視覺缺陷或盲人體育競賽的瞄準輔助設備的制作方法

專利名稱：視覺缺陷或盲人體育競賽的瞄準輔助設備的制作方法
視覺缺陷或盲人體育競賽的瞄準輔助設備本發明涉及在體育競賽中為視覺缺陷(失明或弱視)的人瞄準弓箭或步槍目標的自動輔助的方法。

圖1示出了由德國Swarovsky公司提供的現有技術的瞄準輔助系統。該系統包括圓形灰度級的目標圖形MI (灰度級從目標中心到目標邊緣由白色漸進到黒色)，其被放置在剛好目標CI上方。目標圖形由放置在其上方的燈光照亮，并且在安裝在武器AR上的范圍LU的聚焦點處，有一個光強度傳感器(通常是單像素探測器)。當目標圖形MI的中心成像在該探測器上吋，光強度為其最大值，并且將聲音信號發送到射擊者，用來指示他的武器瞄準在目標的中心Cl。值得注意的是，瞄準范圍LU是預先定向到相對于瞄準軸(從武器 AR至目標的中心Cl)的角度α，所述角度由通過瞄準范圍LU和目標圖形MI的軸形成。相對于目標來調整目標圖形MI的位置必須精準地進行，以定義相同角度α的數值并且射擊者還可以總是將他的武器朝向目標的中心。此外，目標圖形MI相對于目標CI 的位置毎次都必須調整到射擊者的位置(根據他到目標的距離000，100或50米)，是為站姿、蹲姿還是臥姿等)。這樣的系統因而相當地難以使用，而且在競賽中不適用。此外，如果射擊者不能在射擊時保持同一精準的位置，則會發生“傾斜”問題。這種類型的系統會告知射擊者ー個瞄準的方向，該方向偏離系統真正力圖探測到的方向(在此情況中為目標圖形MI)，并且由于武器的初始校準點不是目標中心Cl，可以看到，傾斜角度α擾亂了射擊質量。競賽性射擊的目標通常具有官方規定的特性，因而，不論目標是為健全人所用還是為殘疾人士所用，其在形狀和/或顏色上都沒有變化。毫無疑義可改變目標的外觀，使之適合現有的目標瞄準輔助系統。本發明改善了所述情況。首先，提出由計算機裝置執行的用以輔助視覺缺陷或盲人對射擊目標瞄準的方法，包括-提供人們使用的具有攝像頭的射擊裝備，所述攝像頭放置在所述射擊裝備上，用于獲取待瞄準目標的圖像；-通過在攝像頭獲取的圖像中進行的形狀識別，來識別出目標；
-發送人們感知的信號，用于引導人們將射擊裝備朝向目標定向。通過尋找識別目標本身，在將在下文中闡述的優選實施例中使用形狀識別，就不再需要安裝附加的目標圖形，并且傾斜角度不再干渉射擊的質量。目標本身的特性用于識別和定位它的中心。在一個優選實施例中，在識別所述獲取圖像中的目標之后，確定目標的中心并且發送信號引導人們將射擊武器定向朝向目標中心。該優選的實施例是基于這樣的事實目標顯示出一個圓圈、碟形或環形(至少ー 種)，正如以下參照圖4Α到4Β將要討論的大多數射擊目標所做的那樣。在一個優選的實施例中，本發明意義上的形狀識別包括Hough變換，以識別在獲取圖像中的如此的形狀，并從中識別該圓形的中心。更具體地說，如果目標具有多種形狀，所述形狀構成至少ー個同心圓圈，環形或碟形，那么Hough變換在所述多種圓形狀中識別具有各自中心的至少兩個形狀，所述兩個中心被小于選定的相容閾值的距離分隔。如果能夠識別這兩個形狀，則可以確定目標中心就是兩個圓形中心的重心。優選地，存在著對由如上所述形狀識別獲得的目標識別的確認。在一個實施例中，利用目標的顏色來確認形狀的識別。通常，可以識別特定顏色的不同環形之間的顏色對比，諸如箭木目標的環形。添加地或可替代地，可以執行兩種形狀識別-對灰度級圖像中進行第一形狀識別；以及，-使用選擇的彩色分量(例如在RGB(紅綠藍)中的緑)，對作為彩色圖像的圖像進行第二形狀識別(S33)；第二形狀識別確認在彩色圖像中第一灰度級形狀識別的結果。作為對上述形狀識別類型的補充或替代，因為矩形板通常用來支持射擊目標，所以本發明的形狀識別可以包括對四角的形狀識別，該四角具有接近90°的角度，并且所述四個角相距預先確定的相對距離(例如若其為ー個正方形，則使用相同的相對距離，其在下文中將進行闡述)。ー個特殊的實施例可以包括-使用包括Hough變換的第一形狀識別；以及-確認通過基于四個角度識別的第二形狀識別獲得的結果。