一种用于智慧教育的课堂分析系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于智慧教育的课堂分析系统，其包括：若干个教师终端和课堂分析平台，其中课堂分析平台分别与若干个教师终端具有通信连接。课堂分析平台包括：课程视频获取模块、课堂视频分割模块、课堂分析图像模块、学生识别模块、图像预处理模块、部位划分模块、行为构建模块和数据库，各模块间具有通信连接。教师终端发送课堂分析请求到课堂分析平台，并接收课堂分析平台根据课堂分析请求进行分析得到的学生的课堂表现报告，对应教师根据接收到的学生的课堂表现报告根据每个学生的课堂表现报告进行教学评估和教学管理。课堂分析平台根据接收到的课堂分析请求获取目标课堂视频并对其进行分析处理得到学生的课堂表现报告。

【技术实现步骤摘要】
一种用于智慧教育的课堂分析系统
本专利技术涉及智慧教育领域，尤其涉及一种用于智慧教育的课堂分析系统。
技术介绍
智慧教育即教育信息化，是指在教育管理、教育教学和教育科研中全面深入地运用现代信息技术来促进教育改革与发展的过程。其技术特点是数字化、网络化、智能化和多媒体化，基本特征是开放、共享、交互、协作。以教育信息化促进教育现代化，用信息技术改变传统模式。学生的课堂表现的价值体现在教学测评、师资培养、学生个性化辅导等多个方面。一方面可记录教师真实的教学情况，并据此作为评教和自评的客观依据，以提升教师的教学能力；另一方面能记录学生千差万别的个性、能力和学习习惯，尽可能实现个性化的辅导，并对其成长状况进行长期监测。现阶段观察记录和分析学生的课堂学习表现主要是靠授课老师课堂现场人为监督，以及授课老师在课后通过视频资料对学生学习表现进行评估，并由授课老师根据学生的学习表进行分析和统计以得到学生的课堂表现。然而，这两种评估方式主要存在工作耗时长、自动化程度低、授课老师分散精力，降低授课效率和无法全面准确地记录所有学生的学习行为等问题。
技术实现思路
针对现有技术之不足，本专利技术提供了一种用于智慧教育的课堂分析系统，其包括若干个教师终端和课堂分析平台，其中课堂分析平台分别与若干个教师终端具有通信连接；课堂分析平台包括：课程视频获取模块、课堂视频分割模块、课堂分析图像模块、学生识别模块、图像预处理模块、部位划分模块、行为构建模块和数据库，各模块间具有通信连接；教师终端发送课堂分析请求到课堂分析平台；课程视频获取模块根据课堂分析请求从数据库获取目标课堂视频；课堂视频分割模块在时间维度上按照预设时间步长对目标课堂视频进行图像帧切割处理得到课堂图像集；课堂分析图像模块提取课堂图像集中每个课堂图像的多维空间特征和多维时间特征，并将每个课堂图像的多维空间特征和多维时间特征在时间维度和空间维度进行加权特征融合以得课堂分析图像，然后对所有课堂分析图像进行处理以得到课堂分析图像集；学生识别模块识别课堂分析图像集的每个课堂分析图像的每个学生，并提取每个课堂分析图像的每个学生的图像以得到每个学生的学生分析图像集；图像预处理模块对学生分析图像集中的每个学生分析图像进行前景图像分割，并识别每个学生分析图像中的学生并获取每个学生的中心点，然后根据每个学生的中心点对每个学生进行定位以得到学生分析标准图像集；部位划分模块将学生分析标准图像集中的每张学生分析标准图像划分为若干个部位子区域，并识别每个部位子区域的区域关键特征点，然后获取每个区域关键特征点在学生坐标系下的坐标位置；所述学生坐标系为以对应学生的中心点为坐标系原点的坐标系；所述区域关键特征点为对学生行为分析具有关键性作用的特征点；行为构建模块对每张学生分析标准图像的每个部位子区域的各区域关键特征点进行归一化处理以得到每个部位子区域的归一化特征节点，并通过学生分析标准图像集中的每张学生分析标准图像的每个部位子区域的归一化特征节点的轨迹信息构建学生行为，然后根据所述学生行为生成学生的课堂表现报告；教师终端根据每个学生的课堂表现报告进行教学评估和教学管理。