CN106899596A - 一种远程云讲师服务装置和控制管理方法 - Google Patents

一种远程云讲师服务装置和控制管理方法 Download PDF

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Abstract

一种远程云讲师服务装置和控制管理方法，包括追踪装置、直播装置和一个或多个远程终端，追踪装置、直播装置和一个或多个远程终端之间双向通讯连接；远程终端包括麦克风、输入装置、摄像头和显示装置，直播装置包括控制处理器，扬声器、无线收发机、驱动单元、主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置，追踪装置包括加速度计、陀螺仪、高度计、无线通讯器、语音输入设备和微处理器，实现对幼儿教师工作的培训，实现教学视频在线直播观看，可以远程实现学员和云端教学老师的互动，实时的根据云端直播中教学老师的行为动作进行调整，从而实现高质量的远程教育。

Description

一种远程云讲师服务装置和控制管理方法
技术领域
本发明涉及信息技术领域，具体涉及一种远程云讲师服务装置和控制管理方法。
背景技术
目前，社会经济的快速发展，科技的快速进步，人们的生活方式已经发生了改变。传统的教育方式也逐渐被新生的教育方式所改变，教育信息化的发展使得人们可以走出教室，在远程的任意地方，就可以自由的选择需要学习的内容进行学习。
教育信息化是信息技术与教育教学过程的全面深度结合，而不单单是把信息技术作为一种工具，信息技术要和教育教学的日常行为、日常工作紧密结合起来，才能真正的发挥信息技术在改进教育教学思想、创新教育教学方法和提高教育教学质量方面的作用。
然而，针对专业性较强的幼儿园教育培训服务，都需要有专业的培训，培训的内容和效果直接影响到幼儿教师培训后的教学水平。目前的远程教育大都是以预存储教育内容作为基础，通过对培训内容需要进行前期的录制，用户通过远程登陆后进行观看。这种方式虽然可以录制较好的教学内容，但是其内容更新太慢，已经无法满足用户对于学习的需求，并且这种方式无法实现用户与教学老师之间的互动，例如在学习的过程中无法实时的和教学老师进行交流(例如提问等)。虽然，现有的远程直播的方式可以实现教学老师和学生之间的互动，但是这种直播往往只能在固定的位置进行教学，无法实现移动式的演示教学，如果需要移动位置，则需要人工的调整拍摄的位置，不但浪费资源并且拍摄效果不佳，学院容易产生焦躁心里，使得教学质量下降。
当然，现有技术中也存在基于教学老师的粗略定位位置来调整拍摄角度的直播方式，但是这种方式的调整精度不够，调整的过程中容易对拍摄画面差生影响，拍摄图像可能模糊不清，并且无法满足大视场，会出现较大盲区或通过远距离的录制采集，实际学习观看时可能出现无法看清培训内容(例如具体的操作)，培训效率低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，为幼儿教师师训管理提供平台，实现对幼儿教师工作的培训，实现教学视频在线直播观看，幼儿教师通过免费注册登录后，可以远程实现学员和云端教学老师的互动，通过优化设计的装置，实时的根据云端直播中教学老师的行为动作进行调整，从而实现高质量的云讲师远程教学直播的远程云讲师服务装置和控制管理方法。
本发明提供了一种远程云讲师服务装置，包括追踪装置、直播装置和一个或多个远程终端，追踪装置、直播装置和一个或多个远程终端之间双向通讯连接：
远程终端包括麦克风、输入装置、摄像头和显示装置，其中显示装置能够直接显示直播画面，或同时显示直播画面和摄像头采集画面；
直播装置包括控制处理器，扬声器、无线收发机、驱动单元、主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置，控制处理器分别连接扬声器、无线收发机、驱动单元、主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置；其中主拍摄装置设置在实景房间的一侧墙面上，第一辅助拍摄装置和第二辅助拍摄装置设置在同一墙面上距离主拍摄装置水平方向上的长度为L的位置处，主拍摄装置具有比第一辅助拍摄装置和第二辅助拍摄装置大的拍摄视场；
