CN103164993A - 数字教学系统及其屏幕监控方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于数字教学系统的屏幕监控方法包含的步骤如下。同时撷取老师电子装置的屏幕画面以及学生电子装置的屏幕画面。使用第一影像比对法，比对老师及学生画面影像而产生第一差异值。当第一差异值大于第一阀值时，比对第一差异值与第二阀值。当第一差异值不大于第二阀值时，使用第二影像比对法，比对老师及学生画面影像产生第二差异值。当第一差异值大于第二阀值或第二差异值大于第三阀值时，传送具异常画面的学生电子装置的屏幕画面至老师电子装置。

Description

数字教学系统及其屏幕监控方法

技术领域

本发明是有关于一种系统及其屏幕监控方法，且特别是有关于一种数字教学系统及其屏幕监控方法。 

背景技术

随着科技的发展与进步，计算机的大众化使人们家中都具有至少一台计算机，也因此带动了因特网的发展，使得人们日常生活充斥着因特网。

过去，人们只能从书中获取知识的观念渐渐地因为因特网的发展而消逝。因此，使用计算机透过因特网造就了秀才不出门而能知天下事的情况。然而，科技的进步也造就了时代的变迁，因特网的应用层面渐渐地融入到了教学领域，过去老师利用粉笔黑板授课的情况也已演变成为一网络学习平台授课。其中，老师与学生透过计算机的连接而得以在网络学习平台上进行教学与学习。

但是，由于计算机结合因特网所带来的便利，使得学生在上课期间可轻易的开启与教学内容无关的窗口画面，使得老师无法立即察觉，因而影响了老师在教学上的质量。另外，若老师将所有学生的画面影像显示在老师的计算机上以作为教学时的监控，也就是说，每个学生的画面影像皆需回传至老师的计算机，因此会造成老师计算机的系统负荷增加，进而影响老师使用计算机屏幕数字教学时的教学质量。

发明内容

本发明提供了一种数字教学系统及其屏幕监控方法以解决先前技术所面临的问题。

根据本发明一实施方式，一种屏幕监控方法应用于数字教学系统，屏幕监控方法包含同时撷取老师电子装置的屏幕画面作为老师画面影像以及学生电子装置的屏幕画面作为学生画面影像。使用第一影像比对法，比对老师画面影像与学生画面影像，而产生第一差异值。比对第一差异值与预设的第一阀值。当第一差异值大于第一阀值时，比对第一差异值与预设的第二阀值。当第一差异值不大于第二阀值时，使用第二影像比对法分析比对老师画面影像与学生画面影像，而产生第二差异值。比对第二差异值与预设的第三阀值。当第一差异值大于第二阀值或第二差异值大于第三阀值时，定义学生画面影像为异常画面。传送具异常画面的学生电子装置的屏幕画面至老师电子装置中，令老师电子装置显示具异常画面的学生电子装置的屏幕画面和学生信息。

根据本发明另一实施方式，一种数字教学系统包含传输组件以及处理组件。传输组件透过网络，连接一老师电子装置以及至少一学生电子装置。处理组件电性连接传输组件，处理组件包含撷取模块、第一影像比对模块、第一阀值比对模块、第二阀值比对模块、第二影像比对模块、第三阀值比对模块、异常画面定义模块以及传送模块。撷取模块用以在同一时间点撷取老师电子装置的屏幕画面作为老师画面影像以及学生电子装置的屏幕画面作为学生画面影像。第一影像比对模块用以比对老师画面影像与学生画面影像而产生第一差异值。第一阀值比对模块用以比对第一差异值与预设的第一阀值。第二阀值比对模块用以当第一差异值大于第一阀值时，比对第一差异值与预设的第二阀值。第二影像比对模块用以当第一差异值不大于第二阀值时，使用第二影像比对法分析比对老师画面影像与学生画面影像，而产生第二差异值。第三阀值比对模块用以比对第二差异值与预设的第三阀值。异常画面定义模块用以当第一差异值大于第二阀值或第二差异值大于第三阀值时，定义学生画面影像为异常画面。传送模块用以透过传输组件，传送具异常画面的学生电子装置的屏幕画面至老师电子装置中，令老师电子装置的屏幕画面上显示具异常画面的学生电子装置的屏幕画面和学生信息。

