一种应用数学概率统计装置的制作方法

本发明涉及概率统计技术领域，特别涉及一种应用数学概率统计装置。

背景技术：

概率因是比较抽象的概念，在大学数学概率论课程中，仅从理论上来推导阐述，学生往往不容易理解和掌握。若能借助概率统计装置讲解，能使学生更容易理解和掌握。

现有的概率统计装置，多通过记录硬币正反面出现的次数与总投掷次数的比值来实现概率的统计，其记录时需要专门的记录人员进行人工记录。其不足之处在于，人工记录效率较低，且记录数据也很容易出错，导致概率的统计结果不准确。

技术实现要素：

本发明提供了一种应用数学概率统计装置，用以解决现有技术中存在的问题。

本发明提供的一种应用数学概率统计装置，包括：底座、多个投掷组件、与所述投掷组件对应的拍摄组件、记录组件和控制组件；

多个所述投掷组件设于所述底座的上方，用于在接收到所述控制组件发送的投掷指令时进行硬币的投掷；

所述拍摄组件设于每个所述投掷组件的上方，用于在接收到所述控制组件发送的拍摄指令时对所述投掷组件进行拍摄照片，并识别拍摄到的照片，生成识别数据传送至所述记录组件；

所述记录组件电连接所述拍摄组件，用于接收和记录所述拍摄组件发送的所述识别数据，并在统计工作结束时输出最终的统计结果；

所述控制组件与所述投掷组件和所述拍摄组件电连接，用于向所述投掷组件发送投掷指令，并以预设时间间隔向所述拍摄组件发送拍摄指令。

在本发明的一个实施例中，所述底座上设有多个凹槽，用于放置所述投掷组件，所述凹槽可移动地连接于所述底座上，使得所述凹槽能在所述底座上来回滑动；所述底座上还设置有具有行程槽的抵挡部，所述抵挡部可沿所述行程槽滑动并能与所述行程槽相应的侧壁相配合，用以控制所述凹槽在所述底座上的位置。

在本发明的一个实施例中，所述投掷组件包括：壳体、弹簧、拨片、硬币和控制开关；

所述壳体设于所述底座的上方的所述凹槽中；

所述弹簧设于所述壳体的底部，与所述拨片通过所述弹簧连接；

所述硬币设于所述拨片的上方；

所述控制开关连接所述弹簧和所述控制组件，用于在接收到所述控制组件发送的投掷指令时释放所述弹簧，所述弹簧带动所述拨片将所述硬币弹起。

在本发明的一个实施例中，所述拍摄组件包括相机和辅助固定装置，所述相机可拆卸地固定于所述辅助固定装置上；

所述相机包括第一摄像头、第二摄像头以及第一处理器；所述第一摄像头与所述第二摄像头相对设置且分别连接于所述第一处理器；

所述第一处理器与所述记录组件电连接，用于对所述第一摄像头和所述第二摄像头拍摄到的照片进行特征提取和识别，并将识别数据传送至所述记录组件。

在本发明的一个实施例中，所述识别数据包括：第一识别数据和第二识别数据；所述第一识别数据为硬币出现正面；所述第二识别数据为硬币出现反面。

在本发明的一个实施例中，所述记录组件包括第一计数器、第二计数器和第二处理器；所述第一计数器和所述第二计数器均与所述拍摄组件和所述第二处理器电连接；

所述第一计数器用于在接收到拍摄组件发送的第一识别数据时记录为第一结果；

所述第二计数器用于在接收到拍摄组件发送的第二识别数据时记录为第二结果；

所述第二处理器用于根据所述第一结果和所述第二结果计算并输出最终的统计结果。

在本发明的一个实施例中，所述控制组件为mcp1630控制器。

在本发明的一个实施例中，所述控制组件还包括控制电路，用于控制所述投掷组件、所述拍摄组件和所述记录组件；

所述控制电路包括：二极管d1、电容组、电阻组、三极管组、发光二极管l1；其中，所述电容组包括第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3和第四电容c4；所述电阻组包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第十七电阻r17；所述三极管组包括第一三极管s1、第二三极管s2；

