CN109656940A - 一种基于ar眼镜的智能学习辅助系统及方法 - Google Patents

一种基于ar眼镜的智能学习辅助系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于AR眼镜的智能学习辅助系统及方法，所述系统包括：语音采集模块，用于采集用户的语音信息；语音识别处理模块，用于对获取的语音信息进行识别处理，判断是否为辅助学习启动指令，根据判断结果启动第一摄像采集装置；第一摄像采集装置，用于采集包含题目的题目图片；图片解析单元，用于对题目图片进行图像识别处理，识别出题目图片中的题目信息；查询单元，用于将识别出的题目信息通过网络数据库寻找相应的解题方案；输出单元，用于根据所述语音识别处理模块识别出的指令信息输出相应的解题方案，本发明可达到高效辅助学习的目的。

Description

一种基于AR眼镜的智能学习辅助系统及方法
技术领域
本发明涉及AR(Augmented Reality，即增强现实)技术领域，特别是涉及一种基于AR眼镜的智能学习辅助系统及方法。
背景技术
在生活中，几乎每个人都会遇到生活中的难题，并且需要耗费大量的时间去查找难题的解决方法，例如学生在遇到困难的题目且老师不在身边时，问遍同学却无法得知解题方法，这是相当苦恼的，现有技术中可以通过手机拍照传到论坛需求网友解决，或者是传到某个服务器中自动给出解决方法，然而这些方式都比较耗时，一般还需要配备一台手机，通过使用者双手去触发，费时费力。
随着智能计算机技术的发展，智能产品不断涌现，继智能手机、平板电脑之后，增强现实(AR)已有潜力成为下一个重大通用计算平台。AR头显设备是一种实现AR(AugmentedReality，即增强现实，也称之为混合现实)技术且可佩戴在人体头部进行展示的穿戴式设备，它通过计算机技术可将虚拟的信息叠加到真实世界，使真实的环境和虚拟的物体能够实时地叠加到同一个画面中，实现两种信息的相互补充，并通过诸如头盔显示其等设备在用户眼前进行画面展示，增强用户的现实感。例如由谷歌公司开发出的AR智能眼镜，其属于眼镜+摄像头+微处理器+微型摄影设备的结合体，可以将虚拟数据叠加到由摄像头采集到的实时图像中，并通过微型摄影设备在人体眼球前进行画面展示，从而可以实现多种应用功能，例如进行导航或显示周围建筑的参数等。
因此，若能将AR眼镜技术用于用户的智能辅助学习，将大大帮助用户解决难题。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种基于AR眼镜的智能学习辅助系统及方法，以达到高效辅助学习的目的。
为达上述目的，本发明提出一种基于AR眼镜的智能学习辅助系统，包括：
语音采集模块，用于采集用户的语音信息；
语音识别处理模块，用于对获取的语音信息进行识别处理，判断是否为辅助学习启动指令，根据判断结果启动第一摄像采集装置；
第一摄像采集装置，用于采集包含题目的题目图片；
图片解析单元，用于对题目图片进行图像识别处理，识别出题目图片中的题目信息；
查询单元，用于将识别出的题目信息通过网络数据库寻找相应的解题方案；
输出单元，用于根据所述语音识别处理模块识别出的指令信息输出相应的解题方案。
优选地，所述系统还包括：
第二摄像采集装置，用于采集用户的眼睛图像；
眼神变化识别处理单元，用于根据采集到的眼睛图像确定用户的眼神变化，并将眼神变化的识别结果传送至输出单元，以便输出单元根据用户的眼神变化输出最终的解题方案。
优选地，所述系统还包括数据库建立单元用于利用网络数据库建立一个本地数据库，并根据所述查询单元的查询结果更新所述数据库。
