一种实现三维扫描及AR技术辅助工作的安全帽
技术领域
本申请涉及安全帽技术领域，尤其涉及一种实现三维扫描及AR技术辅助工作的安全帽。
背景技术
为了保证工人在矿井或洞穴内的生命安全，所有在矿井或洞穴内的工人都需要佩戴安全帽。
工人进入矿井或洞穴内进行工作时，一般需要携带地图确定自己的位置，并且还需要携带程图纸来指导矿井或洞穴内的施工。然而由于矿井或洞穴内环境复杂，采用地图确定自身位置，需要不停的在地图上进行标记，一旦忘记自身的所处的位置，则容易迷路，并且一线工人的文化水平通常较低，单纯利用工程图纸进行施工，容易出现施工位置错误等问题。
因此，申请人提出了一种实现三维扫描及AR技术辅助工作的安全帽，能够采用三维扫描技术获取周围的环境信息，从而判断出工人的位置信息，并利用AR技术对当前工人所处的环境的图像进行处理，标识出需要进行施工的位置，辅助工人进行工作。
实用新型内容
针对现有技术存在的上述不足，申请人提出了一种实现三维扫描及AR技术辅助工作的安全帽，能够采用三维扫描技术获取周围的环境信息，从而判断出工人的位置信息，并利用AR技术对当前工人所处的环境的图像进行处理，标识出需要进行施工的位置，辅助工人进行工作。
为解决上述技术问题，本申请采用了如下的技术方案：
一种实现三维扫描及AR技术辅助工作的安全帽，包括外壳、内衬、佩带及设置在外壳前侧的帽檐，还包括图像采集装置、三维雷达扫描装置、显示屏、陀螺仪、位置判断处理器、姿态判断处理器、图像增强处理器、三维地图存储器及施工标识存储器，其中：
显示屏的上端面与帽檐的下端面连接，显示屏位于佩戴者的左前侧或右前侧，显示屏屏幕朝向佩戴者的眼部区域；
图像采集装置设置在显示屏背面；
三维雷达扫描装置设置在安全帽顶端；
位置判断处理器分别与三维雷达扫描装置、三维地图存储器及图像增强处理器通信连接；
姿态判断处理器分别与陀螺仪及图像增强处理器通信连接；
图像增强处理器分别与施工标识存储器、图像采集装置及显示屏通信连接；
陀螺仪、位置判断处理器、姿态判断处理器、图像增强处理器、三维地图存储器及施工标识存储器均安装在外壳与内衬之间的空间内。
优选地，帽檐下端面平行设置有多个条形槽，不同条形槽距离佩戴者眼部的距离依次递增，帽檐内条形槽对应的位置安装有片状磁铁，显示屏的上端面设置有与条形槽匹配的铁磁性凸起。
优选地，条形槽为突出帽檐下端面的楔形滑槽，楔形滑槽用于限制显示屏相对于帽檐端面在垂直帽檐端面的方向运动。
优选地，安全帽的两侧设置有向后弯曲的口罩挂钩。
优选地，还包括运动轨迹采集装置、录音装置及数据存储器，其中：
录音装置安装在显示屏的下端面上；
数据存储器分别与运动轨迹采集装置、录音装置及图像采集装置相连接。
优选地，还包括设置在安全帽后侧下沿的数据记录盒，数据存储器安装在数据记录盒中，所述数据记录盒还包括保护壳体及保护壳体内的延时开关、求救信号发送电源与求救信号发送装置，其中：
保护壳体由外层的硬质合金层及内层的缓冲泡沫材料层制成；
保护壳体的外侧设置有与延时开关连接的重置按钮，重置按钮用于重置延时开关，延时开关、求救信号发送电源及求救信号发送装置相互连接构成延时启动电路。
优选地，保护壳体上设置防误碰凹槽，防误碰凹槽上设置有滑门装置，重启按钮设置在防误碰凹槽内。
优选地，还包括气体浓度监测装置及报警装置。
优选地，所述气体浓度监测装置包括氧气浓度监测装置及可燃性气体监测装置。
综上所述，本申请公开了一种实现三维扫描及AR技术辅助工作的安全帽，包括外壳、内衬、佩带及设置在外壳前侧的帽檐，还包括图像采集装置、三维雷达扫描装置、显示屏、陀螺仪、位置判断处理器、姿态判断处理器、图像增强处理器、三维地图存储器及施工标识存储器，其中：显示屏的上端面与帽檐的下端面连接，显示屏位于佩戴者的左前侧或右前侧，显示屏屏幕朝向佩戴者的眼部区域；图像采集装置设置在显示屏背面；三维雷达扫描装置设置在安全帽顶端；位置判断处理器分别与三维雷达扫描装置、三维地图存储器及图像增强处理器通信连接；姿态判断处理器分别与陀螺仪及图像增强处理器通信连接；图像增强处理器分别与施工标识存储器、图像采集装置及显示屏通信连接；陀螺仪、位置判断处理器、姿态判断处理器、图像增强处理器、三维地图存储器及施工标识存储器均安装在外壳与内衬之间的空间内。申请人提出了一种实现三维扫描及AR技术辅助工作的安全帽，能够采用三维扫描技术获取周围的环境信息，从而判断出工人的位置信息，并利用AR技术对当前工人所处的环境的图像进行处理，标识出需要进行施工的位置，辅助工人进行工作。
