CN109472255A - 基于图像识别的桌面互动学习方法、装置和系统 - Google Patents

基于图像识别的桌面互动学习方法、装置和系统 Download PDF

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朱松
宋金梦
武庆三
胡石超
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Abstract

一种基于图像识别的桌面互动学习系统，包括：移动终端、摄像头适配器和支撑底座；所述移动终端底部放置于支撑底座的第一槽或第二槽中，所述移动终端顶部放置于摄像头适配器的凹槽内，移动终端与凹槽的弧形顶相接触，移动终端与凹槽侧壁相贴合，移动终端的摄像头与所述反光镜位置相对；通过所述反光镜，竖直放置的移动终端的摄像头可获取桌面上的图像，并对获取的图像信息进行图像识别或文字识别，识别后的信息通过语音或屏幕显示的方式播放。该装置可适配不同型号的移动终端，通用性良好，并可通过移动终端的前置摄像头获取桌面图像，进行桌面互动学习，利用人工智能实现桌面互动教学。

Description

基于图像识别的桌面互动学习方法、装置和系统
技术领域
本发明涉及教学辅导设备技术领域，具体涉及一种基于图像识别的桌面互动学习方法、装置和系统。
背景技术
目前市面上基于图像识别来实现教育辅导的设备大多是为儿童定制的专用设备，如机器人、教育平板等等。如图1和图2所示，现有的使计算设备摄像头观察到桌面的方法通常包括两种：1、进行专门设计，在设置时，进行将摄像头视线直接对准设备的斜下方；2、定制摄像头适配器，在摄像头前安装反光镜，并配置用放置教育辅导设备的定制的支撑底座。
这些设备无论是cpu、屏幕还是摄像头，质量、性能以及使用方面程度都远不及已经普及使用的智能手机或平板电脑等移动终端；而且，进行对摄像头进行专门设计往往增加生产成本，若是在摄像头前安装反光镜，又需要将前置摄像头架设到合理的高度，同时反光镜需满足可适配不同教育辅导设备的摄像头和通过反光镜能获取桌面图像的要求，现有技术往往很难满足这样的要求；另外，定制化的设计不仅增加成本，而且通用性也很差。
发明内容
本申请提供一种基于图像识别的桌面互动学习方法、装置和系统，该装置可适配不同型号的移动终端，通用性良好，并可通过移动终端的前置摄像头获取桌面图像，实现桌面互动学习系统。
根据第一方面，一种实施例中提供一种基于图像识别的桌面互动学习装置，包括：摄像头适配器和支撑底座；
所述摄像头适配器包括：外壳以及设置于外壳内、倾斜放置的反光镜；所述外壳上设置有用于放置移动终端的凹槽，凹槽一侧设置有上部设置了通孔的挡板，该挡板竖直放置，移动终端放置于凹槽内时，移动终端的摄像头可通过所述通孔与所述反光镜位置相对，获取位于反光镜下方、桌面上的图像；
所述支撑底座分别设置有第一槽和第二槽，所述支撑底座还设置有中心槽，所述中心槽与所述第一槽相连通，所述摄像头适配器可收纳于中心槽和第一槽中。
在一些实施例，所述第二槽的宽度比第一槽的宽度更宽。
在一些实施例，所述凹槽下部为方形槽，所述凹槽顶部为弧形顶，放置于凹槽内的移动终端与所述弧形顶接触，移动终端与所述挡板贴合。
在一些实施例，所述弧形顶为1/4圆弧顶。
在一些实施例，所述外壳上还设置有角度调节器，所述角度调节器与所述反光镜相连接，旋转角度调节器可调整反光镜的倾斜角度。
在一些实施例，所述倾斜角度为45°～75°。
在一些实施例，所述外壳上还设置有定位卡口，用于在将摄像头适配器收纳于中心槽和第一槽中时定位。
根据第二方面，一种实施例中提供一种基于图像识别的桌面互动学习系统，包括：移动终端、摄像头适配器和支撑底座；
