自适应水下氧气供应系统及方法与流程

本发明涉及潜水用具领域，尤其涉及一种自适应水下氧气供应系统及方法。

背景技术：

潜水的好处不仅在于水中的奇异世界给人的精神带来的巨大享受，而且更重要的是能够提高并改善人体的心肺功能，在美国及日本，潜水运动甚至被作为一种治疗癌症的辅助手段；据科学论证，水对人体的均衡压力有助于血液循环，水下长时间的吸氧可以有效地杀死癌细胞，并抑制癌细胞的扩散。但因为潜水的费用较高，一般人承受不了。虽然基础培训费只有2千块左右，但相继而来的配置器材与旅费却不是人人都能消化的。一套好的装备，普通的两、三万，高级的十几万。如果想去好的自然海域，近的有马来西亚、泰国，远的有澳大利亚、红海等。

潜水员下水时穿戴和佩挂的全部装具，也称潜水个人装具。有重装式和轻装式两种。重装式有头盔、输气管、通信电缆、电话、潜水衣、压铅和铅底潜水鞋等；轻装式有面罩(也有用轻便头盔)、输气管、通信电缆、电话、应急气瓶、潜水衣、腰铅、靴和脚蹼等。使用重装潜水装具在水中工作时必须脚踏水底或实物，或手抓缆索，不能悬浮工作，并且放漂(即在水底因潜水服中气体过多，失去控制而突然急速上升)的危险性大，所以重装潜水装具已逐渐被轻装式取代。

技术实现要素：

为了解决相关领域的技术问题，本发明提供了一种自适应水下氧气供应系统及方法，在引入全配套的单人潜伏佩戴装置的基础上，基于佩戴用户的体积决定单位时间的供氧量，从而尽可能地减少氧气的浪费，为潜水用户提供更长时间的供氧保障。

