一种课堂学生点头率识别与统计方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术一种课堂学生点头率识别与统计装置，包括单片机、图像采集模块、光采集模块、红外补光模块、接口模块、灯光报警模块和上位机，图像采集模块包括第一摄像机和第二摄像机，单片机集成于第一摄像机的机体内，单片机输入端分别与光采集模块、第一摄像机和第二摄像机相连，单片机输出端分别与红外补光模块、灯光报警模块和上位机相连。本发明专利技术提供的课堂学生点头率识别与统计方法及装置，通过两个摄像机实时采集人脸图像和课堂行为的视频信号并通过单片机进行图像识别和合成比对处理，获取有效点头的发生时间及其对应的位置坐标并上传至上位机进行远程监控，提高智能化监测水平和数据准确率，可作为教学质量评估依据，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种课堂学生点头率识别与统计方法及装置
本专利技术涉及教学辅助设备
，具体涉及一种课堂学生点头率识别与统计方法及装置。
技术介绍
随着计算机技术的快速发展，多媒体教学辅助系统被越来越广泛地应用于现代教学中，使原本单调的教学更富多样性和趣味性，但如何跟踪教师授课质量及如何深入了解学生对不同知识点的兴趣度，很多研究机构和人员进行了大量的研究工作，点头率可以在很大程度上反映出学生们对教师讲授知识的感兴趣程度、理解程度和认同程度，能够在一定程度上客观、量化地反应出一堂课的整体水平。但是，对于课堂点头率的统计方式大多以人工（包括任课教师、教学督导等）观察和主观统计为主，统计过程繁琐、耗时，获取的数据不够客观，随机性大，准确率低且无法实现智能化。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的点头率统计准确率低、效率低且无法实现智能化的问题，本专利技术提供一种课堂学生点头率识别与统计方法及装置，用于教室或课堂上智能识别学生的点头率，为教学质量的评估提供决策辅助。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种课堂学生点头率识别与统计方法，包括以下步骤：步骤一、运行状态的检测：首先通过单片机完成自检，随后进入侦测状态，光采集模块和第一摄像机启动，分别用于将实时检测到的周围环境光强度和实时采集的视频图像传送至单片机进行处理，控制红外补光模块的启闭并进行相似度比对处理，在比对失败的情况下进入工作状态，第二摄像机启动，随后第一摄像机和第二摄像机分别将实时采集的视频图像信号传送至单片机；步骤二、单片机接收第一摄像机和第二摄像机传送的视频图像信号并分别进行图像识别和处理，得到两组相应的人脸活动特征符合点头特征的数据信息，随后单片机将前述两组数据信息进行合成比对处理，第一摄像机和第二摄像机同时识别出的符合点头特征的数据信息判定为有效点头，单片机保存有效点头的发生时间及其对应的位置坐标并上传至上位机进行远程显示和保存，实现远程监控，所述图像识别和处理的过程包括：单片机识别并保存视频图像中的人脸、每张人脸在视频图像中对应的坐标位置及其对应的脸型数字化特征，随后单片机对每张人脸在视频图像中的脸型数字化特征进行人体动作分析和处理，识别视频图像中符合点头特征的人脸并将其点头发生时间和对应的位置坐标数据信息进行保存。进一步的，步骤一中，所述自检的过程包括：单片机对系统硬件状态、网络状态和所有接口状态进行检测，若检测到异常，单片机驱动灯光报警模块做出警示，同时还将异常状态信息存储于单片机内置的存储器中，供第一摄像机的RJ45标准网络接口Im_R调用。进一步的，步骤一中，所述相似度比对处理的过程包括：所述单片机接收第一摄像机实时采集的连续视频图像信号并与存储于单片机内的相似度阀值进行比对，若单片机接收的前后两侦图像的相似度超过相似度阀值，即比对成功，则继续进行侦测，若单片机接收的前后两侦图像的相似度低于相似度阀值，即比对失败，此时进入工作状态。