根据一个优选实施方式，教师终端为教师使用的具有通信功能和数据传输功能的智能设备，其包括：智能手机、平板电脑、笔记本电脑和台式电脑。根据一个优选实施方式，所述学生课堂表现报告包括学生的课堂活跃度、课堂行为占比、课堂行为趋势和学生专注度。根据一个优选实施方式，所述课堂行为包括：举手、站立、侧身、趴桌和端正。根据一个优选实施方式，所述部位子区域包括：头部子区域、颈部子区域、肩部子区域、肘部子区域、手部子区域、臀部子区域、膝部子区域和脚部子区域。根据一个优选实施方式，部位划分模块将每张学生分析标准图像划分为若干个部位子区域包括：部位划分模块获取每张学生分析标准图像的图像共生矩阵，并根据所述图像共生矩阵获取每个部位子区域的区域大小和边界长度；所述图像共生矩阵为对图像上保持特定距离的两象素分别具有某灰度的状况进行统计得到；部位划分模块根据每个部位子区域的区域大小和边界长度进行第一部位划分以得到第一部位划分结果；部位划分模块根据第一部位划分结果获取每个部位子区域的边缘点的初始位置；部位划分模块根据各部位子区域的区域平滑曲线、区域紧凑性和区域大小构建每个部位子区域的约束划分条件；部位划分模块根据第一部位划分结果和每个部位子区域的约束划分条件进行第二部位划分以得到若干个部位子区域。根据一个优选实施方式，课堂分析图像模块提取课堂图像集中每个课堂图像的多维空间特征和多维时间特征包括：课堂分析图像模块获取课堂图像的空间特征和时间特征；课堂分析图像模块根据课堂图像的相邻像素的关联特性利用白化进行去相关操作以去除空间特征和时间特征的冗余信息；课堂分析图像模块获取课堂图像中的特征点和每个特征点的编码系数，并对每个特征点的编码系数求和，然后将得到的和值作为课堂图像的全局表示；课堂分析图像模块获取空间特征和时间特征的空间编码向量和时间编码向量，并将空间编码向量和时间编码向量进行归一化操作以得到课堂图像的多维空间特征和多维时间特征。根据一个优选实施方式，所述学生坐标系为以对应学生的中心点为坐标系原点的坐标系。根据一个优选实施方式，所述区域关键特征点为对学生行为分析具有关键性作用的特征点。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术可以通过对目标课堂视频进行图像帧切割处理和加权特征融合以得到课堂分析图像集，并根据课堂分析图像集对学生的部位子区域的进行分析以识别学生在课堂中举手、站立、侧身、趴桌、端正等多种课堂行为并生成学生的课堂分析报告。此外，根据学生的课堂分析报告对课堂中学生的课堂活跃度、课堂行为占比、课堂行为趋势和专注度进行分析以帮助老师了解课堂的关键活跃环节和学生的活跃区域分布等信息，通过统计课堂行为占比和分析课堂行为趋势帮助学校进行更细致的教学评估和更合理的教学管理工作。附图说明图1为一示例性实施例提供的课堂分析系统的结构框图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本专利技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本专利技术。在本专利技术和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于智慧教育的课堂分析系统，其特征在于，其包括：若干个教师终端和课堂分析平台，其中课堂分析平台分别与若干个教师终端具有通信连接；/n课堂分析平台包括：课程视频获取模块、课堂视频分割模块、课堂分析图像模块、学生识别模块、图像预处理模块、部位划分模块、行为构建模块和数据库，各模块间具有通信连接；课程视频获取模块/n教师终端发送课堂分析请求到课堂分析平台；/n课程视频获取模块根据课堂分析请求从数据库获取目标课堂视频；/n课堂视频分割模块在时间维度上按照预设时间步长对目标课堂视频进行图像帧切割处理得到课堂图像集