CCD摄像机激光打靶信号处理系统研究(3)
1. 提出系统整体结构框图和工作原理；
2. 选择及确定系统各单元的硬件技术指标；
3. 编制图像采集处理程序和报靶程序；
4. 实验验证、总结。
2 基本原理
2.1 系统工作原理
激光模拟打靶系统是一个集电学、光学、图像处理技术和计算机技术于一体的无线光电通讯系统。它用激光束代替真实的子弹发射过程来模拟实弹射击训练，靶面接收端利用摄像机摄取带有激光光斑的靶面图像，并经过图像处理技术进行处理，最终获取激光模拟打靶的成绩。整个系统在逻辑上主要分为发射部分和图像采集处理部分。发射部分是在 7.62mm口径的冲锋枪上安装激光器，利用激光器发射的激光束模拟实弹射击，根据选取的激光器的性能，可模拟 50m 或 100m 远的射击距离。图像采集处理部分则是利用计算机从摄像机显示的动态视频靶面图像中捕获一幅静态图像，并与在射击准备工作完成以后，开始射击前捕获的靶面背景图像作图像的减运算，来获得激光光斑图像。系统中使用了图像采集卡，其作用是将 CCD 摄像机摄取的模拟靶面图像转换成数字图像，方便计算机处理。通过对图像的预处理及处理等工作，包括图像的灰度化、去噪处理、图像相减运算、中心判定等，最终能够获得我们想要的打靶成绩，并实时显示出来，起到自动报靶的功能。在软件的管理系统中，还可以给出最近一段时间训练者的成绩表单，并可以对训练者个人信息，以及训练者的成绩等进行管理和文护工作。由此，射击训练者可以进一步提高射击训练的技能。
2.2 激光器
2.2.1 激光器的工作原理及基本结构
激光器是一种能发射激光光束的强光源，即工作物质通过受激辐射放大和必要的反馈，产生单色、准直、相干的光束的过程及仪器[14]。激光(LASER)一词的意思为“受激发射的辐射光放大”。原子的运动状态可划分为不同的能级，能量亦有高低之分，而当原子从高能级向低能级跃迁时，就会释放出相应能量的光子。当一个光子入射到一个能级系统并被该系统吸收，会导致原子从低能级向高能级跃迁，而部分跃迁到高能级的原子又会向低能级跃并释放出光子，这些运动往往是同时进行的而不是孤立的。当外部的条件恰当，如采用适当的共振腔、煤质、足够的外部电场等，受激辐射得到放大的比吸收的多，就会有光子射出，产生激光。世界上第一台激光器是人造红宝石晶体激光器，由科学家Maiman在 1960 年研制而成。而在 1964 年，按照我国著名科学家钱学森的建议，将“光受激发射”改称为“激光”。
激光器一般由工作物质（激活介质），激励系统（光泵）和光学谐振腔三个部分组成[15]，如图 2.1 所示。
图2.1 激光器基本结构
激光器的核心部分是工作物质，其作用是使入射光得到放大，产生激光，且只有能实现能级跃迁的物质才可以作为激光器的工作物质，如红宝石、半导体、氖气、铍玻璃、有机染料等。激励系统装置用来产生光能、化学能或电能，从而给工作物质供给能量，使介质中处于基态的粒子在获得能量后被抽运到高能级，形成粒子数反转。目前使用的激励手段，主要有通电、光照、化学反应等。光学共振腔是激光器的重要部件，其作用可分为三方面：一是使工作物质的受激辐射连续进行；二是不断给光子加速；三是限制激光输出的方向。最简单的光学共振腔的组成是将两个相互平行的反射镜放置在氦氖激光器的两端。当一些氖原子在实现了粒子数反转的两个能级间跃迁，并辐射出平行于激光器方向的光子时，这些光子将在两个反射镜之间来回的反射，进而就会不断地引起受激辐射，从而产生激光。
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