为此，本发明需要具备以下几处重要的发明点：

(1)引入包括氧气瓶、氧气释放阀门、开度提取设备、立式摄像机、氧气面罩、控制盒和水下通信设备的针对性结构的佩戴式供氧机构，用以完成全配套的单人潜伏佩戴装置；

(2)基于佩戴用户的体积估算结果决定单位时间的供氧量，从而提升佩戴氧气的利用率，有效延长佩戴氧气的供氧时间。

根据本发明的一方面，提供了一种自适应水下氧气供应系统，所述系统包括：

佩戴式供氧机构，包括氧气瓶、余量检测设备、氧气释放阀门、开度提取设备、立式摄像机、氧气面罩、控制盒和水下通信设备；

所述氧气释放阀门设置在所述氧气瓶的供氧口，所述控制盒设置在所述氧气瓶的底端，所述水下通信设备设置在所述氧气面罩内；

所述水下通信设备用于与其他佩戴式供氧机构的水下通信设备执行水下通信，所述余量检测设备用于检测所述氧气瓶的剩余供氧量；

所述立式摄像机设置在所述氧气瓶的顶端，用于对执行潜水操作的佩戴用户所在环境执行水下摄像动作，以获得相应的潜水环境图像；

实时增强设备，位于所述控制盒内，与所述立式摄像机连接，用于对接收到的图像执行图像频域增强处理，以获得并输出相应的实时增强图像；

仿射变换设备，位于所述实时增强设备的左侧，与所述实时增强设备连接，用于对接收到的实时增强图像执行仿射变换处理，以获得并输出相应的仿射变换图像；

信号滤波设备，位于所述实时增强设备的右侧，与所述仿射变换设备连接，用于对接收到的仿射变换图像执行frangi滤波处理，以获得并输出相应的即时滤波图像；

体积检测机构，设置在所述控制盒内，用于基于所述即时滤波图像中的人体目标占据的像素点数量估算执行潜水操作的佩戴用户的人体体积；

所述开度提取设备与所述体积检测机构连接，用于确定与所述人体体积成正比的阀门开度；

所述氧气释放阀门与所述开度提取设备连接，用于基于接收到的阀门开度实时调节自己的当前开度。

根据本发明的另一方面，还提供了一种自适应水下氧气供应方法，所述方法包括：

使用佩戴式供氧机构，包括氧气瓶、余量检测设备、氧气释放阀门、开度提取设备、立式摄像机、氧气面罩、控制盒和水下通信设备；

所述氧气释放阀门设置在所述氧气瓶的供氧口，所述控制盒设置在所述氧气瓶的底端，所述水下通信设备设置在所述氧气面罩内；

所述水下通信设备用于与其他佩戴式供氧机构的水下通信设备执行水下通信，所述余量检测设备用于检测所述氧气瓶的剩余供氧量；

所述立式摄像机设置在所述氧气瓶的顶端，用于对执行潜水操作的佩戴用户所在环境执行水下摄像动作，以获得相应的潜水环境图像；

使用实时增强设备，位于所述控制盒内，与所述立式摄像机连接，用于对接收到的图像执行图像频域增强处理，以获得并输出相应的实时增强图像；

使用仿射变换设备，位于所述实时增强设备的左侧，与所述实时增强设备连接，用于对接收到的实时增强图像执行仿射变换处理，以获得并输出相应的仿射变换图像；

使用信号滤波设备，位于所述实时增强设备的右侧，与所述仿射变换设备连接，用于对接收到的仿射变换图像执行frangi滤波处理，以获得并输出相应的即时滤波图像；

使用体积检测机构，设置在所述控制盒内，用于基于所述即时滤波图像中的人体目标占据的像素点数量估算执行潜水操作的佩戴用户的人体体积；

所述开度提取设备与所述体积检测机构连接，用于确定与所述人体体积成正比的阀门开度；

所述氧气释放阀门与所述开度提取设备连接，用于基于接收到的阀门开度实时调节自己的当前开度。

本发明的自适应水下氧气供应系统及方法通信及时、安全可靠。由于能够基于佩戴用户的体积估算结果决定单位时间的供氧量，从而有效延长了佩戴式供氧机构的供氧时间。

具体实施方式

下面将对本发明的自适应水下氧气供应系统及方法的实施方案进行详细说明。

氧气瓶是储存和运输氧气用的高压容器，一般用合金结构钢热冲、压制而成，圆柱形。应用于医院、急救站、疗养院。氧气瓶肩部标有工作压力、试验压力、容积、重量、等信息的钢印，表面漆成天蓝色，用黑色写明“氧气”字样。

氧气瓶是潜水、医院、急救站、疗养院、家庭护理、战地救护、个人保健及各种缺氧环境补充用氧较理想的供氧设备。对患者、老年人、孕妇、学生、白领阶层及旅游、坑道、登山人员都是不可缺少的益友。

氧气瓶的储气能力的标准是耐压能力。常规氧气瓶的压力上限为15mp(兆帕)换算为大气压就是147个大气压。耐压能力检测值为22.5mp。常规充装的钢瓶内压力应在12～15mp左右。瓶内气体不能全部用尽，应保留不少于0.1-0.2mp的剩余压力。

当前，配置了氧气瓶的水下供氧机构在供氧操作时并不考虑佩戴用户的个人情况，对所有用户提供的单位时间的供氧量都相等，导致对于体积较大的用户造成供氧量不足的情况，对于体积较小的用户造成醉氧的情况，很明显，这影响了水下供氧机构的氧气的利用率。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种自适应水下氧气供应系统及方法，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自适应水下氧气供应系统包括：

佩戴式供氧机构，包括氧气瓶、余量检测设备、氧气释放阀门、开度提取设备、立式摄像机、氧气面罩、控制盒和水下通信设备；

所述氧气释放阀门设置在所述氧气瓶的供氧口，所述控制盒设置在所述氧气瓶的底端，所述水下通信设备设置在所述氧气面罩内；

所述水下通信设备用于与其他佩戴式供氧机构的水下通信设备执行水下通信，所述余量检测设备用于检测所述氧气瓶的剩余供氧量；

所述立式摄像机设置在所述氧气瓶的顶端，用于对执行潜水操作的佩戴用户所在环境执行水下摄像动作，以获得相应的潜水环境图像；

实时增强设备，位于所述控制盒内，与所述立式摄像机连接，用于对接收到的图像执行图像频域增强处理，以获得并输出相应的实时增强图像；

仿射变换设备，位于所述实时增强设备的左侧，与所述实时增强设备连接，用于对接收到的实时增强图像执行仿射变换处理，以获得并输出相应的仿射变换图像；

信号滤波设备，位于所述实时增强设备的右侧，与所述仿射变换设备连接，用于对接收到的仿射变换图像执行frangi滤波处理，以获得并输出相应的即时滤波图像；

体积检测机构，设置在所述控制盒内，用于基于所述即时滤波图像中的人体目标占据的像素点数量估算执行潜水操作的佩戴用户的人体体积；

所述开度提取设备与所述体积检测机构连接，用于确定与所述人体体积成正比的阀门开度；

所述氧气释放阀门与所述开度提取设备连接，用于基于接收到的阀门开度实时调节自己的当前开度。

接着，继续对本发明的自适应水下氧气供应系统的具体结构进行进一步的说明。

在所述自适应水下氧气供应系统中：

基于接收到的阀门开度实时调节自己的当前开度包括：使得自己的当前开度与接收到的阀门开度相等。

在所述自适应水下氧气供应系统中：

基于所述即时滤波图像中的人体目标占据的像素点数量估算执行潜水操作的佩戴用户的人体体积包括：所述即时滤波图像中的人体目标占据的像素点数量越少，估算的执行潜水操作的佩戴用户的人体体积的数值越小。

