一种基于教学视频的教师课堂走动距离测量方法技术

信息技术的发展使得多媒体设备和智能设备在教学中得到普遍应用，利用信息技术推动教育教学的改进与创新已成为新趋势。课堂教学情况检测评价是提高教学质量、改善学习成果的必然需求。传统的教学评价方法主观性强且效率不高，在数字化信息化时代，应充分运用大数据和人工智能技术进行课堂教学情况检测评估，通过检测教师的走动距离可以评判教师与学生的互动程度、教师教学的专注程度以及课堂氛围。本发明专利技术聚焦课堂教学视频，对教师授课行为进行分析，选择教师移动距离作为指标，从教师目标检测和跟踪、视频移动距离测量、教师行为建模和动作识别方面展开研究。主要在教学视频中，对教师面部进行识别、取质心点、定位、跟踪教师面部变化，在线测算教师在讲台区域的横向移动距离和在过道区域的纵向移动距离。离和在过道区域的纵向移动距离。离和在过道区域的纵向移动距离。

【技术实现步骤摘要】
一种基于教学视频的教师课堂走动距离测量方法


[0001]本专利技术申请涉及一种教学视频中教师目标检测和跟踪以及移动距离测量技术，尤其是基于Kalman滤波算法实现教师头部的目标检测和跟踪，通过选取目标的位移测量点，以及根据教室布置和摄像头部署的几何特征、针孔成像模型设计教师二维移动距离测量方法，该方法包括在线对教师面部选取质心点、计算设备焦距以及测算横向移动距离与纵向移动距离，本专利技术有助于为大数据背景下的课堂评估参数中加入教师移动距离提供支撑，能更客观的反应教师的课堂互动、教学方法和教学效果。本专利技术简化了教学评价过程，构建具有用户交互界面的教师行为分析系统，实现了对教学视频中教师行为的自动高效分析，最终得到量化、客观的分析结论，本专利技术属于信息技术和软件领域。

技术介绍

[0002]随着国家大力推进智能教学环境的普及和建设，利用多媒体技术进行辅助教学已经成为当今课堂教学的一种趋势，而利用图像处理技术对课堂中教师的行为进行评价，指定教师授课量化指标并基于分析的结果向教师提供科学建议，是当前课堂教学智能化的一个重要研究领域。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于教学视频的教师课堂走动距离测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：步骤1)对采集到的视频数据进行处理与训练，对输入图像进行切片处理；步骤2)对图像中的教师目标进行面部像素识别；步骤3)对图像中的教师面部进行质心选取与跟踪；步骤4)判定图像中教师人脸朝向；步骤5)建立教室模型，计算摄像设备的像素焦距；步骤6)计算教师授课时的横、纵位移。2.根据权利要求1所述的基于教学视频的教师课堂走动距离测量方法，其特征在于，其中，步骤2)具体如下：将YCbCr空间的肤色信息压缩到二维的CbCr平面，在CbCr平面中皮肤像素点近似成椭圆分布，Cb为X轴，Cr为Y轴，x,y分别表示目标检测框中心点的像素横坐标和纵坐标，近似为以点(113,155)为中心，长轴长度为23，短轴长度为15，长轴与X轴的夹角为43
°
的椭圆，其表达式为：3.根据权利要求1所述的基于教学视频的教师课堂走动距离测量方法，其特征在于，其中，步骤3)包括以下步骤：3
‑
1)建立状态向量，令K时刻目标状态为X
K
，则有：X＝[x,y,w,h,v
x
,v
y
,v
w
,v
h
]
T
，其中x,y分别表示目标检测框中心点的像素横坐标和纵坐标，w,h分别代表目标检测框中心点距离目标框左边界和上边界的像素距离，v
x
,v
y
分别表示检测框中心点横坐标和纵坐标的变化速度(单位：像素/帧)，v
w
,v
h
则分别表示中心点距离左边界和上边界距离的变化速度(单位：像素/帧)；3
‑
2)建立Kalman滤波的匀速模型，得到对应状态转移矩阵F和状态观测矩阵H，利用状态转移矩阵F与前一个时刻的状态X
k
‑1相乘，可以得到当前时刻k的状态预测值利用状态观测矩阵H和当前状态预测值相乘，可以得到由前四个状态值组成的状态向量[x,y,w,h]，与观测值Z
k
作差可以得到预测误差，利用观测误差和Kalman增益可以计算得到当前状态的最优估计X
k
，从而实现目标跟踪功能。4.根据权利要求1所述的基于教学视频的教师课堂走动距离测量方法，其特征在于，其中，步骤4)具体如下：对视频中的人脸区域进行提取，占比超过0.3认为是正脸朝向拍摄相机，占比小于等于0.1认为是背面朝向拍摄相机。5.根据权利要求1所述的基于教学视频的教师课堂走动距离测量方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶军，李晓倩，齐天一，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：