CN110300282A - 一种微格教室的全场景自动跟踪装置 - 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全场景自动跟踪装置，包括教师定位追踪系统、学生定位追踪系统、讲台定位系统以及控制模块；教师定位追踪系统、学生定位追踪系统、讲台定位系统布置在教室内部与后台的控制模块相连；其中，教师定位追踪系统包括红外发射装置、红外捕获装置、红外分析装置以及教师自动跟踪装置，教师定位追踪系统能够保障对教师的正面进行跟踪摄像；学生定位追踪系统包括声音捕捉装置、声音分析装置、学生自动跟踪装置，学生定位追踪系统能够保障对发言学生的定位追踪摄像；讲台定位系统包括讲台摄像机，讲台摄像机至少包括黑板定位摄像机、多媒体屏幕摄像机，讲台定位系统记录多媒体屏幕教学信息。

Description

一种微格教室的全场景自动跟踪装置
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全场景自动跟踪装置。
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, 但现有技术中，录制教学过程需要多个人进行配合，录制有盲区，并且在录制后需要进行人为的加工处理，画面大多很模糊。
微格教室的全场景自动跟踪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，如何对教师的正面实时追踪是微格教室的全场景自动跟踪录播的关键技术之一；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，还需要对发言学生的画面录制以及教师的板书、投影仪屏幕等影像，如何进行画面切换，是微格教室的全场景自动跟踪录播的另一关键技术。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，但并未给出自动跟踪具体的实施手段。
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，但如何将其应用于微格教学的全场景录播还需进一步探索。
总之，微格教室的全场景自动跟踪装置需要进一步改进完善。
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全场景自动跟踪装置，包括教师定位追踪系统、学生定位追踪系统、讲台定位系统以及控制模块；教师定位追踪系统、学生定位追踪系统、讲台定位系统布置在教室内部与后台的控制模块相连；其中，教师定位追踪系统包括红外发射装置、红外捕获装置、红外分析装置以及教师自动跟踪装置；红外发射装置设置在教师穿戴设备上，包括设置在教师正面的第一红外发射装置和设置在教师背面的第二红外发射装置，使用时，第一红外发射装置和第二红外发射装置同时发射不同波段的红外线，并被红外捕获装置捕获，红外捕获装置将捕获的两种波段红外线信息传递给红外分析装置，由红外分析装置根据上述两种波段红外线信息分析出第一红外发射装置和第二红外发射装置的位置，进一步判断教师的位置以及教师的朝向；教师自动跟踪装置由布置在教室顶部的至少2台焦距可调的教师摄像机构成，红外分析装置将教师的位置以及教师的朝向传输给控制模块，控制模块选择对应的教师摄像机，并对其发出焦距调节动作指令以指导对应的教师摄像机工作，保障对教师的正面进行跟踪摄像；
进一步的，学生定位追踪系统包括声音捕捉装置、声音分析装置、学生自动跟踪装置；其中声音捕捉装置设置在学生课桌上，能够将捕捉的声音信息传递给声音分析装置，声音分析装置根据捕捉的声音信息分析出声源大体位置、声音大小，并判断具体的发言学生位置，并将声音分析结果传输给控制模块；学生自动跟踪装置由布置在教室顶部对应学生课桌的多台焦距可调的学生摄像机构成，控制模块能够根据声音分析结果选择对应的学生摄像机，并对其发出焦距调节动作指令以指导对应的学生摄像机工作，保障对发言学生的定位追踪摄像；