本发明的数字教学系统及其屏幕监控方法，可使用运算速度较快且较不耗系统资源的第一影像比对法初步筛选出与老师电子装置画面影像相异或相同的学生电子装置，进而使用较耗系统资源但辨识度较高的第二影像比对法比对剩余的学生电子装置与老师电子装置的画面影像异同，使得老师可在使用较少的系统资源需求下快速且准确的得知与老师电子装置的画面影像相异的学生电子装置。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：

图1是绘示依照本发明一实施方式的一种数字教学系统的示意图。

图2是绘示依照第1图的应用于数字教学系统的屏幕监控方法的步骤流程图。

图3是绘示依照本发明一实施方式的一种数字教学系统的功能方块图。

【符号说明】

10：数字教学系统

100a：传输组件

100b：处理组件

110：撷取模块

120：第一影像比对模块

130：第一阀值比对模块

140：第二阀值比对模块

150：第二影像比对模块

160：第三阀值比对模块    170：异常画面定义模块

180：传送模块

192：异常画面统计模块

194：画面相符判定模块

20：老师电子装置

30：学生电子装置

200：屏幕监控方法

210～280：步骤。 

具体实施方式

以下将以图式及详细说明本发明的精神，任何所属技术领域中具有通常知识者在了解本发明的较佳实施例后，当可由本发明所教示的技术加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。另一方面，众所周知的组件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本发明造成不必要的限制。

请同时参照图1与图2，图1是绘示依照本发明一实施方式的一种数字教学系统10的示意图。图2是绘示依照图1的应用于数字教学系统10的屏幕监控方法200的步骤流程图。如图1与图2所示，一种屏幕监控方法200可应用于一数字教学系统10上。因此，当学生在学生电子装置30上开启与教学内容相异的窗口时，老师在使用老师电子装置20教学的同时可实时地发现，使得老师可立即向学生提出纠正以保持老师在数字教学上的教学质量。在本实施例中，学生电子装置30可为一供学生操作的计算机，老师电子装置20可为一供老师操作的计算机，但不以此为限。

屏幕监控方法200可包含以下步骤210至280。应了解到，在本实施例中所提及的步骤，除特别叙明其顺序者外，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行。

屏幕监控方法200包含以下步骤：

在步骤210中，同时撷取一老师电子装置20的屏幕画面作为一老师画面影像以及至少一学生电子装置30的屏幕画面作为一学生画面影像。使用第一影像比对法，比对老师画面影像与学生画面影像，而产生第一差异值。

在本实施例中，数字教学系统10可透过一网络以有线或无线的方式分别连接一老师电子装置20与数个学生电子装置30，并以撷取老师电子装置20的屏幕画面作为老师画面影像以及同一时间点的数个学生电子装置30的屏幕画面作为学生画面影像。在本实施例中，所述网络可为一局域网络或可为一因特网，但不以此为限。

在一些实施例中，数字教学系统10内撷取老师画面影像以及数个学生画面影像后，可对老师画面影像以及学生画面影像进行影像前处理以去除画面影像的噪声以及增加其特征的对比度。应了解到，本文所述的「影像前处理」是指将自屏幕撷取的画面影像在数字教学系统10的处理组件进行对应的运算处理，使得画面影像调整其色度、灰阶值、对比度、二值化…等特征，但不以此为限。

然而，数字教学系统10内所撷取的老师画面影像以及数个学生画面影像在进行影像前处理后，可使用第一影像比对法，比对老师画面影像与每一学生画面影像，而产生一第一差异值。也就是说，在数字教学系统10的处理组件内，使用第一影像比对法分别将数个学生画面影像比对老师画面影像以进行分析，而得到每一学生画面影像与老师画面影像之间的第一差异值。其中，每一第一差异值表示每一学生画面影像与老师画面影像的差异程度。

