CN110274178A - 一种微格教室的智能照明系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智能教学领域，尤其涉及一种微格教室的智能照明系统，包括微格教室主体、LED主光灯、补光灯、检测模块、分析模块、控制模块；其中微格教室主体包括布置在教室顶部的具备自动跟踪功能的摄像组件，摄像组件包括多可摄像头以及焦距自动调节单元；LED主光灯、补光灯均与控制模块相连，LED主光灯具备亮度自动调节功能，补光灯具备亮度自动调节功能以及角度微调功能；检测模块包括多个光强传感器，光强传感器将接受的光强信息传递给分析模块，分析模块判断目前的光强信息是否符合视力保护要求以及摄像要求，并将分析结果传递给控制模块，控制模块根据分析模块反馈的信息，调控LED主光灯、补光灯的光强以及补光灯的照射角度，以实现智能照明。
Description
技术领域
本发明涉及智能教学领域，尤其涉及一种微格教室的智能照明系统。
背景技术
微格教学是近几年来推出的一种适用于师范院校的新教学模式，其目的是提高教师的教学技能。目前在训练教师基本教学技能方面，通常采用将教师的教学能力分解为几种基本教学技能，以角色扮演的方式组成微型课堂，在严格控制学生规模和授课时间的条件下，集中训练一、二种特定的教学技能。受训者借助音像媒介，观察演示某一技能的“示范者”的范例，从中发现个别教学技能的种种特征，然后进行实际教学，努力使自己的行为，按范例的路线形成，并用录像摄下教学实况，观察自己实际教学的实况录像以作自我分析和听取他人的评语。
目前的微格教学系统的基本做法是通过监控系统，将上课过程录制下来， 通过回放进行评价分析,微格教室的录播对画面质量要求比较高，主要体现在录制画面存在移动性、变换性、多点性，移动性主要体现在教师在授课过程中位置及朝向是经常变动的；变换性主要体现在需要录制的画面需要实时切换，教学过程中除了所需的教师画面外，还需要录制发言学生的画面以及教师的板书、投影仪屏幕等影像。针对上述问题，专利CN201421664Y提供了一种微格实训系统，并公开了摄像机控制可通过软件对装有云台的摄像机进行推拉摇移控制，或通过图像识别、红外检测、数字传感等多种摄像机自动跟踪或定位；专利CN208836230U提供了一种摄像机、单反相机镜头变焦距自动追踪检测装置，利用机械结构配合变焦调节环的运动，用编码技术采集位移数据，进行后台同步校正处理，能够实现高精度焦距检测要求。
但上述现有技术均未提及微格教学对照明系统的要求；而受到微格教室录播时间、天气等因素的影响，教室内的自然光线可能不足满足教学要求，一方面，光线不足容易造成学生视觉疲劳；另一方面微格教室内线多布置有多媒体设备，由于投影屏幕、黑板、黑板周边墙面各部分材料光反射特性不同，反射进入人眼的光量也不相同，光对比度大；且投影仪在播放幻灯片时，投影屏幕与环境亮度对比差异大、变化快，明暗变化剧烈，视野内光线明暗差异较大或急剧变化，眼睛难以适应，容易引起视觉疲劳，有损视力。
且微格教学的关键技术之一在于录播，微格教室主体包括布置在教室顶部的具备自动跟踪功能的摄像组件，摄像组件包括多可摄像头以及焦距自动调节单元，录播不希望得到曝光过度或画质灰暗等次质画面，因此，摄像对灯光要求比较严格，如何使灯光与摄像协同工作同样是微格教学需要解决的技术问题。
发明内容
针对上述内容，为解决上述缺陷，提供一种微格教室的智能照明系统，包括微格教室主体、LED主光灯、补光灯、检测模块、分析模块、控制模块；其中微格教室主体包括布置在教室顶部的具备自动跟踪功能的摄像组件，摄像组件包括多个摄像头以及焦距自动调节单元； LED主光灯、补光灯均与控制模块相连，LED主光灯具备亮度自动调节功能，补光灯设置有多个，其包括亮度自动调节功能以及角度微调功能；检测模块包括多个光强传感器，光强传感器布置在微格教室墙体上，光强传感器能够将接受的光强信息传递给分析模块，分析模块判断教室的光强信息是否符合视力保护要求以及摄像要求，并将分析结果传递给控制模块，控制模块根据分析模块反馈的信息，调控LED主光灯、补光灯的光强以及补光灯的照射角度，以实现智能照明。
