ИНФОРМАЦИОННОЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ОТДЫХА НА ВОДЕ (ЕГО ВАРИАНТЫ)
INFORMATION MEANS FOR WATER-BASED RECREATION (VERSIONS)

Изобретение относится к области конструирования бытовых электронных приборов и вычислительных средств и может быть использовано для отдыха на воде, туризма и спорта.
Известны персональные компьютеры для ныряльщиков на базе мобильных телефонов в герметичном исполнении, например, по пат. США 2013027541, МКП H04N 7/18, 31 янв. 2013. Устройство содержит микропроцессор и подключенные к нему микрофон и динамик, приемопередатчик, память, дисплей и интерфейс для подключения внешних устройств. Подобное информационное средство имеет встроенный GPS-навигатор и служит прежде всего для составления отчета о перемещении ныряльщика, контроля его состояния (см. также пат. США 2011096633, 28 апр. 2011, G01F 23/18; Н04В 11/00).
Основным недостатком подобных устройств является неудобство использования на поверхности не для контроля и отчета, а отдыха, обмена информацией, наблюдения дна, при движении по воде и т.п.
Известны также различные герметичные боксы для фото- и видеокамер, в том числе с дополнительными модулями, расширяющими их функции, например патент США US 20140104447 A1, H04N 5/225, 17.04.2014. Но эти устройства, решая узкие задачи усовершенствования помещаемых в них камер с сохранением изначальной цели получения и хранения изображений, не предназначены для решения специфических задач эксплуатации на акватории и не являются информационными средствами с широким набором функций, ориентированных для отдыха на воде.
Наиболее близким к предложенному является планшет-телефон, выполненный в водонепроницаемом и противоударном корпусе (http://www.mobipukka.ru/2013/09/19/zashhishhennyj-4-yadernyj-planshet-telefon-7-dyujmov-j-pad/).
Данное информационное средство не столько предназначено для отдыха на воде, сколько может быть использовано на воде, будучи от нее защищенным. Оно содержит герметичный корпус, дисплей, источник питания, 4-ядерный процессор обработки данных, интерфейс связи с внешними устройствами. Интерфейс, процессор и источник питания размещены в корпусе, одной гранью которого является дисплей. Источник питания подключен к цепям питания процессора обработки данных, интерфейса связи и дисплея известным образом так, как это имеет место в ipad, любом ином планшете или смартфоне, также выполнено соединение процессора, интерфейса и дисплея: входные и выходные информационные шины процессора обработки данных подключены к соответствующим шинам интерфейса, другие выходные информационные шины процессора обработки данных соединены с соответствующими входами дисплея.
Разумеется, если дальше углубляться в схему планшета, то мы обнаружим новые блоки и соединения: видеопроцессор, блок зарядки, модем, память (см., например, http://www.ixbt.com/news/hard/index.shtml?16/78/96). Поэтому, чтобы не перегружать описание известными решениями и вариантами предложенного, здесь и далее будем считать, что, говоря об информационном средстве, мы имеем в виду планшет, ноутбук, смартфон - приспособление, средство, способное получать и передавать информацию, обрабатывать ее, отображать на дисплее, взаимодействовать с пользователем и аналогичными средствами, для чего обладает полным, т.е. функционально необходимым и достаточным, набором элементов, блоков, узлов.
Иными словами, для того чтобы охарактеризовать существо предложенного решения и его отличие от известного, примем, что в нем может использоваться любая известная конструкция, блок-схема планшета или смартфона.
Поясним также, что, говоря об информационном средстве, мы имеем в виду мобильное, то есть выполненное с возможностью удобного перемещения в руках, кармане, портфеле, на плавательном средстве и т.п.
При этом важно понимать, что вовсе не обязательно все элементы, блоки и узлы, обеспечивающие функционирование информационного средства, размещены в одном месте, в его корпусе и в непосредственной близости к пользователю. Например, все или одна из видеокамер могут быть вынесены на плавательное средство, на берег, закреплены на одежде пользователя и т.п. То же касается различных датчиков (скорости, положения и др.).
