一种Harr特征大数据算法的教育技术学教学系统及方法与流程

文档序号:21983604发布日期:2020-08-25 19:20阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种harr特征大数据算法的教育技术学教学系统,其特征在于:所述系统包括:

图像采集单元,其设置在不同的教室内,并且通过网络传递采集到的图像;所述图像采集单元为通过旋转轴实现360°旋转的360网络摄像机,所述360网络摄像机为全玻璃高清光学镜头组,采用的分辨率为1280×720,配置sony1/3英寸数码相机级传感芯片,光圈为f2.4;所述图像采集单元还包括工业ccd摄像机,并且所述工业ccd摄像机的最低分辨率不少于120万像素,检测精度为0.01mm;

数据传输网络,其内设置有物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层,其中在所述物理层中至少设置有中继器、集线器或双绞线设备,以实现物理信号的直接传输,所述数据链路层为物理mac地址对应的层,用于通过物理层传送可靠的数据帧,并且负责数据的可靠传达;所述网络层用于针对不同的ip地址、arp的ip地址和mac的映射解析,用于连接不同ip地址之间的路由、源路径和目标路径;所述传输层至少利用tcp、udp协议封装并解析传输层数据,所述传输层能够屏蔽网络传输过程中的底层具体数据封装传输,直接为上层提供端到端的数据传输;所述应用层建立在所述传输层之上,用于直接关注应用数据、报文的交互;

远程监控中心,其内设置有数据显示单元、harr特征算法模型和数据共享模块;其中所述数据显示单元为投影仪或者dlp大屏幕拼接显示单元;所述harr特征算法模型包括分类器模块,所述分类器模块包括haar分类器和与所述haar分类器连接的adaboost分类器,所述haar分类器和adaboost分类器均设置有i/o数据接口和usb接口;所述数据共享模块至少设置有rs232接口、rs485接口、远程数据接口、tcp/ip通讯协议接口、无线通讯接口或usb接口;其中:

所述图像采集单元的输出端与所述数据传输网络的输入端连接,所述数据传输网络的输出端与所述远程监控中心的输入端连接,所述远程监控中心的输出端分别与所述harr特征算法模型、数据共享模块和数据显示单元的输入端连接。

2.利用权利要求1所述的一种harr特征大数据算法的教育技术学教学系统进行教学的方法,其特征在于:包括以下步骤:

(s1)利用图像采集单元采集学生上课图像;

(s2)通过数据传输网络传递所述图像采集单元采集到的学生图像;

(s3)启动harr特征算法模型获取学生人脸harr特征图像(s4)利用数据显示单元对harr特征算法模型处理后的学生人脸图像进行识别;

(s5)观察学生人脸图像是否满足harr特征?当满足harr特征时,则进行下一步的处理,则不满足harr特征时,返回步骤(s3),重新启动harr特征算法模型获取学生人脸harr特征图像;

(s6)观察学生人脸图像是否满足监管需求?当满足教师对学生的监管需求时,则进行步骤(7),当不满足教师对学生的监管需求时,则返回步骤(s3),重新启动harr特征算法模型获取学生人脸harr特征图像;

(s7)识别结束,利用数据共享模块实现数据共享。

3.根据权利要求2所述的一种harr特征大数据算法的教育技术学教学系统进行教学的方法,其特征在于:所述步骤(s1)中,所述图像采集单元采集到的学生上课图像为人脸图像,格式为jpg格式。

4.根据权利要求2所述的一种harr特征大数据算法的教育技术学教学系统进行教学的方法,其特征在于:所述步骤(s2)中,所述数据传输网络传递时间介于2s-10s之间。

5.根据权利要求2所述的一种harr特征大数据算法的教育技术学教学系统进行教学的方法,其特征在于:所述步骤(s3)中,所述harr特征算法模型的工作方法包括以下步骤:

(s31)harr图像特征提取;对采集到的图像进行关键性特征识别,所述特征包括人脸边缘特征、线性特征、中心特征和对角线特征,通过提取提取确定haar特征值,所述haar特征值能够反映haar特征值图像的灰度变化,其中,在计算haar特征值时,应用的计算公式为:

t特征值=s白色-s黑色;(1)

(s32)harr图像特征计算,为了快速计算harr特征,应用改进性积分图法进行计算,通过遍历一次图像,求出图像中所有区域像素和,所述改进性积分图法计算方法为:

