本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域，尤其涉及一種基于3D全息投影的數(shù)據(jù)采集和分析裝置。

背景技術(shù)：

冰場即滑冰場，由干冰制造或自然結(jié)冰而成，在平地或水面結(jié)成平整冰面，供刀片狀的溜冰鞋所用來嬉戲滑行的場所。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市的繁榮，冰場日漸為人們所青睞，成為孩子和成人鍛煉身體、娛樂享受的重要場所。

然而，由于冰場的發(fā)展歷史較短，相關(guān)的配套設(shè)施的研發(fā)仍不到位，尤其對(duì)于外場自然環(huán)境下的真冰場，受環(huán)境和區(qū)域的限制，一旦天氣轉(zhuǎn)暖，將面臨冰層融化、裂縫加深的危險(xiǎn)，而冰場的面積較大，管理人員有限，無法用肉眼及時(shí)觀測到每一個(gè)滑冰區(qū)域的冰層狀態(tài)，也難以獲得準(zhǔn)確的分析結(jié)果以判斷是否存在危險(xiǎn)。

因此，需要一種新的冰場管理機(jī)制，能夠解決冰場管理困難的瓶頸，快速、及時(shí)、準(zhǔn)確地獲悉冰場每一個(gè)滑冰區(qū)域的冰場狀態(tài)以及相應(yīng)的分析結(jié)果，提高冰場的安全性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于3D全息投影的數(shù)據(jù)采集和分析裝置，從以下幾個(gè)方面解決冰場管理困難的技術(shù)問題：(1)通過3D全息投影方式，完全覆蓋冰場區(qū)域，為冰場管理方提供冰場各個(gè)位置的安全程度；(2)基于圖像處理的冰層裂縫識(shí)別和基于超聲波的冰層厚度檢測有機(jī)結(jié)合，提高破冰檢測的效率和精度。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種基于3D全息投影的數(shù)據(jù)采集和分析裝置，所述平臺(tái)包括3D全息投影儀、SOC芯片、DSP協(xié)處理器和多個(gè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，所述多個(gè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備分別位于冰場的各個(gè)檢測點(diǎn)，用于采集對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)的冰層數(shù)據(jù)；

所述DSP協(xié)處理器分別與所述多個(gè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接，用于接收多個(gè)冰層數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，所述SOC芯片與所述DSP協(xié)處理器連接，用于接收所述DSP協(xié)處理器的分析結(jié)果，并基于所述分析結(jié)果構(gòu)造冰場的3D投影圖，所述3D全息投影儀與所述SOC芯片連接，用于接收所述3D投影圖并在冰場上方對(duì)所述3D投影圖進(jìn)行全息投影。

更具體地，在所述基于3D全息投影的數(shù)據(jù)采集和分析裝置中：檢測點(diǎn)的冰層數(shù)據(jù)包括檢測點(diǎn)所在位置的冰層厚度以及檢測點(diǎn)所在位置的最大冰層裂縫寬度；3D全息投影儀用于接收所述3D投影圖并在冰場上方對(duì)所述3D投影圖進(jìn)行全息投影包括：3D全息投影儀的全息投影范圍與冰場的各個(gè)檢測點(diǎn)組成的區(qū)域完全吻合。

更具體地，在所述基于3D全息投影的數(shù)據(jù)采集和分析裝置中，還包括：FLASH存儲(chǔ)器，與DSP協(xié)處理器連接，用于預(yù)先存儲(chǔ)第一預(yù)設(shè)權(quán)衡值、第二預(yù)設(shè)權(quán)衡值、裂縫寬度權(quán)重和冰層厚度權(quán)重；每一個(gè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括冰層裂縫檢測器和超聲波檢測器，冰層裂縫檢測器用于檢測對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的最大冰層裂縫寬度，超聲波檢測器用于檢測對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的冰層厚度。

