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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Zielscheiben-Trefferauswertung wie am besten?


Autor: Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)
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Ich habe eine Anfrage von einem Freund, ob man eine Einrichtung zur 
Erfassung von Treffern auf einer Zielscheibe entwickeln kann. Das für 
mich größte Problem ist die hohe Geschwindigkeit des Projektils von bis 
zu 1200m/s (.223 bzw. 5,56mm NATO)

Angenommen das Projektil ist einen Zentimeter lang, dann durchquert es 
die Ziel-Ebene bei dieser Geschwindigkeit in 8,33µs. Wie erfasst man ein 
so schnelles Objekt so genau, daß sich daraus eine brauchbare 
x/y-Position errechnen lässt? Wie erreicht man eine brauchbare 
Auflösung?

Für Ideen wäre ich dankbar... :)

Autor: Rolf M. (rmagnus)
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Ben B. schrieb:
> Angenommen das Projektil ist einen Zentimeter lang, dann durchquert es
> die Ziel-Ebene bei dieser Geschwindigkeit in 8,33µs.

Sofern es durch die Zielscheibe nicht abgebremst wird.

 Wie erfasst man ein
> so schnelles Objekt so genau, daß sich daraus eine brauchbare
> x/y-Position errechnen lässt? Wie erreicht man eine brauchbare
> Auflösung?

Bleibt das Projektil in der Scheibe stecken oder schlägt es komplett 
durch?

: Bearbeitet durch User
Autor: Micky (Gast)
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Ich glaube diese Systeme werten ein Vorher/Nachher Bild von der 
Zielscheibe aus. Dann hat man auch keine Probleme mit der Zeit.

Autor: Dussel (Gast)
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Sowas wurde hier schon gefragt. Ich glaube, die erfolgversprechendste 
Lösung war akustische Auswertung über Mikrophone.
Mit Kamera und Bilderkennung ginge es aber vielleicht auch.

Autor: Thomas (Gast)
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Schwer.....

da hast schon mal das Problem, das du deine Zielscheibe zum 
Erfassungssystem syncronisieren, sprich die Zielscheibe erfassen musst.

Danach kannst du nur mit einem Art Lichtgitter arbeiten....
Aber bei einer Abtastrate von rund 125KHz*2 wird alles etwas knapp.
denn 2x solltest du schon nachschauen, damit du auch einmal die Kugel 
hast.
Sonst schauts du gerade vor der Kugel und genau nach der Kugel.

Autor: Dieter (Gast)
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Autor: Tim T. (tim_taylor)
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Das erste Problem ist das man auf nem Schießstand nicht einfach was um 
die Scheiben bauen darf, das müsste dann wieder abgenommen werden. Das 
zweite Problem ist, man ist selten alleine auf dem Stand, gibt also 
immer mehrere Schallquellen, nochmal verstärkt durch Schallreflektionen 
an Wänden, etc., also Akustik ist nicht. Bleiben effektiv nur zwei 
Varianten übrig, erste wäre ein Laserfächer mit entsprechendener 
Zielauswertung, sowas gibts fertig mit Zulassung zu kaufen. Zweite 
Möglichkeit ist eine Bildauswertung der Zielscheibe mit Differenz 
Erkennung, eventuell in eine vorhandene Scheibenbeobachtungsanlage 
integrierbar.
Die Laserfächer haben wir auf unserem 2. Kurzwaffenstand, funktioniert 
einwandfrei, ist nur von der Optik gewöhnungsbedürftig.
Für Langwaffe wie die von dir genannte .223 Rem würde ich auf eine 
Scheibenkamera fürs schnelle nachschauen und ne Scheibenzuganlage für 
die genaue Trefferauswertung setzen.

Edit: Genau so eine Anlage wie von Meyton meinte ich.

: Bearbeitet durch User
Autor: Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)
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Über einen Laserfächer ähnlich einer Laserharfe habe ich auch schon 
nachgedacht... aber mit mindestens 120kHz scannen? Das müsste ein recht 
starker Laser sein, um das Projektil noch ausreichend zu beleuchten, daß 
der reflektierte Lichtimpuls für einen Phototransistor oder was immer 
schnell genug ist ausreicht. Zumal man auch zwei versetzt arbeitende 
Systeme bräuchte, also mindestens 240kHz Geschwindigkeit mit jeweils 
einer Zeile Dunkeltastung. Viel Spaß bei der Synchronisierung der beiden 
Spiegelantriebe.

Welche Zeilenfrequenz erreicht denn ein Laserdrucker? Ich vermute so um 
die 50..70kHz, 6-eckiger Spiegel mit vielleicht 10.000 U/min.

Das Meyton-System habe ich mir auch schon angeschaut, das wird gerne für 
Luftpumpen verwendet und besteht wohl aus einer Unzahl an Photodioden 
oder Phototransistoren. Durch die Kreuzung der Lichtstrahlen kann man 
auch nicht alle Lichtschranken gleichzeitig abfragen, man müsste diese 
ebenfalls mit dem xfachen dieser 120kHz modulieren.