进一步的，步骤一中，所述第一摄像机以每秒X侦图像进行采集并传送至单片机进行数据比对，所述X是一个自然数，X的取值范围为0.1-10。进一步的，包括单片机、图像采集模块、光采集模块、红外补光模块、接口模块、灯光报警模块和上位机，所述图像采集模块包括第一摄像机和第二摄像机，所述单片机集成于第一摄像机的机体内，单片机输入端分别与光采集模块、第一摄像机和第二摄像机相连，单片机输出端分别与红外补光模块、灯光报警模块和上位机相连。进一步的，还包括键盘模块和供电模块，所述键盘模块上设有0-9数字键、+1键、-1键、清除键和确认键，用于键入环境光强阀值和相似度阀值并保存于单片机内，所述供电模块与单片机、红外补光模块和灯光报警模块相连。进一步的，所述接口模块包括设置于第一摄像机内的第一视频输入接口Im_V、第一信号通讯接口Im_D、RJ45标准网络接口Im_R和USB标准接口Im_U，接口模块还包括设置于第二摄像机内的第二视频输出接口Is_V和第二信号通讯接口Is_D，第一视频输入接口Im_V与第二视频输出接口Is_V相连，用于将第二摄像机实时采集的视频图像信号传输至单片机，第一信号通讯接口Im_D与第二信号通讯接口Is_D相连，用于实现单片机与第二摄像机之间的通信，RJ45标准网络接口Im_R用于连接上位机进行数据通信，USB标准接口Im_U用于连接外部存储设备。进一步的，所述第一摄像机和第二摄像机分别对称安装于教室黑板的两侧，分别用于实时采集学生的人脸图像及其课堂动作行为的视频信号，所述单片机内设置用于保存信息的存储器。进一步的，所述红外补光模块包括若干个红外监控补光灯，用于在教室内自然光线不够明亮的情况下为第一摄像机和第二摄像机提供拍摄所需的光照强度，所述灯光报警模块包括蜂鸣器和LED指示灯。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术公开了一种课堂学生点头率识别与统计装置，包括单片机、图像采集模块、光采集模块、红外补光模块、接口模块、灯光报警模块和上位机，图像采集模块包括第一摄像机和第二摄像机，单片机集成于第一摄像机的机体内，单片机输入端分别与光采集模块、第一摄像机和第二摄像机相连，单片机输出端分别与红外补光模块、灯光报警模块和上位机相连。本专利技术提供的课堂学生点头率识别与统计方法及装置，通过两个摄像机实时采集人脸图像和课堂行为的视频信号并通过单片机进行图像识别和合成比对处理，获取有效点头的发生时间及其对应的位置坐标并上传至上位机进行远程监控，提高智能化监测水平和数据准确率，可作为教学质量评估依据，具有广阔的应用前景。附图说明图1是本专利技术的系统硬件方框图；图2是本专利技术的工作流程图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作更进一步的说明。如图1-2所示，一种课堂学生点头率识别与统计方法，包括以下步骤：步骤一、运行状态的检测：系统通电后，依次进入自检状态、侦测状态和工作状态，在自检状态，通过单片机对系统硬件状态、网络状态和所有接口状态进行检测，若检测到异常，单片机驱动灯光报警模块通过蜂鸣器发声报警并通过LED指示灯发光警示，同时还将异常状态信息存储于单片机内置的存储器中，供设置于第一摄像机内的RJ45标准网络接口Im_R调用；待自检完毕且未发现状态异常时进入侦测状态，此时光采集模块和第一摄像机启动，光采集模块将实时检测到的周围环境光强度传送至单片机进行处理，进而控制红外补光模块的启闭，单片机接收并不断调用固化于其内的环境光强阀值，当实际光强度低于环境光强阀值时，单片机驱动红外补光模块发光，为第一摄像机和第二摄像机提供拍摄所需的光照强度，当实际光强度不低于环境光强阀值时，红外补光模块停止运行，第一摄像机以每秒X侦图像进行采集并传送至单片机进行相似度比对处理，单片机接收并不断调用固化于存储器内的相似度阀值Y，若单片机接收的前后两侦图像的相似度超过相似度阀值Y，即比对成功，则继续进行侦测，反之，若单片机接收的前后两侦图像的相似度低于相似度阀值Y，即比对失败，此时进入工作状态，第二