其中，检测模块连接二极管d1的负极，二极管d1的正极、第一电容c1的一端和第二电容c2的一端共同连接第二地端g2，第一电容c1的另一端和第二电容c2的另一端通过第一电阻r1连接三极管s1的基极、通过第三电阻r3连接第一三极管s1的发射极，第一电容c1的另一端连接第一地端g1，第二电阻r2的一端连接第一三极管s1的基极和第一电阻r1，第五电阻r5的一端连接第一三极管s1的发射极，第五电阻r5的另一端连接第六电阻r6的一端，第四电阻r4的一端连接第一三极管s1的集电极，第二电阻r2的另一端和第四电阻r4的另一端共同连接第二地端g2；第五电阻r5的另一端连接第六电阻r6的一端、第十电阻r10的一端、第四电容c4的一端和第一运算放大器a1的反向输入端，第十电阻r10的另一端连接第十三电阻r13的一端、第二运算放大器a2的同相输入端，第一运算放大器a1的同向输入端连接第七电阻r7的一端、第八电阻r8的一端和第九电阻r9的一端，第九电阻r9的另一端连接第十六电阻r16的一端和第一运算放大器a1的输出端，第十六电阻r16的另一端连接第十五电阻r15的一端、第十四电阻r14的一端和第二三极管s2的基极，第十四电阻r14的另一端连接第二运算放大器a2的输出端和第十三电阻r13的另一端，第二运算放大器a2的反向输入端连接第十一电阻r11的一端和第十二电阻r12的一端，第二三极管s2的集电极连接发光二极管l1的负极并输出关断信号，发光二极管l1的正极连接第十七电阻r17的一端，第十七电阻r17的另一端、第六电阻r6的另一端、第八电阻r8的另一端、第十二电阻r12的另一端共同连接电源正端，第二三极管s2的发射极、第十一电阻r11的另一端、第七电阻r7的另一端、第十五电阻r15的另一端和电容c4的另一端共同与第一地端g1相连接，第一运算放大器a1和第二运算放大器a2还分别连接电源正端和第一地端g1，第三电容c3的一端连接电源正极，另一端连接第一地端g1。

在本发明的一个实施例中，所述拍摄组件，在识别拍摄到的图片时，包含如下步骤：

步骤a1、获取所述投掷组件拍摄到的图片，并对所拍摄到的图片进行边缘图像提取，其中，边缘图像提取包括如下步骤：

步骤a101、对拍摄的图片进行图像预处理，其中图像预处理包括图像灰度化、图像滤波处理、图像像素增强；

步骤a102、将图像预处理后的拍摄到的图片按照图像像素点位置构建一个栅格坐标系；

步骤a103、计算每个栅格的高斯系数；

其中，f(x,y)为栅格坐标系中位置为(x,y)的栅格的高斯系数，e为自然常数；

步骤a104、确定每个栅格的方向角度；

其中，θ为栅格的方向角度，为f(x,y)对x做偏导，为f(x,y)对y做偏导；

步骤a105、基于栅格坐标系，判断每个当前栅格的像素点的值是否大于所述当前栅格的方向角度上对应的上一栅格或下一栅格的像素点的值，若是，判定所述当前栅格的像素点的值不变，否则，判定所述当前栅格的像素点的值为0；