Wo liegt die Grenzfrequenz der optischen Empfänger?

Autor: Benjamin K. (bkaiser)
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Hi,

vollkommen falscher Ansatz. :-) Ich komm aus der Programmierer Ecke und 
hab da vielleicht einfach einen anderen Denkansatz.

Die Lösung: OpenCV

Einfach einen Rechner (glaub sogar ein Raspberry reicht da) nehmen und 
mit Fotos der Zielscheibe füttern (hier kann man ja auch Aufnahmen 
automatisiert z.B. mit einer Digitalkamera von weiter weg machen und 
muss dann auch nix um die Zielscheibe bauen was ggf. erst abgenommen 
werden muss.

Lösungsansatz inkl. Beispiel ist hier zu finden:

https://stackoverflow.com/questions/33321303/how-to-detect-bullet-holes-on-the-target

Mit freundlichen Grüßen,

Benjamin

Autor: Christian F. (cfrey)
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Hier in der Schweiz sind praktisch alle 300m-Schiessstände, auf denen 
mit diesem Kaliber geschossen wird, mit elektronischen Trefferanzeigen 
ausgerüstet.
Diese verwenden Mikrofone, die unterhalb der Scheibe montiert sind. 
Durch Auswertung der Laufzeit-Differenzen des Schalls wird dann die 
Position bestimmt.
Bei diesem Verfahren muss allerdings auch die Zielscheibe selbst 
entsprechend konstruiert sein, d.h. der Scheiben-Rahmen bildet eine Art 
Schallkammer für die Mikrofone.
Anbieter für diese Systeme bei uns sind Sius (https://sius.com/), 
Polytronic (http://www.polytronic.ch/de) und Imetron 
(http://imetron.ch/sintro300).

Autor: Brenner (Gast)
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genauso wirds bei den gängingen mobilen Systemen gemacht. s/w Bild 
vorher/nachher durch akustische Triggerung und Bilder subtrahieren.

Autor: Peter D. (peda)
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Man muß auch bedenken, daß Meßeinrichtungen um die Zeilscheibe herum 
selber vor Treffern geschützt sein müssen.

Autor: ich (Gast)
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Christian F. schrieb:
> Hier in der Schweiz sind praktisch alle 300m-Schiessstände, auf denen
> mit diesem Kaliber geschossen wird, mit elektronischen Trefferanzeigen
> ausgerüstet.
> Diese verwenden Mikrofone, die unterhalb der Scheibe montiert sind.
> Durch Auswertung der Laufzeit-Differenzen des Schalls wird dann die
> Position bestimmt.
> Bei diesem Verfahren muss allerdings auch die Zielscheibe selbst
> entsprechend konstruiert sein, d.h. der Scheiben-Rahmen bildet eine Art
> Schallkammer für die Mikrofone.
> Anbieter für diese Systeme bei uns sind Sius (https://sius.com/),
> Polytronic (http://www.polytronic.ch/de) und Imetron
> (http://imetron.ch/sintro300).

Versteh ich das richtig: Das Mikrophon ist radial zur Flugbahn des 
Projektils vor der Zielscheibe angeordnet? Und misst dann die Entfernung 
zwischen sich und dem Projektil über die Schalllaufzeit auf Höhe der 
Ebene vor der Zielscheibe, oder wie?
Das wär ja schon krass. Aber wie ist es damit möglich aus radialer 
Position zum Einschussloch dessen Lage zu erkennen? Selbst wenn die 
Entfernung genau bekannt ist, liegt das Loch auf einem Radius zum 
Mikrophon. Umlaufend angeordnete Mikrophone?

Ich wäre davon ausgegangen, dass der Bildvergleich der Zielscheibe 
vorher/nachher die einfachste el. Auswertemöglichkeit ist.

Autor: ich (Gast)
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Brenner schrieb:
> genauso wirds bei den gängingen mobilen Systemen gemacht. s/w Bild
> vorher/nachher durch akustische Triggerung und Bilder subtrahieren.

Ahh, das klingt plausibel. Hat aber nichts mit Auswertung per Mikrophon 
zu tun!

Autor: Jens M. (schuchkleisser)
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Ben B. schrieb:
> Das Meyton-System habe ich mir auch schon angeschaut, das wird gerne für
> Luftpumpen verwendet und besteht wohl aus einer Unzahl an Photodioden
> oder Phototransistoren. Durch die Kreuzung der Lichtstrahlen kann man
> auch nicht alle Lichtschranken gleichzeitig abfragen, man müsste diese
> ebenfalls mit dem xfachen dieser 120kHz modulieren.