在本实施例中，第一影像比对法可使用较不耗系统资源且信息处理速度较快的影像比对法，用以初步比对学生画面影像与老师画面影像。举例来说，第一影像比对法可为比对画面影像的数据文件大小或画面影像的窗口比例，而取得学生画面影像与老师画面影像之间的第一差异值，用以表示老师电子装置20与学生电子装置30的画面影像之间的差异程度，但不以此为限。

再者，在取得每一学生画面影像与老师画面影像之间的第一差异值后，进一步比对每一学生画面影像的第一差异值与数字教学系统10内根据第一影像比对法所预设的第一阀值（步骤220）。其中，当第一差异值小于等于（也就是不大于）第一阀值时，可表示老师与学生的画面影像之间的差异程度很小，而可视为老师与学生的画面影像之间没有差异。因此，数字教学系统10不需进一步比对此学生画面影像与老师画面影像而回到步骤210继续比对另一时间点的学生画面影像与老师画面影像。在其它实施例中，数字教学系统10还可在判定学生画面影像与老师画面影像相符而删除此学生电子装置30的画面影像后，回到步骤210进行比对其它学生电子装置30与老师电子装置20的画面影像，但不以此为限。在本实施例中，第一差异值可为一灰阶值，且第一阀值可为一灰阶值，但不以此为限。

另外，当第一差异值大于第一阀值时，可进一步将第一差异值比对根据第一影像比对法所预设的第二阀值（步骤230）。当第一差异值大于第二阀值时，可定义此学生画面影像与老师画面影像之间的差异程度很大，因而判定老师电子装置20的屏幕画面与学生电子装置30的屏幕画面为相异画面。因此，数字教学系统10可进一步定义此学生画面影像为一异常画面（步骤240）。在本实施例中，第一差异值可为一灰阶值，且第二阀值可为一灰阶值，但不以此为限。

另一方面，当第一差异值大于第一阀值且小于等于（也就是不大于）第二阀值时，数字教学系统10可进一步将剩余的学生画面影像与老师画面影像以第二影像比对法进行影像分析比对而产生一第二差异值用以描述学生与老师画面影像之间的差异程度（步骤250）。在本实施例中，第二影像比对法可采用相较于第一影像比对法较为准确的影像比对法，但同时也较耗数字教学系统10的系统资源。举例来说，第二影像比对法可为比对学生画面影像与老师画面影像的影像边缘或比对学生画面影像与老师画面影像的同一特定区块的特征值，藉此取得关于学生画面影像与老师画面影像差异程度的第二差异值。

然而，前述的「比对学生画面影像与老师画面影像的区块特征值」是指将老师画面影像与学生画面影像进行特征撷取，撷取方式可分为全域 (global) 与局部性 (local) 的特征撷取。全域特征撷取是指直接自整张影像计算某些特征值或分布，也就是说，前述的特定区块是为整个影像画面。然而，局部性 (local) 的特征撷取是将老师画面影像与学生画面影像分别分成数个特定区块，并以比对特定区块中的特征来记录老师画面影像与学生画面影像的差异程度。

另外，前述的「比对学生画面影像与老师画面影像的影像边缘」是指先进行学生画面影像与老师画面影像进行边缘强化，进而将学生画面影像与老师画面影像的影像特征简化到只剩边缘信息。之后，比对学生画面影像与老师画面影像的边缘信息以得到第二差异值。应了解到，上述第二影像比对法的实施方式，仅为例示，在其它实施例中，第二影像比对法也可为其它不同的影像比对法。

进一步地，将经分析取得的第二差异值与数字教学系统10内部预设的第三阀值进行数值的大小比较，以判定剩余的学生电子装置30画面影像与老师电子装置20画面影像的异同（步骤260）。在本实施例中，第二差异值可为一灰阶值，且第三阀值可为一灰阶值，但不以此为限。

