CN102354378A

CN102354378A - 基于图像识别和网络的教室管理系统

Info

Publication number: CN102354378A
Application number: CN2011101323497A
Authority: CN
Inventors: 邓方; 刘文杰; 马登辉; 闫浩; 陈杰; 呙畅; 黎达
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2012-02-15

Abstract

本发明涉及一种基于图像识别和网络的教室管理系统，包括图像采集系统、图像处理系统和信息发布系统；图像采集系统在教室采集图像，传输给图像处理系统，图像处理系统将采集的图像信息进行处理和识别，得到人数统计信息，并传输给信息发布系统进行发布。通过应用此系统，让每个教室的座位占用情况更直观的用数据展现出来，方便学校对教育教学的管理，同时方便同学们更方便快捷的找到自己需要的教室。本发明运用自适应方法对教室中的人数进行统计，并抑制外部干扰(如光照，灯光等)对系统性能的影响，从而提高输出人数的精度与快速性。

Description

基于图像识别和网络的教室管理系统

技术领域

本发明涉及一种教室管理系统，特别涉及一种基于图像识别和网络的教室管理系统。

背景技术

对教室的使用情况进行管理，在现实中是一件很有用的事。例如，对于需要上自习的同学，可以方便找到有座位的自习室去上自习，省去找自习室的麻烦；去上课的同学和教师可以方便查询到教室的情况，例如教室的具体位置，现有人数，空座位数量等。

基于教室这个特定场所，进行教室的人数统计是教室管理的核心问题和难点。对于现有的人数统计算法，实时性和准确性是其主要的评价指标。基于教室这个特定场所，因受视频源质量的影响，人数统计算法会有一定的误差，主要的影响因素就是视频的采集方法的选取，再就是教室这个特定场所有一些独特的因素：有人用书或者书包占座、教室的座位固定、教室容量一定、教室的摄像头一般位于教室斜上方且人员会有遮挡等。这些不确定因素都为准确测出教室的人数带来了困难。

现有的人数统计系统包括：一种方法是借助IC卡、IC卡验证装置，IC卡采用实名、一人一卡制。另一种方法是：用一种计数装置，具体说是涉及一种流动人数统计装置，特别的一种客运工具乘客人数自动统计装置，该装置包括由依次连接的进出判别器、可逆计数器、译码驱动器和显示电路构成的乘客人数统计电路，其特征在于所述的进出判别器的进出输入端自后向前分别依次连接有传感信号处理器和热释电红外线传感器，借助于这些设备统计出具体的人数。第三种方法是将摄像头摆放于开放空间(主要是商场或者广场)的上方来检测相应空间中的人头的位置，进而得到相应空间的人数。

针对第一种方法，要具备特定的IC卡，这个在教室中实现较为困难，且成本难以控制。对于第二种方法，要在教室进出口安装一套设备来检测，这显然会带来出入不便，且成本也难以控制。对于第三种方法，要在教室实现，很难实现，因为教室的高度决定了摄像头不可能摆放的过高，也不可能没有遮挡，且书包等与头发颜色相同的物体会影响其精度。

人数统计算法是教室管理系统的核心问题。在教室架设摄像头，得到的图像有以下特点：

1、拍摄的图像中只能完整地显示中间区域的人数的具体状况，对于两侧的人数的具体状况不能很好的体现出来。

2、人的遮挡很明显，这就为分离出单个人带来了很大的不便。

3、教室中常常有一个人占多个座位的情况，占座常用书本，书包等。

4、离摄像头较远的前几排的人基本已经看不清。

5、摄像头拍摄的是人的背部，不适用于人脸识别。

6、受日光和灯光的影响较大。

7、教室上课时老师和PPT背投幕会对图像判别产生影响。

8、人员走动会对图像判别产生影响。

基于上述几点，我们可以了解到教室统计人数的复杂性和不确定性。我们对一些方法进行了多次的实验发现：

对于在教室出入口架设摄像头进行人数统计的方法，优点是：方便统计，可以应用人脸识别等技术，且准确性高，但是只适用于人员出入简单的情况，对于上下课人多的高峰期，就会由于人的遮挡问题，导致统计误差的产生。而且由于要架设专门的摄像头，要增加开支。

由于无法分出人的身形加之摄像头拍摄的图像有重叠的区域，故无法用三角形进行与人头和肩膀的相关运算进行人数统计。

由于不能很好的分割出人的区域范围，加之电脑，书包，书等的影响，想要得到单个人的图像很难。所以不能将整个图像进行特征提取。

分别对颜色红、绿、蓝区域进行分割的效果也不是很好，因为书本，书包等对光照过于敏感，会很大程度上影响影像处理的结果。

各个教室的摄像头精度也有很大的差异，即使是比较清楚的教室摄像头采集的图像，仍然不能看清前几排人的状况，只能知道具体某个位置有没有被占，对于占座的是人还是书，基本分辨不出来，也就无法通过人体识别来辨别是不是人。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于教室这个特定场所的管理系统，该系统针对不同教室使用情况下(如：上课、下课和自习等)，教室人数模型的变化，运用自适应算法对教室中的人数进行统计，并将教室信息进行发布。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明提供了一种基于图像识别和网络的教室管理系统，包括图像采集系统、图像处理系统和信息发布系统；图像采集系统在教室采集图像，传输给图像处理系统，图像处理系统将采集的图像信息进行处理和识别，得到人数统计信息，并传输给信息发布系统进行发布。