Meyton nutzt aus jeder Richtung Lichtschranken, d.h. beim kleinen 4x 48, 
der große hat 4x192. Bin mir bei den Zahlen nicht ganz sicher, aber so 
in etwa passt das.
Die Lichtschranken gehen tatsächlich durch Sandwichplatinen durch, jede 
Seite hat Sender und Empfänger, in Reihen versetzt so das ein 
geschlossener Vorhang entsteht, und die werden dank ASIC alle 
gleichzeitig analog abgefragt, nix multiplex. Die Erfassung erfolgt 
vollständig innerhalb des Rahmens, der Computer macht "nur" die 
Punktezählung und Darstellung.
Daher ist 1/10mm Auflösung und nahezu beliebige Geschossgewindigkeit 
möglich, inklusive "Flugroutenerkennung", d.h. es werden Splitter 
erkannt, Fliegen oder Fremdbeschuss vom Nachbarn.
Die Teile sind mit irgendwie 5mm dickem Edelstahl gepanzert, und da sie 
kontaktlos den Flug messen, kann man natürlich einen Tunnel davorbauen.
Dann ist das Ding "kalashnikov-fest".
Temperatur, Krach oder Licht ist kein Problem (gibt ja sogar eine 
Zielscheibenbeleuchtung), Wasser könnte eins sein.
Es gibt aber Schießstände im Wald, da ist nur ein "Vogelhaus" um das 
teure Ding gebaut, klappt auch im Winter einwandfrei, wenn sich das Teil 
erstmal warmgemessen hat.

Da stecken 25 Jahre Knoffhoff drin, das kann man nicht mal eben so 
machen, und das System ist weltweit auch in Olympiakadern im Einsatz, 
kann also soo scheiße gar nicht sein.

: Bearbeitet durch User
Autor: Cyblord -. (cyblord)
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Das "Mantis" System besteht aus einer (optischen?) Einheit die auf die 
Waffe montiert wird, und einer Smartphone App.

Keine Ahnung wie das machen aber anscheinend können die damit ebenfalls 
die Treffer erfassen.

Autor: Christian F. (cfrey)
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ich schrieb:
> Versteh ich das richtig: Das Mikrophon ist radial zur Flugbahn des
> Projektils vor der Zielscheibe angeordnet? Und misst dann die Entfernung
> zwischen sich und dem Projektil über die Schalllaufzeit auf Höhe der
> Ebene vor der Zielscheibe, oder wie?

Es befinden sich 3 Mikrophone unterhalb der Scheibe, je eins in den 
Ecken und eins mittig. Das angehängte Bild zeigt den prinzipiellen 
Aufbau und stammt aus einem Dokument von Sius.

Meines Wissens ist noch ein zusätzliches Mikrophon gegenüber einem 
Schallgeber montiert, worüber die Schallgeschwindigkeit gemessen wird.

Falls gewünscht kann ich von unserer Anlage ein paar Fotos einstellen.

ich schrieb:
> Ich wäre davon ausgegangen, dass der Bildvergleich der Zielscheibe
> vorher/nachher die einfachste el. Auswertemöglichkeit ist.

Das kommt natürlich auf die konkreten Anforderungen drauf an. Die 
optische Auswertung wird wahrscheinlich ab einer bestimmten Anzahl 
Treffer schwierig bis unmöglich (z.B. wenn das Zentrum der Scheibe 
ausgeschossen ist).

Die Scheiben bei uns sind so ausgelegt, dass die Messung auch nach 
mehreren hundert Schuss noch funktioniert, ohne dass ein Wechsel der 
Zielscheibe nötig wäre. Allerdings handelt es sich dabei auch nicht um 
"klassische" Zielscheiben aus Papier. Der schwarze Zielfleck besteht aus 
einem Gummi-Material, so dass sich die Einschusslöcher praktisch selbst 
wieder schliessen.

Autor: Guido Körber (Gast)
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Also als Sportschütze und ehemaliger Kampfrichter kann ich dazu nur 
sagen, dass Systeme die auf Basis von Schall arbeiten Schrott sind.

Wir hatten so was z.B. im Landesleistungszentrum in Berlin. Da wanderte 
die Erkennung der Schüsse immer weiter weg je mehr Löcher in dem 
Gummiband waren, das für die Messung diente. Messung von Schall in der 
Luft klappt nicht zuverlässig, besonders wenn da mehrere Anlagen 
gleichzeitig benutzt werden. Also bleibt nur die Messung des 
Körperschalls und der Messkörper wird durch jeden Schuss verändert.

Eine echte Scheibe gibt es bei den elektronischen Systemen nicht, nur 
eine Pappe, auf der man das Schussbild nachvollziehen kann. Das reicht 
dann um anschließend zu protestieren.

Das Messprinzip von Meyton mit dem Lichtgitter funktioniert prima, so 
lange man die Anlage sauber hält. Papierschnipsel und Staub müssen 
ordentlich entfernt werden.

Autor: W3ll S. (w3llschmidt)
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Optisch?

Autor: W3ll S. (w3llschmidt)
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Benjamin K. schrieb:

>
> Die Lösung: OpenCV
>
> Einfach einen Rechner (glaub sogar ein Raspberry reicht da) nehmen und
> mit Fotos der Zielscheibe füttern (hier kann man ja auch Aufnahmen
> automatisiert z.B. mit einer Digitalkamera von weiter weg machen und
> muss dann auch nix um die Zielscheibe bauen was ggf. erst abgenommen
> werden muss.

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