一种具有动态视觉效果的负压水缸及其控制方法与流程

1.本发明涉及一种水缸，更具体地说，它涉及一种具有动态视觉效果的负压水缸及其控制方法。


背景技术：

2.在家里或是一些公共场所，人们会摆放水缸，既能起到观赏、装饰作用，又能给室内带来生气与活力，缓解人的精神压力。
3.目前市面上出现了负压水缸，负压水缸一般由下缸体和倒扣的上缸体构成，上缸体和下缸体均为透明缸体。在下缸体内住满水，使水漫过上缸体的底面，再将上缸体内的空气抽出，使上缸体内外产生气压差，外界大气压将下缸体内的水挤入上缸体内，这样就使得上缸体内的水位与下缸体内的水位产生落差，通过在上缸体和下缸体内布置动植物或装饰物，使得负压水缸呈现出独特的视觉体验。
4.现有的负压水缸，其上缸体的形状通常为立方体或圆柱形，形状和线条单一，不能呈现更多细节和元素，导致观赏性较差且不能让用户很好地沉浸其中，有待改进。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有动态视觉效果的负压水缸及其控制方法。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
7.一种具有动态视觉效果的负压水缸，包括下缸体和倒扣在下缸体上方的上缸体，所述上缸体的形状为拟物造型。
8.作为优选方案：所述上缸体的底部沿着上缸体的外周设置有水平的布景板。
9.作为优选方案：所述下缸体上设置有多块支撑块，所述布景板的边缘由支撑块支撑，所述上缸体由布景板支撑。
10.作为优选方案：所述上缸体的外围设置有显示器，所述显示器用于显示背景画面，该负压水缸还包括控制器，所述控制器与显示器连接用于控制显示器，所述显示器上还装有摄像装置，所述摄像装置与控制器连接，所述摄像装置用于拍摄水缸周围的图像，并将图像数据传输至控制器，所述控制器根据摄像装置拍摄的水缸前方的图像，对图像中的人脸进行识别，当识别到人脸时控制显示器开始显示画面。
11.作为优选方案：所述下缸体的顶部设置有呈水平环形的导轨，所述导轨固定于支撑块上，所述导轨的上方同轴设置有支撑环，所述支撑环的底部同轴设置有环形的限位槽，所述限位槽扣在导轨上，所述导轨的顶部沿其周向设置有多个球形腔，所述球形腔内装有可自由滚动的滚珠，所述限位槽的槽顶同轴设置有环形的导槽，所述滚珠的顶部进入导槽内，所述显示器的底部与支撑环连接固定，所述支撑环的外边缘沿其周向均匀设置有传动齿，在下缸体的外侧还装有伺服电机，伺服电机的输出轴上同轴固定有齿轮，齿轮与传动齿啮合，所述控制器与伺服电机和显示器连接，用于控制伺服电机和显示器，所述控制根据摄
像装置拍摄的水缸前方的图像，对图像中的人脸进行识别，并根据人脸的移动控制伺服电机驱动显示器随人脸转动。
12.作为优选方案：所述显示器的屏幕从前往后依次包括透明的显示屏、透明的玻璃基板和可调透明度的调光膜，所述调光膜连接并受控于控制器，所述控制器根据摄像装置拍摄的背景图像的复杂度来控制调光膜的透明度。
13.一种如所述的负压水缸的控制方法，通过摄像装置拍摄水缸前方的画面图像，控制器对图像中的人脸进行识别，当识别到图像中有人脸时，控制器控制显示屏来显示画面，若未识别到人脸，则显示屏不显示画面。
14.作为优选方案：当控制器识别出人脸特征后，对图像画面进行坐标化，记录人脸特征点在坐标系中的初始坐标，并实时记录人脸特征点的实时坐标，将实时坐标与初始坐标进行计算，得到人脸特征点的水平位移量；再根据图像画面的视野角度以及水平位移量与图像画面的宽度比例，得到水平位移量对应的视野角度，即显示器的调节角度，控制器通过控制伺服电机转动，以驱动显示器旋转该角度，从而使显示器能正对水缸前的观赏者。