优选地，所述查询单元于查询时，将识别出的题目信息于所述数据库中先行查询，若未得到查询结果，则再通过网络数据库寻找相应解题方案。
优选地，所述语音识别处理模块对该语音信息进行语音识别，将识别结果与预设的辅助学习启动指令进行匹配，若存在与之相匹配的辅助学习启动指令，则启动第一摄像采集装置。
优选地，第一摄像采集装置为设置于AR眼镜上的前置摄像头，第二摄像采集装置为设置于AR眼镜上的后置摄像头。
优选地，所述输出单元你根据所述语音识别处理模块识别出的指令信息判断是给出提示信息、还是解题思路或者是最后的参考答案，根据用户的需求将最终的解决方案反馈给使用者。
为达到上述目的，本发明还提供一种基于AR眼镜的智能学习辅助方法，包括如下步骤：
步骤S1，采集用户的语音信息；
步骤S2，对获取的语音信息进行识别处理，判断是否为辅助学习启动指令，根据判断结果进入步骤S3；
步骤S3，利用第一摄像采集装置采集包含题目的题目图片；
步骤S4，对题目图片进行图像识别处理，识别出题目图片中的题目信息；
步骤S5，将识别出的题目信息通过网络数据库寻找相应解题方案；
步骤S6，根据步骤S2识别出的指令信息输出相应的解题方案。
优选地，所述方法还包括：
利用第二摄像采集装置采集用户的眼睛图像；
根据采集到的眼睛图像确定用户的眼神变化，并将眼神变化的识别结果传送至输出单元，以便输出单元根据用户的眼神变化输出最终的解题方案。
优选地，所述方法还包括：
利用网络数据库建立一个本地数据库，并根据步骤S5的查询结果更新所述数据库；
于查询时，将识别出的题目信息于所述数据库中先行查询，若未得到查询结果，则再通过网络数据库寻找相应解题方案。
与现有技术相比，本发明一种基于AR眼镜的智能学习辅助系统及方法通过采用语音控制的方式和智能识别题目信息并于数据库与网络中查找，自动给出解决方案并显示在眼镜中，本发明可以无时无刻辅助学生给出题目的解题思路以及参考方法，在学习新知识时能提供更有的学习方法和经验，相当于一名经验丰富的老师在学生身边随时等待着学生的询问，解放了用户的双手，方便了用户的使用。
附图说明
图1为本发明一种基于AR眼镜的智能学习辅助系统的结构示意图；
图2为本发明一种基于AR眼镜的智能学习辅助方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种基于AR眼镜的智能学习辅助系统的结构示意图。如图1所示，本发明一种基于AR眼镜的智能学习辅助系统，应用于AR眼镜，包括：
语音采集模块101，用于采集用户的语音信息，在本发明具体实施例中，当用户需要启动智能学习辅助功能时，则输入语音信息，例如“请给出解题思路”，则语音采集模块101采集到该语音信息。
语音识别处理模块102，用于对获取的语音信息进行识别处理，判断是否为辅助学习启动指令，根据判断结果启动第一摄像采集装置。在本发明具体实施例中，系统中可预先存储若干辅助学习启动指令，例如“请给出解题思路”、“请给出参考答案”等等，当语音采集模块101获得语音信息后，语音识别处理模块102对该语音信息进行语音识别，将识别结果与预设的辅助学习启动指令进行匹配，若存在与之相匹配的辅助学习启动指令，则启动第一摄像采集装置103。由于语音识别处理采用的是现有技术，在此不予赘述。
第一摄像采集装置103，用于采集包含题目的题目图片。在本发明具体实施例中，第一摄像采集装置103可采用设置于AR眼镜上的摄像头拍摄用户面前的题目。具体地说，于AR眼镜上，可设置一前置摄像头，当语音识别处理模块102识别出辅助学习启动指令时，该前置摄像头启动，拍摄用户前面的题目，获得题目图片信息。
图片解析单元104，用于对题目图片进行图像识别处理，识别出题目图片中的题目信息，即文字信息。由于图片解析单元104对题目图进行图像识别处理采用的现有的图像识别技术，在此不予赘述。
