CN111754830A - 一种用于声乐教学的互动教学仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于声乐教学的互动教学仪，包括图像采集模块、摄像机控制模块、图像分析模块、教师跟踪模块、学生跟踪模块和输出与控制模块；所述图像采集模块，根据教师或学生图像辅助定位摄像头采集的视频数据信息，将采集到的图像传递到输出与控制模块的储存模块中，其中将教师摄像机采集到的图像作为教师跟踪模块并提取教师关键区域及教师的面部信息和特征物，将学生摄像机采集到的图像作为学生跟踪模块的输入图像并提取和学生关键区域，判断每个座位内是否有目标，本发明具有自动录播、自动跟踪、造价较低、使用方便、更能适应用户的需要等优点。

Description

一种用于声乐教学的互动教学仪
技术领域
本发明涉及教学仪器领域，具体涉及一种用于声乐教学的互动教学仪。
背景技术
目前在普教和高教的视频公开课、精品课堂或常态化教学录制和资源共享过程中，随着科技的发展，远程教育不再成为难题，人们通过智能手机或平板电脑通过网络即可实现教学视频互动。声乐教育，尤其是专业音乐教育，是通过基本的技能及技术实践知识的传授培养高等技术应用人才，教育的一个最终目的是使学生具有较强的声乐、器乐表演能力和音乐鉴赏及辨别能力，掌握音乐作品的分析方法。
在声乐教育的教学过程中，主要课程包括乐理、视唱、练耳、声乐、器乐、歌曲写作、舞台表演、心理学等，目前的教学系统大多只能满足上述，某一个教学要求，然而声乐教学不仅仅需要展示唱歌，还需要展示肢体动态，现有的智能手机或平板电脑无法对老师或学生的动作进行移动拍摄，降低了声乐互动效果。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种自动录播、自动跟踪、造价较低、使用方便的基于双摄交互式的教师跟踪教学系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于声乐教学的互动教学仪，包括图像采集模块、摄像机控制模块、图像分析模块、教师跟踪模块、输出与控制模块和语言转换输出模块；
所述图像采集模块，根据教师图像辅助定位摄像头采集的视频数据信息，将采集到的图像传递到输出与控制模块的储存模块中，其中将教师摄像机采集到的图像作为教师跟踪模块并提取教师关键区域及教师的面部信息和特征物；
所述摄像机控制模块，包括输出模块与接收模块，输出与控制模块可对摄像机输出指令，指令由接收模块接收并将结果通过输出模块反馈给输出与控制模块进行显示或者储存；
所述图像分析模块，图像分析模块可针对图像采集模块采集到的信息进行分析，分析结果包括，教师动作和表情的改变，目标是否有缺失，教师摄像机的运动方向和偏移位置，图像分析模块可根据分析结果驱动教师跟踪模块进行跟踪摄像，驱动摄像机进行旋转变焦；
所述教师跟踪模块，从图像采集模块中实时获取教师摄像机所采集的图像，并根据教师关键区域内的对象的位置检测和教师状态分析从而获得对象行为，根据对象行为对教师摄像机进行调节，当对象发生移动时，可控制教师摄像机根据其坐标移动差值的大小与方向进行摆动或俯仰，使对象一直处于摄像机的中心位置，当检测到教室位置在大于一定时间内未发生移动，则控制教师摄像机对教师面部特写放大镜头，以便能够在输出与控制模块的显示模块；
所述语言转换输出模块，包括录入模块、输出模块和语言转换模块，所述录入模块基于文件录音的方式通过教师跟踪模块对教师的声音进行跟踪放大和录入，并将该声音通过标记记录在储存模块，并通过识别教师声音开始录入语音信息，所述输出模块，能够将储存的语言信息通过输出与控制模块进行输出，所述语言转换模块能够将语言转换为相应文字，并通过输出与控制模块进行输出；
所述输出与控制模块，包括控制模块、显示模块和储存模块，控制模块可对摄像头发出指令，并接收摄像头的反馈，并将反馈结果储存于储存模块，或投放于显示模块。
进一步的，包括支架，所述支架上设有摄像头，所述摄像头电连接有摄像机控制器，所述摄像机控制器电连接有控制装置，所述控制装置设有显示屏；
所述控制装置电连接有驱动装置，所述摄像头通过所述驱动装置与所述支架转动连接。
进一步的，所述控制装置设有转接头，能够与用户的手机和平板电脑进行电连接。
进一步的，所述转接头为安卓系统接头、iOS系统接头和type-c系统接头。
进一步的，当教师面部信息不清晰，教师跟踪模块以相应特征物进行对象识别。
进一步的，所述相应特征物包括衣着、首饰、身材、身高的一种或多种。
进一步的，所述教师关键区域为屏幕前方的摄像头覆盖的200厘米的区域。
进一步的，所述教师位置检测采用RGB颜色转HSV颜色空间法，背景建模和更新技术、帧差法和背景减除法相结合的跟踪技术，形态学过滤，模板匹配和颜色匹配相结合的识别技术分析标定区域图像，确定教师位置。
进一步的，所述教师状态分析是根据教师当前位置分析教师是否处于教师关键区域，结合之前位置分析教室运动状态是静止、小范围走动或大范围走动。
进一步的，还包括教师语音录入模块，基于文件录音的方式通过教师跟踪模块对教师的声音进行跟踪放大和录入，并将该声音通过标记记录在储存模块，并通过识别教师声音开始录入语音信息。与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