所述移动终端底部放置于支撑底座的第一槽或第二槽中，所述移动终端顶部放置于摄像头适配器的凹槽内，移动终端与凹槽的弧形顶相接触，移动终端与凹槽侧壁相贴合，移动终端的摄像头与所述反光镜位置相对；通过所述反光镜，竖直放置的移动终端的摄像头可获取桌面上的图像，并对获取的图像信息进行图像识别或文字识别，识别后的信息通过语音或屏幕显示的方式播放。
根据第三方面，一种实施例中提供一种基于图像识别的桌面互动学习方法，包括：
竖直放置的移动终端的摄像头通过摄像头适配器获取桌面上的图像；
对获取的图像信息进行图像识别或文字识别；
识别后的信息通过语音或屏幕显示的方式播放。
根据第四方面，一种实施例中一种计算机可读存储介质，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如第三方面所述的方法。
依据上述实施例，由于支撑底座分别设置了第一槽和第二槽，可放置不同型号的移动终端，该支撑底座为通用底座，可适用于不同规格、大小的移动终端；加之巧妙地将凹槽的顶部设置为圆弧顶，解决了摄像头适配器200装配在移动终端后出现的倾斜问题，使得放置在支撑底座内的移动终端可采集到桌面上的图像；进行桌面互动学习，利用人工智能实现桌面互动教学。
附图说明
图1为现有技术的一种使计算设备的摄像头观察到桌面的方法示意图；
图2为现有技术的另一种使计算设备的摄像头观察到桌面的方法示意图；
图3为一种实施例的基于图像识别的桌面互动学习装置示意图；
图4为一种实施例的支撑底座的剖面示意图；
图5为一种实施例的支撑底座的第一槽和第二槽放置有移动终端的状态示意图；
图6为一种实施例的支撑底座的俯视图示意图；
图7本申请提供的一种用于移动终端的摄像头适配器立体示意图；
图8本申请提供的一种用于移动终端的摄像头适配器剖面示意图；
图9一种实施例的摄像头适配器使用状态图；
图10另一种实施例的摄像头适配器受力分析图和使用状态图。
图11为一种实施例的基于图像识别的桌面互动学习系统组成示意图；
图12为一种实施例的基于图像识别的桌面互动学习系统使用状态示意图；
图13为本申请的基于图像识别的桌面互动学习方法流程示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
在现在家庭越来越注重幼儿教育，在国家教育智能化的总体方针下，越来越多的智能设备被用于辅助教育。当今社会，很多孩子每周会花一些时间玩耍平板电脑进行一些启蒙学习，比如：认识数字、字母，或练习拼图等。这些玩耍中，绝大多数时候只需要孩子在屏幕上点击和拖拽即可，这种简单的交互方式虽然直观，但对儿童，特别是低龄儿童的触觉、手脑协调等基本能力发展是不利的，过度使用甚至会阻碍儿童对物理世界的认知。
根据蒙台梭利教育理念以及教育部出版《3-6岁儿童学习与发展指南》，为培养孩子动眼动脑动手的能力，桌面交互学习可实现孩子真正意义上通过“动手”与电子屏幕进行互动，让孩子在玩耍过程中学习到能用的知识点，使其既获得物理世界的触感，又通过电子屏幕得到高质量的数字内容教育。在教学时的桌面场景，通过设备(如平板电脑)的摄像头追踪儿童在桌面操作实物教具的过程，通过AI的图像分析，判断儿童是否按照屏幕的引导提示，在指定的区域摆放了符合内容要求的卡片，是一种智能化的教育交互方式，本申请涉及的就是一种实现这种桌面交互学习的装置和系统。
请参考图3，本申请提供一种基于图像识别的桌面互动学习装置，该装置包括：摄像头适配器10和支撑底座30。
参考图4-6，支撑底座30为通用底座，分别设置有第一槽31和第二槽32，在一些实施例，第二槽32的宽度比第一槽31的宽度更宽，第二槽32用于放置宽度较宽的移动终端，如：平板电脑、优学派等，第一槽31用于放置宽度较窄的移动终端，如：手机。
支撑底座30还设置有中心槽33，中心槽33与第一槽31相连通，可用于将摄像头适配器收纳于中心槽33和第一槽31中。