进一步的，分析模块包括数据处理单元、数据存储单元与数据传输单元；其中数据存储单元存储有保护视力的教室最佳光照强度区间R1~R2，光强传感器实时采集教室光照强度信息，将采集的光强信息传递给分析模块，分析模块根据多个光强传感器传递的光强信息计算出微格教室的光强平均值，当光强平均值低于教室最佳光照强度R01时，控制模块将控制LED主光灯开启，并调控LED主光灯的发光强度，以达到教室最佳光照强度；
数据存储单元存储有多媒体屏幕发光强度与教室光照强度最适合的差值区间r1~ r2；智能照明系统的分析模块与多媒体屏幕控制单元相连接，多媒体屏幕控制单元能够将屏幕发光强度信息传递给分析模块，同时，分析模块接收多个光强传感器传递的光强信息得到微格教室的平均光照强度，分析模块将屏幕发光强度与微格教室的平均光照强度进行比较，当差值超过r2时，控制模块调节LED主光灯的发光强度，以达到合适的强度比；且微格教室的平均光照强度需在R1~R2区间内，当调节后教室的光照强度超过教室最佳光照强度区间R1~R2时，分析模块将调节信息传输给多媒体屏幕控制单元，多媒体屏幕控制单元调节多媒体屏幕发光强度以达到合适的强度比以及教室最佳光照强度。
进一步的，数据存储单元存储有摄像组件的聚焦对象位置、对应位置处的光照强度与对应位置所需的补光灯工作信息的关系对应数据表，其中，所述补光灯工作信息包括补光灯编号、照射角度及发光强度；
智能照明系统的分析模块与摄像组件的控制单元相连，摄像组件的控制单元能够将焦距对象的位置信息传递给分析模块，分析模块采集对应位置附近的光强传感器反馈的光强信息，进而从数据存储单元中调取所需的补光灯编号、补光灯调节角度以及补光灯的发光强度，并传递给控制器，控制器控制对应的补光灯开启，并调节角度、光强。
进一步的，分析模块与摄像组件的画面监控单元相连，画面监控单元将画面黑白度信息传递给分析模块，分析模块能够进一步根据画面的黑白度信息判断是否光线不足或过度曝光，进一步调节补光灯工作参数。
进一步的，微格教室墙体上还设置有多个红外探测器，红外探测器用于检测教室中是否有人，并能够将检测信号传递给分析模块，当教室持续空置一段时间后，分析模块将关闭照明系统的信号传递控制模块，控制模块关闭照明系统。
进一步的，智能照明系统还包括管理模块，管理模块与控制模块相连，用于人工干预照明系统。
有益效果：
1、受到微格教室录播时间、天气等因素的影响，教室内的自然光线可能不足满足教学要求，本发明微格教室的智能照明系统包括教室内安装有LED主光灯，其具备光照强度自动调节功能；
且本发明的分析模块包括数据处理单元、数据存储单元与数据传输单元；其中数据存储单元存储有保护视力的教室最佳光照强度区间R1~R2，光强传感器实时采集教室光照强度信息，将采集的光强信息传递给分析模块，分析模块根据多个光强传感器传递的光强信息计算出微格教室的光强平均值，当光强平均值低于教室最佳光照强度R01时，控制模块将控制LED主光灯开启，并调控LED主光灯的发光强度，以达到教室最佳光照强度；能够保护学生视力。
微格教室内线多布置有多媒体设备，由于投影屏幕、黑板、黑板周边墙面各部分材料光反射特性不同，反射进入人眼的光量也不相同，光对比度大；且投影仪在播放幻灯片时，投影屏幕与环境亮度对比差异大、变化快，明暗变化剧烈，视野内光线明暗差异较大或急剧变化，眼睛难以适应，容易引起视觉疲劳，有损视力。基于此，本发明智能照明系统的数据存储单元存储有多媒体屏幕发光强度与教室光照强度最适合的差值区间r1~ r2；智能照明系统的分析模块与多媒体屏幕控制单元相连接，多媒体屏幕控制单元能够将屏幕发光强度信息传递给分析模块，同时，分析模块接收多个光强传感器传递的光强信息得到微格教室的平均光照强度，分析模块将屏幕发光强度与微格教室的平均光照强度进行比较，当差值超过r2时，控制模块调节LED主光灯的发光强度，以达到合适的强度比；且微格教室的平均光照强度需在R1~R2区间内，当调节后教室的光照强度超过教室最佳光照强度区间R1~R2时，分析模块将调节信息传输给多媒体屏幕控制单元，多媒体屏幕控制单元调节多媒体屏幕发光强度以达到合适的强度比以及教室最佳光照强度，能够最大限度的保护学生视力。