步骤a106、将每个栅格的方向角度上的最大值保留，其他所有栅格的像素点的值均修改为0，然后通过双阈值算法将非0的像素点连接起来形成边缘图像；

步骤a2、获取边缘图像中所有像素点的值保存为一个像素向量，硬币为正面的概率得分；

其中，p(z)为识别得到的拍摄到的图片中硬币为正面的概率得分，为像素向量的平均值，σ为像素向量的方差，k为预设的硬币为正面的像素均值；

步骤a3、若p(z)大于0.5，则拍摄到的硬币的图片识别为正面，若p(z)小于等于0.5，则拍摄到的硬币的图片识别为反面。

本发明的一些有益效果可以包括：

本发明提供的一种应用数学概率统计装置，利用拍摄装置智能识别硬币投掷装置的投掷情况，并将识别数据传送至记录装置进行记录，计算并输出最终的统计结果，提高了概率统计的效率，避免了由于人工记录时记录数据出错，导致概率的统计结果不准确等问题。

本发明的其它特征和优点将在随说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种应用数学概率统计装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中一种应用数学概率统计装置中底座的结构示意图；

图3为本发明实施例中一种应用数学概率统计装置中投掷组件的结构示意图；

图4为本发明实施例中一种应用数学概率统计装置中拍摄组件的结构示意图；

图5为本发明实施例中一种应用数学概率统计装置中记录组件的结构示意图；

图6为本发明实施例中一种应用数学概率统计装置中控制电路的结构示意图。

图中：1、底座；11、凹槽；12、行程槽；13、抵挡部；2、投掷组件；21、壳体；22、弹簧；23、拨片；24、硬币；25、控制开关；3、拍摄组件；31、相机；311、第一摄像头；312、第二摄像头；313、第一处理器；32、辅助固定装置；4、记录组件；41、第一计数器；42、第二计数器；43、第二处理器；5、控制组件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明实施例中一种应用数学概率统计装置的结构示意图。如图1所示，本发明提供的一种应用数学概率统计装置，包括：底座1、多个投掷组件2、与所述投掷组件2对应的拍摄组件3、控制组件4和记录组件5；

多个所述投掷组件2设于所述底座1的上方，用于在接收到所述控制组件4发送的投掷指令时进行硬币的投掷；

所述拍摄组件3设于每个所述投掷组件2的上方，用于在接收到所述控制组件4发送的拍摄指令时对所述投掷组件2进行拍摄照片，并识别拍摄到的照片，生成识别数据传送至所述记录组件5；

所述记录组件4电连接所述拍摄组件3，用于接收和记录所述拍摄组件3发送的所述识别数据，并在统计工作结束时输出最终的统计结果；

所述控制组件5与所述投掷组件2和所述拍摄组件3电连接，用于向所述投掷组件2发送投掷指令，并以预设时间间隔向所述拍摄组件3发送拍摄指令。

具体地，为了解决现有应用数学概率统计装置采用人工记录时存在的效率低和记录数据容易出错等问题，本发明实施例提供了一种应用数学概率统计装置，通过在底座1上设置多个投掷组件2对硬币进行投掷，利用拍摄组件3对硬币投掷的结果进行识别，并将识别数据传送至记录组件4进行记录，最后通过控制组件5控制投掷组件2的投掷，以及控制拍摄组件3对投掷组件2进行拍摄照片。本发明提供的一种应用数学概率统计装置，利用拍摄装置智能识别硬币投掷装置的投掷情况，并将识别数据传送至记录装置进行记录，计算并输出最终的统计结果，提高了概率统计的效率，避免了由于人工记录时记录数据出错，导致概率的统计结果不准确等问题。

在一个具体的实施方式中，所述底座1上设有多个凹槽11，用于放置所述投掷组件2，所述凹槽11可移动地连接于所述底座1上，使得所述凹槽11能在所述底座1上来回滑动；所述底座1上还设置有具有行程槽12的抵挡部13，所述抵挡部13可沿所述行程槽12滑动并能与所述行程槽12相应的侧壁相配合，用以控制所述凹槽11在所述底座1上的位置。