(s321)将待研究的图像构建成像素数组,用s(i,j)表示行方向的累加和,初始化值有:

s(i,-1)=0;(2)

(s322)用ii(i,j)表示一个积分图像,初始化:

ii(-1,i)=0;(3)

(s323)逐行扫描图像,递归计算每个像素(i,j)行方向的累加和s(i,j)和积分图像ii(i,j)的值,则:

s(i,j)=s(i,j-1)+f(i,j);(4)

ii(i,j)=ii(i-1,j)+s(i,j);(5)

(s323)扫描图像一遍,当到达图像右下角像素时,则完成积分图像ii的构造;

当计算图像中某个区域的像素和时,直接通过索引数组的元素,直接计算所述区域的像素和;用公式表示为:

公式(6)表示为位置(i,j)处的值ii(i,j)是原图像(i,j)左上角方向所有像素的和:

(s33)harr图像特征拓展,所述harr图像特征包括边缘特征、线特征环、中心环绕特征和对角线特征。

6.根据权利要求5所述的一种harr特征大数据算法的教育技术学教学系统进行教学的方法,其特征在于:应用改进性积分图法进行计算的时间介于0.5-3秒。

7.根据权利要求1所述的一种harr特征大数据算法的教育技术学教学系统进行教学的方法,其特征在于:所述haar分类器为级联分类器,所述级联分类器通过adaboost算法把不同的、多个区分人脸图像特征的分类器组合在一起,最终得出强分类器,其步骤如下:

(1)获取最初的弱分类器:通过最基本的haar-like特征获得1个最初弱分类器;

假设在训练样本集为(x1,y1),(x2,y2),...,(xn,yn),其中yi=0表示为非人脸负样本,yi=1表示为人脸,n表示为训练样本的数量,然后再初始化权重,则有:

w1,i=d(i)

(7)

然后归一化权重,则有:

对于每个特征f,训练出弱分类器h(x,f,p,θ),计算出对应的所有特征的弱分类器的加权为qt的错误率εf;

(2)将弱分类器训练成为最优弱分类器;将多个弱分类器器级联起来,将输出的分类误差最小,输出最佳分类器;

(3)将最优弱分类器训练成为强分类器;在经过t次迭代后,得到t个最佳分类器,则有弱分类器h1(x),h2(x),...,ht(x),将这些弱分类器级联起来,输出强分类器,得出:

其中:

8.根据权利要求2所述的一种harr特征大数据算法的教育技术学教学系统进行教学的方法,其特征在于:所述步骤(s4)中,所述数据显示单元为网格式显示。

9.根据权利要求2所述的一种harr特征大数据算法的教育技术学教学系统进行教学的方法,其特征在于:所述步骤(s5)中,观察学生人脸图像是否满足harr特征的判断标准为迭代次数t是否大于200,当迭代次数t大于200时,表示输出较好的harr特征值,当迭代次数t小于200时,表示需要重新进行迭代计算,直到迭代次数t大于200为止。

10.根据权利要求2所述的一种harr特征大数据算法的教育技术学教学系统进行教学的方法,其特征在于:所述步骤(s6)中,观察学生人脸图像是否满足监管需求的判断标准为:当授课人员能够观察到75%以上的学生都处于良好的听课状态时,表示听课状态良好,低于75%以下时,表示课堂秩序欠佳,当高于90%时,表示课堂秩序优秀。


技术总结
本发明公开了一种Harr特征大数据算法的教育技术学教学系统及方法,涉及教育技术领域,本发明系统中的图像采集单元的输出端与数据传输网络的输入端连接,数据传输网络的输出端与远程监控中心的输入端连接,远程监控中心的输出端分别与Harr特征算法模型、数据共享模块和数据显示单元的输入端连接。本发明通过远程教学实现逼真的现场学习观摩,节省大量的学习资源,教师不必亲临现场即可实现远程教学,并能够观察到学生的面部表情,提高了教学过程中的师生互动能力。并且通过一个教师与多个教室内学生的授课,获取多个教师内学习的听课信息,大大节约了教室、教师资源,提高了网络教育资源的技术水平。

技术研发人员:胡时英
受保护的技术使用者:胡时英
技术研发日:2020.05.07
技术公布日:2020.08.25
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