该摄像头视频器10包括：外壳1以及设置于外壳1内、倾斜放置的反光镜4。外壳1上设置有用于放置移动终端20的凹槽2，凹槽2一侧设置有上部设置了通孔(未示出)的挡板6，该挡板6竖直放置，移动终端20放置于凹槽2内时，移动终端20的摄像头可通过该通孔与位置相对，利用光学反射原理，获取位于反光镜4下方、桌面上的图像。
在一些实施例，摄像头视频器10的外壳1上还设置有定位卡口3，用于在将摄像头适配器收纳于中心槽和第一槽中时定位。
参考图9，在一种实施例中，凹槽2为方形槽，如图9所示，移动终端2若放置于方形槽中，摄像头适配器20会由于自身重力的原因出现一定程度的倾斜，使得摄像头适配器20无法保持水平，在大幅度倾斜的情况下，可能导致摄像头的视角不能对准反光镜4。如此一来，解决的办法只有将凹槽2的宽度规定为相对恰当的尺寸，利用凹槽阻止摄像头适配器20大幅度倾斜，如此一来，可能使得摄像头适配器20无法适配全部的、不同厚度的移动终端。
参考图10，在另一种实施例中，巧妙地将凹槽2下部设计为方形槽，而凹槽2顶部为弧形顶AD，放置于凹槽2内的移动终端20与弧形顶AD接触后，移动终端20在一个旋转力的作用下将与挡板6贴合，即与凹槽2的BD面相贴合。下面参考图10(a)和图10(b)，对摄像头适配器20进行受力分析：
当移动终端2放置于方形槽中，摄像头适配器20由于自身重力的作用而向前倾斜；
当摄像头适配器200倾斜后，移动终端20与弧形顶AD、凹槽2底部角点B接触，摄像头适配器20受到移动终端20作用的挤压力和
挤压力和一起作用时，产生了一个向斜上方的旋转力旋转力不仅抵消了重力的作用，而且使摄像头适配器200向后旋转，与凹槽2的BD面相贴合，从而保证了摄像头的视角始终与反光镜4相对。
由此可见，巧妙地将凹槽2的顶部设置为圆弧顶，不仅可解决摄像头适配器200装配在移动终端后出现的倾斜问题，避免出现摄像头的视角偏离反光镜4而无法采集到桌面上的图像；而且，也不需要严格规定凹槽2宽度的尺寸，摄像头适配器20可适配任意的、不同厚度的移动终端。
在一些实施例，外壳1上还设置有角度调节器5，该角度调节器5与反光镜3相连接，旋转角度调节器5可调整反光镜3的倾斜角度，从而透过视窗口4获得离移动终端20远近不同的视野。
优选地，以反光镜3与竖直挡板6之间的夹角为倾斜角度，该倾斜角度为45°～75°，即角度调节器5的角度可调范围为：45°～75°。
在一些实施例，弧形顶AD为1/4圆弧顶。
综上所述，由于支撑底座30分别设置了第一槽31和第二槽32，可放置不同型号的移动终端，该支撑底座30为通用底座，可适用于不同规格、大小的移动终端；加之巧妙地将凹槽2的顶部设置为圆弧顶，解决了摄像头适配器200装配在移动终端后出现的倾斜问题，使得放置在支撑底座30内的移动终端可采集到桌面上的图像；而且，由于不需要严格规定凹槽2宽度的尺寸，摄像头适配器20可适配任意的、不同厚度的移动终端。
参考图11，相应地，本申请，还提供了一种基于图像识别的桌面互动学习系统，包括：移动终端20、摄像头适配器10和支撑底座30。该移动终端20通常为现有的平板电脑、优学派、手机等，具有摄像头和图像识别功能，并能进行语音播报和屏幕显示。移动终端20底部放置于支撑底座30的第一槽31或第二槽32中，移动终端20顶部放置于摄像头适配器10的凹槽1内，移动终端20与凹槽1的弧形顶AD相接触，移动终端20与凹槽侧壁BD相贴合，移动终端20的摄像头与反光镜3位置相对。通过反光镜，竖直放置的移动终端的摄像头可获取桌面上的图像，并对获取的图像信息进行图像识别或文字识别，识别后的信息通过语音或屏幕显示的方式播放。
例如：假如桌面上放置了一本书，通过对采集到的桌面图像信息进行文字识别，朗诵书本的内容；或者，在进行拼图游戏时，将儿童所拼的图案进行识别，并指示出所拼图案错误的地方。