在所述自适应水下氧气供应系统中：

所述水下通信设备与其他佩戴式供氧机构的水下通信设备基于cdma无线通信链路执行数据通信。

所述自适应水下氧气供应系统中还可以包括：

实时投影机构，设置在所述氧气面罩内，用于向所述氧气面罩的前端执行投影；

其中，所述实时投影机构与所述余量检测设备连接，用于获取并向所述氧气面罩的前端的左上角投影显示所述氧气瓶的剩余供氧量。

根据本发明实施方案示出的自适应水下氧气供应方法包括：

使用佩戴式供氧机构，包括氧气瓶、余量检测设备、氧气释放阀门、开度提取设备、立式摄像机、氧气面罩、控制盒和水下通信设备；

所述氧气释放阀门设置在所述氧气瓶的供氧口，所述控制盒设置在所述氧气瓶的底端，所述水下通信设备设置在所述氧气面罩内；

所述水下通信设备用于与其他佩戴式供氧机构的水下通信设备执行水下通信，所述余量检测设备用于检测所述氧气瓶的剩余供氧量；

所述立式摄像机设置在所述氧气瓶的顶端，用于对执行潜水操作的佩戴用户所在环境执行水下摄像动作，以获得相应的潜水环境图像；

使用实时增强设备，位于所述控制盒内，与所述立式摄像机连接，用于对接收到的图像执行图像频域增强处理，以获得并输出相应的实时增强图像；

使用仿射变换设备，位于所述实时增强设备的左侧，与所述实时增强设备连接，用于对接收到的实时增强图像执行仿射变换处理，以获得并输出相应的仿射变换图像；

使用信号滤波设备，位于所述实时增强设备的右侧，与所述仿射变换设备连接，用于对接收到的仿射变换图像执行frangi滤波处理，以获得并输出相应的即时滤波图像；

使用体积检测机构，设置在所述控制盒内，用于基于所述即时滤波图像中的人体目标占据的像素点数量估算执行潜水操作的佩戴用户的人体体积；

所述开度提取设备与所述体积检测机构连接，用于确定与所述人体体积成正比的阀门开度；

所述氧气释放阀门与所述开度提取设备连接，用于基于接收到的阀门开度实时调节自己的当前开度。

接着，继续对本发明的自适应水下氧气供应方法的具体步骤进行进一步的说明。

所述自适应水下氧气供应方法中：

基于接收到的阀门开度实时调节自己的当前开度包括：使得自己的当前开度与接收到的阀门开度相等。

所述自适应水下氧气供应方法中：

基于所述即时滤波图像中的人体目标占据的像素点数量估算执行潜水操作的佩戴用户的人体体积包括：所述即时滤波图像中的人体目标占据的像素点数量越少，估算的执行潜水操作的佩戴用户的人体体积的数值越小。

所述自适应水下氧气供应方法中：

所述水下通信设备与其他佩戴式供氧机构的水下通信设备基于cdma无线通信链路执行数据通信。

所述自适应水下氧气供应方法还可以包括：

使用实时投影机构，设置在所述氧气面罩内，用于向所述氧气面罩的前端执行投影；

其中，所述实时投影机构与所述余量检测设备连接，用于获取并向所述氧气面罩的前端的左上角投影显示所述氧气瓶的剩余供氧量。

另外，所述体积检测机构选择实现方式为cpld器件。

cpld(complexprogrammablelogicdevice)复杂可编程逻辑器件，是从pal和gal器件发展出来的器件，相对而言规模大，结构复杂，属于大规模集成电路范围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆(“在系统”编程)将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。

cpld主要是由可编程逻辑宏单元(mc，macrocell)围绕中心的可编程互连矩阵单元组成。其中mc结构较复杂，并具有复杂的i/o单元互连结构，可由用户根据需要生成特定的电路结构，完成一定的功能。由于cpld内部采用固定长度的金属线进行各逻辑块的互连，所以设计的逻辑电路具有时间可预测性，避免了分段式互连结构时序不完全预测的缺点。

最后应注意到的是，在本发明各个实施例中的各功能设备可以集成在一个处理设备中，也可以是各个设备单独物理存在，也可以两个或两个以上设备集成在一个设备中。

所述功能如果以软件功能设备的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

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