2、微格教学的关键技术之一在于录播，微格教室主体包括布置在教室顶部的具备自动跟踪功能的摄像组件，摄像组件包括多可摄像头以及焦距自动调节单元，录播不希望得到曝光过度或画质灰暗等次质画面，因此，摄像对灯光要求比较严格，基于此，本发明的微格教室顶部设置有多个补光灯，补光灯与控制模块相连，LED主光灯具备亮度自动调节功能，以及角度微调功能；数据存储单元存储有摄像组件的聚焦对象位置、对应位置处的光照强度与对应位置所需的补光灯工作信息的关系对应数据表，其中，所述补光灯工作信息包括补光灯编号、照射角度及发光强度；智能照明系统的分析模块与摄像组件的控制单元相连，摄像组件的控制单元能够将焦距对象的位置信息传递给分析模块，分析模块采集对应位置附近的光强传感器反馈的光强信息，进而从数据存储单元中调取所需的补光灯编号、补光灯调节角度以及补光灯的发光强度，并传递给控制器，控制器控制对应的补光灯开启，并调节角度、光强；
且，分析模块与摄像组件的画面监控单元相连，画面监控单元将画面黑白度信息传递给分析模块，分析模块能够进一步根据画面的黑白度信息判断是否光线不足或过度曝光，进一步调节补光灯工作参数，辅助摄像组件完成优质画面的录播。
3.为了避免使用结束后教师或学生忘记关闭照明系统，造成资源浪费，微格教室墙体上还设置有多个红外探测器，红外探测器用于检测教室中是否有人，并能够将检测信号传递给分析模块，当教室持续空置一段时间后，分析模块将关闭照明系统的信号传递控制模块，控制模块关闭照明系统。
附图说明
图1为本发明微格教室的智能照明系统连接关系简图。
具体实施方式
一种微格教室的智能照明系统，其特征在于：包括微格教室主体、LED主光灯、补光灯、检测模块、分析模块、控制模块；其中微格教室主体包括布置在教室顶部的具备自动跟踪功能的摄像组件，摄像组件包括多个摄像头以及焦距自动调节单元； LED主光灯、补光灯均与控制模块相连，LED主光灯具备亮度自动调节功能，补光灯设置有多个，其包括亮度自动调节功能以及角度微调功能；检测模块包括多个光强传感器，光强传感器布置在微格教室墙体上，光强传感器能够将接受的光强信息传递给分析模块，分析模块判断教室的光强信息是否符合视力保护要求以及摄像要求，并将分析结果传递给控制模块，控制模块根据分析模块反馈的信息，调控LED主光灯、补光灯的光强以及补光灯的照射角度，以实现智能照明。
受到微格教室录播时间、天气等因素的影响，教室内的自然光线可能不足满足教学要求，因此，本发明教室内安装有LED主光灯，且其具备亮度自动调节功能。分析模块包括数据处理单元、数据存储单元与数据传输单元；其中数据存储单元存储有保护视力的教室最佳光照强度区间R1~R2，光强传感器实时采集教室光照强度信息，将采集的光强信息传递给分析模块，分析模块根据多个光强传感器传递的光强信息计算出微格教室的光强平均值，当光强平均值低于教室最佳光照强度R01时，控制模块将控制LED主光灯开启，并调控LED主光灯的发光强度，以达到教室最佳光照强度；
另外，微格教室内线多布置有多媒体设备，由于投影屏幕、黑板、黑板周边墙面各部分材料光反射特性不同，反射进入人眼的光量也不相同，光对比度大；且投影仪在播放幻灯片时，投影屏幕与环境亮度对比差异大、变化快，明暗变化剧烈，视野内光线明暗差异较大或急剧变化，眼睛难以适应，容易引起视觉疲劳，有损视力。基于此，本发明智能照明系统的数据存储单元存储有多媒体屏幕发光强度与教室光照强度最适合的差值区间r1~ r2；智能照明系统的分析模块与多媒体屏幕控制单元相连接，多媒体屏幕控制单元能够将屏幕发光强度信息传递给分析模块，同时，分析模块接收多个光强传感器传递的光强信息得到微格教室的平均光照强度，分析模块将屏幕发光强度与微格教室的平均光照强度进行比较，当差值超过r2时，控制模块调节LED主光灯的发光强度，以达到合适的强度比；且微格教室的平均光照强度需在R1~R2区间内，当调节后教室的光照强度超过教室最佳光照强度区间R1~R2时，分析模块将调节信息传输给多媒体屏幕控制单元，多媒体屏幕控制单元调节多媒体屏幕发光强度以达到合适的强度比以及教室最佳光照强度。