当第二差异值小于等于（也就是不大于）第三阀值时，可表示老师画面影像与学生画面影像之间的差异程度很小，可视为老师与学生的画面影像没有差异。因此，数字教学系统10不需进一步比对此学生画面影像与老师画面影像而回到步骤210继续比对其它学生与老师的画面影像。在其它实施例中，数字教学系统10还可进一步判定学生电子装置30的画面影像与老师电子装置20的画面影像相符而删除此学生电子装置30的画面影像，进而回到步骤210进行比对另一时间点的学生画面影像与老师画面影像，但不以此为限。

另外，当第二差异值大于第三阀值时，数字教学系统10判定老师画面影像与学生画面影像为相异画面。因此，数字教学系统10可进一步定义此学生画面影像为异常画面（步骤240）。

在一些实施例中，经由第一影像比对法取得每一学生画面影像与老师画面影像之间的第一差异值后，可将第一阀值设定为5%灰阶值（也就是灰阶值为0.05），当第一差异值小于或等于5%灰阶值（也就是灰阶值为0.05）时，表示老师与学生的画面影像之间的差异程度很小，而可视为老师与学生的画面影像之间没有差异。另外，可将第二阀值设定为80%灰阶值（也就是灰阶值为0.8），当第一差异值大于80%灰阶值（也就是灰阶值为0.8）时，表示老师与学生的画面影像之间的差异程度很大，而可判定老师电子装置20的屏幕画面与学生电子装置30的屏幕画面为相异画面。

然而，当第一差异值小于等于第二阀值且大于第一阀值时，也就是说，当第一差异值小于等于80%灰阶值（也就是灰阶值为0.8）且大于5%灰阶值（也就是灰阶值为0.05）时，可进一步以第二影像比对法进行影像分析比对而取得第二差异值。在取得第二差异值后，可将第三阀值设定为10灰阶值（也就是灰阶值为10）。当第二差异值大于10灰阶值（也就是灰阶值为10）时，表示表示老师与学生的画面影像之间的差异程度很大，因而判定老师电子装置20的屏幕画面与学生电子装置30的屏幕画面为相异画面。当第二差异值小于或等于10灰阶值（也就是灰阶值为10）时，表示老师与学生的画面影像之间的差异程度很小，而可视为老师与学生的画面影像之间没有差异，其中第一阀值、第二阀值以及第三阀值可为不同的灰阶值，但不以此为限。应了解到，本实施例内所提及的第一阀值、第二阀值以及第三阀值的数字以及单位仅作为例示，而非用以局限本发明的实施。

因此，当学生画面被定义为异常画面时，数字教学系统10可传送具异常画面的学生电子装置30的屏幕画面至老师电子装置20中（步骤270），以通知老师此学生电子装置30的屏幕画面与老师电子装置20的屏幕画面不同。在一些实施例中，数字教学系统10还可进一步计算同一台学生电子装置内的异常画面的个数。当在一区段时间内同一台学生电子装置内的异常画面的总个数大于一预设的异常值时，数字教学系统10可传送具异常画面的学生电子装置30的屏幕画面至老师电子装置20中（步骤270），以通知老师此学生电子装置30的屏幕画面与老师电子装置20的屏幕画面不同。然而，在老师由老师电子装置20中得到通知后，老师电子装置20的屏幕上可显示具异常画面的学生电子装置30的屏幕画面和学生信息（步骤280）。前述的学生信息可为学生的电子装置编号、学生姓名、学生学号…等学生相关信息，但不以此为限。

在本实施例中，屏幕监控方法200可间隔地进行，也就是说，在老师进行数字教学时，每间隔一段时间后才在一区段时间内进行屏幕监控方法200，但不以此为限。

请参照图3，其绘示依照本发明一实施方式的一种数字教学系统10的功能方块图。如图3所示，一种数字教学系统10可应用图2所述的屏幕监控方法200而实作，其中数字教学系统10包含传输组件100a以及处理组件100b。其中，数字教学系统10可为一电子装置。传输组件100a可透过建立有线或无线网络通讯协议，与网络建立连结，以连接一老师电子装置20以及至少一学生电子装置30。在本实施例中，传输组件100a可为一网络卡，但不以此为限。另外，在本实施例中，数字教学系统10可为一计算机，老师电子装置20可为一供老师操作的计算机，学生电子装置30可为一供学生操作的计算机，但皆不以此为限。

