CN112516569B - 头戴式运动环境监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种头戴式运动环境监测系统，包括：头戴式平台，用于滑雪者在滑雪时佩戴，包括卡槽和圆环，所述卡槽用于卡入微孔采集机构；微孔采集机构，用于对前方滑雪环境执行图像采集动作；内容解析设备，用于获取即时锐化图像中的各个雪粒成像区域整体占据所述即时锐化图像的面积百分比以作为雪地占据百分比，并将1减去所述雪地占据百分比以获得雪地缺失百分比；信号提取设备，用于在雪地缺失百分比大于等于预设百分比阈值时，发出绕行提醒信号。本发明的头戴式运动环境监测系统设计紧凑、方便使用。由于能够在检测到滑雪者前方雪体缺失面积过大时，发送绕行提醒信号以帮助滑雪者做出正确决策，从而保证了滑雪者的人身安全。

Description

头戴式运动环境监测系统

技术领域

本发明涉及可穿戴设备领域，尤其涉及一种头戴式运动环境监测系统。

背景技术

可穿戴设备即直接穿在身上，或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备。可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备，更是通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能，可穿戴设备将会对我们的生活、感知带来很大的转变。

可穿戴设备多以具备部分计算功能、可连接手机及各类终端的便携式配件形式存在，主流的产品形态包括以手腕为支撑的watch类（包括手表和腕带等产品），以脚为支撑的shoes类（包括鞋、袜子或者将来的其他腿上佩戴产品），以头部为支撑的Glass类（包括眼镜、头盔、头带等），以及智能服装、书包、拐杖、配饰等各类非主流产品形态。

当前，对于青睐滑雪运动的滑雪者来说，滑雪运动因为速度快且与雪地直接接触而具备较多乐趣。然而，当滑雪场地因为场地年久失修或者雪地管理不善时，存在雪地大面积缺失的可能，这时如果不及时绕行，将可能产生较为严重的安全事故，而在实际滑雪过程中，滑雪者通常注意力主要集中在眼下局部区域，在缺乏判断经验的情况下，无法也不能对前方雪地进行整体性缺失判断。

发明内容

本发明至少具有以下两个关键的发明点：

（1）在检测到滑雪者前方雪体缺失面积过大时，发送绕行提醒信号以帮助滑雪者做出正确决策，以保证滑雪者的人身安全；

（2）采用针对性的视觉检测机制以基于雪粒成像特征检测滑雪者前方雪体的缺失面积是否过大。

根据本发明的一方面，提供了一种头戴式运动环境监测系统，所述系统包括：

头戴式平台，用于滑雪者在滑雪时佩戴，包括卡槽和圆环，所述卡槽设置在所述圆环的前方，用于卡入微孔采集机构；

微孔采集机构，设置在所述头戴式平台上，用于对前方滑雪环境执行图像采集动作，以获得对应的滑雪环境图像；

数据增强设备，封装在滑雪者的头戴式平台内，与所述微孔采集机构连接，用于对接收到的滑雪环境图像执行基于密度函数的直方图均衡处理，以获得并输出相应的数据增强图像；

内容锐化设备，与所述数据增强设备连接，用于对接收到的数据增强图像执行基于Kirsch算子的锐化处理，以获得并输出相应的内容锐化图像；

锐化处理设备，与所述内容锐化设备连接，用于对接收到的内容锐化图像执行基于USM滤镜的锐化处理，以获得并输出相应的即时锐化图像；

特征搜索机构，封装在滑雪者的头戴式平台内，与所述锐化处理设备连接，用于基于雪粒成像特征在所述即时锐化图像中搜索出各个雪粒对象分别对应的各个雪粒成像区域；

内容解析设备，与所述特征搜索机构连接，用于获取所述即时锐化图像中的各个雪粒成像区域整体占据所述即时锐化图像的面积百分比以作为雪地占据百分比，并将1减去所述雪地占据百分比以获得雪地缺失百分比；