更具體地，在所述基于3D全息投影的數(shù)據(jù)采集和分析裝置中：所述超聲波檢測器包括超聲波接收單元、超聲波發(fā)射單元和AT89C51單片機(jī)，所述超聲波發(fā)射單元用于向?qū)?yīng)檢測點(diǎn)所在位置的冰層發(fā)射超聲波，所述超聲波接收單元用于接收來自所述平臺(tái)下方的第一反射超聲波和第二反射超聲波，所述AT89C51單片機(jī)分別與所述超聲波接收單元和所述超聲波發(fā)射單元連接，用于基于接收到所述第一反射超聲波的第一時(shí)間、接收到所述第二反射超聲波的第二時(shí)間以及超聲波在冰層內(nèi)的傳播速度確定對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的冰層厚度；

所述冰層裂縫檢測器包括CMOS圖像傳感單元、預(yù)處理單元、裂縫識(shí)別單元和裂縫測量單元，所述CMOS圖像傳感單元用于采集冰層圖像，所述預(yù)處理單元與所述CMOS圖像傳感單元連接，用于對(duì)所述冰層圖像依次進(jìn)行邊緣增強(qiáng)處理、圖像平滑處理和直方圖均衡處理以輸出均衡圖像，所述裂縫識(shí)別單元與所述預(yù)處理單元連接，用于對(duì)所述均衡圖像依次進(jìn)行高斯濾波處理、3像素×3像素窗口的中值濾波處理以及裂縫目標(biāo)識(shí)別處理以輸出裂縫子圖像，所述裂縫測量單元與所述裂縫識(shí)別單元連接，用于基于所述裂縫子圖像確定最大裂縫寬度并作為對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的最大冰層裂縫寬度輸出；

所述DSP協(xié)處理器分別與所述冰層裂縫檢測器和所述超聲波檢測器連接，用于基于裂縫寬度權(quán)重、冰層厚度權(quán)重、對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的最大冰層裂縫寬度和對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的冰層厚度確定對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的破冰權(quán)衡值；

其中，所述DSP協(xié)處理器基于裂縫寬度權(quán)重、冰層厚度權(quán)重、對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的最大冰層裂縫寬度和對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的冰層厚度確定對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的破冰權(quán)衡值包括：將裂縫寬度權(quán)重與對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的最大冰層裂縫寬度相乘獲取第一乘積，將冰層厚度權(quán)重和對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的冰層厚度相乘獲取第二乘積，將第一乘積與第二乘積相加以獲得對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的破冰權(quán)衡值；

其中，所述SOC芯片基于所述分析結(jié)果構(gòu)造冰場的3D投影圖包括：所述SOC芯片基于每一個(gè)檢測點(diǎn)所在位置以及對(duì)應(yīng)的破冰權(quán)衡值構(gòu)造冰場的3D投影圖。

更具體地，在所述基于3D全息投影的數(shù)據(jù)采集和分析裝置中：所述DSP協(xié)處理器在對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的破冰權(quán)衡值大于等于第一預(yù)設(shè)權(quán)衡值且小于第二預(yù)設(shè)權(quán)衡值時(shí)，將對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的破冰權(quán)衡值標(biāo)記為橙色，在對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的破冰權(quán)衡值大于等于第二預(yù)設(shè)權(quán)衡值時(shí)，將對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的破冰權(quán)衡值標(biāo)記為紅色，在對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的破冰權(quán)衡值小于第一預(yù)設(shè)權(quán)衡值時(shí)，將對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的破冰權(quán)衡值標(biāo)記為藍(lán)色；

所述SOC芯片基于每一個(gè)檢測點(diǎn)所在位置以及對(duì)應(yīng)的破冰權(quán)衡值構(gòu)造冰場的3D投影圖包括：所述SOC芯片構(gòu)造的冰場的3D投影圖顯示每一個(gè)檢測點(diǎn)所在位置對(duì)應(yīng)的破冰權(quán)衡值的數(shù)值和顏色。