处理组件100b电性连接传输组件100a，处理组件100b包含撷取模块110、第一影像比对模块120、第一阀值比对模块130、第二阀值比对模块140、第二影像比对模块150、第三阀值比对模块160、异常画面定义模块170以及传送模块180。在本实施例中，处理组件100b可为一中央处理器（Central Processing Unit，CPU），但不以此为限。

撷取模块110用以在同一时间点撷取老师电子装置20的屏幕画面作为老师画面影像以及学生电子装置30的屏幕画面作为学生画面影像。

第一影像比对模块120用以比对老师画面影像与学生画面影像而产生第一差异值。在本实施例中，第一影像比对模块120可为比对学生画面影像与老师画面影像的档案大小或开启的窗口比例大小，但不以此为限。

第一阀值比对模块130用以比对第一差异值与预设的第一阀值。

当第一差异值大于第一阀值时，第二阀值比对模块140用以比对第一差异值与预设的第二阀值。

当第一差异值不大于第二阀值时，第二影像比对模块150用以使用第二影像比对法分析比对老师画面影像与学生画面影像，而产生第二差异值。在本实施例中，第二影像比对模块可为比对学生画面影像与老师画面影像的区块特征值或影像边缘，但不以此为限。

第三阀值比对模块160用以比对第二差异值与预设的第三阀值。

当第一差异值大于第二阀值或第二差异值大于第三阀值时，异常画面定义模块170用以定义学生画面影像为异常画面。

传送模块180，用以透过传输组件100a，传送具异常画面的学生电子装置的屏幕画面至老师电子装置中，令老师电子装置的屏幕画面上显示具异常画面的学生电子装置的屏幕画面和学生信息。

在一些实施例中，处理组件100b还包含异常画面统计模块192，用以统计一学生电子装置在一区段时间内的异常画面的总个数，且当异常画面的总个数大于预设的一异常值时，启用传送模块180进而通知老师具有异常画面的学生电子装置，但不以此为限。

在一些实施例中，当第一差异值不大于第一阀值或第二差异值不大于第三阀值时，处理组件100b还包含画面相符判定模块194，用以判定学生画面影像与老师画面影像相符，进而比对另一时间点的学生画面影像与老师画面影像，但不以此为限。在其它实施例中，可不需判定学生画面影像与老师画面影像的画面相符而直接比对另一时间点的学生画面影像与老师画面影像。应了解到，前述的第一阀值、第二阀值以及第三阀值可为不同的灰阶值，但不以此为限。

由上述本发明实施方式可知，应用本发明具有以下优点：

本发明的数字教学系统及其屏幕监控方法，可使用运算速度较快且较不耗系统资源的第一影像比对法初步筛选出与老师电子装置画面影像相异或相同的学生电子装置，进而使用较耗系统资源但辨识度较高的第二影像比对法比对剩余的学生电子装置与老师电子装置的画面影像异同，使得老师可在使用较少的系统资源需求下快速且准确的得知与老师电子装置的画面影像相异的学生电子装置。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。 

Claims (12)

