基于AI的物理实验评分系统、仪器及使用方法技术方案

本申请提供了基于AI的物理实验评分系统、仪器及使用方法，包括实验操作台、深度学习服务器、教师端和学生端，深度学习服务器分为算法模块和数据管理模块，实验操作台包含有顶视摄像头、侧视摄像头和跟踪摄像头。本申请为了解决现有技术中监控系统只能对学生的大致操作进行记录，对学生的实验数据不能进行准确的读取，并且不能对投影光屏上的实像进行精准的拍照辨识的问题，本申请通过设置的顶视摄像头和跟踪摄像头以及最右侧的滑动底座，使跟踪摄像头随着滑动底座的移动同步移动，跟踪摄像头始终对准在投影光屏的中心处，实现了对学生的实验数据进行准确的读取，并且对投影光屏上的影像进行精准的拍照，进而对学生的考试进行精准的评分。准的评分。准的评分。

【技术实现步骤摘要】
基于AI的物理实验评分系统、仪器及使用方法


[0001]本专利技术涉及教学领域，具体而言，涉及基于AI的物理实验评分系统、仪器及使用方法。

技术介绍

[0002]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，为了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。
[0003]例如：中国专利（申请号：CN202010154325.0）所公开的“一种凸透镜成像原理实验的智能评分系统及方法”，其说明书公开：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
，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。
[0004]在上述专利中，在通过监控系统对考试的学生进行监控，并通过学生的实验操作步骤对学生的考试进行打分，但是在学生的实验过程中，需要学生进行数据上的记录和处理，然而监控系统只能对学生的大致操作进行记录，对学生的实验数据不能进行准确的读取，并且不能对投影光屏上的影像进行精准的拍照辨识，因此不能对学生记录的数据和真实的实验数据进行对比，导致系统对物理实验评分不理想。上述专利可以佐证现有技术存在的缺陷。
[0005]因此我们对此做出改进，提出基于AI的物理实验评分系统、仪器及使用方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于：针对目前存在的对学生的实验数据不能进行准确的读取，并且不能对投影光屏上的实像进行精准的拍照辨识，导致系统对物理实验评分不理想。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了基于AI的物理实验评分系统，以改善上述问题。
[0008]本申请具体是这样的：
[0009]基于AI的物理实验评分系统，包括实验操作台、深度学习服务器、教师端和学生端，所述深度学习服务器分为算法模块和数据管理模块，所述算法模块包含有实验数据识别模块、静态算法模块和动态算法模块，所述数据管理模块包含有视频数据库和数值数据库，所述实验操作台包含有顶视摄像头、侧视摄像头和跟踪摄像头，所述深度学习服务器、
顶视摄像头、侧视摄像头和跟踪摄像头连接在同一个局域网上；
[0010]作为本申请优选的技术方案，所述顶视摄像头位于实验操作台的正上方，与实验操作台上的实验设备垂直设置，对实验数据进行拍照上传，所述侧视摄像头位于实验操作台的侧面，通过侧视摄像头对学生实验过程进行录像，并上传给深度学习服务器，所述跟踪摄像头始终跟随着投影光屏移动，并将焦点聚焦在投影光屏的中心对光屏上的影像进行拍照记录，然后上传给深度学习服务器；
[0011]作为本申请优选的技术方案，所述实验数据识别模块对实验操作台学生端传输过来的实验数据进行读取和识别，然后通过静态算法模块和动态算法模块分别对实验数据进行计算，所述数据管理模块包含有视频数据库和数值数据库，通过视频数据库和顶视摄像头采集的视频数据进行分析对比，所述数值数据库可以和算法模块采集和计算的数据进行对比分析；
[0012]作为本申请优选的技术方案，所述深度学习服务器接收来自操作实验台的数据，并通过算法模块进行数据计算，然后与数据管理模块进行数据对比，从而综合对学生的物理实验进行评分，使评分更加精准给出最终的实验考试成绩。
[0013]基于AI的物理实验评分仪器，所述实验操作台的中部固定安装有支撑结构，所述支撑结构的中部滑动安装有三个滑动底座，最右端的所述滑动底座的内侧固定连接有牵引杆，且所述滑动底座的顶端固定安装有投影光屏，所述实验操作台的表面开设有限位槽，所述支撑结构的中部内侧滑动安装有第三支撑架，所述第三支撑架的底部滑动卡接在限位槽的内部，所述第三支撑架的顶部固定安装有跟踪摄像头，所述牵引杆的另一端固定连接在第三支撑架的侧面，所述牵引杆滑动卡接在支撑结构的内侧，所述跟踪摄像头的镜头始终朝向投影光屏的中部且距离不变，所述实验操作台的顶部右侧设有确认按钮。
[0014]作为本申请优选的技术方案，所述实验操作台表面的右上角上固定安装有第二支撑架，所述侧视摄像头固定安装在第二支撑架的顶部，所述侧视摄像头的镜头倾斜朝向实验的操作人员和操作台，所述支撑结构的左端内侧固定安装有第一支撑架，所述顶视摄像头固定安装在第一支撑架顶端的底部，所述顶视摄像头的镜头竖直朝下与支撑结构的表面相垂直。
[0015]作为本申请优选的技术方案，所述支撑结构的两端均固定安装有固定连杆，所述固定连杆固定连接在实验操作台的表面，所述支撑结构的中部对称安装有一对支撑滑杆，所述支撑滑杆的内侧均设有细密的齿牙，所述滑动底座滑动套设在支撑滑杆上，中间一个所述滑动底座的两侧均固定安装有一对拉力传感器，所述拉力传感器的外侧均固定连接有拉簧，所述拉簧的另一端分别固定连接在所在侧滑动底座的侧面，四个所述拉力传感器的劲度系数和长度均相同。