更具體地，在所述基于3D全息投影的數(shù)據(jù)采集和分析裝置中：所述3D全息投影儀設(shè)置在冰場的正上方；所述SOC芯片設(shè)置在冰場機(jī)房的控制臺(tái)內(nèi)，所述DSP協(xié)處理器設(shè)置在冰場機(jī)房的控制臺(tái)內(nèi)；所述SOC芯片和所述DSP協(xié)處理器被集成在一塊集成電路板上。

更具體地，在所述基于3D全息投影的數(shù)據(jù)采集和分析裝置中：替換地，采用所述SOC芯片的內(nèi)置RAM替換所述FLASH存儲(chǔ)器。

更具體地，在所述基于3D全息投影的數(shù)據(jù)采集和分析裝置中：替換地，采用所述DSP協(xié)處理器的內(nèi)置RAM替換所述FLASH存儲(chǔ)器。

更具體地，在所述基于3D全息投影的數(shù)據(jù)采集和分析裝置中，還包括：頻分雙工通信設(shè)備，與所述SOC芯片連接，用于接收所述SOC芯片構(gòu)造的冰場的3D投影圖，并將所述SOC芯片構(gòu)造的冰場的3D投影圖通過雙向無線通信鏈路發(fā)送到遠(yuǎn)端的冰場安全控制中心。

附圖說明

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行描述，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的基于3D全息投影的數(shù)據(jù)采集和分析裝置的結(jié)構(gòu)方框圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的基于3D全息投影的數(shù)據(jù)采集和分析裝置的超聲波檢測器的結(jié)構(gòu)方框圖。

附圖標(biāo)記：1 3D全息投影儀；2SOC芯片；3DSP協(xié)處理器；4數(shù)據(jù)采集設(shè)備；5超聲波檢測器；51超聲波接收單元；52超聲波發(fā)射單元；53AT89C51單片機(jī)

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的基于3D全息投影的數(shù)據(jù)采集和分析裝置的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

冰場包括干冰冰場和真冰冰場兩種，真冰冰場可以是自然形成，也可以是人工澆筑而成，真冰冰場能夠給人們真實(shí)的溜冰感受，娛樂性更強(qiáng)，是陪護(hù)孩子老人以及談情說愛的較佳場所。

由于是真冰筑造而成，真冰冰場具有先天的脆弱性，對(duì)冰場管理方的要求更加嚴(yán)格。例如在氣溫回升時(shí)，冰的結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化，看著冰面很堅(jiān)硬，冰面的內(nèi)部已經(jīng)變酥，冰層承載力變?nèi)?，盲目上冰容易發(fā)生意外，這時(shí)需要冰場管理方對(duì)每一處滑冰區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，獲取準(zhǔn)確的相關(guān)參數(shù)，來判斷是否能夠繼續(xù)滑冰，一旦出現(xiàn)異常狀態(tài)，需要及時(shí)提醒顧客不要開展任何冰上活動(dòng)。

然而，當(dāng)前的真冰冰場管理方都是通過人工巡檢、肉眼判斷的方式進(jìn)行冰場各處的冰層狀態(tài)檢測和分析，一方面，人工巡檢的方式效率低下，無法立即得到當(dāng)前冰場各個(gè)位置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；另一方面，肉眼判斷的方式全憑歷史經(jīng)驗(yàn)，判斷結(jié)果不夠準(zhǔn)確，容易產(chǎn)生誤判。為了克服上述不足，本發(fā)明搭建了一種基于3D全息投影的數(shù)據(jù)采集和分析裝置，用于解決上述兩大技術(shù)問題。

圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的基于3D全息投影的數(shù)據(jù)采集和分析裝置的結(jié)構(gòu)方框圖，所述平臺(tái)包括3D全息投影儀、SOC芯片、DSP協(xié)處理器和多個(gè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，所述多個(gè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備分別位于冰場的各個(gè)檢測點(diǎn)，用于采集對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)的冰層數(shù)據(jù)；