То есть, говоря об информационном средстве, мы имеем в виду, что все необходимые и достаточные элементы, узлы и блоки находятся во взаимодействии в соответствии со своим назначением и подключением, а их существенная часть, в частности дисплей, размещена в корпусе информационного средства.
Недостатки известного решения проистекают из малой пригодности именно для отдыха на воде. Это возможность потери устройства, низкое качество изображения при попадании воды на дисплей, кроме того, известное средство не избирательно к береговым и спасательным службам, практически непригодно для изучения дна, распознавания опасностей на воде и т.д.
Таким образом, техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является сокращение времени доступа к информации при нахождении пользователя на воде, повышение безопасности, улучшение качества отдыха на воде за счет доступности новой информации об окружающем пространстве, акватории и пр. Прочие задачи, решаемые в предложении, будут ясны из дальнейшего описания.
Указанный результат достигается тем, что плавающее информационное средство для отдыха на воде, содержащее герметичный корпус, в котором размещены дисплей, источник питания, процессор обработки и хранения данных и интерфейс связи с внешними устройствами, причем частью поверхности герметичного корпуса является дисплей, выполнено с нейтральной или положительной плавучестью, возможностью удержания вертикального положения дисплеем вверх и наблюдения объектов через слой воды с помощью видеокамеры или видеокамер, установленных в корпусе со стороны, обратной дисплею, и/или на опоре, и/или буксируемых за информационным средством, а процессор обработки и хранения данных выполнен с возможностью снижения влияния искажений, вносимых слоем воды.
Кроме того, плавающее информационное средство может быть выполнено с возможностью перемещения по поверхности воды в сторону пользователя в автоматическом режиме или по его команде.
При этом в плавающем информационном средстве видеокамера может быть выполнена с подсветкой.
При этом процессор обработки и хранения данных может быть выполнен с возможностью распознавания объектов и вывода на дисплей информации о них, хранящейся в процессоре или полученной из внешних источников.
Целесообразно также выполнить процессор обработки и хранения данных с возможностью распознавания опасных объектов и приоритетным выводом на дисплей предупреждений о них.
Причем в последнем случае плавающее информационное средство может быть выполнено с возможностью автоматического обмена данными об опасности с береговыми службами и/или аналогичными информационными средствами в регионе.
И наконец, в плавающем информационном средстве видеокамера может быть снабжена локатором.
При этом локатор может быть выполнен акустическим, с возможностью информационного обмена.
Далее, плавающее информационное средство может быть выполнено с возможностью компенсации искажений изображения на дисплее при попадании на него капель или слоя воды, наклоне относительно вертикали, изменения расстояния до глаз пользователя.
Кроме того, в плавающем информационном средстве корпус может быть выполнен с возможностью фиксации на поверхности плавательного средства.
И наконец, плавающее информационное средство может быть снабжено видеокамерой или видеокамерами, установленными в корпусе со стороны, обращенной к пользователю, и/или на опоре, и/или буксируемыми за информационным средством и подключенными к процессору обработки и хранения данных, который выполнен с возможностью анализа состояния пользователя, формирования сигнала тревоги в случае ухудшения его состояния и трансляции указанного сигнала береговым службам и окружающим сопряженным информационным средствам.
Кроме того, в плавающем информационном средстве процессор обработки и хранения данных и интерфейс связи с внешними устройствами могут быть выполнены с возможностью дублирования информации от стороннего устройства на всем дисплее или его части, по меньшей мере, в одном из режимов работы.
Иными словами, дисплей с соответствующими средствами обмена информацией и ее обработки может выполняться и использоваться как защищенный и находящийся в непосредственной близости от пользователя заменитель дорогостоящего и менее защищенного гаджета, спрятанного в герметичном и недоступном месте или оставшегося, например, на берегу. При этом средства приема и обработки данных выполняются с возможностью дублирования (повторения) информации от стороннего устройства (гаджета, персонального компьютера и т.п.) на всем дисплее или его части, по меньшей мере, в одном из режимов работы.