追踪装置，由教学老师佩戴，其包括加速度计、陀螺仪、高度计、无线通讯器、语音输入设备和微处理器，微处理器分别与加速度计、陀螺仪、高度计、无线通讯器、语音输入设备连接。
进一步地，远程终端为电脑、手机和平板电脑中的一种或几种的组合。
进一步地，输入设备为键盘或触摸屏。
进一步地，加速度计、陀螺仪、高度计分别测量实时的速度信息、角度信息和高度信息。
进一步地，控制处理器用于对速度信息、角度信息和高度信息进行计算，通过前一时刻接收到的速度信息、角度信息和高度信息与当前时刻接收到的速度信息、角度信息和高度信息，得到追踪装置的方位变化值A，并且利用前一时刻和后一时刻的速度值得到速度差值△V，确定调整系数B，基于调整系数B与单元调整时间t相乘得到此次的调整时间段，控制驱动单元在调整时间段内以均速控制调整主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置完成视场方位的调整。
第一辅助拍摄装置和第二辅助拍摄装置分别与主拍摄装置具有45％的叠加视场。
本发明还提供了一种远程云讲师服务控制管理方法，依次包括如下步骤：
(1)以主摄像装置为圆心o建立直角坐标系，圆心o点位于墙面的中心位置，将追踪装置放置于圆心o处进行初始校准；
(2)利用加速度计、陀螺仪和高度计实时的测量追踪装置的速度信息、角度信息和高度信息，经微处理器处理后，通过无线通讯器发送至无线接收器进行接收；
(3)无线收发机实时接收来自无线通讯器发送的速度信息、角度信息和高度信息后，利用控制处理器进行计算，基于前一时刻接收到的速度信息、角度信息和高度信息与当前时刻接收到的速度信息、角度信息和高度信息，得到追踪装置的方位变化值A；
利用前一时刻和后一时刻的速度值得到速度差值△V，确定调整系数B；
(4)根据主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置的性能设置单元调整时间t，利用调整系数B与单元调整时间t相乘就得到此次的调整时间；
(5)基于方位变化值A利用控制处理器控制驱动单元在步骤(4)中得到的调整时间内以均速控制调整主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置完成视场方位的调整，生成教育云课实景视频；
(6)学员通过远程终端远程登录，通过输入装置选择对应的云端培训课程；
(7)经身份验证后通过显示装置显示直播画面，或同时显示直播画面和摄像头采集画面后显示装置。
进一步地，步骤(5)生成教育云课实景视频具体通过主拍摄装置拍摄的实景图中的部分，与第一辅助拍摄装置和/或第二辅助拍摄装置拍摄的实景图中的部分进行拼接得到。
进一步地，步骤(5)中视场方位的调整包括主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置在竖直方向的位置调整和/或主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置拍摄角度的调整。
进一步地，视场方位的调整为主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置的同步调整。
本发明的远程云讲师服务装置和控制管理方法，可以实现：
1)不需要人工摄像，可以自动化精确的追踪教学老师的行为动作，精细化的控制拍摄装置拍摄直播的教学资料；
2)实现高质量教育云课实景直播，图像拼接去除录像盲区，不需要改变拍摄放大或缩小倍率的情况下，实现高清呈现；
3)根据调整系数B均速调整摄像装置，避免拖影等干扰，使得拍摄图像更加清晰，远程终端用户可以看的更清楚，体验更佳；
4)远程终端处和云端直播装置处可以建立云端教学老师和学员之间的沟通平台，及时交流，教学质量更佳。
附图说明
图1为实景房间俯视图
图2为实景房间墙面的正视图
图3为追踪装置的结构示意图
图4为直播装置的结构示意图
图5为远程云讲师服务装置结构示意图
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种远程云讲师服务装置和控制管理方法，如图5所示，为远程云讲师服务装置的结构示意图。在远程教育直播的过程中，主要是教学老师端的音视频采集，通过信息传输，学生从远程终端登录后即可直接在线观看教学音视频。远程终端优选为电脑，但是也可以为手机、平板电脑等便携式终端。