附图说明
为了使申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步的详细描述，其中：
图1为本申请公开的一种实现三维扫描及AR技术辅助工作的安全帽的结构框图；
图2为本申请公开的一种实现三维扫描及AR技术辅助工作的安全帽的侧视图；
图3为本申请中显示屏和帽檐连接的结构示意图；
图4为本申请中重置按钮的结构示意图。
附图中标号的对应关系为：外壳1、内衬2、佩带3、帽檐4、图像采集装置5、三维雷达扫描装置6、显示屏7、陀螺仪8、位置判断处理器9、姿态判断处理器10、图像增强处理器11、三维地图存储器12、施工标识存储器13、条形槽14、片状磁铁15、铁磁性凸起16、口罩挂钩17、数据记录盒18、保护壳体19、硬质合金层20、缓冲泡沫材料层21、重置按钮22、防误碰凹槽23、滑门装置24。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步的详细说明。
在本申请中，各种未写明位置的电子元件能够安装在内衬2与外壳11之间的空间内。
如图1及图2所示，本申请公开了一种实现三维扫描及AR技术辅助工作的安全帽，包括外壳1、内衬2、佩带3及设置在外壳1前侧的帽檐4，还包括图像采集装置5、三维雷达扫描装置6、显示屏7、陀螺仪8、位置判断处理器9、姿态判断处理器10、图像增强处理器11、三维地图存储器12及施工标识存储器13，其中：
显示屏7的上端面与帽檐4的下端面连接，显示屏7位于佩戴者的左前侧或右前侧，显示屏7屏幕朝向佩戴者的眼部区域；
图像采集装置5设置在显示屏7背面；
三维雷达扫描装置6设置在安全帽顶端；
位置判断处理器9分别与三维雷达扫描装置6、三维地图存储器12及图像增强处理器11通信连接；
姿态判断处理器10分别与陀螺仪8及图像增强处理器11通信连接；
图像增强处理器11分别与施工标识存储器13、图像采集装置5及显示屏7通信连接；
陀螺仪8、位置判断处理器9、姿态判断处理器10、图像增强处理器11、三维地图存储器12及施工标识存储器13均安装在外壳1与内衬2之间的空间内。
本申请公开的安全帽为实现三维扫描及AR技术辅助工作提供了硬件基础，在实现安全帽本身的安全防护功能的基础上，还能够实现采用三维扫描技术获取周围的环境信息，从而判断出工人的位置信息，并利用AR技术对当前工人所处的环境的图像进行处理，标识出需要进行施工的位置，辅助工人进行工作的功能。
本申请公开的安全帽的工作原理为：三维地图存储器12中存储有工人工作环境的三维地图，三维雷达扫描装置6在对工人所处环境进行三维扫描后，将得到三维环境信息发送至位置判断处理器9，位置判断处理器9内存储有能够根据进行三维对比从而判断自身位置的软件程序，位置判断处理器9从三维地图存储器12中调用三维地图，将获取的三维环境信息与三维地图进行对比，从而得到工人所在的位置信息并将位置信息发送至图像增强处理器11。姿态判断处理器10根据陀螺仪8发送的信息判断此时佩戴者的朝向，并将朝向信息发送至图像增强处理器11。图像采集装置5将采集到的图像发送至图像增强处理器11，图像增强处理器11从施工标识从存储器中调用工人所处位置及当前所处朝向的施工标识信息，并将此标识信息叠加到图像采集装置5采集的图像中并显示在显示屏7中。本申请中的处理器均存储有相应的软件，这些软件均为现有技术因此不再赘述，此外，本申请的安全帽是为了实现这些功能提供了一个硬件基础。
本申请公开的安全帽，能够实现在无通信信号的情况下对工人自身位置进行定位，还能够实现通过图像增强技术直观的将工人所处位置的施工标识现实在显示屏7上，辅助工人进行工作，与现有技术中采用工程图纸施工相比，更加直观，降低了对工人的文化水平的要求。
如图3所示，具体实施时，帽檐4下端面平行设置有多个条形槽14，不同条形槽14距离佩戴者眼部的距离依次递增，帽檐4内条形槽14对应的位置安装有片状磁铁15，显示屏7的上端面设置有与条形槽14匹配的铁磁性凸起16。