Таким образом, помимо всех прочих функций для средства может быть предусмотрена работа в режиме удаленной гарнитуры других устройств, а также приемного блока для сигналов с различных датчиков физиологических параметров, что немаловажно для обеспечения безопасности на воде.
При этом следует понимать, что процессор может формировать сигнал тревоги не только на основании анализа поведения, жестов и мимики пользователя, но и по данным от внешних устройств, например, о пульсе и давлении, которые поступают через интерфейс от датчиков, размещенных в фитнес-браслете, электронном пластыре, закрепленных на одежде и т.п. На дисплее могут отображаться цифры и графики значения физиологических параметров, позволяющие, например, дозировать физические нагрузки, и одновременно эти обработанные значения могут выдаваться в интерфейс. Также и обмен с внешними сопряженными информационными средствами осуществляется через соответствующий интерфейс.
Выполнение плавающего информационного средства с нейтральной или положительной плавучестью может означать как то, что оно плавает на поверхности самостоятельно, так и то, что на корпусе закреплены элементы, поддерживающие его на плаву, активные или пассивные.
Так же точно для поддержания положения «дисплеем вверх» могут применяться как пассивные средства, например поплавки по периметру корпуса и груз (балласт) в центре, причем закрепленный ниже уровня воды и поплавков, так и активные (что особенно актуально при нейтральной плавучести), например те же движители, которые используются для следования за меткой, могут быть выполнены с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, а следовательно, создания опрокидывающего (удерживающего от опрокидывания) момента.
Положение «дисплеем вверх» не следует понимать буквально, поскольку здесь имеется в виду достаточно произвольный угол к вертикали при нахождении устройства на поверхности или вблизи поверхности под водой - удобный для пользователя, глаза которого находятся над поверхностью воды. Кроме того, устройство может иметь два или три дисплея, размещенных, например, на гранях пирамидального корпуса (или внутри такого прозрачного корпуса под некоторым углом), тогда «вверх» означает «обращенный к пользователю», «выступающий над водой» и т.п.
Его выполнение с возможностью перемещения по поверхности воды в сторону пользователя в автоматическом режиме или по его команде означает, что при оснащении корпуса водометными или иными микродвижителями и при наличии у пользователя (например, на браслете, на шее, в виде электронного пластыря и т.п.) соответствующей метки, плавающее информационное средство автоматически старается находиться вблизи такой метки (плывя параллельным курсом или просто компенсируя снос волнами). В качестве метки может также использоваться изображение с одной из камер, где в поле зрения попадает пользователь и, например, объекты на берегу, либо координаты GPS, либо положение Солнца с учетом времени. С этой целью может использоваться широко известная система самонаведения, применяемая не только в военной технике, но и в робототехнике и состоящая из датчика некоторой физической величины, напрямую или косвенно связанной с положением пользователя, расстоянием до него, и автопилота - системы обработки полученных данных от датчика (приемника) и выработки управляющего сигнала на двигатели и рули. Активные системы самонаведения помимо приемника обладают также передатчиком (излучателем) - устройством, излучающим зондирующие сигналы и облучающим ими цель (в данном случае пользователя или метку). Датчик в этом случае настроен для приема отраженных от цели эхо-сигналов. Пассивные системы используют энергию, непосредственно излучаемую целью (меткой). Для обработки данных используется процессор обработки и хранения данных. Если же плавающее информационное средство реагирует на голос (свист, жест) пользователя, то сокращение расстояния происходит по его команде, при этом плавающее информационное средство снабжается приемником сигнала (микрофон, видеокамера), в процессоре обработки и хранения данных производится анализ информации, полученной от приемника сигнала, а процессор осуществляет управление микродвижителями. Все необходимые для этого средства и алгоритмы описаны в известных источниках информации, например JPS 58108600 (А), G10L 15/00, 1983-06-28.