具体地，如图2所示，底座1上设有多个凹槽11，用于放置投掷组件2，投掷组件2通过卡槽的方式与凹槽11固定，凹槽11可移动地连接于底座1上，使得凹槽11能在底座1上来回滑动；底座1上还设置有具有行程槽12的抵挡部13，抵挡部13可沿行程槽12滑动并能与行程槽12相应的侧壁相配合，用以控制凹槽11在底座1上的位置。利用本发明提出的底座，可以任意控制投掷装置在底座上的位置，可以保证投掷结果的普适性，从而提高概率统计结果的准确率。

在一个具体的实施方式中，所述投掷组件2包括：壳体21、弹簧22、拨片23、硬币24和控制开关25；

所述壳体21设于所述底座1的上方的所述凹槽11中；

所述弹簧22设于所述壳体21的底部；

所述拨片23与所述弹簧22连接；

所述硬币24设于所述拨片23的上方；

所述控制开关25连接所述弹簧22和所述控制组件5，用于在接收到所述控制组件5发送的投掷指令时释放所述弹簧22，所述弹簧22带动所述拨片23将所述硬币24弹起。

具体地，如图3所示，投掷装置2包括壳体21、弹簧22、拨片23、硬币24和控制开关25；壳体21设于底座1的上方的凹槽11中，通过凹槽11固定，在底座1上；弹簧22设于壳体21内，且位于壳体21的底部；拨片23设于弹簧22的上方，且与弹簧22相连接；硬币24设于拨片23的上方；控制开关25连接弹簧22和控制组件5，用于在接收到控制组件5发送的投掷指令时释放弹簧22，弹簧22带动拨片23将硬币24弹起，从而实现硬币的投掷。利用本发明提出的投掷装置可实现硬币投掷的精准自动控制，控制开关在接收到投掷指令时释放弹簧，弹簧带动上方的拨片将硬币弹起，在弹起一定高度后重新落回拨片上，待拍摄组件完成照片的拍摄后，进行下一次硬币的投掷。可提高硬币投掷的效率，进而提高概率统计装置的整体效率。

在一个具体的实施方式中，所述拍摄组件3包括相机31和辅助固定装置32，所述相机31可拆卸地固定于所述辅助固定装置32上；

所述相机包括第一摄像头311、第二摄像头312以及第一处理器313；所述第一摄像头311与所述第二摄像头312相对设置且分别连接于所述第一处理器313；

所述第一处理器313与所述记录组件4电连接，用于对所述第一摄像头311和所述第二摄像头312拍摄到的照片进行特征提取和识别，并将识别数据传送至所述记录组件4。

具体地，如图4所示，拍摄组件3包括相机31和辅助固定装置32，相机31可拆卸地固定于辅助固定装置32上；相机包括第一摄像头311、第二摄像头312以及第一处理器313；第一摄像头311与第二摄像头312相对设置且分别与第一处理器313连接；第一处理器313与记录组件4电连接，用于对第一摄像头311和第二摄像头312拍摄到的照片进行特征提取和识别，并将识别数据传送至记录组件4。第一摄像头311和第二摄像头312对拍摄结果进行记录，并通过第一处理器313对拍摄到的照片进行特征提取和识别，识别出硬币的投掷结果后传送至记录组件4进行记录。利用本发明提出的拍摄组件可以对拍摄结果进行精准识别，具有较高的识别准确率和效率。

在一个具体的实施方式中，所述识别数据包括：第一识别数据和第二识别数据；所述第一识别数据为硬币出现正面；所述第二识别数据为硬币出现反面。

在一个具体的实施方式中，所述记录组件4包括第一计数器41、第二计数器42和第二处理器43；所述第一计数器41和所述第二计数器42均与所述拍摄组件3和所述第二处理器43电连接；