进一步的，讲台定位系统包括讲台摄像机，讲台摄像机至少包括黑板定位摄像机、多媒体屏幕摄像机，当红外分析装置根据第一红外发射装置和第二红外发射装置发射的两种波段红外线信息分析出教师面向黑板且教师距黑板的距离小于一定值时，黑板定位摄像机开始工作，记录教师的板书信息；当教师开启多媒体屏幕教学时，多媒体屏幕摄像机开始工作，记录多媒体屏幕教学信息；
进一步的，该微格教室的全场景自动跟踪装置还包括管理模块、编辑模块、点播模块，管理模块、编辑模块、点播模块设置在云端管理平台服务器，且与后台的控制模块相连；管理者可以对录制的教学模板进行剪切、合并、字幕等编辑处理，以形成优秀课件；且用户可根据用户权限，登录云端管理平台服务器，进入点播模块，进行课件学习；
进一步的，该微格教室的全场景自动跟踪装置能够通过管理模块设置录像模式是单画面录播还是多画面录播；当选择单画面录播时，管理者可设置教师定位追踪系统、学生定位追踪系统、讲台定位系统的录播切换优先级，学生定位追踪系统优先于讲台定位系统自动跟踪录播，讲台定位系统优先于教师定位追踪系统自动跟踪录播；多画面录播时，教师定位追踪系统、学生定位追踪系统、讲台定位系统同时录播，不进行切换；
进一步的，教师穿戴设备为话筒、耳机、领带、腰带之一或任意两个。
有益效果：
1、该微格教室的全场景自动跟踪装置，包括教师定位追踪系统、学生定位追踪系统、讲台定位系统能够对教师、学生以及黑板、多媒体屏幕等进行自动跟踪录播，实现微格教室的全场景自动跟踪录播教学；
2、教师定位追踪系统、学生定位追踪系统、讲台定位系统的摄像机均焦距可调，能够保障录播画面质量；
由于教师在教学过程中其位置及朝向是经常变动的，为了保证录制画面的完整性以及录制教师正面教学影像，教师定位追踪系统包括红外发射装置、红外捕获装置、红外分析装置以及教师自动跟踪装置；红外发射装置设置在教师穿戴设备上，包括设置在教师正面的第一红外发射装置和设置在教师背面的第二红外发射装置，使用时，第一红外发射装置和第二红外发射装置同时发射不同波段的红外线，并被红外捕获装置捕获，红外捕获装置将捕获的两种波段红外线信息传递给红外分析装置，由红外分析装置根据上述两种波段红外线信息分析出第一红外发射装置和第二红外发射装置的位置，进一步判断教师的位置以及教师的朝向；教师自动跟踪装置由布置在教室顶部的至少2台焦距可调的教师摄像机构成，红外分析装置将教师的位置以及教师的朝向传输给控制模块，控制模块选择对应的教师摄像机，并对其发出焦距调节动作指令以指导对应的教师摄像机工作，保障对教师的正面进行跟踪摄像；
3、现有技术对学生追踪录播一般由多台摄像机同时进行录制，需要后台选择优质画面，不仅需要较大画面存储空间，而且后台处理繁琐，工作量巨大，而且多台摄像机同时工作存在造成资源浪费的现象；本发明的学生定位追踪系统包括声音捕捉装置、声音分析装置、学生自动跟踪装置；其中声音捕捉装置设置在学生课桌上，能够将捕捉的声音信息传递给声音分析装置，声音分析装置根据捕捉的声音信息分析出声源大体位置、声音大小，并判断具体的发言学生位置，并将声音分析结果传输给控制模块；学生自动跟踪装置由布置在教室顶部对应学生课桌的多台焦距可调的学生摄像机构成，控制模块能够根据声音分析结果选择对应的学生摄像机，并对其发出焦距调节动作指令以指导对应的学生摄像机工作，保障对发言学生的定位追踪摄像，能够较大的节约资源与时间成本。
4、本发明还包括讲台摄像机，讲台摄像机至少包括黑板定位摄像机、多媒体屏幕摄像机，当红外分析装置根据第一红外发射装置和第二红外发射装置发射的两种波段红外线信息分析出教师面向黑板且教师距黑板的距离小于一定值时，黑板定位摄像机开始工作，记录教师的板书信息；当教师开启多媒体屏幕教学时，多媒体屏幕摄像机开始工作，记录多媒体屏幕教学信息，能够全方位、全场景对教学细节进行追踪录播；