微格教学的关键技术之一在于录播，微格教室主体包括布置在教室顶部的具备自动跟踪功能的摄像组件，摄像组件包括多可摄像头以及焦距自动调节单元，录播不希望得到曝光过度或画质灰暗等次质画面，因此，摄像对灯光要求比较严格，基于此，本发明的微格教室顶部设置有多个补光灯，补光灯与控制模块相连，LED主光灯具备亮度自动调节功能，以及角度微调功能；数据存储单元存储有摄像组件的聚焦对象位置、对应位置处的光照强度与对应位置所需的补光灯工作信息的关系对应数据表，其中，所述补光灯工作信息包括补光灯编号、照射角度及发光强度；智能照明系统的分析模块与摄像组件的控制单元相连，摄像组件的控制单元能够将焦距对象的位置信息传递给分析模块，分析模块采集对应位置附近的光强传感器反馈的光强信息，进而从数据存储单元中调取所需的补光灯编号、补光灯调节角度以及补光灯的发光强度，并传递给控制器，控制器控制对应的补光灯开启，并调节角度、光强。
且，分析模块与摄像组件的画面监控单元相连，画面监控单元将画面黑白度信息传递给分析模块，分析模块能够进一步根据画面的黑白度信息判断是否光线不足或过度曝光，进一步调节补光灯工作参数。
另外，为了避免使用结束后教师或学生忘记关闭照明系统，造成资源浪费，微格教室墙体上还设置有多个红外探测器，红外探测器用于检测教室中是否有人，并能够将检测信号传递给分析模块，当教室持续空置一段时间后，分析模块将关闭照明系统的信号传递控制模块，控制模块关闭照明系统。
进一步的，为了对智能照明系统输入初始数据或者调试等操作，智能照明系统还包括管理模块，管理模块与控制模块相连，用于人工干预照明系统。
一种基于微格教室智能照明系统的智能照明方法，微格教室的智能照明系统包括微格教室主体、LED主光灯、补光灯、检测模块、分析模块、控制模块；其中微格教室主体包括布置在教室顶部的具备自动跟踪功能的摄像组件，摄像组件包括多个摄像头以及焦距自动调节单元； LED主光灯、补光灯均与控制模块相连，LED主光灯具备亮度自动调节功能，补光灯设置有多个，其包括亮度自动调节功能以及角度微调功能；分析模块包括数据处理单元、数据存储单元与数据传输单元；其中数据存储单元存储有保护视力的教室最佳光照强度区间R1~R2；数据存储单元还存储有多媒体屏幕发光强度与教室光照强度最适合的差值区间r1~ r2，智能照明系统的分析模块与多媒体屏幕控制单元相连接；数据存储单元存储有摄像组件的聚焦对象位置、对应位置处的光照强度与对应位置所需的补光灯工作信息的关系对应数据表，其中，所述补光灯工作信息包括补光灯编号、照射角度及发光强度；该智能照明方法包括：
光强传感器实时采集教室光照强度信息，将采集的光强信息传递给分析模块，分析模块根据多个光强传感器传递的光强信息计算出微格教室的光强平均值，当光强平均值低于教室最佳光照强度R01时，控制模块将控制LED主光灯开启，并调控LED主光灯的发光强度，以达到教室最佳光照强度；
多媒体屏幕控制单元将屏幕发光强度信息传递给分析模块，同时，分析模块接收多个光强传感器传递的光强信息得到微格教室的平均光照强度，分析模块将屏幕发光强度与微格教室的平均光照强度进行比较，当差值超过r2时，控制模块调节LED主光灯的发光强度，以达到合适的强度比；且微格教室的平均光照强度需在R1~R2区间内，当调节后教室的光照强度超过教室最佳光照强度区间R1~R2时，分析模块将调节信息传输给多媒体屏幕控制单元，多媒体屏幕控制单元调节多媒体屏幕发光强度以达到合适的强度比以及教室最佳光照强度；
智能照明系统的分析模块与摄像组件的控制单元相连，摄像组件的控制单元将焦距对象的位置信息传递给分析模块，分析模块采集对应位置附近的光强传感器反馈的光强信息，进而从数据存储单元中调取所需的补光灯编号、补光灯调节角度以及补光灯的发光强度，并传递给控制器，控制器控制对应的补光灯开启，并调节角度、光强；