所述第一计数器41用于在接收到拍摄组件发送的第一识别数据时记录为第一结果；

所述第二计数器42用于在接收到拍摄组件发送的第二识别数据时记录为第二结果；

所述第二处理器43用于根据所述第一结果和所述第二结果计算并输出最终的统计结果。

具体地，如图5所示，记录组件4包括第一计数器41、第二计数器42和第二处理器43；第一计数器41和第二计数器42均与拍摄组件3和第二处理器43电连接；第一计数器41用于在接收到拍摄组件3发送的第一识别数据时记录为第一结果；第二计数器42用于在接收到拍摄组件3发送的第二识别数据时记录为第二结果；第二处理器用于根据第一结果和第二结果计算并输出最终的统计结果。利用该记录组件可以自动记录并计算硬币出现正面和反面的次数，从而实现概率的统计，避免了由于人工记录时记录数据出错，导致概率的统计结果不准确等问题。

本发明提供的一种应用数学概率统计装置，利用拍摄装置智能识别硬币投掷装置的投掷情况，并将识别数据传送至记录装置进行记录，计算并输出最终的统计结果，提高了概率统计的效率，避免了由于人工记录时记录数据出错，导致概率的统计结果不准确等问题。利用本发明提出的底座，可以任意控制投掷装置在底座上的位置，可以保证投掷结果的普适性，从而提高概率统计结果的准确率。利用本发明提出的投掷装置可实现硬币投掷的精准自动控制，控制开关在接收到投掷指令时释放弹簧，弹簧带动上方的拨片将硬币弹起，在弹起一定高度后重新落回拨片上，待拍摄组件完成照片的拍摄后，进行下一次硬币的投掷。可提高硬币投掷的效率，进而提高概率统计装置的整体效率。利用本发明提出的拍摄组件可以对拍摄结果进行精准识别，具有较高的识别准确率和效率。利用该记录组件可以自动记录并计算硬币出现正面和反面的次数，从而实现概率的统计，避免了由于人工记录时记录数据出错，导致概率的统计结果不准确等问题。

在一个具体的实施方式中，所述控制组件5为mcp1630控制器。

如图6所示，在一个具体的实施方式中，所述控制组件5还包括控制电路，用于控制所述投掷组件2、所述拍摄组件3和所述记录组件4；

所述控制电路包括：二极管d1、电容组、电阻组、三极管组、发光二极管l1；其中，所述电容组包括第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3和第四电容c4；所述电阻组包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第十七电阻r17；所述三极管组包括第一三极管s1、第二三极管s2；

其中，检测模块连接二极管d1的负端，二极管d1的正端、第一电容c1的一端和第二电容c2的一端共同连接第二地端g2，第一电容c1的另一端和第二电容c2另一端通过第一电阻r1连接三极管s1的基极、通过第三电阻r3连接第一三极管s1的发射极，第一电容c1的另一端同时连接第一地端g1，第二电阻r2的一端连接第一三极管s1的基极和第一电阻r1，第五电阻r5的一端连接第一三极管s1的发射极，第五电阻r5的另一端连接第六电阻r6的一端，第四电阻r4的一端连接第一三极管s1的集电极，第二电阻r2的另一端和第四电阻r4的另一端共同连接第二地端g2；第五电阻r5的另一端同时连接第六电阻r6的一端、第十电阻r10的一端、第四电容c4的一端和第一运算放大器a1的反向输入端，第十电阻r10的另一端连接第十三电阻r13的一端、第二运算放大器a2的同相输入端，第一运算放大器a1的同向输入端连接第七电阻r7的一端、第八电阻r8的一端和第九电阻r9的一端，第九电阻r9的另一端连接第十六电阻r16的一端和第一运算放大器a1的输出端，第十六电阻r16的另一端连接第十五电阻r15的一端、第十四电阻r14的一端和第二三极管s2的基极，第十四电阻r14的另一端连接第二运算放大器a2的输出端和第十三电阻r13的另一端，第二运算放大器a2的反向输入端连接第十一电阻r11的一端和第十二电阻r12的一端，第二三极管s2的集电极连接发光二极管l1的负端并输出关断信号，发光二极管l1的正端连接第十七电阻r17的一端，第十七电阻r17的另一端、第六电阻r6的另一端、第八电阻r8的另一端、第十二电阻r12的另一端共同连接电源正端，第二三极管s2的发射极、第十一电阻r11的另一端、第七电阻r7的另一端、第十五电阻r15的另一端和电容c4的另一端共同连接第一地端g1相连接，第一运算放大器a1和第二运算放大器a2还分别连接电源正端和第一地端g1，第三电容c3的一端连接电源正端，另一端连接第一地端g1。