15.作为优选方案：通过摄像装置拍摄水缸后方的画面图像，控制器对拍摄到的图像数据进行二值化处理，得到灰度图像，对灰度图像中的所有像素点进行扫描，得到各个像素点的灰度值，再根据这些灰度值计算出灰度图像的平均灰度，再根据平均灰度值和各个像素点的灰度值计算出灰度方差，当方差值小于预设值时，控制器对调光膜进行控制，使调光膜处于透明状态；当方差值大于预设值时，控制器对调光膜进行控制，使调光膜变为不透明状态。
16.与现有技术相比，本发明的优点是：
17.1、相比于传统的立方体或圆柱形造型，拟物的上缸体造型独特，包含丰富细节和元素，更具有观赏性、更容易让用户沉浸其中，不易产生视觉疲劳，营造出更为奇特、震撼的动态视觉效果。
18.2、水缸后方设置有显示器，通显示器显示背景图像，与上缸体的造型相互映衬，营造出多种环境氛围，使水缸的视觉效果更具动态感。当检测到水缸前方有人脸时，显示器开始显示画面，而当水缸前方无人脸时，显示器停止显示画面，实现显示器与人的智能互动。
19.3、显示器的透明度随水缸后方的背景的复杂度自动调节，营造出奇特的视觉效果，且背景不会掩盖上缸体的轮廓，不会降低上缸体的视觉效果。
20.4、显示器随观赏者自动转动，根据沉浸感。
附图说明
21.图1为实施例一中的负压水缸的整体结构示意图；
22.图2为图1中的a部放大图；
23.图3为实施例一中的显示器的层结构示意图；
24.图4为实施例一中的电路原理图。
25.附图标记说明:1、下缸体；2、上缸体；3、支撑块；4、布景板；5、气阀；6、支撑环；7、限位槽；8、导轨；9、球形腔；10、滚珠；11、导槽；12、传动齿；13、伺服电机；14、齿轮；15、控制器；16、扬声器；17、显示器；18、摄像装置；19、玻璃基板；20、显示屏；21、调光膜。
具体实施方式
26.实施例一：
27.参照图1，一种具有动态视觉效果的负压水缸，包括下缸体1和倒扣在下缸体1上方的上缸体2，上缸体2的形状为拟物造型。
28.相比于传统的立方体或圆柱形造型，拟物的上缸体2造型独特，包含丰富细节和元素，更具有观赏性、更容易让用户沉浸其中，不易产生视觉疲劳，营造出更为奇特、震撼的动态视觉效果。
29.例如，本实施例中的上缸体2的形状为山。在其他实施例中，上缸体2的形状也可以是建筑造型、动植物造型或是其他物体、物品的造型，即可以是任务拟物造型，这里不一一列举。
30.本实施例中，在上缸体2的底部沿着上缸体2的外周设置有水平的布景板4，布景板4上用于布置造景物件。通过在布景板4上造景，搭配上缸体2的造型，可以模拟出各种蕴含丰富内容的视觉场景。
31.本实施例中，在下缸体1上设置有多块支撑块3，布景板4的边缘由支撑块3支撑，而上缸体2由布景板4支撑。
32.为方便将上缸体2内的空气抽出，本实施例中，还在上缸体2的顶部装有气阀5。将气阀5打开连接外部抽气装置，即可将空气快速抽出，抽完后关闭气阀5即可，操作简单便捷。
33.本实施例中，还在上缸体2的外围设置有显示器17。可以通过显示器17显示画面，画面作为上缸体2的背景，与上缸体2的造型相互映衬，营造出多种环境氛围，使水缸的视觉效果更具动态感。
34.参照图1和图2，在下缸体1的顶部设置有呈水平环形的导轨8，导轨8固定于支撑块3上。在导轨8的上方同轴设置有支撑环6，在支撑环6的底部同轴设置有环形的限位槽7，限位槽7扣在导轨8上。在导轨8的顶部沿其周向设置有多个球形腔9，在球形腔9内装有可自由滚动的滚珠10，在限位槽7的槽顶同轴设置有环形的导槽11，滚珠10的顶部进入导槽11内。显示器17的底部与支撑环6连接固定。
35.如此结构使得支撑环6可以绕其轴线自由转动，通过转动支撑环6可以带动显示器17绕上缸体2转动。在系统未上电时，显示器17面向水缸的正前方。