如图5所示的结构，远程云讲师服务装置包括追踪装置、直播装置和一个或多个远程终端，其中追踪装置、直播装置和一个或多个远程终端之间双向通讯连接。其中远程终端为电脑、手机和平板电脑中的一种或几种的组合。
远程终端包括麦克风、输入装置和显示装置，其中麦克风用于采集语音信息，学生可以直接通过麦克风进行拾音，从而远程的发送语音信息，与远端的教学老师进行互动沟通。输入设备可以为键盘或触摸屏，用于手动的输入，显示装置可以将直播画面进行展示，此外远程终端还可以包括摄像头，可以采集学生端的视频画面，显示装置同时显示直播画面和学生端画面。远程终端的数目可以为一个多个，并且可以是电脑、手机和平板电脑中的一种或几种的组合，这样可以同时接入多个远程终端，同时对同一直播画面进行学习。
如图4所示，为直播装置的结构示意图，其包括控制处理器，扬声器、无线收发机、驱动单元、主摄像装置2、第一辅助拍摄装置1和第二拍摄装置3，控制处理器分别连接扬声器、无线收发机、驱动单元、主摄像装置2、第一辅助拍摄装置1和第二拍摄装置3，其中主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置为高清摄像装置。
图1为直播装置在实景房间中在俯视方向上的布局图，如图所示，在实景房间的一侧墙面上，设置主拍摄装置2，并且以主摄像装置2为圆心o建立直角坐标系。图2为墙面的正视图，圆心o点位于墙面的中心位置处，在同一墙面上，距离主拍摄装置2水平方向上的长度为L的位置处，分别设置有第一辅助拍摄装置1和第二辅助拍摄装置3，L的长度可以根据实际的实景房间的墙面长度进行选择，优选地L的取值使得第一辅助拍摄装置1和第二辅助拍摄装置3分别与主拍摄装置2具有45％的叠加视场。主拍摄装置2作为教育云课实景图的主要拍摄装置，具有比得第一辅助拍摄装置1和第二辅助拍摄装置3大的拍摄视场。
如图1所示，如果仅仅使用主拍摄装置2进行拍摄的话，则会出现盲区A和B，那么可以利用第一辅助拍摄装置1和第二辅助拍摄装置3的拍摄进行补偿，通过第一辅助拍摄装置1和第二辅助拍摄装置3拍摄实景图中盲区A和B部分，将主拍摄装置2拍摄的实景图中的部分和第一辅助拍摄装置1和第二辅助拍摄装置3拍摄实景图中盲区A和B部分进行图像拼接，这样可以保证不改变放大图像拍摄倍数的情况下，全方位的覆盖整个实景图，使得拍摄的实景图质量更优。
传统的拍摄装置是直接根据人的位置直接进行拍摄，这种方式虽然可以实时的跟踪，但是无法依据人物的细节动作进行拍摄角度和位置的调整，这样拍摄的效果就会大打折扣，例如人物的位置不变，但是动作发生了变化，拍摄的角度会发生变化，而此时由于摄像装置没有进行调整，使得拍摄的画面中的重要部分可能会遮挡。
图3为追踪装置的结构示意图，如图所示，追踪装置由教学老师佩戴，其包括惯性元件加速度计、陀螺仪和高度计，并且分别与微处理器连接，微处理器还连接无线通讯器和语音输入装置，教学老师可以直接通过语音输入装置采集语音，从而可以实时的与远程终端进行交流互动。
首先，需要将追踪装置放置于圆心o处进行初始校准，校准后就可以利用加速度计、陀螺仪和高度计实时的测量追踪装置的位置信息。传统的加速度计、陀螺仪和高度计通常用来测量实时的速度信息、角度信息和高度信息，利用这些信息直接得到此处的位置。而本发明利用加速度计、陀螺仪和高度计依然用来测量教学老师的实时的速度信息、角度信息和高度信息，但是不需要利用这些信息得到教学老师的位置信息，而是直接将这些参数进行测量后通过微处理器进行处理后，通过无线通讯器发送至无线接收器进行接收。如图4所示，控制处理器分别连接无线收发机、驱动单元、主摄像装置2、第一辅助拍摄装置1和第二拍摄装置3，无线收发机实时接收来自无线通讯器发送的速度信息、角度信息和高度信息后，通过控制处理器进行计算，通过前一时刻接收到的速度信息、角度信息和高度信息与当前时刻接收到的速度信息、角度信息和高度信息，得到追踪装置的方位变化值A，并且利用前一时刻和后一时刻的速度值得到速度差值△V，确定调整系数B。