查询单元105，用于将识别出的题目信息通过网络数据库寻找相应解题方案。也就是说，当获得题目信息后，可提取题目信息中的关键字，利用关键字于网络中搜寻相应的解题方案。
输出单元106，用于根据语音识别处理模块102识别出的指令输出相应的解题方案。在本发明具体实施例中，可根据语音识别处理模块102识别出的指令判断是给出提示信息、还是解题思路或者是最后的参考答案，最后根据用户的需求将最终的解决方案反馈给使用者。在本发明具体实施例中，输出单元106将最后的参考答案输出至AR眼镜的显示组件中。
由于根据关键字的查找，获得的解题方案可能不止一个，为了寻找出与题目信息最相近的解题方案。较佳地，本发明之智能学习辅助系统还包括相似度计算单元，用于计算题目信息与各解题方案对应题目的相似度，选择相似度最高的解题方案输出。在本发明具体实施例中，相似度的计算可采用空间向量模型的算法，由于空间向量模型算法为现有技术，在此不予赘述。
较佳地，本发明之基于AR眼镜的智能学习辅助系统还包括：
第二摄像采集装置，用于采集用户的眼睛图像。在本发明具体实施例中，第二摄像采集装置可采用设置于AR眼镜上的摄像头采集用户的眼睛图像，具体地说，于AR眼镜上，可设置一后置摄像头，可通过该后置摄像头获取用户的眼睛图像。
眼神变化识别处理单元，用于根据采集到的眼睛图像确定用户的眼神变化，并将眼神变化的识别结果传送至输出单元，以便输出单元根据用户的眼神变化输出最终的解题方案。具体地，于采集眼睛图像，进行图像识别，利用眼神识别算法识别出眼神特征，并将识别结果(眼神特征)与预先设置的眼神特征进行比对，再给出对应的输出，例如开心，难过，忧愁等等，进而判断用户当前的情绪状态并给出相应的回应，也就是说，系统中预先设置各眼神特征对应的用户的情绪状态。这里需说明的是，本发明所采用的眼神识别算法是基于眼动技术(eye movement technique)实现的，眼动技术就是通过对眼动轨迹的记录从中提取诸如注视点、注视时间和次数、眼跳距离、瞳孔大小等数据，从而研究个体的内在认知过程，由于本发明采用的眼神识别算法是现有技术中成熟的眼神识别算法，在此不予赘述。
优选地，本发明之基于AR眼镜的智能学习辅助系统还包括：
数据库建立单元，用于建立一个可以不断丰富的知识的数据库，并根据查询单元105的查询结果更新所述数据库。在本发明具体实施例中，该数据库来源现有的知识库，同时不断地积累和分析学生提出的问题和查找到的答案，慢慢形成对每个学生有针对性的数据系统，在本发明具体实施例中，数据库建立单元采用类似机器学习的算法更新所述数据库，同时要有庞大的数据存储支持。相应地，查询单元105于查询时，可将识别出的题目信息于所述数据库中先行查询，若未得到合适的查询结果，则再通过网络数据库寻找相应解题方案。
图2为本发明一种基于AR眼镜的智能学习辅助方法的步骤流程图。如图2所示，本发明一种基于AR眼镜的智能学习辅助方法，包括如下步骤：
步骤S1，采集用户的语音信息，在本发明具体实施例中，当用户需要启动智能学习辅助功能时，则输入语音信息，例如“请给出解题思路”，则采集到该语音信息。
步骤S2，对获取的语音信息进行识别处理，判断是否为辅助学习启动指令，根据判断结果进入步骤S3。在本发明具体实施例中，系统中可预先存储若干辅助学习启动指令，例如“请给出解题思路”、“请给出参考答案”等等，当获得语音信息后，则对该语音信息进行语音识别，将识别结果与预设的辅助学习启动指令进行匹配，若存在与之相匹配的辅助学习启动指令，则进入步骤S3进行题目信息的采集。由于语音识别处理采用的是现有技术，在此不予赘述。
