известной из этого же патента установке для стрельбы для определения с помощью электронных устройств результатов стрельбы и попаданий в цель от произведенных выстрелов, состоящей из стены, по которой производится стрельба, источника света, подвижного во всех направлениях для генерирования обстреливаемой мишени с одновременным сохранением координат цели, и устройства оценки. В составе оборудования установки для стрельбы имеется прибор для измерения тепловых импульсов, произведенных выстрелом, и в устройстве оценки производится оценка попаданий путем сравнения координат мишени с координатами попадания.

Недостатком описанного изобретения является неопределенность возможностей при работе с неподвижной целью, когда возникает задача выделения последнего попадания на фоне предыдущих при длительной стрельбе с большой интенсивностью и кучностью по мишени не из стали.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится способ, известный из описания устройства для детектирования следа от пули и автоматического выставления оценки по результатам стрельбы (заявка Японии 11-108596, МПК⁶ F 41 J 5/08).

Способ заключается в том, что снимают тепловую картину мишени в ИК-диапазоне, координаты попадания определяют по тепловым следам на мишенном экране, даже в том случае, когда последующие попадания накладываются друг на друга частично или полностью. Проводят для каждого пикселя кадра сравнение отклонения его температуры от средней температуры по кадру с пороговым значением. По совокупности точек с температурой выше пороговой определяют круговую зону попадания, а центр круговой зоны принимают за центр попадания.

Устройство для детектирования следа от пули и автоматического выставления оценки по результатам стрельбы, описанное в той же заявке, содержит ИК - камеру, соединенную с устройством обработки видеосигнала и вычисления координат попаданий, в качестве которого используется компьютер.

Недостатком этого способа и устройства, использующего ИК-камеру, снимающую тепловую картину мишени и пороговую дискриминацию температур для каждого пикселя, является ограничение времени непрерывной работы стенда при интенсивной и кучной стрельбе вследствие понижения достоверности определения координат попаданий (при интенсивной и кучной стрельбе) по мере накопления следов недавних попаданий, которые, хотя и остывают, но долго остаются превышающими температурный порог и вносят ошибки.

Технической задачей изобретения является обеспечение высокой достоверности определения координат попаданий в мишень при использовании следящей за мишенью ИК-камеры независимо от материала мишени, длительности, интенсивности и кучности стрельбы, ведения стрельбы пулями или дробью.

Для получения такого технического результата в предлагаемом способе определения координат попаданий в мишень для стрелкового тира, заключающемся в том, что проводят телевизионную съемку мишени с помощью ИК-камеры и получают видеосигнал, который содержит тепловую характеристику для каждого элемента мишени, определяют точки попаданий по превышению порогового значения тепловой характеристики элементов мишени в этих точках, в качестве тепловой характеристики используют скорость изменения температуры.

Для достижения названного технического результата предлагается устройство для определения координат попаданий в мишень для стрелкового тира, состоящее из следящей за мишенью ИК-камеры со светочувствительным приемником, соединенной с устройством обработки видеосигнала и вычисления координат попаданий. В отличие от известного в предлагаемом устройстве ИК-камера выполнена с непрерывной экспозицией светочувствительного приемника, в качестве которого использована матрица пироэлектрических кристаллов.

Описанная конструкция устройства позволяет обеспечить высокую достоверность определения координат попаданий в мишень независимо от материала мишени, длительности, интенсивности и кучности стрельбы, ведения стрельбы пулями или дробью. Достижение этого результата основано на использовании пироэлектрического эффекта - появлении электрических зарядов на поверхностях кристалла пироэлектрика при изменении температуры кристалла, причем поляризация пироэлектрика пропорциональна скорости изменения температуры.

Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежом

Предлагаемый способ определения координат попаданий в мишень для стрелкового тира осуществляют в следующей последовательности. ИК-камерой, регистрирующей скорость изменения температуры, производят непрерывную съемку площади мишени и получают видеосигнал, который содержит данные о скорости изменения температуры каждого пикселя видеокадра. В устройстве обработки видеосигнала и определения координат попаданий производят сравнение амплитуд сигнала по всему полю каждого кадра с пороговой величиной, которая гарантированно превышает величину фона собственных шумов ИК-камеры. По совокупности точек с величиной сигнала выше пороговой определяют круговую зону попадания, а центр круговой зоны принимают за центр попадания.