如图2所示，主摄像装置2、第一辅助拍摄装置1和第二拍摄装置3在竖直方向上可以移动，并且主摄像装置2、第一辅助拍摄装置1和第二拍摄装置3的拍摄角度也可以进行调整，具体的调整方式可以利用搭载云台来实现，或者直接通过改变镜头方向来实现。那么根据得到的方位角度变化值A就可以实时的调整主摄像装置2、第一辅助拍摄装置1和第二拍摄装置3的视场方位，从而实时的录制，生成教育云课实景图。需要注意的是，在实时调整的过程中，调整变化的快慢程度，即实时的调整主摄像装置2、第一辅助拍摄装置1和第二拍摄装置3的视场方位的时间如果选择不当，则会出现拖影等现象，因此本发明还涉及了优化的视场调整时间来去除可能出现的拖影等现象。具体的，根据主摄像装置2、第一辅助拍摄装置1和第二拍摄装置3的性能设置单元调整时间t，利用前一时刻和后一时刻的速度值得到速度差值△V确定的调整系数B与单元调整时间t相乘就可以得到此次的调整时间段，从而利用控制处理器控制驱动单元在调整时间段内以均速控制调整主摄像装置2、第一辅助拍摄装置1和第二拍摄装置3完成视场方位的调整，生成教育云课实景图。
教育云课实景图的内容可能涉猎不同的主题，例如新闻热点、课程体系、熊孩子系列、家园圈、资料中心、活动中心等多个板块，例如资料中心可以为广大幼儿教师提供了关于园所管理、教学活动、户外活动、家园共育、一日生活等文档资源，而活动中心则可以是优秀示范课等相关内容视频。
下面，进一步的说明本发明远程云讲师服务控制管理方法的具体流程，依次包括如下步骤：
(1)以主摄像装置为圆心o建立直角坐标系，圆心o点位于墙面的中心位置，将追踪装置放置于圆心o处进行初始校准；
(2)利用加速度计、陀螺仪和高度计实时的测量追踪装置的速度信息、角度信息和高度信息，经微处理器处理后，通过无线通讯器发送至无线接收器进行接收；
(3)无线收发机实时接收来自无线通讯器发送的速度信息、角度信息和高度信息后，利用控制处理器进行计算，基于前一时刻接收到的速度信息、角度信息和高度信息与当前时刻接收到的速度信息、角度信息和高度信息，得到追踪装置的方位变化值A；
利用前一时刻和后一时刻的速度值得到速度差值△V，确定调整系数B；
(4)根据主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置的性能设置单元调整时间t，利用调整系数B与单元调整时间t相乘就得到此次的调整时间；
(5)基于方位变化值A利用控制处理器控制驱动单元在步骤(4)中得到的调整时间内以均速控制调整主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置完成视场方位的调整，生成教育云课实景视频，生成教育云课实景视频具体通过主拍摄装置拍摄的实景图中的部分，与第一辅助拍摄装置和/或第二辅助拍摄装置拍摄的实景图中的部分进行拼接得到，视场方位的调整包括主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置在竖直方向的位置调整和/或主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置拍摄角度的调整；视场方位的调整为主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置的同步调整。
(6)学员通过远程终端远程登录，通过输入装置选择对应的云端培训课程；
(7)经身份验证后通过显示装置显示直播画面，或同时显示直播画面和摄像头采集画面后显示装置。
尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。

Claims (10)

1.一种远程云讲师服务装置，包括追踪装置、直播装置和一个或多个远程终端，追踪装置、直播装置和一个或多个远程终端之间双向通讯连接，其特征在于：
远程终端包括麦克风、输入装置、摄像头和显示装置，其中显示装置能够直接显示直播画面，或同时显示直播画面和摄像头采集画面；
直播装置包括控制处理器，扬声器、无线收发机、驱动单元、主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置，控制处理器分别连接扬声器、无线收发机、驱动单元、主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置；其中主拍摄装置设置在实景房间的一侧墙面上，第一辅助拍摄装置和第二辅助拍摄装置设置在同一墙面上距离主拍摄装置水平方向上的长度为L的位置处，主拍摄装置具有比第一辅助拍摄装置和第二辅助拍摄装置大的拍摄视场；