在一個本發明的具體實施例中，處理模塊可以連接至攝像頭，借助于處理模塊-在存儲器中儲存已選擇的目標模型的形狀特性；-從攝像頭中接收當前圖像的數據；-對于與模型特性相一致的外形特性，檢查當前圖像的數據(例如，給定數量的同心圓，角之間具有預定距離比的四角，或其它的特征)；以及-如果在確定的相容性內在當前圖像數據中識別與模型特性相同的特性(例如， 該相容考慮了透視的效果、光照中色溫的差別、攝像頭和目標之間的距離，或其它的效果)， 那么 在當前圖像中識別目標； 確定目標和攝像頭瞄準中心之間的距離； 發出至少ー個參數為所述距離函數的輸出信號。在實踐中，傳輸的信號為下述的函數-高度的間距(要由射擊者修正的仰角度)；以及-至目標的水平距離(要由射擊者修正的方位角)。可以選擇聲音輸出信號，并且用以下數據中的至少ー個來調制該信號幅值、空間化幅值(例如，頭戴耳機的右聽筒和左聽筒之間)、基頻率和調制頻率(例如呈嘟嘟聲的形式，嘟嘟聲靠近在一起或越加遠離)，它們是上述距離的函數。本發明還涉及ー個輔助瞄準射擊目標的系統，該系統應用上述的方法，其包括-攝像頭放置在人們使用的武器上的，用來獲取目標圖像；
-連接到攝像頭的裝置，用于在由攝像頭獲取的圖像中通過形狀確認來識別目標； 以及-連接模塊的裝置，用于發送被人們感知的信號，以引導射擊者將射擊武器朝向目標定向。本發明的其他特性和優點將通過閱讀下文的詳細描述和參照附圖會變得明了，除了涉及現有技術的前面描述過的圖1タト，附圖包括-圖2示意地示出裝配在武器上的本發明的系統；-圖3示出瞄準輔助發明的方法的基本步驟；-圖4A和4B為在兩個不同的焦距設置中攝像頭獲取的目標圖像；-圖5示意地示出根據本發明的用于處理由攝像頭提供的圖像數據的裝置，井能確定提供的圖像中目標的存在與否，并且如果合適，還能特別地識別目標的中心。如圖2所示，本發明的瞄準輔助系統包括獲取目標CI的圖像的攝像頭CAM，用于當武器(弓、步槍、飛鏢或其他武器)朝向目標時通過形狀識別來識別目標。當攝像頭使用調整到假想的目標距離的變焦鏡頭來識別完整的目標形狀吋，在被輔助的人所佩帶的聽筒OR 中響起可以聽見的信號，以指示射擊者武器AR已朝向目標。在一個示范的實施例中，攝像頭CAM可以通過有線或無線鏈接(WIFI或其他類型) 將圖像信號發送至裝置DIS，射擊者可佩帶該裝置DIS (例如在背包中或通過其他方法)。這樣的實施例的優點是將裝載在武器上的重量限制為僅是攝像頭的重量，因為武器越重，則射擊者由于肌肉疲勞產生的不精準度越大。裝備有工作存儲器的處理器PROC接收視頻數據，形成圖像，并且將該圖像的形狀與預存的模型做比較(或更具體的如下所述，將該圖像的確定的特性與這些模型進行比較)。在下面詳述的示范實施例中，形狀識別是基于Hough變換。該類型的處理非常適合圓形的識別。通過Hough變換的圓圈識別通常包括下述步驟-在圖像中識別大致同一的對比區域(例如，在一個確定相容性中灰度級為恒定的區域)；-對該區域定義切線；-確定切線的法線，以及；-核實它們是某一點上的所有(大部分)的切割線，所述點是這個區域形成的圓圈或碟形的中心。這個圓圈探測以及用于識別目標物理邊緣的正方形探測，將在下文中進行闡述。耳機OR可以是帶有對左右耳朵而言很小的揚聲器的頭帶式耳機。可以通過改變相對于參考頻率的音調來對瞄準的仰角度進行調整。因此，揚聲器可以再生-頻率變化的第一信號，取決于相對于目標的瞄準軸的高度；并且-恒頻的參考的第二信號。該第二信號可在兩個揚聲器之間相同的聲音層級上再生，使得射擊者具有該參考信號對中在他的兩個耳朵之間的感覺。第一信號可以在兩個揚聲器之間變化的聲音層級上再生，該變化依據相對于目標的瞄準軸的方位角而變化。當射擊者具有隨著他移動武器而聽到兩個完全“疊加的”信號的印象時，則瞄準軸通過目標的中心而使用者可以進行射擊。作為ー個變化例，為了輔助方位角的調整，第一信號可包括發射某ー頻率的嘟嘟