信号提取设备，与所述内容解析设备连接，用于在接收到的雪地缺失百分比大于等于预设百分比阈值时，发出绕行提醒信号；

其中，在所述特征搜索机构中，所述雪粒成像特征为构成雪粒对象的图像像素点的亮度值的分布范围。

本发明的头戴式运动环境监测系统设计紧凑、方便使用。由于能够在检测到滑雪者前方雪体缺失面积过大时，发送绕行提醒信号以帮助滑雪者做出正确决策，从而保证了滑雪者的人身安全。

具体实施方式

下面将对本发明的头戴式运动环境监测系统的实施方案进行详细说明。

运动器材（sporting equipment） 是竞技体育比赛和健身锻炼所使用的各种器械、装备及用品的总称。体育器材与体育运动相互依存，相互促进。体育运动的普及和运动项目的多样化使体育器材的种类、规格等都得到发展。同样，质量优良、性能稳定、安全运动，不但可以保证竞技比赛在公正和激烈的情况下进行，而且还为促进运动水平的提高创造了必要的物质条件。运动器材大多起源于劳动工具和战斗武器。如标枪和弓箭，既是古人类狩猎用的工具又是古代士兵的武器，后来演变成为现代投掷和射箭运动的器材，又如以刀、枪、棍、棒为代表的民间体育器材，就是由古代的各类兵器发展而来的。

运动器材主要有3种分类方法：依据体育运动的项目分类这是将所有与同一运动项目有关的器材和装备等归为一类的方法，如田径器材、举重器材、冰雪器材等。依据体育器材的性质分类一般可分为指定器材、自备器材、场地器材和其他器材等4类。指定器材类是竞赛双方共同使用的，为避免产生分歧而需事前加以指定器材的牌号、生产厂家及规格型号；自备器材类是运动员自己使用的器材，如球拍、帆船和赛艇、船桨、运动服装、护具、鞋帽等；场地器材类是指竞赛和训练场馆的设施装备器材用具，如各种球门、球架、挡板、计时记分装备、裁判用具等等；其他器材主要指非竞赛使用的器材，一般是体能训练、健身活动、体育游艺用器材。

当前，对于青睐滑雪运动的滑雪者来说，滑雪运动因为速度快且与雪地直接接触而具备较多乐趣。然而，当滑雪场地因为场地年久失修或者雪地管理不善时，存在雪地大面积缺失的可能，这时如果不及时绕行，将可能产生较为严重的安全事故，而在实际滑雪过程中，滑雪者通常注意力主要集中在眼下局部区域，在缺乏判断经验的情况下，无法也不能对前方雪地进行整体性缺失判断。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种头戴式运动环境监测系统，能够有效解决相应的技术问题。

根据本发明实施方案示出的头戴式运动环境监测系统包括：

头戴式平台，用于滑雪者在滑雪时佩戴，包括卡槽和圆环，所述卡槽设置在所述圆环的前方，用于卡入微孔采集机构；

微孔采集机构，设置在所述头戴式平台上，用于对前方滑雪环境执行图像采集动作，以获得对应的滑雪环境图像；

数据增强设备，封装在滑雪者的头戴式平台内，与所述微孔采集机构连接，用于对接收到的滑雪环境图像执行基于密度函数的直方图均衡处理，以获得并输出相应的数据增强图像；

内容锐化设备，与所述数据增强设备连接，用于对接收到的数据增强图像执行基于Kirsch算子的锐化处理，以获得并输出相应的内容锐化图像；

锐化处理设备，与所述内容锐化设备连接，用于对接收到的内容锐化图像执行基于USM滤镜的锐化处理，以获得并输出相应的即时锐化图像；

特征搜索机构，封装在滑雪者的头戴式平台内，与所述锐化处理设备连接，用于基于雪粒成像特征在所述即时锐化图像中搜索出各个雪粒对象分别对应的各个雪粒成像区域；

内容解析设备，与所述特征搜索机构连接，用于获取所述即时锐化图像中的各个雪粒成像区域整体占据所述即时锐化图像的面积百分比以作为雪地占据百分比，并将1减去所述雪地占据百分比以获得雪地缺失百分比；