由于个体差异的不同，因此，本申请在帽檐4上设置了多个用于安装显示屏7的条形槽14，使得显示屏7与佩戴者眼部的距离可调，保证了用户能够看清显示屏7。此外，本申请采用磁力吸附的方式固定显示屏7，显示屏7的位置调整过程方便快捷，无需使用工具。
具体实施时，条形槽14为突出帽檐4下端面的楔形滑槽，楔形滑槽用于限制显示屏7相对于帽檐4端面在垂直帽檐4端面的方向运动。
因工人在工作过程中可能会引起安全帽的在上下方向上的剧烈晃动，因此，采用楔形滑槽结构的条形槽14来对显示器的上下移动进行限位，避免显示屏7因磁力不够掉落。由于安全帽在左右方向上的一般较小，因此，在磁力吸附的作用下，也不会从滑槽中滑出，而采用滑槽结构，无论是将显示器上端的凸起滑入或滑出，都十分方便，提高了用户体验感。
具体实施时，安全帽的两侧设置有向后弯曲的口罩挂钩17。
在矿井或坑洞中进行工作时，往往需要佩带3口罩避免扬尘，然而佩带3安全帽时要通过佩带3固定安全帽，还要佩戴口罩，容易造成佩戴者的不适，因此在安全帽上设置口罩挂钩17代替耳朵来固定口罩，提升了佩戴者的舒适度。
具体实施时，还包括运动轨迹采集装置、录音装置及数据存储器，其中：
录音装置安装在显示屏7的下端面上；
数据存储器分别与运动轨迹采集装置、录音装置及图像采集装置5相连接。
当工人在矿井或坑洞环境内工作时，由于环境复杂，无线信号经常不能穿透周围的障碍物，因此本申请的安全帽还设置有运动轨迹采集装置、录音装置、图像采集装置5及数据存储器，数据存储器能够存储运动轨迹采集装置采集的工人的运动轨迹信息、录音装置采集的音频信息及图像采集装置5采集的视频信息，这些信息能够在工人离开工作环境后，审核工人是否尽职完成工作。还可以在出现事故后用于调查事故原因。运动轨迹采集装置可以包括陀螺仪8及加速度传感器等，运动轨迹记录为现有技术在此不再赘述。
具体实施时，还包括设置在安全帽后侧下沿的数据记录盒18，数据存储器安装在数据记录盒中，所述数据记录盒还包括保护壳体19及保护壳体内的延时开关、求救信号发送电源与求救信号发送装置，其中：
保护壳体19由外层的硬质合金层20及内层的缓冲泡沫材料层21制成；
保护壳体19的外侧设置有与延时开关连接的重置按钮22，重置按钮22用于重置延时开关，延时开关、求救信号发送电源及求救信号发送装置相互连接构成延时启动电路。
当发生安全事故，例如矿难后，为了保证存储器内的信息不被破坏，因此，本申请的安全帽设置有专门保护存储器的数据记录盒18，数据记录盒18外层采用硬质合金，提高本身刚性，内部采用缓冲泡沫材料，减少存储器受到的冲击。
此外，当事故发生时，往往来不及由工人发送求救信号，因此，在本申请的安全帽具有自动求救的功能，延时开关为一个常开开关，延时开关从0开始计时，到达预设时间后闭合，接通求救信号发送装置及求救信号发送电源，求救信号发送装置发送求救信号。即，工人若一段时间不通过重置按钮22对延时开关进行重置，则认为发生事故，自动发送求救信号。
如图4所示，具体实施时，保护壳体19上设置防误碰凹槽23，防误碰凹槽23上设置有滑门装置24，重启按钮设置在防误碰凹槽23内。
当发生安全事故，例如矿难时，为了避免散落的石块碰触重置按钮22导致无法正常发送求救信号，在保护壳体19上设置了一个凹槽，且凹槽上设置有滑门，只有工人将滑门打开后，才能使用重置按钮22进行重置。
具体实施时，还包括气体浓度监测装置及报警装置。
具体实施时，所述气体浓度监测装置包括氧气浓度监测装置及可燃性气体监测装置。
由于本申请公开的安全帽其主要使用的工况是矿坑及矿井的工况，因此，为了保证工人的安全，应该设置气体浓度监测装置及报警装置，当气体浓度超过一定的阈值或低于一定的阈值时进行报警。报警装置可以就采用显示屏7进行报警，也可单独设置警铃或蜂鸣器。气体浓度监测装置主要包括氧气浓度监测装置及可燃性气体监测装置，也可包括其他有毒气体监测装置。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管通过参照本申请的优选实施例已经对本申请进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本申请的精神和范围。