Предлагаемое устройство для определения координат попаданий в мишень для стрелкового тира состоит (см. чертеж) из мишени 1 (из произвольного материала, пробиваемая или нет), ИК-камеры 2, подключенной кабелем 3 к устройству обработки видеосигнала и вычисления координат попаданий, состоящему из персонального компьютера (PC) 4 с монитором 5.

Для слежения за мишенью 1 применяют ИК-камеру 2 со светочувствительным приемником, в качестве которого использована матрица из пироэлектрических кристаллов, находящаяся при непрерывном экспонировании (без модуляции входного потока). Особенность такого режима работы ИК-камеры заключается в том, что она передает скорость изменения температуры в каждом пикселе кадра, а не температурный рельеф мишени, как в режиме тепловизора, когда обеспечивается модуляция входного потока.

Устройство работает следующим образом.

До производства очередного выстрела при произвольном температурном рельефе мишени, т.е. независимо от числа, мест и времени предыдущих попаданий, на мишени происходят медленные процессы выравнивания температур и общего охлаждения. Такие процессы не регистрируются применяемой ИК-камерой, и ее сигнал соответствует ровному серому фону на уровне собственных шумов ИК-камеры.

При попадании пули в мишень происходит быстрый локальный нагрев мишени и соответствующего участка матрицы в ИК-камере. В течение быстрого роста температуры пироэлектрика в местах, соответствующих области попадания, сигнал ИК-камеры становится значительно больше уровня собственных шумов ИК-камеры. Эти яркие вспышки на ровном сером фоне отчетливо видны в одном-двух смежных кадрах.

После окончания фазы быстрого локального нагрева в месте попадания на мишени остаются медленные процессы, которые ИК-камера "не видит", ее сигнал опять становится фоновым, и она готова регистрировать очередную вспышку по всей площади мишени независимо от длительности, интенсивности и кучности стрельбы.

Так как применяемая ИК-камера "не видит" медленные процессы, соотношение сигнал/шум имеет величину, достаточную для надежного выделения места последнего попадания.

От ИК-камеры 2 видеосигнал по кабелю 3 поступает в PC 4, где производятся покадровая обработка видеосигнала, определение координат попаданий и вывод для стрелка 6 результатов стрельбы на монитор 5.

При покадровой обработке видеосигнала в PC производят сравнение амплитуд сигнала по всему полю кадра с пороговой величиной, которая устанавливается выше величины фона собственных шумов ИК-камеры. Определение координат попаданий производят по совокупности точек с величиной сигнала выше пороговой, вычисляют круговую зону попадания, а центр круговой зоны принимают за центр попадания.

Образы мишеней содержатся в компьютере и выводятся на монитор, на котором отображается отметка о попадании в мишень, соответствующая вычисленным координатам, что помогает стрелку корректировать стрельбу. Совмещение видеокадра ИК-камеры с мишенью производится по тепловым реперам с прерываемым потоком излучения (модуляцией), устанавливаемым для юстировки системы в места с точно заданными координатами.

Устройство может быть выполнено с применением серийно выпускаемой ИК-камеры ControlIR 300D фирмы Raytheon. Параметры ИК-камеры:

Тип датчика Пироэлектрик

Материал датчика Barium Strontium Titanate (BST)

Спектральный диапазон 7-14 микрон

Разрешение 320×240 пиксел

Чувствительность 45 mV/град

Температурное разрешение (NETD) 0.1 град

Пиксельная частота 6 MHz

Видеовыход (устанавливается на заводе) NTSC/ PAL

Частота кадров 30 Hz (NTSC)/ 25 Hz (PAL)

Управление контрастом/яркостью Автоматическое или ручное

Изображение (белые объекты) Горячие или холодные (по выбору)

Поставляемая фирмой ИК-камера работает в режиме тепловизора, показывает распределение температуры по кадру. Для перевода ее в режим регистрации скорости изменения температур (вспышек) необходимо отключить механизм модуляции входного потока (удалить обтюратор, вращающийся перед датчиком и периодически перекрывающий входной поток), тем самым обеспечивается непрерывность экспонирования пироэлектрика.

В качестве устройства приема и обработки видеосигнала и вычисления координат попаданий пригоден компьютер класса Pentium4 2.2GHz и выше с платой ввода fly video98 (Full cadr capture 30/25 fps (ntsc/pal)) и выше.