36.在支撑环6的外边缘沿其周向均匀设置有传动齿12，在下缸体1的外侧还装有伺服电机13，伺服电机13的输出轴上同轴固定有齿轮14，齿轮14与传动齿12啮合。当伺服电机13转动时可以驱动支撑环6转动，即可以改变显示器17与上缸体2的相对位置。
37.该负压水缸还包括控制器15，控制器15与伺服电机13和显示器17连接，用于控制伺服电机13和显示器17。用于可以通过操作控制器15启动伺服电机13，将显示器17移动至所需要的位置，可以更加灵活地使用显示器17。
38.在显示器17上还装有摄像装置18，摄像装置18与控制器15连接，摄像装置18用于拍摄水缸周围的图像，并将图像数据传输至控制器15。
39.参照图3，本实施例中，显示器17的屏幕从前往后依次包括透明的显示屏20、透明的玻璃基板19和可调透明度的调光膜21。
40.参照4，控制器15包括微处理模块、电机驱动模块、图像采集模块、电压调节模块、
存储模块、扬声器16、按键模块、蓝牙模块和电源模块。
41.微处理模块集成有视频解码模块、音频解码模块和图像识别模块。
42.电机驱动模块的控制信号输入端与微处理模块的控制信号输出端连接，电机驱动模块的驱动信号输出端与伺服电机13的控制端连接；图像采集模块的信号输入端与摄像头的信号输出端连接，图像采集模块的信号输出端与微处理模块的信号输入端连接；电压调节模块的控制信号输入端与微处理模块的控制信号输出端连接，电压调节模块的驱动信号输出端与调光膜21的电极连接；存储模块与微处理模块的读写端口连接，存储模块存储有音频、视频和图像数据；扬声器16与微处理模块内置的音频解码模块连接；按键模块与微处理模块的i/o端口连接；蓝牙模块与微处理模块的串口连接；显示器17与微处理模块内置的视频解码模块连接；电源模块与各个模块连接，用于供电。
43.电压调节模块通过对调光膜21驱动电压的调节，实现对调光膜21的透明度的调节。
44.水缸的整套系统未上电运行时，调光膜21处于不透明状态。
45.水缸的整套系统上电运行后，用户可以通过操作按键模块选择“智能”模式。在智能模式下，摄像装置18启动拍摄，拍摄获得的图像经过图像采集模块处理后发送至微处理模块；微处理模块内置的图像识别模块开始对图像中的人脸特征点进行识别，若未识别出人脸特征点，则认为此时无人观赏水缸，此时微处理模块控制显示屏20关闭；若识别到人脸特征点，则认为此时有人观赏水缸，此时微处理模块控制显示屏20开启，微处理模块从存储模块中读取图片或视频数据，并将图片或视频数据发送至视频解码模块，视频解码模块对数据进行解码后向显示屏20输出图像信号，显示屏20开始显示图片或视频画面。
46.如此实现了无人观赏水缸时，显示器17不显示画面，而有人观赏水缸时，显示器17自动开始显示画面，通过动态或静态的画面作为上缸体2的背景和点缀，营造出更加生动、自然和多元化的视觉体验。
47.在此基础上，当图像识别模块识别出人脸特征后，图像识别模块开始判断人脸特征在图像画面中的位置，当人脸特征在图像画面中的水平位置移动量超过预设值时(说明观赏者被水缸吸引，一边走一边盯住水缸看)，微处理模块根据水平位移量计算出显示器17所需的调节角度，并控制伺服电机13转动，以驱动显示器17旋转该角度，从而使显示器17能正对水缸前的观赏者，保证将最佳的视觉效果呈现给观赏者。
48.本实施例中的摄像装置18包括前置摄像头和后置摄像头，其中前置摄像头用于拍摄水缸前方的画面，而后置摄像头用于拍摄水缸后方的画面。在“智能”模式下，前置摄像头启动，拍摄水缸前方的画面，并将图像数据传输至微处理模块，微处理模块对图像中的人脸特征点进行识别，进而根据识别结果控制显示屏20的工作状态。