所述DSP協(xié)處理器分別與所述多個(gè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接，用于接收多個(gè)冰層數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，所述SOC芯片與所述DSP協(xié)處理器連接，用于接收所述DSP協(xié)處理器的分析結(jié)果，并基于所述分析結(jié)果構(gòu)造冰場的3D投影圖，所述3D全息投影儀與所述SOC芯片連接，用于接收所述3D投影圖并在冰場上方對(duì)所述3D投影圖進(jìn)行全息投影。

接著，繼續(xù)對(duì)本發(fā)明的基于3D全息投影的數(shù)據(jù)采集和分析裝置的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的說明。

在所述平臺(tái)中：檢測點(diǎn)的冰層數(shù)據(jù)包括檢測點(diǎn)所在位置的冰層厚度以及檢測點(diǎn)所在位置的最大冰層裂縫寬度；3D全息投影儀用于接收所述3D投影圖并在冰場上方對(duì)所述3D投影圖進(jìn)行全息投影包括：3D全息投影儀的全息投影范圍與冰場的各個(gè)檢測點(diǎn)組成的區(qū)域完全吻合。

所述平臺(tái)還包括：FLASH存儲(chǔ)器，與DSP協(xié)處理器連接，用于預(yù)先存儲(chǔ)第一預(yù)設(shè)權(quán)衡值、第二預(yù)設(shè)權(quán)衡值、裂縫寬度權(quán)重和冰層厚度權(quán)重；每一個(gè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括冰層裂縫檢測器和超聲波檢測器，冰層裂縫檢測器用于檢測對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的最大冰層裂縫寬度，超聲波檢測器用于檢測對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的冰層厚度。

在所述平臺(tái)中：如圖2所示，所述超聲波檢測器包括超聲波接收單元、超聲波發(fā)射單元和AT89C51單片機(jī)，所述超聲波發(fā)射單元用于向?qū)?yīng)檢測點(diǎn)所在位置的冰層發(fā)射超聲波，所述超聲波接收單元用于接收來自所述平臺(tái)下方的第一反射超聲波和第二反射超聲波，所述AT89C51單片機(jī)分別與所述超聲波接收單元和所述超聲波發(fā)射單元連接，用于基于接收到所述第一反射超聲波的第一時(shí)間、接收到所述第二反射超聲波的第二時(shí)間以及超聲波在冰層內(nèi)的傳播速度確定對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的冰層厚度；

所述冰層裂縫檢測器包括CMOS圖像傳感單元、預(yù)處理單元、裂縫識(shí)別單元和裂縫測量單元，所述CMOS圖像傳感單元用于采集冰層圖像，所述預(yù)處理單元與所述CMOS圖像傳感單元連接，用于對(duì)所述冰層圖像依次進(jìn)行邊緣增強(qiáng)處理、圖像平滑處理和直方圖均衡處理以輸出均衡圖像，所述裂縫識(shí)別單元與所述預(yù)處理單元連接，用于對(duì)所述均衡圖像依次進(jìn)行高斯濾波處理、3像素×3像素窗口的中值濾波處理以及裂縫目標(biāo)識(shí)別處理以輸出裂縫子圖像，所述裂縫測量單元與所述裂縫識(shí)別單元連接，用于基于所述裂縫子圖像確定最大裂縫寬度并作為對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的最大冰層裂縫寬度輸出；

所述DSP協(xié)處理器分別與所述冰層裂縫檢測器和所述超聲波檢測器連接，用于基于裂縫寬度權(quán)重、冰層厚度權(quán)重、對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的最大冰層裂縫寬度和對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的冰層厚度確定對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的破冰權(quán)衡值；