摄像机启动，X是一个自然数，X的取值范围为0.1-10，Y是一个自然数，Y的取值范围为0-1；在工作状态，第一摄像机和第二摄像机均启动并分别将实时采集的视频图像信号传送至单片机进行处理；步骤二、单片机接收第一摄像机和第二摄像机实时传送的视频图像信号并分别进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种课堂学生点头率识别与统计方法，包括以下步骤：步骤一、运行状态的检测：首先通过单片机完成自检，随后进入侦测状态，光采集模块和第一摄像机启动，分别用于将实时检测到的周围环境光强度和实时采集的视频图像传送至单片机进行处理，控制红外补光模块的启闭并进行相似度比对处理，在比对失败的情况下进入工作状态，第二摄像机启动，随后第一摄像机和第二摄像机分别将实时采集的视频图像信号传送至单片机；步骤二、单片机接收第一摄像机和第二摄像机传送的视频图像信号并分别进行图像识别和处理，得到两组相应的人脸活动特征符合点头特征的数据信息，随后单片机将前述两组数据信息进行合成比对处理，第一摄像机和第二摄像机同时识别出的符合点头特征的数据信息判定为有效点头，单片机保存有效点头的发生时间及其对应的位置坐标并上传至上位机进行远程显示和保存，实现远程监控，所述图像识别和处理的过程包括：单片机识别并保存视频图像中的人脸、每张人脸在视频图像中对应的坐标位置及其对应的脸型数字化特征，随后单片机对每张人脸在视频图像中的脸型数字化特征进行人体动作分析和处理，识别视频图像中符合点头特征的人脸并将其点头发生时间和对应的位置坐标数据信息进行保存。...

【技术特征摘要】
1.一种课堂学生点头率识别与统计方法，包括以下步骤：步骤一、运行状态的检测：首先通过单片机完成自检，随后进入侦测状态，光采集模块和第一摄像机启动，分别用于将实时检测到的周围环境光强度和实时采集的视频图像传送至单片机进行处理，控制红外补光模块的启闭并进行相似度比对处理，在比对失败的情况下进入工作状态，第二摄像机启动，随后第一摄像机和第二摄像机分别将实时采集的视频图像信号传送至单片机；步骤二、单片机接收第一摄像机和第二摄像机传送的视频图像信号并分别进行图像识别和处理，得到两组相应的人脸活动特征符合点头特征的数据信息，随后单片机将前述两组数据信息进行合成比对处理，第一摄像机和第二摄像机同时识别出的符合点头特征的数据信息判定为有效点头，单片机保存有效点头的发生时间及其对应的位置坐标并上传至上位机进行远程显示和保存，实现远程监控，所述图像识别和处理的过程包括：单片机识别并保存视频图像中的人脸、每张人脸在视频图像中对应的坐标位置及其对应的脸型数字化特征，随后单片机对每张人脸在视频图像中的脸型数字化特征进行人体动作分析和处理，识别视频图像中符合点头特征的人脸并将其点头发生时间和对应的位置坐标数据信息进行保存。2.根据权利要求1所述的一种课堂学生点头率识别与统计方法，其特征在于，步骤一中，所述自检的过程包括：单片机对系统硬件状态、网络状态和所有接口状态进行检测，若检测到异常，单片机驱动灯光报警模块做出警示，同时还将异常状态信息存储于单片机内置的存储器中，供第一摄像机的RJ45标准网络接口Im_R调用。3.根据权利要求1所述的一种课堂学生点头率识别与统计方法，其特征在于，步骤一中，所述相似度比对处理的过程包括：所述单片机接收第一摄像机实时采集的连续视频图像信号并与存储于单片机内的相似度阀值进行比对，若单片机接收的前后两侦图像的相似度超过相似度阀值，即比对成功，则继续进行侦测，若单片机接收的前后两侦图像的相似度低于相似度阀值，即比对失败，此时进入工作状态。4.根据权利要求1所述的一种课堂学生点头率识别与统计方法，其特征在于，步骤一中，所述第一摄像机以每秒X侦图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴，卞浩瑄，郭品文，周素萍，顾伟，朱文镇，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32