[0016]作为本申请优选的技术方案，所述滑动底座的内外两端均固定焊接有指针，所述支撑结构顶部的内外两侧均设有刻度尺，所述指针与刻度尺相垂直，三个所述滑动底座的顶部从左到右依次设有光源、凸透镜和投影光屏，所述滑动底座的中部对称滑动安装有一对定位块，两个所述定位块的外侧均设有细密的齿牙，所述定位块外侧的齿牙与支撑滑杆内侧的齿牙相互啮合。
[0017]作为本申请优选的技术方案，所述定位块的内侧开设有卡槽，两个所述定位块之间滑动卡接有一对顶杆，所述顶杆的内端固定安装有一对支撑块，所述支撑块的两端分别
卡接在两个定位块内侧的卡槽内部，两个所述顶杆的内端固定连接有一个支撑弹簧，所述定位块内侧的两端朝外的一侧均固定连接有复位弹簧，所述复位弹簧的另一端固定连接在滑动底座的内腔壁上，所述卡槽与支撑块相接触的侧壁均为斜面。
[0018]基于AI的物理实验评分仪器的使用方法，所述使用方法如下：
[0019]步骤一：工作人员首先将实验操作台中部的深度学习服务器打开，调试到考试页面，等待学生输入考试信息；
[0020]步骤二：调整好侧视摄像头的角度使侧视摄像头的镜头可以将实验操作人员的样貌以及实验操作过程完整的录制到视频的画面中；
[0021]步骤三：调整顶视摄像头的高度和位置，使顶视摄像头的镜头与支撑结构表面的刻度尺垂直，并可以将支撑结构表面的刻度尺完全拍摄进去，使顶视摄像头可以将滑动底座上指针所指的数据清晰的拍摄出来；
[0022]步骤四：调整跟踪摄像头的高度和角度，使跟踪摄像头的镜头可以对准投影光屏表面的中心处，即实验成像的位置，使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于AI的物理实验评分系统，所述评分系统用于物理实验，其特征在于，包括实验操作台（1）、深度学习服务器（103）、教师端和学生端，所述深度学习服务器（103）分为算法模块和数据管理模块，所述算法模块包含有实验数据识别模块、静态算法模块和动态算法模块，所述数据管理模块包含有视频数据库和数值数据库，所述实验操作台（1）包含有顶视摄像头（104）、侧视摄像头（105）和跟踪摄像头（106），所述深度学习服务器（103）、顶视摄像头（104）、侧视摄像头（105）和跟踪摄像头（106）连接在同一个局域网上。2.根据权利要求1所述的基于AI的物理实验评分系统，其特征在于，所述顶视摄像头（104）位于实验操作台（1）的正上方，与实验操作台（1）上的实验设备垂直设置，对实验数据进行拍照上传，所述侧视摄像头（105）位于实验操作台（1）的侧面，通过侧视摄像头（105）对学生实验过程进行录像，并上传给深度学习服务器（103），所述跟踪摄像头（106）始终跟随着投影光屏（205）移动，并将焦点聚焦在投影光屏（205）的中心对光屏上的影像进行拍照记录，然后上传给深度学习服务器（103）。3.根据权利要求1所述的基于AI的物理实验评分系统，其特征在于，所述实验数据识别模块对实验操作台（1）学生端传输过来的实验数据进行读取和识别，然后通过静态算法模块和动态算法模块分别对实验数据进行计算，所述数据管理模块包含有视频数据库和数值数据库，通过视频数据库和顶视摄像头采集的视频数据进行分析对比，所述数值数据库可以和算法模块采集和计算的数据进行对比分析。4.根据权利要求1所述的基于AI的物理实验评分系统，其特征在于，所述深度学习服务器（103）接收来自操作实验台（1）的数据，并通过算法模块进行数据计算，然后与数据管理模块进行数据对比，从而综合对学生的物理实验进行评分，使评分更加精准给出最终的实验考试成绩。5.基于AI的物理实验评分仪器，使用如权利要求1中所述的实验操作台，其特征在于，所述实验操作台（1）的中部固定安装有支撑结构（2），所述支撑结构（2）的中部滑动安装有三个滑动底座（4），最右端的所述滑动底座（4）的内侧固定连接有牵引杆（402），且所述滑动底座（4）的顶端固定安装有投影光屏（205），所述实验操作台（1）的表面开设有限位槽（107），所述支撑结构（2）的中部内侧滑动安装有第三支撑架（5），所述第三支撑架（5）的底部滑动卡接在限位槽（107）的内部，所述第三支撑架（5）的顶部固定安装有跟踪摄像头（106），所述牵引杆（402）的另一端固定连接在第三支撑架（5）的侧面，所述牵引杆（402）滑动卡接在支撑结构（2）的内侧，所述跟踪摄像头（106）的镜头始终朝向投影光屏（205）的中部且距离不变，所述实验操作台（1）的顶部右侧设有确认按钮（6）。6.根据权利要求5所述的基于AI的物理实验评分仪器，其特征在于，所述实验操作台（1）表面的右上角上固定安装有第二支撑架（102），所述侧视摄像头（105）固定安装在第二支撑架（102）的顶部，所述侧视摄像头（105）的镜头倾斜朝向实验的操作人员和操作台，所述支撑结构（2）的左端内侧固定安装有第一支撑架（101），所述顶视摄像头（104）固定安装在第一支撑架（101）顶端的底部，所述顶视摄像头（104）的镜头竖直朝下与支撑结构（2）的表面相垂直。7.根据权利要求5所述的基于AI的物理实验评分...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建华，杨正山，刘晓建，孙鹏飞，
申请(专利权)人：上海大风实验室设备有限公司，
类型：发明
国别省市：