[发明专利]基于3D全息投影的数据采集和分析装置

说明书

技术领域

本发明涉及数据分析领域，尤其涉及一种基于3D全息投影的数据采集和分析装置。

背景技术

冰场即滑冰场，由干冰制造或自然结冰而成，在平地或水面结成平整冰面，供刀片状的溜冰鞋所用来嬉戏滑行的场所。随着经济的发展和城市的繁荣，冰场日渐为人们所青睐，成为孩子和成人锻炼身体、娱乐享受的重要场所。

然而，由于冰场的发展历史较短，相关的配套设施的研发仍不到位，尤其对于外场自然环境下的真冰场，受环境和区域的限制，一旦天气转暖，将面临冰层融化、裂缝加深的危险，而冰场的面积较大，管理人员有限，无法用肉眼及时观测到每一个滑冰区域的冰层状态，也难以获得准确的分析结果以判断是否存在危险。

因此，需要一种新的冰场管理机制，能够解决冰场管理困难的瓶颈，快速、及时、准确地获悉冰场每一个滑冰区域的冰场状态以及相应的分析结果，提高冰场的安全性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于3D全息投影的数据采集和分析装置，从以下几个方面解决冰场管理困难的技术问题：(1)通过3D全息投影方式，完全覆盖冰场区域，为冰场管理方提供冰场各个位置的安全程度；(2)基于图像处理的冰层裂缝识别和基于超声波的冰层厚度检测有机结合，提高破冰检测的效率和精度。

根据本发明的一方面，提供了一种基于3D全息投影的数据采集和分析装置，所述平台包括3D全息投影仪、SOC芯片、DSP协处理器和多个数据采集设备，所述多个数据采集设备分别位于冰场的各个检测点，用于采集对应检测点的冰层数据；

所述DSP协处理器分别与所述多个数据采集设备连接，用于接收多个冰层数据并进行分析，所述SOC芯片与所述DSP协处理器连接，用于接收所述DSP协处理器的分析结果，并基于所述分析结果构造冰场的3D投影图，所述3D全息投影仪与所述SOC芯片连接，用于接收所述3D投影图并在冰场上方对所述3D投影图进行全息投影。

更具体地，在所述基于3D全息投影的数据采集和分析装置中：检测点的冰层数据包括检测点所在位置的冰层厚度以及检测点所在位置的最大冰层裂缝宽度；3D全息投影仪用于接收所述3D投影图并在冰场上方对所述3D投影图进行全息投影包括：3D全息投影仪的全息投影范围与冰场的各个检测点组成的区域完全吻合。

更具体地，在所述基于3D全息投影的数据采集和分析装置中，还包括：FLASH存储器，与DSP协处理器连接，用于预先存储第一预设权衡值、第二预设权衡值、裂缝宽度权重和冰层厚度权重；每一个数据采集设备包括冰层裂缝检测器和超声波检测器，冰层裂缝检测器用于检测对应检测点所在位置的最大冰层裂缝宽度，超声波检测器用于检测对应检测点所在位置的冰层厚度。

更具体地，在所述基于3D全息投影的数据采集和分析装置中：所述超声波检测器包括超声波接收单元、超声波发射单元和AT89C51单片机，所述超声波发射单元用于向对应检测点所在位置的冰层发射超声波，所述超声波接收单元用于接收来自所述平台下方的第一反射超声波和第二反射超声波，所述AT89C51单片机分别与所述超声波接收单元和所述超声波发射单元连接，用于基于接收到所述第一反射超声波的第一时间、接收到所述第二反射超声波的第二时间以及超声波在冰层内的传播速度确定对应检测点所在位置的冰层厚度；

所述冰层裂缝检测器包括CMOS图像传感单元、预处理单元、裂缝识别单元和裂缝测量单元，所述CMOS图像传感单元用于采集冰层图像，所述预处理单元与所述CMOS图像传感单元连接，用于对所述冰层图像依次进行边缘增强处理、图像平滑处理和直方图均衡处理以输出均衡图像，所述裂缝识别单元与所述预处理单元连接，用于对所述均衡图像依次进行高斯滤波处理、3像素×3像素窗口的中值滤波处理以及裂缝目标识别处理以输出裂缝子图像，所述裂缝测量单元与所述裂缝识别单元连接，用于基于所述裂缝子图像确定最大裂缝宽度并作为对应检测点所在位置的最大冰层裂缝宽度输出；

所述DSP协处理器分别与所述冰层裂缝检测器和所述超声波检测器连接，用于基于裂缝宽度权重、冰层厚度权重、对应检测点所在位置的最大冰层裂缝宽度和对应检测点所在位置的冰层厚度确定对应检测点所在位置的破冰权衡值；