1.一种屏幕监控方法，其特征在于：应用于一数字教学系统，该屏幕监控方法包含：

(a)同时撷取一老师电子装置的屏幕画面作为一老师画面影像以及至少一学生电子装置的屏幕画面作为一学生画面影像；

(b)使用一第一影像比对法，比对该老师画面影像与该学生画面影像，而产生一第一差异值；

(c)比对该第一差异值与预设的一第一阀值；

(d)当该第一差异值大于该第一阀值时，比对该第一差异值与预设的一第二阀值；

(e)当该第一差异值不大于该第二阀值时，使用一第二影像比对法分析比对该老师画面影像与该学生画面影像，而产生一第二差异值；

(f)比对该第二差异值与预设的一第三阀值；

(g)当该第一差异值大于该第二阀值或该第二差异值大于该第三阀值时，定义该学生画面影像为一异常画面；以及

(h)传送具该异常画面的该学生电子装置的屏幕画面至该老师电子装置中，令该老师电子装置的屏幕画面上显示具该异常画面的该学生电子装置的屏幕画面和学生信息。

2.根据权利要求1所述的屏幕监控方法，其特征在于，还包含：

在一区段时间内，间隔地进行步骤(a)~(g)；

统计该异常画面的总个数；

比对该异常画面的总个数与预设的一异常值；以及

当该异常画面的总个数大于该异常值时，进行步骤(h)。

3.根据权利要求1所述的屏幕监控方法，其特征在于还包含：

当该第一差异值不大于该第一阀值或该些第二差异值不大于该第三阀值时，判定该学生画面影像与该老师画面影像相符。

4.根据权利要求1所述的屏幕监控方法，其特征在于：其中该第一影像比对法包含：

比对该学生画面影像与该老师画面影像的档案大小或开启的窗口比例大小。

5.根据权利要求1所述的屏幕监控方法，其特征在于：其中该第二影像比对法包含：

比对该学生画面影像与该老师画面影像的区块特征值或影像边缘。

6.根据权利要求1所述的屏幕监控方法，其特征在于：其中该第一阀值、该第二阀值以及该第三阀值为不同的灰阶值。

7.一种数字教学系统，其特征在于包含：

一传输组件，透过一网络，连接一老师电子装置以及至少一学生电子装置；以及

一处理组件，电性连接该传输组件，该处理组件包含：

一撷取模块，用以在同一时间点撷取该老师电子装置的屏幕画面作为一老师画面影像以及该学生电子装置的屏幕画面作为一学生画面影像；

一第一影像比对模块，用以比对该老师画面影像与该学生画面影像，而产生一第一差异值；

一第一阀值比对模块，用以比对该第一差异值与预设的一第一阀值；

一第二阀值比对模块，用以当该第一差异值大于该第一阀值时，比对该第一差异值与预设的一第二阀值；

一第二影像比对模块，用以当该第一差异值不大于该第二阀值时，使用一第二影像比对法分析比对该老师画面影像与该学生画面影像，而产生一第二差异值；

一第三阀值比对模块，用以比对该第二差异值与预设的一第三阀值；

一异常画面定义模块，用以当该第一差异值大于该第二阀值或该第二差异值大于该第三阀值时，定义该学生画面影像为一异常画面；以及

一传送模块，用以透过该传输组件，传送具该异常画面的该学生电子装置的屏幕画面至该老师电子装置中，令该老师电子装置的屏幕画面上显示具该异常画面的该学生电子装置的屏幕画面和学生信息。

8.根据权利要求7所述的数字教学系统，其特征在于：其中该处理组件还包含：

一异常画面统计模块，用以统计该学生电子装置在一区段时间内的该异常画面的总个数，且当该异常画面的总个数大于预设的一异常值时，启用该传送模块。

9.根据权利要求7所述的数字教学系统，其特征在于：其中该处理组件还包含：

一画面相符判定模块，用以当该第一差异值不大于该第一阀值或该些第二差异值不大于该第三阀值时，判定该学生画面影像与该老师画面影像相符。

10.根据权利要求7所述的数字教学系统，其特征在于：其中该第一影像比对模块是比对该学生画面影像与该老师画面影像的档案大小或开启的窗口比例大小。

11.根据权利要求7所述的数字教学系统，其特征在于：其中该第二影像比对模块是比对该学生画面影像与该老师画面影像的区块特征值或影像边缘。

12.根据权利要求7所述的数字教学系统，其特征在于：其中该第一阀值、该第二阀值以及该第三阀值为不同的灰阶值。

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