5、该微格教室的全场景自动跟踪装置还包括管理模块、编辑模块、点播模块，管理模块、编辑模块、点播模块设置在云端管理平台服务器，且与后台的控制模块相连；管理者可以对录制的教学模板进行剪切、合并、字幕等编辑处理，以形成优秀课件；且用户可根据用户权限，登录云端管理平台服务器，进入点播模块，进行课件学习；
该微格教室的全场景自动跟踪装置能够通过管理模块设置录像模式是单画面录播还是多画面录播；当选择单画面录播时，管理者可设置教师定位追踪系统、学生定位追踪系统、讲台定位系统的录播切换优先级，学生定位追踪系统优先于讲台定位系统自动跟踪录播，讲台定位系统优先于教师定位追踪系统自动跟踪录播；多画面录播时，教师定位追踪系统、学生定位追踪系统、讲台定位系统同时录播，不进行切换。
附图说明
图1为本发明的微格教室内部布置场景结构示意图；
图2为本发明微格教室的全场景自动跟踪装置连接关系示意图；
教室1；讲台2；黑板3；课桌4；讲台摄像机5；学生摄像机6；教师摄像机7。
具体实施方式
一种微格教室的全场景自动跟踪装置，包括教师定位追踪系统、学生定位追踪系统、讲台定位系统以及控制模块；教师定位追踪系统、学生定位追踪系统、讲台定位系统布置在教室1内部与后台的控制模块相连；其中，教师定位追踪系统包括红外发射装置、红外捕获装置、红外分析装置以及教师自动跟踪装置；红外发射装置设置在教师穿戴设备上，包括设置在教师正面的第一红外发射装置和设置在教师背面的第二红外发射装置，使用时，第一红外发射装置和第二红外发射装置同时发射不同波段的红外线，并被红外捕获装置捕获，红外捕获装置将捕获的两种波段红外线信息传递给红外分析装置，由红外分析装置根据上述两种波段红外线信息分析出第一红外发射装置和第二红外发射装置的位置，进一步判断教师的位置以及教师的朝向；教师自动跟踪装置由布置在教室顶部的至少2台焦距可调的教师摄像机7构成，红外分析装置将教师的位置以及教师的朝向传输给控制模块，控制模块选择对应的教师摄像机7，并对其发出焦距调节动作指令以指导对应的教师摄像机7工作，保障对教师的正面进行跟踪摄像。
其中，教师穿戴设备为话筒、耳机、领带、腰带之一或任意两个。
学生定位追踪系统包括声音捕捉装置、声音分析装置、学生自动跟踪装置；其中声音捕捉装置设置在学生课桌4上，能够将捕捉的声音信息传递给声音分析装置，声音分析装置根据捕捉的声音信息分析出声源大体位置、声音大小，并判断具体的发言学生位置，并将声音分析结果传输给控制模块；学生自动跟踪装置由布置在教室1顶部对应学生课桌4的多台焦距可调的学生摄像机6构成，控制模块能够根据声音分析结果选择对应的学生摄像机6，并对其发出焦距调节动作指令以指导对应的学生摄像机6工作，保障对发言学生的定位追踪摄像。
讲台定位系统包括讲台摄像机5，讲台摄像机5至少包括黑板定位摄像机、多媒体屏幕摄像机，当红外分析装置根据第一红外发射装置和第二红外发射装置发射的两种波段红外线信息分析出教师面向黑板且教师距黑板的距离小于一定值时，黑板定位摄像机开始工作，记录教师的板书信息；当教师开启多媒体屏幕教学时，多媒体屏幕摄像机开始工作，记录多媒体屏幕教学信息。
该微格教室的全场景自动跟踪装置还包括管理模块、编辑模块、点播模块，管理模块、编辑模块、点播模块设置在云端管理平台服务器，且与后台的控制模块相连；管理者可以对录制的教学模板进行剪切、合并、字幕等编辑处理，以形成优秀课件；且用户可根据用户权限，登录云端管理平台服务器，进入点播模块，进行课件学习。