信号提取设备，与所述内容解析设备连接，用于在接收到的雪地缺失百分比大于等于预设百分比阈值时，发出绕行提醒信号；

其中，在所述特征搜索机构中，所述雪粒成像特征为构成雪粒对象的图像像素点的亮度值的分布范围。

接着，继续对本发明的头戴式运动环境监测系统的具体结构进行进一步的说明。

在所述头戴式运动环境监测系统中：

所述信号提取设备还用于在接收到的雪地缺失百分比小于预设百分比阈值时，发出正常通行信号。

在所述头戴式运动环境监测系统中，还包括：

去雾处理设备，设置在所述微孔采集机构的镜头的后方，用于采用加热模式去除所述镜头上的雾气。

在所述头戴式运动环境监测系统中，还包括：

无线传输机构，设置在所述头戴式平台上，分别与所述内容解析设备和所述信号提取设备连接，用于在接收到所述绕行提醒信号时，将其中每一个雪粒成像区域被高亮显示的即时锐化图像无线传输给远端的运动管理中心。

在所述头戴式运动环境监测系统中：

所述无线传输机构内置有MPEG-4压缩单元，用于对其中每一个雪粒成像区域被高亮显示的即时锐化图像执行MPEG-4压缩处理；

其中，所述无线传输机构内置有ZIGBEE通信单元，与所述MPEG-4压缩单元连接，用于将MPEG-4压缩后的图像无线传输给远端的运动管理中心。

在所述头戴式运动环境监测系统中：

所述无线传输机构还用于在接收到所述正常通行信号时，不执行图像的无线传输。

在所述头戴式运动环境监测系统中：

所述内容解析设备由多个并行处理部件构成，用于对所述内容解析设备的各项任务执行并行处理；

其中，在所述内容解析设备中，同一项任务仅仅在一个并行处理部件中被执行而不在二个以上的并行处理部件中被执行；

其中，所述多个并行处理部件各自的处理能力不同，所述处理能力取决于并行处理部件的处理速率或处理带宽。

在所述头戴式运动环境监测系统中：

在所述内容解析设备中，根据每一项任务的运行数据需求为所述任务选择相应处理速率的并行处理部件；

其中，根据每一项任务的运行数据需求为所述任务选择相应处理速率的并行处理部件包括：每一项任务的运行数据需求越大，为所述任务选择的执行并行处理部件的处理速率越快。

在所述头戴式运动环境监测系统中：

所述信号提取设备内设置有湿度测量仪，用于实时监测所述信号提取设备的内部湿度以作为内部环境湿度输出。

在所述头戴式运动环境监测系统中：

所述信号提取设备内还设置有信号触发单元，与所述湿度测量仪连接，用于在接收到的内部环境湿度不在预设湿度范围内时，发出湿度异常信号；

其中，所述预设湿度范围由湿度上限阈值和小于所述湿度上限阈值的湿度下限阈值构成。

另外，在所述头戴式运动环境监测系统中，ZIGBEE通信单元内，ZIGBEE是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZIGBEE技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称（又称紫蜂协议）来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（ZIG）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZIGBEE就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。ZIGBEE是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZIGBEE协议从下到上分别为物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）、传输层（TL）、网络层（NWK）、应用层（APL）等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种头戴式运动环境监测系统，其特征在于，所述系统包括：