；/n课堂分析图像模块提取课堂图像集中每个课堂图像的多维空间特征和多维时间特征，并将每个课堂图像的多维空间特征和多维时间特征在时间维度和空间维度进行加权特征融合以得课堂分析图像，然后对所有课堂分析图像进行处理以得到课堂分析图像集；/n学生识别模块识别课堂分析图像集的每个课堂分析图像的每个学生，并提取每个课堂分析图像的每个学生的图像以得到每个学生的学生分析图像集；/n图像预处理模块对学生分析图像集中的每个学生分析图像进行前景图像分割，并识别每个学生分析图像中的学生并获取每个学生的中心点，然后根据每个学生的中心点对每个学生进行定位以得到学生分析标准图像集；/n部位划分模块将学生分析标准图像集中的每张学生分析标准图像划分为若干个部位子区域，并识别每个部位子区域的区域关键特征点，然后获取每个区域关键特征点在学生坐标系下的坐标位置；所述学生坐标系为以对应学生的中心点为坐标系原点的坐标系；所述区域关键特征点为对学生行为分析具有关键性作用的特征点；/n行为构建模块对每张学生分析标准图像的每个部位子区域的各区域关键特征点进行归一化处理以得到每个部位子区域的归一化特征节点，并通过学生分析标准图像集中的每张学生分析标准图像的每个部位子区域的归一化特征节点的轨迹信息构建学生行为，然后根据所述学生行为生成学生的课堂表现报告；/n教师终端根据每个学生的课堂表现报告进行教学评估和教学管理。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于智慧教育的课堂分析系统，其特征在于，其包括：若干个教师终端和课堂分析平台，其中课堂分析平台分别与若干个教师终端具有通信连接；
课堂分析平台包括：课程视频获取模块、课堂视频分割模块、课堂分析图像模块、学生识别模块、图像预处理模块、部位划分模块、行为构建模块和数据库，各模块间具有通信连接；课程视频获取模块
教师终端发送课堂分析请求到课堂分析平台；
课程视频获取模块根据课堂分析请求从数据库获取目标课堂视频；
课堂视频分割模块在时间维度上按照预设时间步长对目标课堂视频进行图像帧切割处理得到课堂图像集；
课堂分析图像模块提取课堂图像集中每个课堂图像的多维空间特征和多维时间特征，并将每个课堂图像的多维空间特征和多维时间特征在时间维度和空间维度进行加权特征融合以得课堂分析图像，然后对所有课堂分析图像进行处理以得到课堂分析图像集；
学生识别模块识别课堂分析图像集的每个课堂分析图像的每个学生，并提取每个课堂分析图像的每个学生的图像以得到每个学生的学生分析图像集；
图像预处理模块对学生分析图像集中的每个学生分析图像进行前景图像分割，并识别每个学生分析图像中的学生并获取每个学生的中心点，然后根据每个学生的中心点对每个学生进行定位以得到学生分析标准图像集；
部位划分模块将学生分析标准图像集中的每张学生分析标准图像划分为若干个部位子区域，并识别每个部位子区域的区域关键特征点，然后获取每个区域关键特征点在学生坐标系下的坐标位置；所述学生坐标系为以对应学生的中心点为坐标系原点的坐标系；所述区域关键特征点为对学生行为分析具有关键性作用的特征点；
行为构建模块对每张学生分析标准图像的每个部位子区域的各区域关键特征点进行归一化处理以得到每个部位子区域的归一化特征节点，并通过学生分析标准图像集中的每张学生分析标准图像的每个部位子区域的归一化特征节点的轨迹信息构建学生行为，然后根据所述学生行为生成学生的课堂表现报告；
教师终端根据每个学生的课堂表现报告进行教学评估和教学管理。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，教师终端为教师使用的具有通信功能和数据传输功能...

【专利技术属性】
技术研发人员：周欢，
申请(专利权)人：四川创客知佳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51