在一个具体的实施例中，所述拍摄组件，在识别拍摄到的图片时，包含如下步骤：

步骤a1、获取所述投掷组件拍摄到的图片，并对所拍摄到的图片进行边缘图像提取，其中，边缘图像提取包括如下步骤：

步骤a101、对拍摄的图片进行图像预处理，其中图像预处理包括图像灰度化、图像滤波处理、图像像素增强；

步骤a102、将图像预处理后的拍摄到的图片按照图像像素点位置构建一个栅格坐标系；

构建坐标系时，以像素构建坐标，例如16*16像素的图像，则构成16*16个栅格的栅格坐标系，且像素点的位置则为坐标系的坐标值，即第一行第一列的像素点在坐标系中的位置为(1,1)。

步骤a103、计算每个栅格的高斯系数；

其中，f(x,y)为栅格坐标系中位置为(x,y)的栅格的高斯系数，e为自然常数；

步骤a104、确定每个栅格的方向角度；

方向角度为栅格横轴正方向和栅格方向之间的角度；

在边缘图像提取时，每个栅格的边缘变化都会存在一个方向，以所述栅格为顶点，朝这个方向引出的射线方向即为栅格方向，这条射线与栅格横轴正方向所形成的角度即为栅格的方向角度；

其中，θ为栅格的方向角度，为f(x,y)对x做偏导，为f(x,y)对y做偏导；

步骤a105、基于栅格坐标系，判断每个当前栅格的像素点的值是否大于所述当前栅格的方向角度上对应的上一栅格或下一栅格的像素点的值，若是，判定所述当前栅格的像素点的值不变，否则，判定所述当前栅格的像素点的值为0；

步骤a106、将每个栅格的方向角度上的最大值保留，其他所有栅格的像素点的值均修改为0，然后通过双阈值算法将非0的像素点连接起来形成边缘图像；

步骤a2、获取边缘图像中所有像素点的值保存为一个像素向量，硬币为正面的概率得分；

其中，p(z)为识别得到的拍摄到的图片中硬币为正面的概率得分，为像素向量的平均值，σ为像素向量的方差，k为预设的硬币为正面的像素均值；

步骤a3、若p(z)大于0.5，则拍摄到的硬币的图片识别为正面，若p(z)小于等于0.5，则拍摄到的硬币的图片识别为反面。

上述技术方案的有益效果是：利用上述技术能智能的识别拍摄到的硬币的图片，从而在不需要人工干预的情况下确定硬币的正反面，从而使得不需要人工判别记录，避免出现人工记录效率较低，且记录数据也很容易出错的情况；

且在上述技术中，为提高图片识别的准确率和效率，在图片识别之前首先对图片进行图像预处理，使得所述图像变为灰度化后的图像，大幅度的减少像素点的数量，同时利用图像滤波处理使得所述图像中不会因为噪音像素点而影响判别结果，同时利用图像像素增强使得图像中各个像素点的差异更加明显，更加便于图片识别。

在上述技术中，在图片识别时，不需要通过对图像进行像素点的匹配，而仅仅需要对所拍摄到的图片进行边缘图像提取，使得拍摄到的图片变为简单的边缘线条所形成的图片，从而使得图像识别更加简单，同时因为硬币的正面和反面差别很大，所以也对线条判断不会影响判断准确率。

利用本发明提出的控制电路在低成本的情况下可以精准控制投掷组件和拍摄组件的动作，并在投掷完成后进行照片的拍摄，可大大提高概率统计的效率和准确率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。