追踪装置，由云端教学老师佩戴，其包括加速度计、陀螺仪、高度计、无线通讯器、语音输入设备和微处理器，微处理器分别与加速度计、陀螺仪、高度计、无线通讯器、语音输入设备连接。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：远程终端为电脑、手机和平板电脑中的一种或几种的组合。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：输入设备为键盘或触摸屏。
4.如权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于：加速度计、陀螺仪、高度计分别测量实时的速度信息、角度信息和高度信息。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：控制处理器用于对速度信息、角度信息和高度信息进行计算，通过前一时刻接收到的速度信息、角度信息和高度信息与当前时刻接收到的速度信息、角度信息和高度信息，得到追踪装置的方位变化值A，并且利用前一时刻和后一时刻的速度值得到速度差值△V，确定调整系数B，基于调整系数B与单元调整时间t相乘得到此次的调整时间段，控制驱动单元在调整时间段内以均速控制调整主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置完成视场方位的调整。
6.如权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于：第一辅助拍摄装置和第二辅助拍摄装置分别与主拍摄装置具有45％的叠加视场。
7.一种利用权利要求1-6任一项所述的远程云讲师服务装置的远程云讲师服务控制管理方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
(1)以主摄像装置为圆心o建立直角坐标系，圆心o点位于墙面的中心位置，将追踪装置放置于圆心o处进行初始校准；
(2)利用加速度计、陀螺仪和高度计实时的测量追踪装置的速度信息、角度信息和高度信息，经微处理器处理后，通过无线通讯器发送至无线接收器进行接收；
(3)无线收发机实时接收来自无线通讯器发送的速度信息、角度信息和高度信息后，利用控制处理器进行计算，基于前一时刻接收到的速度信息、角度信息和高度信息与当前时刻接收到的速度信息、角度信息和高度信息，得到追踪装置的方位变化值A；利用前一时刻和后一时刻的速度值得到速度差值△V，确定调整系数B；
(4)根据主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置的性能设置单元调整时间t，利用调整系数B与单元调整时间t相乘就得到此次的调整时间；
(5)基于方位变化值A利用控制处理器控制驱动单元在步骤(4)中得到的调整时间内以均速控制调整主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置完成视场方位的调整，生成教育云课实景视频；
(6)学员通过远程终端远程登录，通过输入装置选择对应的云端培训课程；
(7)经身份验证后通过显示装置显示直播画面，或同时显示直播画面和摄像头采集画面后显示装置。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤(5)生成教育云课实景视频具体通过主拍摄装置拍摄的实景图中的部分，与第一辅助拍摄装置和/或第二辅助拍摄装置拍摄的实景图中的部分进行拼接得到。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤(5)中视场方位的调整包括主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置在竖直方向的位置调整和/或主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置拍摄角度的调整。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：视场方位的调整为主摄像装置、第一辅助拍摄装置和第二拍摄装置的同步调整。
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