该微格教室的全场景自动跟踪装置能够通过管理模块设置录像模式是单画面录播还是多画面录播；当选择单画面录播时，管理者可设置教师定位追踪系统、学生定位追踪系统、讲台定位系统的录播切换优先级，学生定位追踪系统优先于讲台定位系统自动跟踪录播，讲台定位系统优先于教师定位追踪系统自动跟踪录播；多画面录播时，教师定位追踪系统、学生定位追踪系统、讲台定位系统同时录播，不进行切换。
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)

1.一种微格教室的全场景自动跟踪装置，其特征在于：包括教师定位追踪系统、学生定位追踪系统、讲台定位系统以及控制模块；教师定位追踪系统、学生定位追踪系统、讲台定位系统布置在教室（1）内部与后台的控制模块相连；其中，教师定位追踪系统包括红外发射装置、红外捕获装置、红外分析装置以及教师自动跟踪装置；红外发射装置设置在教师穿戴设备上，包括设置在教师正面的第一红外发射装置和设置在教师背面的第二红外发射装置，使用时，第一红外发射装置和第二红外发射装置同时发射不同波段的红外线，并被红外捕获装置捕获，红外捕获装置将捕获的两种波段红外线信息传递给红外分析装置，由红外分析装置根据上述两种波段红外线信息分析出第一红外发射装置和第二红外发射装置的位置，进一步判断教师的位置以及教师的朝向；教师自动跟踪装置由布置在教室顶部的至少2台焦距可调的教师摄像机（7）构成，红外分析装置将教师的位置以及教师的朝向传输给控制模块，控制模块选择对应的教师摄像机（7），并发出焦距调节动作指令以指导对应的教师摄像机（7）工作，保障对教师的正面进行跟踪摄像。
2.根据权利要求1所述的一种微格教室的全场景自动跟踪装置，其特征在于：学生定位追踪系统包括声音捕捉装置、声音分析装置、学生自动跟踪装置；其中声音捕捉装置设置在学生课桌（4）上，能够将捕捉的声音信息传递给声音分析装置，声音分析装置根据捕捉的声音信息分析出声源大体位置，并判断具体的发言学生位置，并将声音分析结果传输给控制模块；学生自动跟踪装置由布置在教室（1）顶部对应学生课桌（4）的多台焦距可调的学生摄像机（6）构成，控制模块能够根据声音分析结果选择对应的学生摄像机（6），并发出焦距调节动作指令以指导对应的学生摄像机（6）工作，保障对发言学生的定位追踪摄像。
3.根据权利要求1所述的一种微格教室的全场景自动跟踪装置，其特征在于：讲台定位系统包括讲台摄像机（5），讲台摄像机（5）至少包括黑板定位摄像机、多媒体屏幕摄像机，当红外分析装置根据第一红外发射装置和第二红外发射装置发射的两种波段红外线信息分析出教师面向黑板且教师距黑板的距离小于一定值时，黑板定位摄像机开始工作，记录教师的板书信息；当教师开启多媒体屏幕教学时，多媒体屏幕摄像机开始工作，记录多媒体屏幕教学信息。
4.根据权利要求1所述的一种微格教室的全场景自动跟踪装置，其特征在于：该微格教室的全场景自动跟踪装置还包括管理模块、编辑模块、点播模块，管理模块、编辑模块、点播模块设置在云端管理平台服务器，且与后台的控制模块相连；管理者可以对录制的教学模板进行剪切、合并、字幕编辑处理，以形成优秀课件；且用户可根据用户权限，登录云端管理平台服务器，进入点播模块，进行课件学习。
5.根据权利要求4所述的一种微格教室的全场景自动跟踪装置，其特征在于：该微格教室的全场景自动跟踪装置能够通过管理模块设置录像模式是单画面录播还是多画面录播；当选择单画面录播时，管理者可设置教师定位追踪系统、学生定位追踪系统、讲台定位系统的录播切换优先级，学生定位追踪系统优先于讲台定位系统自动跟踪录播，讲台定位系统优先于教师定位追踪系统自动跟踪录播；多画面录播时，教师定位追踪系统、学生定位追踪系统、讲台定位系统同时录播，不进行切换。
6.根据权利要求1所述的一种微格教室的全场景自动跟踪装置，其特征在于：教师穿戴设备为话筒、耳机、领带、腰带之一或任意两个。
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