一种凸透镜成像原理实验的智能评分系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种凸透镜成像原理实验的智能评分系统及方法，包括物理试验桌，所述物理试验桌包括支撑柱、实验桌板和实验桌顶，实验桌板安装在支撑柱上，实验桌板后端上方安装实验桌顶，所述物理试验桌上设置深度学习服务器、物理凸透镜实验仪器和网络摄像头，所述深度学习服务器与网络摄像头和操作终端相连接，处于同一局域网，属于教育中学实验的教学与考试技术领域，再通过训练好的深度学习模型，然后再通过相机标定还原实际目标位置，针对物理凸透镜成像原理实验的无人智能评分系统，利用深度学习神经网络模型、相机标定技术，再配合根据教育部规定的考试操作规范制定的实验算法，实现了对物理凸透镜实验的无人智能评分。

An intelligent scoring system and method for convex lens imaging principle experiment

【技术实现步骤摘要】
一种凸透镜成像原理实验的智能评分系统及方法
本专利技术涉及到教育中学实验的教学与考试
，特别涉及一种凸透镜成像原理实验的智能评分系统及方法。
技术介绍
在中学实验的教学与考试过程中，教师需要对学生的实验操作进行指导或评判。但是由于学生众多，教师来不及对学生进行一对一的教学指导。在考试的时候教师对逐个学生进行打分，耗时耗力。因此，如何减轻教师的教学压力，并使每个学生的实验操作都得到有效的指导和准确无误的评判是本领域技术人员亟须解决的问题。至今已有很多种深度学习框架，成功地应用于计算机视觉、自然语言处理等领域并获得了极好的效果，但是在教育行业，还鲜有人研制出成熟先进的技术将深度学习与传统教育设备结合起来。因此我公司将深度学习技术成功的应用于中学实验考试系统，实现了中学实验考试的计算机智能评分。
技术实现思路
专利技术的目的在于提供一种凸透镜成像原理实验的智能评分系统及方法，对学生的考试操作进行智能评分，针对物理凸透镜成像原理实验的无人智能评分系统，利用深度学习神经网络模型、相机标定技术，再配合根据教育部规定的考试操作规范制定的实验算法，实现了对物理凸透镜实验的无人智能评分，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种凸透镜成像原理实验的智能评分系统，包括物理试验桌，所述物理试验桌包括支撑柱、实验桌板和实验桌顶，实验桌板安装在支撑柱上，实验桌板后端上方安装实验桌顶，所述物理试验桌上设置深度学习服务器、物理凸透镜实验仪器和网络摄像头，所述深度学习服务器与网络摄像头和操作终端相连接，处于同一局域网，且网络摄像头安装在物理实验桌的实验桌板上。优选的，所述物理凸透镜实验仪器包括实验底座、实验光源台、凸透镜组件和投影光屏；所述实验底座包括两根圆柱型金属条、两根金属刻度尺和两个塑料底座；所述两根圆柱型金属条放置在所述两根金属刻度尺中间，并分别固定在所述两个塑料底座上；所述实验光源台包括圆形台面和光源台基座，所述圆形台面内带可升降的支架，圆形台面插入光源台基座的顶部，并由螺栓固定；所述凸透镜组件包括凸透镜、凸透镜边框和凸透镜基座，所述凸透镜内嵌在黑色的凸透镜边框中，所述凸透镜边框安装在凸透镜基座上；所述投影光屏包括白色光屏和投影光屏基座，所述白色光屏安装在投影光屏基座上。优选的，所述实验桌板上的区域划分为：仪器放置区、实验操作区和测量区。优选的，所述网络摄像头的镜头使用鱼眼镜头，并且分为顶视摄像头、前视摄像头和侧视摄像头三个；所述的顶视摄像头，由摄像头支架支撑，安装在所述的实验桌顶部，并且正对着实验操作区的中央；所述的前视摄像头，由摄像头支架支撑，安装在所述实验桌板较宽的侧面，并且正对着实验操作区的中央；所述的侧视摄像头，由摄像头支架支撑，安装在所述实验桌板的顶角，并且正对着实验操作区的中央。优选的，所述凸透镜设置若干个，每个焦距不同，并且不同焦距的凸透镜其顶部边框涂抹有不同颜色，并且所述的每个凸透镜侧面与凸透镜中心等高的位置涂有红色长条。优选的，所述光源台基座、凸透镜基座和投影光屏基座的底部都有圆形凹槽，并且光源台基座、凸透镜基座和投影光屏基座的侧面都有红色锥形指针，并且所述红色锥形指针均竖直向下指向金属刻度尺。优选的，所述金属刻度尺的表面为白色和橙色相间的底色，并且每段底色的长度等于凸透镜的最小焦距。本专利技术提供另一种技术方案：一种凸透镜成像原理实验的智能评分系统的方法，包括如下步骤：步骤一：将组装好的物理凸透镜实验仪器和网络摄像头安装在实验桌板上，将顶视摄像头、前视摄像头和侧视摄像头的角度调整为正对着实验操作区的中央，通过摄像头采集学生操作视频，视频通过局域网传入深度学习服务器。步骤二：通过训练好的深度学习模型，在视频中检测出学生的操作动作和仪器位置。步骤三：通过相机标定还原实际目标位置。步骤四：由教育部规定的考试操作规范，对学生的考试操作进行智能评分。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的凸透镜成像原理实验的智能评分系统及方法，通过摄像头采集学生操作视频，视频通过局域网传入深度学习服务器，再通过训练好的深度学习模型，检测出学生的操作动作和仪器位置，然后再通过相机标定还原实际目标位置，最后由教育部规定的考试操作规范，对学生的考试操作进行智能评分，针对物理凸透镜成像原理实验的无人智能评分系统，利用深度学习神经网络模型、相机标定技术，再配合根据教育部规定的考试操作规范制定的实验算法，实现了对物理凸透镜实验的无人智能评分。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为本专利技术的网络摄像头结构示意图；图3为本专利技术的物理试验桌结构示意图；图4为本专利技术的物理凸透镜实验仪器实验倒立放大的实像示意图；图5为本专利技术的物理凸透镜实验仪器实验倒立缩小的实像示意图；图6为本专利技术的实验底座结构示意图；图7为本专利技术的实验光源台结构示意图；图8为本专利技术的凸透镜组件结构示意图；图9为本专利技术的投影光屏结构示意图。图中：1、物理试验桌；11、支撑柱；12、实验桌板；121、仪器放置区；122、实验操作区；123、测量区；13、实验桌顶；2、深度学习服务器；3、物理凸透镜实验仪器；31、实验底座；311、圆柱型金属条；312、金属刻度尺；3121、底色；313、塑料底座；32、实验光源台；321、圆形台面；322、光源台基座；33、凸透镜组件；331、凸透镜；3311、红色长条；332、凸透镜边框；333、凸透镜基座；34、投影光屏；341、白色光屏；342、投影光屏基座；4、网络摄像头；41、顶视摄像头；42、前视摄像头；43、侧视摄像头；44、摄像头支架；5、圆形凹槽；6、红色锥形指针；7、操作终端。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，一种凸透镜成像原理实验的智能评分系统，包括物理试验桌1，所述物理试验桌1包括支撑柱11、实验桌板12和实验桌顶13，实验桌板12安装在支撑柱11上，实验桌板12后端上方安装实验桌顶13，所述物理试验桌1上设置深度学习服务器2、物理凸透镜实验仪器3和网络摄像头4。请参阅图2-3，深度学习服务器2与网络摄像头4和操作终端7相连接，并且处于同一局域网，且网络摄像头4安装在物理试验桌1的实验桌板12上，实验桌板12上的区域划分为：仪器放置区121、实验操作区122和测量区123，网络摄像头4的镜头使用鱼眼镜头，并且分为顶视摄像头41、前视摄像头42和侧视摄像头43三个，顶视摄像头41，由摄像头支架44支撑，安装在所述的实验桌顶13部，并且正对着实验操作区122的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种凸透镜成像原理实验的智能评分系统，包括物理试验桌（1），其特征在于：所述物理试验桌（1）包括支撑柱（11）、实验桌板（12）和实验桌顶（13），实验桌板（12）安装在支撑柱（11）上，实验桌板（12）后端上方安装实验桌顶（13），所述物理试验桌（1）上设置深度学习服务器（2）、物理凸透镜实验仪器（3）和网络摄像头（4），所述深度学习服务器（2）与网络摄像头（4）和操作终端（7）相连接，处于同一局域网，且网络摄像头（4）安装在物理试验桌（1）的实验桌板（12）上。/n