6聲，該頻率隨著瞄準軸水平地靠近目標而增加，直至聽到連續的信號，在這樣的情況下使用者可以開火。需要指出的是，在該變化例中立體聲耳機是不必要的，而單耳機就足夠了。在仍能提供較好結果的稍欠復雜的變化例中，第一信號包括發送某ー頻率的嘟嘟聲，該頻率對于方位角和仰角都無差別地隨著瞄準軸接近目標而增加，直至聽到連續的信號，在這樣的情況下使用者可以開火。在該實施例中，再生參考信號是不必要的，而單耳機就足夠了。然而，執行本發明，特別是在室外或模糊的條件下執行就會產生困難在這樣的條件下，提高目標檢測的相容性(在自然光中在目標上有變化，可能會有略微模糊或薄霧)允許更好的目標檢測，但會導致在檢測中出現假陽性(false positives)的風險，在武器使用中肯定是有危險性。優選的實施例提出將上述形狀識別和基于特定目標元素的顏色和/或正方形識別的識別進行結合，正方形識別將在下文進行闡述。在箭術競技中，目標具有122cm的外徑，并且由白色背景上的顏色的同心圓組成， 顏色由外到內順序為白色、黒色、藍色、紅色和黃色。在步槍競技中，目標具有155mm的外直徑，并由白背景上的十個同心圓組成，并在每邊170mm的硬板紙上有直徑為59. 5mm的中心標記(三個黑色同心圓盤)。在該兩種情形中，目標和其中心通過在圖3中所示的處理圖像進行檢測。該處理首先由當前圖像IM中的灰度級圓圈檢測(步驟S31)組成。這些圓圈-在箭術中，對應于不同顏色目標上的不同同心圓圈；并且-在步槍術中，對應于黒色的中心標記。圓圈的檢測有利地是基于使用Hough變換，其對應于確定與上述輪廓垂直的諸線的相交。具有大量直線相交的圖像的諸點是圓圈的中心。Hough變換是經典的，并且可在傳統的計算工具的圖書書籍中查閱到。具體的，在一個示范的實施例中，灰度級圓圈的檢測包括下述操作-將彩色圖像變換成灰度圖像；-使用高斯濾波器(例如9*9像素)來減少噪聲，并且降低虛像的檢測；并且-應用Hough變換，同時僅保持第一圓圈被檢測(通常所述圓圈具有帶有最多數量相交的中心)。該處理還可以另外包括例如正方形檢測，特別是目標板的外部邊沿。這個檢測 (步驟S3》是基于使用特殊處理步驟，所述特殊處理步驟定義如下-檢測圖像中的邊界；-使用下述標準選擇邊界 有且只有4條邊待識別； 邊界線是封閉的； 由兩條連續邊形成的角度必須為90° (在一個確定的相容性內，由于略微可能的透視效應，根據射擊者的位置而定)； 邊界內的區域必須在兩個閾值之間(最大值和最小值)； 最大邊和最小邊之比必須接近1，在某一確定的相容性之內。在圖3中示出的實例中，使用多個標準來檢測射擊目標
-在灰度級圖像中的圓圈檢測(步驟S31)；-正方形檢測(步驟S32)，以及-在對應于色彩空間中分量的圖像中的圓圈檢測(步驟S33)。當選擇用于第三種檢測的顏色時，檢測RGB(紅綠藍)顏色空間中的“緑”分量已經被發現在競賽環境中最為相關。這個檢測的主要步驟如下-在彩色圖像中選擇綠色分量(例如，在確定的相容性中的緑色像素)；-使用高斯濾波器(例如9x3)，來降低噪聲和減少誤判檢測；以及-使用僅維持第一檢測到的圓圈的Hough變換(圓圈具有最大量相交線的中心)。可以發現的是，重復圓圈檢測獨立于在前ー步驟S31中完成的灰度級圓圈處理。因此，對當前圖像壹M -在灰度級圖像中執行圓圈檢測(S31)；-對相同的圖像，執行正方形檢測(S32)；-對相同的圖像，在彩色圖像中執行圓圈檢測(S33)。然后，對以下情形確定坐標軸(ニ維圖像的χ和y):-在步驟S31中獲得第一圓圈的中心；-在步驟S32中獲得正方形的中心；-在步驟S33中獲得第二圓圈的中心。考慮這些坐標是用來驗證中心之間的距離(取為2x2) (taken two by two)是否總是小于給定的閾值(接近0)。否則，拒絕檢測(圖3中，探測T36中的箭頭N)并且對新的當前圖像進行重復檢測。只要檢測的中心的坐標沒有得到驗證，就沒有聲音信號發射給射擊者。如果檢測為肯定的(positive)，則驗證有效的中心的重心在步驟S34中被認為是目標的中心。