再例如，如图12所示，在利用卡片对儿童进行拼音教学时，比如，学习“红”的发音，就可语音提示儿童找到“h”和“ong”的卡片放在相应的位置，如果找错了，发出语音提醒其找错了，或者在屏幕上展示正确的卡片的样子，如此，便利用人工智能实现了桌面互动教学。卡片的内容信息还可包括：文字、字母或数字等；具体地，卡片的内容信息可包括：拼音、中国汉字、大写英文字母、小写英文字母、阿拉伯数字、图案形象等。
参考图13，相应地，本申请还提供一种基于图像识别的桌面互动学习方法，包括：
S1，利用竖直放置的移动终端的摄像头通过摄像头适配器获取桌面上的图像；
S2，对获取的图像信息进行图像识别或文字识别；
S3，识别后的信息通过语音或屏幕显示的方式播放。
例如，在具体播放时，假如桌面上放置了一本书，通过对采集到的桌面图像信息进行文字识别，可朗诵书本的内容；在进行拼图游戏时，将儿童所拼的图案进行识别，语音提醒或屏幕指示出所拼图案错误的地方。
再例如，如图12所示，在利用卡片对儿童进行拼音教学时，比如，学习“红”的发音，就可语音提示儿童找到“h”和“ong”的卡片放在相应的位置，如果找错了，发出语音提醒其找错了，或者在屏幕上展示正确的卡片的样子，如此，便利用人工智能实现了桌面互动教学。卡片的内容信息还可包括：文字、字母或数字等；具体地，卡片的内容信息可包括：拼音、中国汉字、大写英文字母、小写英文字母、阿拉伯数字、图案形象等。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种基于图像识别的桌面互动学习装置，其特征在于，包括：摄像头适配器和支撑底座；
所述摄像头适配器包括：外壳以及设置于外壳内、倾斜放置的反光镜；所述外壳上设置有用于放置移动终端的凹槽，凹槽一侧设置有上部设置了通孔的挡板，该挡板竖直放置，移动终端放置于凹槽内时，移动终端的摄像头可通过所述通孔与所述反光镜位置相对，获取位于反光镜下方、桌面上的图像；
所述支撑底座分别设置有第一槽和第二槽；
所述支撑底座还设置有中心槽，所述中心槽与所述第一槽相连通，所述摄像头适配器可收纳于中心槽和第一槽中。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二槽的宽度比第一槽的宽度更宽。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述凹槽下部为方形槽，所述凹槽顶部为弧形顶，放置于凹槽内的移动终端与所述弧形顶接触，移动终端与所述挡板贴合。
4.如权利要求3所述的摄像头适配器，其特征在于，所述弧形顶为1/4圆弧顶。
5.如权利要求1所述的摄像头适配器，其特征在于，所述外壳上还设置有角度调节器，所述角度调节器与所述反光镜相连接，旋转角度调节器可调整反光镜的倾斜角度。
6.如权利要求5所述的摄像头适配器，其特征在于，所述倾斜角度为45°～75°。
7.如权利要求1所述的摄像头适配器，其特征在于，所述外壳上还设置有定位卡口，用于在将摄像头适配器收纳于中心槽和第一槽中时定位。
8.一种基于图像识别的桌面互动学习系统，其特征在于，包括：移动终端、摄像头适配器和支撑底座；
所述移动终端底部放置于支撑底座的第一槽或第二槽中，所述移动终端顶部放置于摄像头适配器的凹槽内，移动终端与凹槽的弧形顶相接触，移动终端与凹槽侧壁相贴合，移动终端的摄像头与所述反光镜位置相对；通过所述反光镜，竖直放置的移动终端的摄像头可获取桌面上的图像，并对获取的图像信息进行图像识别或文字识别，识别后的信息通过语音或屏幕显示的方式播放。
9.一种基于图像识别的桌面互动学习方法，其特征在于，包括：
竖直放置的移动终端的摄像头通过摄像头适配器获取桌面上的图像；
对获取的图像信息进行图像识别或文字识别；
识别后的信息通过语音或屏幕显示的方式播放。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求9所述的方法。
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