图像采集系统由安装在各个教室的监控摄像头组成，为防止摄像头的角度问题造成的误判，需要融合多个摄像头的信息，从不同角度不同时间的画面综合判断教室的人数。

数据处理系统通常由电脑完成，它将采集的图像信息进行处理和识别，并给出具体可用的数据，如本教室的人数等，再通过数据传输系统上网，传到相应的网站，由信息发布系统进行发布。

在图像识别的基础上，信息发布系统可以建立基于网络的可实时查询相关信息的网站。该网站把每个教室的利用情况进行实时显示，例如该教室有多少个座位，是否有课，有什么课；对有课的教室，有多少人出勤，出勤率是多少，老师的出勤情况；对没有课的教室，上自习人数，座位剩余情况等信息自动输入网站的数据库。

在网站上发布教室的使用情况，对于学校内教室和学生使用教室以及管理人员管理教室都具有现实意义。需要上自习的同学，可以方便找到有座位的自习室去上自习，省去找自习室的麻烦，也可以去旁听别的老师的课，因为所有的教室在上的课都一目了然；去上课的同学和教师可以方便查询到教室的情况，例如教室的具体位置，现有人数，空座位数量等。

数据处理系统进行人数统计的方法为：首先读入无人时和有人时的图像，将每一排从整个图像中分离出来，再对每一排的图像进行滤波和腐蚀重构处理，以减小光照的影响；将处理后图像转化为灰度图像，并进行直方图均衡化，然后将均衡化后的源图像与目标图像的每一排做绝对差处理，得到差值图像；将差值图像中每个座位区域分离出来，并将其二值化，再进行区域标记；计算每个座位对应的标记区域面积是否满足设定的条件；满足则代表有人，不满足则代表没人，从而得到教室的人数统计信息。

有益效果

通过应用此系统，可以方便学校对教育教学的管理，同时方便同学们更方便快捷的找到自己需要的教室，让每个教室的座位占用情况更直观的用数据展现出来。本系统运用自适应方法对教室中的人数进行统计，并抑制外部干扰(如光照，灯光等)对系统性能的影响，从而提高输出人数的精度与快速性。更进一步，可在此系统的基础上发展考试自动监控系统，安保与防盗自动监控系统。

附图说明

图1是本系统的结构示意图；

图2是系统的模块结构图；

图3是具体人数统计方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本发明的优选实施方式。

本实施方式具体实现了一种教室管理系统，图1是系统的结构图，图2为系统的模块结构图。

在本实施方式中，采用的人数统计方法为：

1、先从视频中读出一张无人时的图像作为背景图像，再读出有人时的一张图像；

2、对无人和有人时的图像，以每一排为单位，从整个图像中分离出来。由于每一排的光照强度基本相同，因此以排为单位对图像进行分离，有利于对图像进行后续的滤波、腐蚀、灰度处理等操作，减小光照的影响。分排处理相对于对整个图像进行处理的优势是：受光照影响较小，可以简化算法，可以提高人数统计的准确性，稳定性较高。

3、对上一步分出的每一排的图像进行滤波和腐蚀重构操作，减小光照的影响，滤波和腐蚀重构的具体方法及参数可以根据具体的教室及摄像头情况设定；

4、对步骤3得到的图像进行灰度处理和直方图均衡处理，即将RGB图像转换至灰度域，并对得到的灰度图像进行直方图均衡化；

5、将步骤4处理后的有人与无人时的图像做绝对差，得到差值图像；

6、将差值图像中每一个座位对应的区域分离出来；

7、将上一步骤得到的图像进行二值化后再进行区域标记，得到最终的标记区域，此处的区域标记就是将二值化后的图像中白色的部分进行标记，主要是为了得到标记面积；

8、得到的标记区域的总面积即是桌面上的被占区域，当此区域超过整个桌面区域的1/3时，视为有人；

9、将各个座位上的人数相加，得到最后的总人数，即为所测区域的总人数。

为了说明本发明的内容及实施方法，给出了一个具体实施例。在实施例中引入细节的目的不是限制权利要求书的范围，而是帮助理解本发明所述方法。本领域的技术人员应理解：在不脱离本发明及其所附权利要求的精神和范围内，对最佳实施例步骤的各种修改、变化或替换都是可能的。因此，本发明不应局限于最佳实施例及附图所公开的内容。

Claims

1.一种基于图像识别和网络的教室管理系统，其特征在于，包括图像采集系统、图像处理系统和信息发布系统；图像采集系统在教室采集图像，传输给图像处理系统，图像处理系统将采集的图像信息进行处理和识别，得到人数统计信息，并传输给信息发布系统进行发布。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像识别和网络的教室管理系统，其特征在于，图像采集系统为安装在各个教室的监控摄像头。

3.根据权利要求2所述的一种基于图像识别和网络的教室管理系统，其特征在于，信息发布系统为基于网络的可实时查询相关信息的网站。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于图像识别和网络的教室管理系统，其特征在于，数据处理系统进行人数统计的方法为：首先读入无人时和有人时的图像，将每一排从整个图像中分离出来，再对每一排的图像进行滤波和腐蚀重构处理，以减小光照的影响；将处理后图像转化为灰度图像，并进行直方图均衡化，然后将均衡化后的源图像与目标图像的每一排做绝对差处理，得到差值图像；将差值图像中每个座位区域分离出来，并将其二值化，再进行区域标记；计算每个座位对应的标记区域面积是否满足设定的条件；满足则代表有人，不满足则代表没人，从而得到教室的人数统计信息。