步骤S3，利用第一摄像采集装置采集包含题目的题目图片。在本发明具体实施例中，第一摄像采集装置可采用设置于AR眼镜上的摄像头拍摄用户面前的题目。具体地说，于AR眼镜上，可设置一前置摄像头，当识别出辅助学习启动指令时，该前置摄像头启动，拍摄用户前面的题目，获得题目图片信息。
步骤S4，对题目图片进行图像识别处理，识别出题目图片中的题目信息，即文字信息。由于对题目图进行图像识别处理采用的现有的图像识别技术，在此不予赘述。
步骤S5，将识别出的题目信息通过网络数据库寻找相应解题方案。也就是说，当获得题目信息后，可提取题目信息中的关键字，利用关键字于网络中搜寻相应的解题方案。
步骤S6，根据步骤S2识别出的指令输出相应的解题方案。在本发明具体实施例中，可根据步骤S2识别出的指令判断是给出提示信息、还是解题思路或者是最后的参考答案，最后根据用户的需求将最终的解决方案反馈给使用者。
由于根据关键字的查找，获得的解题方案可能不止一个，为了寻找出与题目信息最相近的解题方案。较佳地，本发明之智能学习辅助系统还包括相似度计算单元，用于计算题目信息与各解题方案对应题目的相似度，选择相似度最高的解题方案输出。在本发明具体实施例中，相似度的计算可采用空间向量模型的算法，由于空间向量模型算法为现有技术，在此不予赘述。
较佳地，本发明之基于AR眼镜的智能学习辅助方法还包括：
利用第二摄像采集装置采集用户的眼睛图像。在本发明具体实施例中，第二摄像采集装置可采用设置于AR眼镜上的摄像头采集用户的眼睛图像，具体地说，于AR眼镜上，可设置一后置摄像头，可通过该后置摄像头获取用户的眼睛图像。
根据采集到的眼睛图像确定用户的眼神变化，并将眼神变化的识别结果传送至输出单元，以便输出单元根据用户的眼神变化输出最终的解题方案。
优选地，本发明之基于AR眼镜的智能学习辅助方法还包括：
建立一个可以不断丰富的知识的数据库，并根据步骤S5的查询结果更新所述数据库。在本发明具体实施例中，该数据库来源现有的知识库，同时不断地积累和分析学生提出的问题和查找到的答案，慢慢形成对每个学生有针对性的数据系统，在本发明具体实施例中，数据库建立单元采用类似机器学习的算法更新所述数据库，同时要有庞大的数据存储支持。相应地，步骤S5于查询时，可将识别出的题目信息于所述数据库中先行查询，若未得到合适的查询结果，则再通过网络数据库寻找相应解题方案。
以下将通过一具体实施例来说明本发明：在本发明具体实施例中，AR眼镜具有声音采集功能，即包含声音采集装置，用于采集使用者所发出的语音；AR眼镜具有图像采集功能，即包含有前后两个摄像头，前置摄像头采集使用者眼睛所看到的图像(题目)，后置摄像头则采集使用者的眼神变化。
首先AR眼镜利用声音采集装置及前后置摄像头将采集到声音数据和图像数据(包括当前的题目以及使用者的眼神)传送到智能学习辅助系统中，智能学习辅助系统包含语音识别系统以及图像解析系统，语音识别系统能够识别出使用者所说的话，图像解析系统能解析出当前图像所包含的内容，包括使用者所看到的题目以及眼神，智能学习辅助系统根据解析出来的题目信息去查阅建立的数据库或者到网络数据库中查找相应的解决方法，再解析使用者的语音数据和眼神变化，以此来判断是给出提示信息、还是解题思路或者是最后的参考答案，最后将最终的解决方案反馈给使用者。
智能学习辅助系统中含有语音辅助模块，能与使用者进行互动，例如：当使用者成功地做出一道难题或者学会新知识时，系统则会主动祝贺使用者。
综上所述，本发明一种基于AR眼镜的智能学习辅助系统及方法通过采用语音控制的方式和智能识别题目信息并于数据库与网络中查找，自动给出解决方案并显示在眼镜中，本发明可以无时无刻辅助学生给出题目的解题思路以及参考方法，在学习新知识时能提供更有的学习方法和经验，相当于一名经验丰富的老师在学生身边随时等待着学生的询问，解放了用户的双手，方便了用户的使用。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种基于AR眼镜的智能学习辅助系统，包括：