49.在水缸的整套系统上电运行后，无论选择何种模式，后置摄像头都会开启，后置摄像头拍摄获得的图像经过图像采集模块处理后发送至微处理模块；微处理模块内置的图像识别模块对后置图像进行处理，以判断后置图像中不同区域的明暗度。
50.当后置图像中画面的明暗度反差较高时，微处理模块控制电压调节模块向调光膜21输出低电压，此时调光膜21保持在不透明状态。由于显示器17的遮挡，水缸后方的复杂背景不会与上缸体2会在一起，可以更加突出上缸体2这一主体，且在“智能”模式下，当显示屏20开始显示画面时，由于调光膜21是不透明的，所以水缸后方的背景不会叠加在显示屏20
上，可以更加清楚的展示显示屏20中的画面。
51.当后置图像中画面的明暗度反差较低时，此时微处理模块控制电压调节模块向调光膜21输出高电压，此时调光膜21变为透明状态。由于整个显示器17为透明状态，水缸后方比较简单的背景可以叠加在显示屏20上，使得显示屏20上的画面好像是悬空的，营造出奇特的视觉效果，且背景不会掩盖上缸体2的轮廓，不会降低上缸体2的视觉效果。
52.如此，可以根据水缸后方背景的复杂度来控制显示器17的透明度，营造更多变、更多元的视觉效果。
53.用户可以将手机与控制器15建立蓝牙连接，通过专用的app将手机中的图像或视频传输至控制器15，实现对显示器17播放画面的自定义，还能通过手机控制水缸的工作状态。
54.本实施例中的负压水缸可以用作水族箱、茶盘以及各种装饰品和各种摆件，这里不一一列举！
55.实施例二：
56.一种如实施例一中的负压水缸的控制方法，具体为：
57.通过前置摄像头拍摄水缸前方的画面图像，图像识别模块对图像中的人脸进行识别，当识别到图像中有人脸时，开启微处理模块开启显示屏来显示画面，若未识别到人脸，则不开启显示屏。
58.本实施例中，当图像识别模块识别出人脸特征后，图像识别模块对图像画面进行坐标化，记录人脸特征点在坐标系中的初始坐标，并实时记录人脸特征点的实时坐标，将实时坐标与初始坐标进行计算，得到人脸特征点的水平位移量；根据图像画面的视野角度以及水平位移量与图像画面的宽度比例，得到水平位移量对应的视野角度，即显示器的调节角度，微处理模块通过控制电机驱动模块向伺服电机输出脉冲信号，精确控制伺服电机转动，以驱动显示器旋转该角度，从而使显示器能正对水缸前的观赏者，即显示器随人脸转动，保证将最佳的视觉效果呈现给观赏者。人脸离开画面后，显示器回复到初始位置，即正对水缸的正前方。
59.本实施例中，在系统上电运行后，通过后置摄像头拍摄水缸后方的画面图像，图像识别模块对拍摄到的图像数据进行二值化处理，得到灰度图像(原始图像中的不同亮度的区域经过二值化处理后，得到的灰度图像中的灰度也会有不同)，对灰度图像中的所有像素点进行扫描，得到各个像素点的灰度值，再根据这些灰度值计算出灰度图像的平均灰度，再根据平均灰度值和各个像素点的灰度值计算出灰度方差，当方差值小于预设值时认为图像的明暗差较小，说明此时水缸后方的背景明暗差较小，认为当前背景比较简单，当前背景不会对显示屏的显示效果和上缸体的视觉效果造成负面影响，此时微处理模块控制电压调节模块向调光膜输出低电压，调光膜处于透明状态；当方差值大于预设值时认为图像的明暗差较大，当前背景比较复杂，会对显示屏的显示效果和上缸体的视觉效果造成负面影响，此时微处理模块控制电压调节模块向调光膜输出高电压，使调光膜变为不透明状态，从而对水缸后方的背景进行遮挡。
60.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也
应视为本发明的保护范围。