В основу возможности наблюдения объектов через слой воды положено то обстоятельство, что цифровая обработка изображений, выполняемая в процессоре обработки и хранения данных по известным алгоритмам (см., например, Грузман И.С. и др. Цифровая обработка изображений в информационных системах: Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. - 352 с.) в сочетании с мобильным информационным средством, позволяет достичь двух целей: ясно увидеть дно и объекты под собой, отстроившись от шумов, очистив поле зрения, увеличить контрастность и насыщенность цветов, а также убрать искажения, которые может вносить неравномерный состав водной среды и воздушная прослойка, когда плавающее информационное средство перемещается или даже находится не на поверхности воды, а в руках пользователя.
Кроме того, реальное изображение может комбинироваться с синтезированным: рельеф дна и глубоко расположенные археологические объекты, например, графически синтезируются и показываются по текущим GPS-координатам, а флора и фауна в ближних слоях воды - как наложение на это обработанного реального изображения от видеокамер. Причем для изображения, получаемого с глубины для пользователя, находящегося на поверхности, целесообразна коррекция по дальности, исключающая влияние высокого коэффициента преломления воды. В таком случае зрению не придется адаптироваться и расстояния до объектов под водой будут восприниматься адекватно (так же, как до предметов над поверхностью).
Помимо этого, применение известных алгоритмов сглаживания резких изменений или неоднородностей по поверхности дисплея позволяет исключить краткосрочное влияние капель или тонкого слоя воды на экране, а использование цепи обратной связи от датчика наклона к процессору обработки и хранения данных позволяет использовать известные алгоритмы стабилизации положения изображения или отдельных его деталей на дисплее.
Алгоритмы распознавания изображений открывают, в свою очередь, широкие возможности для знакомства с подводной флорой и фауной. Так, например, турист, плавающий на надувном матрасе в тропическом мелководье, может получать от плавающего рядом информационного средства не только информацию о названиях всех проплывающих под ним рыб, но и, одновременно, сведения об их образе жизни, повадках, уникальности или, наоборот, распространенности в других регионах; а ребенок, плавающий рядом в нарукавниках или спасательном круге - о том, в каких сказках народов мира эти чудесные морские обитатели участвуют. Кроме того, наличие функции запоминания обработанного изображения и zoom позволяют рассматривать подробности изображений объектов с необходимым увеличением и даже создать коллекцию таких картинок как для последующего просмотра, так и для обмена через интерфейсные каналы с подобными устройствами, находящимися поблизости в реальном времени.
И наконец, говоря о возможности фиксации корпуса на поверхности плавательного средства, мы имеем в виду различного рода захваты, крепления, «липучки», которые позволили бы надежно фиксировать корпус на доске или дне лодки, так что дисплей постоянно находится перед глазами пользователя, а его руки при этом свободны.
Существо предложения поясняется фиг. 1-7.
На фиг. 1-3 показан первый вариант выполнения плавающего информационного средства, точнее разрез его конструкции, а на фиг. 2 - блок-схема. Плавающее информационное средство содержит корпус 1, дисплей 2, средство 3 поддержания нейтральной или положительной плавучести, например прямоугольная (по форме корпуса 1) поплавковая камера, размещенная по периметру корпуса 1 и заполненная воздухом. Данное средство необходимо в случае, если корпус 1 и дисплей 2 имеют в совокупности отрицательную плавучесть. Позицией 4 обозначена опора, в полости которой размещен груз 5. Поскольку он находится ниже средства 3, дисплей 2 всегда обращен к пользователю, а видеокамера 6, установленная на опору 4, - к дну.
Процессор 7 обработки и хранения данных размещен в корпусе 1 вместе с дисплеем 2 и интерфейсом 8 связи с внешними устройствами, предназначенным для приема и передачи информации от внешних источников и связи с датчиками, не включенными в состав процессора 7. Блоки же, включенные в его состав, такие как оперативное и постоянное запоминающие устройства, видеоконтроллер и проч., обозначены позицией 9. И наконец, позицией 10 обозначен источник питания, по шинам питания подключенный к блокам 7-9. По периметру корпуса 1 могут быть расположены микродвижители 11, направляющие плавающее информационное средство вслед за меткой, размещенной на пользователе.
