CN108509136A - 一种基于人工智能的儿童绘本辅助阅读方法 - Google Patents

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    • G06F3/017Gesture based interaction, e.g. based on a set of recognized hand gestures

Abstract

本发明公开了一种基于人工智能的儿童绘本辅助阅读方法,包括:逐页拍摄书页图像,制作书页图像模板,保存书页图像特征;通过摄像头拍摄书页图像,提取书页图像的纹理特征,与模板进行匹配,判断书页页码;根据书页页码载入当前页面上的点读资源,点读资源包括绘本中的人物形象及其对应的音频故事和问答资源;检测动态手势的关键图像帧,抛弃模糊不清晰的手势图像帧;通过摄像头拍摄视频帧图像,检测儿童手指指向的点读资源处,则播放对应人物的故事;进入语音问答环节,根据当前页的内容匹配知识库中的问题,主动与儿童会话。上述方法可提供绘本的点读和问答,提高儿童学习兴趣和效率,能够在教学条件不足的场合,辅助儿童自行进行绘本阅读。

Description

一种基于人工智能的儿童绘本辅助阅读方法
技术领域
本发明涉及一种儿童绘本辅助阅读方法,特别是涉及一种基于人工智能的儿童绘本辅助阅读方法。
背景技术
采用多媒体的教育技术手段能够提高儿童对绘本阅读的兴趣,辅助教学。图像识别技术在辅助阅读方面具有较广的应用前景,通过对图像书页内容的自动判识,进而从海量数据库检索相应的教学资源,能够有效的提高学习效率,弥补教育资源分配的不足。在儿童绘本的阅读与学习过程中,书本的内容往往需要父母或教师的讲解,在互动中加深印象。而对于教育条件缺乏的场合,儿童自己无法很好的阅读和吸收绘本中的知识。
发明内容
针对上述存在的技术问题,本发明提供一种基于人工智能的儿童绘本辅助阅读方法,以解决儿童独立阅读时因缺少互动,导致学习效率不高的问题。
本发明为了解决上述问题而提供的一种儿童绘本辅助阅读方法,包括以下步骤:
步骤1、逐页拍摄书页图像,制作书页图像模板,保存书页图像SIFT特征。
步骤2、通过摄像头拍摄书页图像,并且提取书页图像的SIFT特征,与模板进行匹配,判断书页页码。
步骤3、根据书页页码载入当前页面上的点读资源,点读资源包括绘本中的人物形象及其对应的音频故事和问答资源。
步骤4、检测动态手势的关键图像帧,并抛弃模糊不清晰的手势图像帧。通过以下步骤检测动态手势的关键图像帧与抛弃不清晰的图像帧:
步骤4.1、对图像帧进行降采样,即等间隔的每隔N-1帧,保留1帧图像。对彩色图像进行灰度图像转换;对相邻帧的对应像素点进行差分计算,即在相同的坐标位置处读取图像的像素值,保存对应像素值之差,得到一幅新的差值图像;
步骤4.2、对差值图像的像素进行求和,通过阈值限定小于阈值的差值图像和置为零;
步骤4.3、对差值图像的像素和的变化趋势进行分析,当出现下降沿时,该时刻之后的一帧图像作为关键帧;
步骤4.4、对关键帧图像进行小波变换提取边缘信息,当图像边缘模糊程度超过阈值时,抛弃该帧图像。
步骤5、通过摄像头拍摄视频帧图像,检测儿童手指位置,当手指位于点读资源处,则播放对应人物的故事,并自动进入语音问答环节。
手指定位过程中,通过以下步骤检测儿童手指位置:
步骤5.1、对包含儿童手形的图像,进行噪点消除的预处理和肤色检测,将于肤色明显差异的像素区域排除。
步骤5.2、对图像进行边缘提取,提取边缘轮廓中的外凸型边缘,根据手指形状的先验经验信息判断形状的符合程度。
步骤5.3、结合视频连续帧进行处理,计算相邻两帧的像素值差,根据阈值判断视频帧图像中移动物体的位置区域,结合步骤4.2中手形的检测,综合判断手指点读的位置。
步骤6、自动进入语音问答环节,根据当前页的内容匹配知识库中的问题,并主动与儿童会话;
步骤6.1、对点读目标进行识别,结合预先标注的点读标签生成若干个关键词;
步骤6.2、根据步骤6.1中所述关键词,与知识库中的文本进行匹配,采用动态时间规整的方法找到最接近的问题文本。动态时间规整中的序列,其每个元素是一个汉字,每两个汉字之间的距离定义为0或者1,当两个汉字相同时为0,不同时为1;
步骤6.3、根据步骤6.2中所述文本合成语音,向儿童提问;
步骤6.4、从儿童的回答中,提取关键词,重复采用动态时间规整的方法匹配知识库里最接近的问题,进行会话;当会话轮数超过设定的次数上限或者知识库中没有匹配结果时终止会话。
本发明的有益效果在于:通过对儿童手指与书页图像的识别,提供绘本阅读内容的点读和问答,提高儿童学习兴趣和效率,能够在教学条件不足的场合,辅助儿童自行进行绘本阅读。
附图说明
图1为本发明涉及的点读流程图;
图2为本发明涉及的手指位置识别流程图;
图3为本发明涉及的知识库问题匹配流程图;
图4为本发明涉及的动态手势的关键图像帧检示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述:
本发明的整体实施流程,如附图1所示,从摄像头获取拍摄书页的图像帧,使用不同尺度的高斯核函数构造图像帧的高斯差分尺度空间(DOGscale-space)。然后在DOG尺度空间中寻找极值点(关键点),最后通过计算关键点周围像素的梯度方向和大小,统计成128维的SIFT特征。使用从图像提取SIFT特征,在书页模板库中进行基于距离的匹配,找到最接近的书页模板的页码,根据页码加载当前的书页上的点读资源,常见的点读资源包括:绘本人物、景物,及它们对应得故事情节音频和其它有声读物资源,还包括关于绘本主题的问答资源。常见的问答资源包括适合儿童理解故事情节和背后寓意的引导式的问题和答案,模拟有老师在场的学习环境,进行阅读设备和儿童的语音的互动。
通过摄像头捕获的图像,进行手指位置的识别,将手指位置作为反馈信息提供给控制摄像头角度的云台,驱动电机调整摄像头拍摄角度,以获得更加准确的书页图像。播放点读资源,通过语音合成技术和语音识别技术与儿童进行问答互动。
手指的定位过程,如附图2所示,首先进行图像的增强,去除噪点,进行图像的平滑。其次进行肤色检测的预处理,通过遍历图像中的全部像素点进行颜色空间的辨别,将非肤色区域排除。然后通过图像的形态学处理,将手形状进行提取和检测,根据手指形状来判断手指出现的图像区域位置。最后,通过视频帧的处理,进行前后帧的灰度值差别的计算,检测物体的移动,通过融合移动物体区域和手形检测结果,获得最终的手指位置。
如附图3所示,将关键词的文本转换为汉字符号的时间序列,序列中的每个元素即是一个汉字符号,其数值由计算机汉字编码的整数表示。对于问题的文本,采用滑动窗口顺序的进行字符串的选取,滑动窗口的长度与关键词文本的长度相似,一般取关键词文本长度的1.2倍左右。将关键词和问题同时输入时间序列的动态时间规整算法进行匹配,在匹配过程中,需要计算两个位置上的元素之间的距离,即两个汉字之间的距离。将任意两个汉字的距离定义为0或1,当汉字的编码值相等时为0,不相等时为1。在获取动态时间规划的得分后,进行文本长度的归一化,即将得分除以两个文本的总长度。
如附图4所示,将差值图像的像素和值的曲线画出,设定合适的阈值来判断是否发生手势等运动。将阈值以下的曲线设定为零,阈值以上的曲线设定为非零常数,形成一个方波代表动态手势的发生和结束过程。在这个过程中,曲线最高处的运动速度最快,图像也最模糊,在运动结束时,对应点读动作的手指指到图书目标。检测下降沿,并取下降沿后面的第一帧图像作为关键帧。
以上所述实施例,只是本发明的较佳实例,并非来限制本发明的实施范围,故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰,均应包括于本发明专利申请范围内。