【技术特征摘要】
1.一种凸透镜成像原理实验的智能评分系统，包括物理试验桌（1），其特征在于：所述物理试验桌（1）包括支撑柱（11）、实验桌板（12）和实验桌顶（13），实验桌板（12）安装在支撑柱（11）上，实验桌板（12）后端上方安装实验桌顶（13），所述物理试验桌（1）上设置深度学习服务器（2）、物理凸透镜实验仪器（3）和网络摄像头（4），所述深度学习服务器（2）与网络摄像头（4）和操作终端（7）相连接，处于同一局域网，且网络摄像头（4）安装在物理试验桌（1）的实验桌板（12）上。


2.根据权利要求1所述的一种凸透镜成像原理实验的智能评分系统，其特征在于：所述物理凸透镜实验仪器（3）包括实验底座（31）、实验光源台（32）、凸透镜组件（33）和投影光屏（34）；
所述实验底座（31）包括两根圆柱型金属条（311）、两根金属刻度尺（312）和两个塑料底座（313）；所述两根圆柱型金属条（311）放置在所述两根金属刻度尺（312）中间，并分别固定在所述两个塑料底座（313）上；
所述实验光源台（32）包括圆形台面（321）和光源台基座（322），所述圆形台面（321）内带可升降的支架，圆形台面（321）插入光源台基座（322）的顶部，并由螺栓固定；
所述凸透镜组件（33）包括凸透镜（331）、凸透镜边框（332）和凸透镜基座（333），所述凸透镜（331）内嵌在黑色的凸透镜边框（332）中，所述凸透镜边框（332）安装在凸透镜基座（333）上；
所述投影光屏（34）包括白色光屏（341）和投影光屏基座（342），所述白色光屏（341）安装在投影光屏基座（342）上。


3.根据权利要求1所述的一种凸透镜成像原理实验的智能评分系统，其特征在于：所述实验桌板（12）上的区域划分为：仪器放置区（121）、实验操作区（122）和测量区（123）。


4.根据权利要求1所述的一种凸透镜成像原理实验的智能评分系统，其特征在于：所述网络摄像头（4）的镜头使用鱼眼镜头，并且分为顶视摄像头（41）、前视摄像头（42）和侧视摄像头（43）三个；
所述的顶...

【专利技术属性】
技术研发人员：王重阳，
申请(专利权)人：上海中科教育装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31