Датчик 12 расстояния до метки расположен в корпусе 1, для удобства цепь управления микродвижителями 11 изображена на фиг. 3. Информация от датчика 12 через интерфейс 8 поступает в процессор 7, который на основании той информации формирует управляющий сигнал, поступающий через интерфейс 8 на микродвижители 11. Алгоритм работы процессора 7 в этой части таков, что включаются те микродвижители 11, которые направляют корпус 1 в сторону пользователя. Если это, например, водометные микродвижители 11, то со стороны, противоположной пользователю. При достижении минимального фиксированного значения расстояния микродвижители 11 могут отключаться.
В варианте плавающего информационного средства, показанном на фиг. 4, видеокамера 6 буксируется за корпусом 1 посредством гибкой связи 13, которая представляет собой изолированный кабель питания и информационного обмена для камеры 6 и источника света 14.
На фиг. 5 показана блок-схема (алгоритм) компенсации искажений, распознавания объектов, вывода на дисплей 2 информации о них. Изображение от видеокамеры 6 фильтруется в блоке 15 обработки изображения (накапливается, смежные изображения анализируются с целью выявления и удаления «взвеси», равномерно распределенных и неподвижных относительно воды точек, выявления и компенсации неравномерности по полю, вызванной различиями по составу и температуре слоев воды, и т.п., возможно применение известных алгоритмов обработки изображения). Далее очищенное изображение поступает на блок 16 распознавания, который через интерфейс 8 может быть подключен к внешним источникам данных или дополнительным, размещенным в процессоре 7, так что за счет сведений, хранящихся в самом блоке 16, а также в процессоре 7 и интернете, блок 16 распознает объекты, в том числе представителей флоры и фауны, дополняет их названиями и полезными сведениями, выделяет опасные объекты и ситуации и всю полученную информацию передает на блок 17 формирования экранного изображения, который располагает информацию удобным для пользователя образом на дисплее.
Если видеокамера 6 дополнена локатором (сонаром, на чертежах не показан), то при анализе опасных ситуаций учитывается также получаемая от него информация о дистанции и скорости сближения с препятствиями, пловцами, морскими львами и т.п. Кроме того, локатор может быть выполнен акустическим, то есть с излучателем и приемником звука или ультразвука, причем последние могут передавать и принимать информацию, например, посредством модуляции сигнала, будучи подключены к процессору 7 обработки и хранения данных. Подобный обмен может осуществляться как с аналогичными информационными средствами, так и с другими устройствами и даже с представителями морской фауны (например, излучатель может отпугивать акул).
Понятно, что при обнаружении особо опасных объектов, таких как ядовитые рыбы или акулы (последние, даже находясь вне поля зрения, могут определяться по таким косвенным признакам, как быстрое перемещение теней, поведение других представителей фауны и т.п.), на дисплей выводится сигнал тревоги, а береговые службы оповещаются об опасности. Происходит это по уже описанному алгоритму по цепи 16-8-16-17(2), то есть распознавание в блоке 17, обмен с береговыми службами и внешними источниками информации через интерфейс 8, определение приоритетности и формирование сообщений (включая звуковые, вывод информации на дисплей 2 предполагает также вывод соответствующего сигнала на динамики плавающего информационного средства), передача данных на блок 17 и через него на дисплей 2.
Собственно, те же алгоритмы и блок-схемы могут использоваться в плавающем информационном средстве для компенсации искажений, возникших от капель или слоя воды на поверхности дисплея, наклона относительно вертикали, изменения расстояния до зрачков пользователя. Рассмотрим их последовательно.
Если плавающее информационное средство лежит на дне лодки или закреплено на плавательной доске, на поверхность дисплея периодически могут попадать брызги, накатывать волна. Такие локальные или кратковременные препятствия световому потоку вызывают локальные или кратковременные искажения изображения, отфильтровывать которые может блок 15, сравнивая близкие по месту или времени изображения и отсеивая локальные или кратковременные изменения.