Claims (4)

1.一种基于人工智能的儿童绘本辅助阅读方法,其特征在于,所述儿童绘本辅助阅读方法包括以下步骤:
步骤1、逐页拍摄书页图像,制作书页图像模板,保存书页图像SIFT特征;
步骤2、通过摄像头拍摄书页图像,并且提取书页图像的SIFT特征,与模板进行匹配,判断书页页码;
步骤3、根据书页页码载入当前页面上的点读资源,点读资源包括绘本中的人物形象及其对应的音频故事和问答资源;
步骤4、检测动态手势的关键图像帧,并抛弃模糊不清晰的手势图像帧;
步骤5、通过摄像头拍摄视频帧图像,检测儿童手指位置,当手指位于点读资源处,则播放对应人物的故事,并自动进入语音问答环节;
步骤6、自动进入语音问答环节,根据当前页的内容匹配知识库中的问题,并主动与儿童会话。
2.根据权利要求1中所述的基于人工智能的儿童绘本辅助阅读方法,其特征在于,在所述步骤4中通过以下步骤检测动态手势的关键图像帧与抛弃不清晰的图像帧:
步骤4.1、对图像帧进行降采样,对相邻帧的对应像素点进行差分计算,得到差值图像;
步骤4.2、对差值图像的像素进行求和,通过阈值限定小于阈值的差值图像和置为零;
步骤4.3、对差值图像的像素和的变化趋势进行分析,当出现下降沿时,该时刻之后的一帧图像作为关键帧;
步骤4.4、对关键帧图像进行小波变换提取边缘信息,当图像边缘模糊程度超过阈值时,抛弃该帧图像。
3.根据权利要求1中所述的基于人工智能的儿童绘本辅助阅读方法,其特征在于,在所述步骤5中通过以下步骤检测儿童手指位置:
步骤5.1、对包含儿童手形的图像,进行噪点消除的预处理和肤色检测,将于肤色明显差异的像素区域排除;
步骤5.2、对图像进行边缘提取,提取边缘轮廓中的外凸型边缘,根据手指形状的先验经验信息判断形状的符合程度;
步骤5.3、结合视频连续帧进行处理,计算相邻两帧的像素值差,根据阈值判断视频帧图像中移动物体的位置区域,结合步骤4.2中手形的检测,综合判断手指点读的位置。
4.根据权利要求1中所述的基于人工智能的儿童绘本辅助阅读方法,其特征在于,在所述步骤6中通过以下步骤匹配知识库问题进行会话:
步骤6.1、对点读目标进行识别,结合预先标注的点读标签生成若干个关键词;
步骤6.2、根据步骤6.1中所述关键词,与知识库中的文本进行匹配,采用动态时间规整的方法找到最接近的问题文本;
步骤6.3、根据步骤6.2中所述文本合成语音,向儿童提问;
步骤6.4、从儿童的回答中,提取关键词,重复采用动态时间规整的方法匹配知识库里最接近的问题,进行会话。
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