分析模块与摄像组件的画面监控单元相连，画面监控单元将画面黑白度信息传递给分析模块，分析模块能够进一步根据画面的黑白度信息判断是否光线不足或过度曝光，进一步调节补光灯工作参数。
以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种微格教室的智能照明系统，其特征在于：包括微格教室主体、LED主光灯、补光灯、检测模块、分析模块、控制模块；其中微格教室主体包括布置在教室顶部的具备自动跟踪功能的摄像组件，摄像组件包括多个摄像头以及焦距自动调节单元； LED主光灯、补光灯均与控制模块相连，LED主光灯具备亮度自动调节功能，补光灯设置有多个，其包括亮度自动调节功能以及角度微调功能；检测模块包括多个光强传感器，光强传感器布置在微格教室墙体上，光强传感器能够将接受的光强信息传递给分析模块，分析模块判断教室的光强信息是否符合视力保护要求以及摄像要求，并将分析结果传递给控制模块，控制模块根据分析模块反馈的信息，调控LED主光灯、补光灯的光强以及补光灯的照射角度，以实现智能照明。
2.根据权利要求1所述的一种微格教室的智能照明系统，其特征在于：分析模块包括数据处理单元、数据存储单元与数据传输单元；其中数据存储单元存储有保护视力的教室最佳光照强度区间R1~R2，光强传感器实时采集教室光照强度信息，将采集的光强信息传递给分析模块，分析模块根据多个光强传感器传递的光强信息计算出微格教室的光强平均值，当光强平均值低于教室最佳光照强度R1时，控制模块将控制LED主光灯开启，并调控LED主光灯的发光强度，以达到教室最佳光照强度；
数据存储单元存储有多媒体屏幕发光强度与教室光照强度最适合的差值区间r1~ r2；智能照明系统的分析模块与多媒体屏幕控制单元相连接，多媒体屏幕控制单元能够将屏幕发光强度信息传递给分析模块，同时，分析模块接收多个光强传感器传递的光强信息得到微格教室的平均光照强度，分析模块将屏幕发光强度与微格教室的平均光照强度进行比较，当差值超过r2时，控制模块调节LED主光灯的发光强度，以达到合适的强度比；且微格教室的平均光照强度需在R1~R2区间内，当调节后教室的光照强度超过教室最佳光照强度区间R1~R2时，分析模块将调节信息传输给多媒体屏幕控制单元，多媒体屏幕控制单元调节多媒体屏幕发光强度以达到合适的强度比以及教室最佳光照强度。
3.根据权利要求2所述的一种微格教室的智能照明系统，其特征在于：数据存储单元存储有摄像组件的聚焦对象位置、对应位置处的光照强度与对应位置所需的补光灯工作信息的关系对应数据表，其中，所述补光灯工作信息包括补光灯编号、照射角度及发光强度；
智能照明系统的分析模块与摄像组件的控制单元相连，摄像组件的控制单元能够将焦距对象的位置信息传递给分析模块，分析模块采集对应位置附近的光强传感器反馈的光强信息，进而从数据存储单元中调取所需的补光灯编号、补光灯调节角度以及补光灯的发光强度，并传递给控制器，控制器控制对应的补光灯开启，并调节角度、光强。
4.根据权利要求3所述的一种微格教室的智能照明系统，其特征在于：分析模块与摄像组件的画面监控单元相连，画面监控单元将画面黑白度信息传递给分析模块，分析模块能够进一步根据画面的黑白度信息判断是否光线不足或过度曝光，进一步调节补光灯工作参数。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种微格教室的智能照明系统，其特征在于：微格教室墙体上还设置有多个红外探测器，红外探测器用于检测教室中是否有人，并能够将检测信号传递给分析模块，当教室持续空置一段时间后，分析模块将关闭照明系统的信号传递控制模块，控制模块关闭照明系统。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种微格教室的智能照明系统，其特征在于：智能照明系统还包括管理模块，管理模块与控制模块相连，用于人工干预照明系统。
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