Для компенсации наклонов, качки, расстояния до глаз могут служить датчик наклона, установленный в корпусе 1 и через интерфейс 8 подключенный к блоку 18 компенсации (фиг. 6), и датчик расстояния дисплея 2 от глаз пользователя, установленный в плоскости дисплея 2 и также через интерфейс 8 подключенный к блоку 18. В данном блоке при увеличении расстояния осуществляется масштабирование (увеличение) размеров изображения, это облегчает считывание информации при удалении от поверхности дисплея 2 (речь идет, прежде всего, о текстовой информации). Аналогичным образом, при возникновении наклона, в блоке 18 в противофазе изменяют направляющие косинусы тех участков изображения на дисплее 2, для которых требуется поддержать кажущееся расположение в горизонтальной плоскости.
Наличие звукового и ультразвукового излучателей и приемников может использоваться помимо активной системы локации и сближения с человеком (пользователем) как для организации сигнализации, так и подводной коммуникации с подобными устройствами. Кроме этого, может использоваться тот факт, что представители подводной фауны реагируют на ультразвук соответствующего диапазона и длительности.
Нахождение на воде сопряжено для человека с целым рядом опасностей не только внешних, но и вызванных его собственным состоянием. Ввиду этого, помимо стандартных способов общения человека с устройством (посредством кнопок меню, голосовой связи и т.п.) представляется полезным анализ информационным средством динамики движения человека, а также мимики и глазодвигательной активности, если последние доступны в поле зрения видеокамеры, обращенной к пользователю (на чертеже не показана). На основании этого могут быть сделаны выводы о самочувствии, степени адекватности, состоянии паники и т.п. Разумеется, данные методы не исключают одновременного использования информации от различных датчиков физиологических параметров, размещенных на теле человека (в виде браслета, наклеенного пластыря, встроенных в плавательный костюм модулей и т.п.) и связанных через интерфейсы с информационным средством, а в нем - через интерфейс 8 с процессором 7, выполненным с возможностью анализа состояния пользователя, для чего в него закладывается алгоритм сопоставления полученных первичных данных с нормальными для человека или конкретного пользователя. Такое решение позволяет обеспечить более качественный мониторинг состояния и обеспечить большую безопасность в критических ситуациях.
И наконец, возможность фиксации корпуса 1 на поверхности плавательного средства может быть реализована выполнением его с различного рода фиксаторами, подпружиненными захватами, держателями. Пример подпружиненного захвата показан на фиг. 7. Пользователь отводит подпружиненные захваты 19, расположенные на корпусе 1 (взведенное положение захватов 19 показано пунктиром), и, опустив его на поверхность плавательной доски 20, отпускает захваты 19, принимающие под действием пружины свое рабочее положение (показано сплошной линией). Плавательная доска при этом может иметь разметку и отверстие для камеры 6.
Поскольку использование плавающего информационного средства предполагается в том числе на небольших глубинах, куда проникают низкочастотные радиоволны, для связи с другими устройствами целесообразна, например, коротковолновая интерфейсная приставка к оставленным на берегу гаджетам или в качестве плавающего на поверхности буйка, конвертирующего сигналы в стандартные частоты Wi-Fi.
Важно подчеркнуть также, что предложение предполагает не только использование независимых вариантов, охарактеризованных выше в изложении существа предложения и примерах, но и все возможные сочетания, например выполнение средства с положительной плавучестью и, одновременно, возможностью компенсации влияния мутности воды и брызг на поверхности экрана, а также с возможностью предупреждения пользователя о появлении акулы и т.д.
Таким образом, предлагаемое средство, используемое в том числе как «окно» для заглядывания под воду, с большими информационными возможностями и, одновременно, функциями безопасности, может явиться быть удобным и полезным для применения спортсменами и туристами, использующими все виды малоразмерных плавательных средств, а также пловцами, аквалангистами и детьми.