其中，所述DSP協(xié)處理器基于裂縫寬度權(quán)重、冰層厚度權(quán)重、對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的最大冰層裂縫寬度和對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的冰層厚度確定對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的破冰權(quán)衡值包括：將裂縫寬度權(quán)重與對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的最大冰層裂縫寬度相乘獲取第一乘積，將冰層厚度權(quán)重和對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的冰層厚度相乘獲取第二乘積，將第一乘積與第二乘積相加以獲得對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的破冰權(quán)衡值；

其中，所述SOC芯片基于所述分析結(jié)果構(gòu)造冰場的3D投影圖包括：所述SOC芯片基于每一個(gè)檢測點(diǎn)所在位置以及對(duì)應(yīng)的破冰權(quán)衡值構(gòu)造冰場的3D投影圖。

在所述平臺(tái)中：所述DSP協(xié)處理器在對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的破冰權(quán)衡值大于等于第一預(yù)設(shè)權(quán)衡值且小于第二預(yù)設(shè)權(quán)衡值時(shí)，將對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的破冰權(quán)衡值標(biāo)記為橙色，在對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的破冰權(quán)衡值大于等于第二預(yù)設(shè)權(quán)衡值時(shí)，將對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的破冰權(quán)衡值標(biāo)記為紅色，在對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的破冰權(quán)衡值小于第一預(yù)設(shè)權(quán)衡值時(shí)，將對(duì)應(yīng)檢測點(diǎn)所在位置的破冰權(quán)衡值標(biāo)記為藍(lán)色；

所述SOC芯片基于每一個(gè)檢測點(diǎn)所在位置以及對(duì)應(yīng)的破冰權(quán)衡值構(gòu)造冰場的3D投影圖包括：所述SOC芯片構(gòu)造的冰場的3D投影圖顯示每一個(gè)檢測點(diǎn)所在位置對(duì)應(yīng)的破冰權(quán)衡值的數(shù)值和顏色。

在所述平臺(tái)中：所述3D全息投影儀設(shè)置在冰場的正上方；所述SOC芯片設(shè)置在冰場機(jī)房的控制臺(tái)內(nèi)，所述DSP協(xié)處理器設(shè)置在冰場機(jī)房的控制臺(tái)內(nèi)；所述SOC芯片和所述DSP協(xié)處理器被集成在一塊集成電路板上。

在所述平臺(tái)中：替換地，采用所述SOC芯片的內(nèi)置RAM替換所述FLASH存儲(chǔ)器。

在所述平臺(tái)中：替換地，采用所述DSP協(xié)處理器的內(nèi)置RAM替換所述FLASH存儲(chǔ)器。

所述平臺(tái)還包括：頻分雙工通信設(shè)備，與所述SOC芯片連接，用于接收所述SOC芯片構(gòu)造的冰場的3D投影圖，并將所述SOC芯片構(gòu)造的冰場的3D投影圖通過雙向無線通信鏈路發(fā)送到遠(yuǎn)端的冰場安全控制中心。

另外，所述平臺(tái)還可以包括：投影校正設(shè)備，與所述3D全息投影儀連接，用于對(duì)所述3D全息投影儀的投影區(qū)域進(jìn)行校正，以保證所述3D全息投影儀的全息投影范圍與冰場的各個(gè)檢測點(diǎn)組成的區(qū)域完全吻合。

采用本發(fā)明的基于3D全息投影的數(shù)據(jù)采集和分析裝置，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中真冰冰場監(jiān)管不力的技術(shù)問題，首先，針對(duì)真冰冰場的每一個(gè)監(jiān)控位置設(shè)置基于圖像處理的冰層裂縫識(shí)別設(shè)備和基于超聲波的冰層厚度檢測設(shè)備，并將上述兩種檢測設(shè)備的檢測結(jié)果進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，獲得每一個(gè)監(jiān)控位置的準(zhǔn)確的冰層狀況參數(shù)；隨后，通過3D全息投影方式，完全覆蓋冰場區(qū)域，為冰場管理方及時(shí)提供冰場各個(gè)位置的安全程度。

可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而上述實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。對(duì)于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。