语音采集模块，用于采集用户的语音信息；
语音识别处理模块，用于对获取的语音信息进行识别处理，判断是否为辅助学习启动指令，根据判断结果启动第一摄像采集装置；
第一摄像采集装置，用于采集包含题目的题目图片；
图片解析单元，用于对题目图片进行图像识别处理，识别出题目图片中的题目信息；
查询单元，用于将识别出的题目信息通过网络数据库寻找相应的解题方案；
输出单元，用于根据所述语音识别处理模块识别出的指令信息输出相应的解题方案。
2.如权利要求1所述的一种基于AR眼镜的智能学习辅助系统，其特征在于，所述系统还包括：
第二摄像采集装置，用于采集用户的眼睛图像；
眼神变化识别处理单元，用于根据采集到的眼睛图像确定用户的眼神变化，并将眼神变化的识别结果传送至输出单元，以便输出单元根据用户的眼神变化输出最终的解题方案。
3.如权利要求2所述的一种基于AR眼镜的智能学习辅助系统，其特征在于：所述系统还包括数据库建立单元用于利用网络数据库建立一个本地数据库，并根据所述查询单元的查询结果更新所述数据库。
4.如权利要求3所述的一种基于AR眼镜的智能学习辅助系统，其特征在于：所述查询单元于查询时，将识别出的题目信息于所述数据库中先行查询，若未得到查询结果，则再通过网络数据库寻找相应解题方案。
5.如权利要求1所述的一种基于AR眼镜的智能学习辅助系统，其特征在于：所述语音识别处理模块对该语音信息进行语音识别，将识别结果与预设的辅助学习启动指令进行匹配，若存在与之相匹配的辅助学习启动指令，则启动第一摄像采集装置。
6.如权利要求1所述的一种基于AR眼镜的智能学习辅助系统，其特征在于：第一摄像采集装置为设置于AR眼镜上的前置摄像头，第二摄像采集装置为设置于AR眼镜上的后置摄像头。
7.如权利要求1所述的一种基于AR眼镜的智能学习辅助系统，其特征在于：所述输出单元你根据所述语音识别处理模块识别出的指令信息判断是给出提示信息、还是解题思路或者是最后的参考答案，根据用户的需求将最终的解决方案反馈给使用者。
8.一种基于AR眼镜的智能学习辅助方法，包括如下步骤：
步骤S1，采集用户的语音信息；
步骤S2，对获取的语音信息进行识别处理，判断是否为辅助学习启动指令，根据判断结果进入步骤S3；
步骤S3，利用第一摄像采集装置采集包含题目的题目图片；
步骤S4，对题目图片进行图像识别处理，识别出题目图片中的题目信息；
步骤S5，将识别出的题目信息通过网络数据库寻找相应解题方案；
步骤S6，根据步骤S2识别出的指令信息输出相应的解题方案。
9.如权利要求8所述的一种基于AR眼镜的智能学习辅助方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用第二摄像采集装置采集用户的眼睛图像；
根据采集到的眼睛图像确定用户的眼神变化，并将眼神变化的识别结果传送至输出单元，以便输出单元根据用户的眼神变化输出最终的解题方案。
10.如权利要求8所述的一种基于AR眼镜的智能学习辅助方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用网络数据库建立一个本地数据库，并根据步骤S5的查询结果更新所述数据库；
于查询时，将识别出的题目信息于所述数据库中先行查询，若未得到查询结果，则再通过网络数据库寻找相应解题方案。
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