通過比較該重心的位置與圖像中心區域的位置(在圖像中心，例如虹9的像素)-計算沿著垂直軸y的像素的差異，并且對射擊者發出對應的音頻信號(例如以基于該取為正值或負值的差別的頻率)，以指示目標仰角φ分量的偏差；以及-計算沿著水平軸χ的像素差異，并且對射擊者發出對應的音頻信號(例如以射擊者立體聲頭戴耳機揚聲器中的音響的強度來區分，其強度基于正或負數值的差異)，以指示目標方位角θ分量的偏差。已經發現，組合上述三個檢測方法中的兩個足以保證目標合適的定位，且沒有假陽性(false positives)的情況出現。然而，測試發現組合灰度級圓形和方形的檢測確能夠降低假陽性的情況，但卻會有增加處理時間的結果，這會對射擊的精度產生不利的影響，因為射擊者在這個處理時間中是移動的。使用兩個圓形檢測S31和S33 ( ー個使用灰度級圖像，并且另ー個使用彩色相同的圖像)，它們兩個都基于Hough變換，由于射擊者響應于他的運動聽到的聲音是被感受為瞬間的，在探測可靠性和實時處理兩方面得到良好的結果。有待優化的另ー個參數是調整攝像頭相對于射擊者和目標之間距離的焦距長度 (變焦)。為了保證在圖像中的目標中心的精確檢測，當前圖像中目標的尺寸優選地必須盡可能的大，并且不能超出圖像的邊緣。然而，目標的角部分應該與圖像邊緣大致一致(如在圖4B中示出的官方的射箭目標所示)。但是，對于射擊者的聲音指示器要有效，圖像必須包圍目標以及其周邊。也就是說，攝像頭要能夠獲取其范圍中的目標，然后射擊者變換來限制他的移動幅度，攝像頭獲取的圖像通常必須具有目標寬度的三至五、七倍的寬度(如同在圖4A中所示的10米手槍射擊的官方目標的視圖)。當然，基于可供的辦法和特別是攝像頭的像素分別率，可以選擇或多或少變焦能 カ的變焦鏡頭(當攝像頭的分辨率很高吋，變焦較小)。在若干種競賽類型中，為了使用裝備有給定分辨率的相同攝像頭的武器，因而根據下述條件預調整攝像頭的變焦是有利的-目標的大小；以及-目標的距離；針對各種類型的競賽。當然，本發明不限制在上述舉例的實施例中，本發明還能拓展至其他的變化例。例如，可以理解的是，對于在彩色圖像中實施的形狀識別確認，選擇綠色可以變換實施的條件，以及特別在目標上的光照條件(例如，在射擊長廊中或室外)。在獲得的圖像中使用顏色能夠指示以給定顏色的形狀識別(例如緑色)，但還指示目標中顏色對比的識別。該實施例特別適用于射箭目標的情況，其能夠依賴于不同的同心環顏色的識別來確認灰度級形狀識別(圖4B)。參照圖5，本發明還涉及系統的DIS裝置，以輔助有視覺障礙的人或者盲人來瞄準射擊目標，包括-存儲器MEM，用于存儲已選擇目標模型的形狀特性；-輸入E1，用于從攝像頭CAM中接受當前圖像數據；并且-處理器PR0C，用于·搜索圖形特征的當前圖像數據，所述特性與模型特性相一致；以及·如果與模型特性一致的特性在當前圖像數據中被標示出，而且在確定相容性內， 則決定當前圖像中已被識別的目標；確定攝像頭瞄準中心和目標之間的距離；以及-用于傳輸信號的輸出Si，所述輸出信號的至少ー個參數是這個距離的函數。本發明還涉及儲存在如此裝置的存儲器中的計算機程序，并且包含用于執行本發明方法的指令，此時由裝置的處理器PROC執行這些指令。作為示例，圖3可代表用于如此計算機程序的流程圖。
權利要求
1.一種輔助有視覺缺陷的人或盲人瞄準射擊目標的方法，包括-提供人們使用的具有攝像頭(CAM)的射擊裝備(AR)，所述攝像頭(CAM)放置在所述射擊裝備上，用于獲取待瞄準目標的圖像；-通過在攝像頭(S31，S32，S33)獲取的圖像中進行的形狀識別，來識別出目標； -發送人們能夠感知的信號，用于引導人們將射擊裝備朝向目標定向。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在干，在識別所述獲取圖像中的目標之后，確定目標的中心，并且發送信號引導人們將射擊武器定向(S35)朝向目標的中心。