头戴式平台，用于滑雪者在滑雪时佩戴，包括卡槽和圆环，所述卡槽设置在所述圆环的前方，用于卡入微孔采集机构；

微孔采集机构，设置在所述头戴式平台上，用于对前方滑雪环境执行图像采集动作，以获得对应的滑雪环境图像；

数据增强设备，封装在滑雪者的头戴式平台内，与所述微孔采集机构连接，用于对接收到的滑雪环境图像执行基于密度函数的直方图均衡处理，以获得并输出相应的数据增强图像；

内容锐化设备，与所述数据增强设备连接，用于对接收到的数据增强图像执行基于Kirsch算子的锐化处理，以获得并输出相应的内容锐化图像；

锐化处理设备，与所述内容锐化设备连接，用于对接收到的内容锐化图像执行基于USM滤镜的锐化处理，以获得并输出相应的即时锐化图像；

特征搜索机构，封装在滑雪者的头戴式平台内，与所述锐化处理设备连接，用于基于雪粒成像特征在所述即时锐化图像中搜索出各个雪粒对象分别对应的各个雪粒成像区域；

内容解析设备，与所述特征搜索机构连接，用于获取所述即时锐化图像中的各个雪粒成像区域整体占据所述即时锐化图像的面积百分比以作为雪地占据百分比，并将1减去所述雪地占据百分比以获得雪地缺失百分比；

信号提取设备，与所述内容解析设备连接，用于在接收到的雪地缺失百分比大于等于预设百分比阈值时，发出绕行提醒信号；

其中，在所述特征搜索机构中，所述雪粒成像特征为构成雪粒对象的图像像素点的亮度值的分布范围。

2.如权利要求1所述的头戴式运动环境监测系统，其特征在于：

所述信号提取设备还用于在接收到的雪地缺失百分比小于预设百分比阈值时，发出正常通行信号。

3.如权利要求2所述的头戴式运动环境监测系统，其特征在于，所述系统还包括：

去雾处理设备，设置在所述微孔采集机构的镜头的后方，用于采用加热模式去除所述镜头上的雾气。

4.如权利要求3所述的头戴式运动环境监测系统，其特征在于，所述系统还包括：

无线传输机构，设置在所述头戴式平台上，分别与所述内容解析设备和所述信号提取设备连接，用于在接收到所述绕行提醒信号时，将其中每一个雪粒成像区域被高亮显示的即时锐化图像无线传输给远端的运动管理中心。

5.如权利要求4所述的头戴式运动环境监测系统，其特征在于：

所述无线传输机构内置有MPEG-4压缩单元，用于对其中每一个雪粒成像区域被高亮显示的即时锐化图像执行MPEG-4压缩处理；

其中，所述无线传输机构内置有ZIGBEE通信单元，与所述MPEG-4压缩单元连接，用于将MPEG-4压缩后的图像无线传输给远端的运动管理中心。

6.如权利要求5所述的头戴式运动环境监测系统，其特征在于：

所述无线传输机构还用于在接收到所述正常通行信号时，不执行图像的无线传输。

7.如权利要求6所述的头戴式运动环境监测系统，其特征在于：

所述内容解析设备由多个并行处理部件构成，用于对所述内容解析设备的各项任务执行并行处理；

其中，在所述内容解析设备中，同一项任务仅仅在一个并行处理部件中被执行而不在二个以上的并行处理部件中被执行；

其中，所述多个并行处理部件各自的处理能力不同，所述处理能力取决于并行处理部件的处理速率或处理带宽。

8.如权利要求7所述的头戴式运动环境监测系统，其特征在于：

在所述内容解析设备中，根据每一项任务的运行数据需求为所述任务选择相应处理速率的并行处理部件；

其中，根据每一项任务的运行数据需求为所述任务选择相应处理速率的并行处理部件包括：每一项任务的运行数据需求越大，为所述任务选择的执行并行处理部件的处理速率越快。

9.如权利要求8所述的头戴式运动环境监测系统，其特征在于：

所述信号提取设备内设置有湿度测量仪，用于实时监测所述信号提取设备的内部湿度以作为内部环境湿度输出。

10.如权利要求9所述的头戴式运动环境监测系统，其特征在于：

所述信号提取设备内还设置有信号触发单元，与所述湿度测量仪连接，用于在接收到的内部环境湿度不在预设湿度范围内时，发出湿度异常信号；

其中，所述预设湿度范围由湿度上限阈值和小于所述湿度上限阈值的湿度下限阈值构成。