3.根據權利要求1或2中所述的方法，其特征在干，目標顯示為至少ー個形狀，所述形狀構成圓圈，碟形或環形，其中形狀識別包括Hough變換，以在獲取的圖像中識別所述形狀。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在干，目標顯示為多種形狀，所述形狀構成至少 ー個同心圓圈，環形或碟形，并且其中Hough變換在所述多個形狀中識別具有各自中心的至少兩個形狀，所述兩個中心被小于選定相容閾值的距離分隔。
5.根據上述任ー權利要求所述的方法，其特征在于，應用使用目標色彩(S3!3)來確認形狀識別的處理。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在干，至少應用下述步驟 -對作為灰度級圖像的圖像進行第一形狀識別(S31)；以及，-使用選擇的彩色分量，對作為彩色圖像的圖像進行第二形狀識別(S33)；
7.根據上述任ー權利要求所述的方法，其特征在干，矩形板包括待瞄準的目標，并且其特征還在干，形狀識別(S3》包括識別具有接近90°的角度的四個角，并且所述四個角被預先確定的相關距離隔開。
8.根據權利要求3和7所述的方法，其特征在于，應用至少以下步驟 -包括Hough變換的第一形狀識別(S31)；以及-根據四個角識別的第二形狀識別(S32)。
9.根據上述任ー權利要求所述的方法，其特征在干-在存儲器(MEM)中儲存已選擇的目標模型的形狀特性； -從攝像頭(CAM)中接收當前圖像的數據；-對于與模型特性(S31，S31，S33)相一致的外形特性，檢查當前圖像的數據，并且-如果在確定的相容性內在當前圖像數據中識別與模型特性相同的特性，那么 在當前圖像(T36)中識別目標； 確定目標和攝像頭瞄準中心之間的距離(S35)； 發出至少ー個參數為所述距離函數的輸出信號。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，輸出信號是聲音類型的，并且所述參數從幅值、空間化幅值、基頻、以及調制頻率中選擇，它們是所述距離的函數。
11.ー種輔助視覺缺陷或盲人瞄準射擊目標的系統，其特征在干，包括 -攝像頭(CAM)放置在人們使用的武器上，用來獲取目標圖像；-連接到攝像頭的裝置(DIS)，用于在由攝像頭獲取的圖像中進行形狀識別來目標；以及-連接到模塊的裝置(OR)，用于發送被人們感知的信號，以引導人們將射擊武器朝向曰標定向ο
12.根據權利要求11所述的系統，其包括用于執行根據權利要求1至10所述方法的裝置。
13.一種用于輔助視覺缺陷或盲人瞄準射擊目標的系統的裝置，包括 -用于儲存目標模型的已選擇的形狀特性的存儲器(MEM)；-用于從攝像頭接收當前圖像數據的輸入(El)；以及 -處理器(PROC)，用于 捜索與模型特性相同的形狀特性的當前圖像數據；以及 如果在確定的相容性內在當前圖像數據中識別出與模型特性相同的特性，那么-決定在當前圖像中識別目標；-確定目標和攝像頭瞄準中心之間的距離；以及-用于傳遞信號的輸出(Si)，其至少ー個參數是所述距離的函數。
14.ー種儲存在根據權利要求13所述裝置的存儲器內的計算機程序，其特征在干，其包括用于執行根據權利要求1至10中任一項所述的方法的指令，此時由裝置(DIQ的處理器(PROC)執行所述指令。
全文摘要
本發明涉及自動輔助視覺障礙或盲人對射擊目標的瞄準。本發明的方法包括提供人們使用的具有放置在武器上的攝像頭(CAM)的射擊裝備(AR)，用于獲取所瞄準的目標(CI)；通過在攝像頭獲取的圖像中進行的形狀識別，來識別出目標；發送人們感知的信號(OR)，用于引導人們將射擊裝備朝向目標定向。
文檔編號A61F9/08GK102597689SQ201080035133
公開日2012年7月18日 申請日期2010年6月3日 優先權日2009年6月10日
發明者久伊·德烏爾索, 喬斯林·查紐索特, 文森特·考蒂尤里厄-道克斯, 金-瑪麗·黑瑙爾特 申請人:法國電力公司