1.本发明提供的一种用于声乐教学的互动教学仪，通过图像采集模块、摄像机控制模块、图像分析模块、教师跟踪模块、输出与控制模块和语言转换输出模块的设置，提高了视频拍摄的完整性，不但能实时对教师在教学区域的运动进行检测跟踪，而且还能判断教师的动作表达和语言表达，对老师的面部和动作给出特写镜头，本发明具有高效便捷等优点，更为适应用户的需要。
2.本发明通过对教师语音的录入和语言的转换，能够较为清楚的获得教师的语言输出，且有效防止由于语音语调的影响输出效果不佳的现象，防止干扰的情况出现，大大提高了整个装置的整体性能，更能满足用户的需要。
3.本发明仅使用一个摄像机，通过一台主机对其进行控制，不但降低了人工成本同样也降低了系统成本，构造简单，造价较低，便于安装维护，大大提高了整个装置的整体性能，更能满足用户的需要。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是本发明的结构图。
图中：支架-1、摄像头-2、摄像机控制器-3、控制装置-4、显示屏-5、驱动装置-6、转接头-7。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的描述。
如图1-图2所示，一种用于声乐教学的互动教学仪，还包括支架1，支架1上设有摄像头2，摄像头2电连接有摄像机控制器3，摄像机控制器3电连接有控制装置4，控制装置4设有显示屏5；
控制装置4电连接有驱动装置6，摄像头2通过驱动装置6与支架1转动连接。
控制装置4设有转接头7，能够与用户的手机和平板电脑进行电连接。
转接头7为安卓系统接头、iOS系统接头和type-c系统接头。
实施例1：
一种用于声乐教学的互动教学仪，通过该系统对教师进行跟踪拍摄：
包括图像采集模块、摄像机控制模块、图像分析模块、教师跟踪模块、输出与控制模块和语言转换输出模块；
图像采集模块，根据教师图像辅助定位摄像头采集的视频数据信息，将采集到的图像传递到输出与控制模块的储存模块中，其中将教师摄像机采集到的图像作为教师跟踪模块并提取教师关键区域及教师的面部信息和特征物；
摄像机控制模块，包括输出模块与接收模块，输出与控制模块可对摄像机输出指令，指令由接收模块接收并将结果通过输出模块反馈给输出与控制模块进行显示或者储存；
图像分析模块，图像分析模块可针对图像采集模块采集到的信息进行分析，分析结果包括，教师动作和表情的改变，目标是否有缺失，教师摄像机的运动方向和偏移位置，图像分析模块可根据分析结果驱动教师跟踪模块进行跟踪摄像，驱动摄像机进行旋转变焦；
教师跟踪模块，从图像采集模块中实时获取教师摄像机所采集的图像，并根据教师关键区域内的对象的位置检测和教师状态分析从而获得对象行为，根据对象行为对教师摄像机进行调节，当对象发生移动时，可控制教师摄像机根据其坐标移动差值的大小与方向进行摆动或俯仰，使对象一直处于摄像机的中心位置，当检测到教室位置在大于一定时间内未发生移动，则控制教师摄像机对教师面部特写放大镜头，以便能够在输出与控制模块的显示模块；
语言转换输出模块，包括录入模块、输出模块和语言转换模块，录入模块基于文件录音的方式通过教师跟踪模块对教师的声音进行跟踪放大和录入，并将该声音通过标记记录在储存模块，并通过识别教师声音开始录入语音信息，输出模块，能够将储存的语言信息通过输出与控制模块进行输出，语言转换模块能够将语言转换为相应文字，并通过输出与控制模块进行输出；
输出与控制模块，包括控制模块、显示模块和储存模块，控制模块可对摄像头发出指令，并接收摄像头的反馈，并将反馈结果储存于储存模块，或投放于显示模块。
管理人员通过输出与控制模块的控制模块对摄像机控制模块和图像采集模块输出指令，指令由接收模块接收并控制教师摄像头进行拍摄，通过图像采集模块，根据教师摄像头采集的视频数据信息，将采集到的图像传递到输出与控制模块的储存模块中，经过图像分析模块，图像分析模块可针对图像采集模块采集到的信息进行分析，分析结果包括，教师关键区域是否有目标，提取目标的并提取教师关键区域及教师的面部信息和目标的衣着、首饰、身材、身高衣着等作为特征物进行识别，以及教师摄像机的运动方向、偏移位置、运动速度和变焦值，将结果通过输出模块反馈给输出与控制模块的储存模块进行储存，然后通过教师跟踪模块进行教师跟踪，从图像采集模块中实时获取教师摄像机所采集的图像，并根据教师关键区域内的对象的面部信息与相应特征物进行对象识别，并采用RGB颜色转HSV颜色空间法，背景建模和更新技术、帧差法和背景减除法相结合的跟踪技术，形态学过滤，模板匹配和颜色匹配相结合的识别技术分析标定区域图像，确定教师位置，根据教师当前位置分析教师是否处于教师关键区域，结合之前位置分析教室运动状态是静止、小范围走动或大范围走动，获得对象行为并根据对象行为对教师摄像机进行调节，当对象发生移动时，可控制教师摄像机根据其坐标移动差值的大小与方向进行摆动或俯仰，使对象一直处于摄像机的中心位置，当检测到教室位置在大于一定时间内未发生移动，则控制教师摄像机对教师黑板处特写放大镜头，以便能够在输出与控制模块的显示模块图像分析模块可根据分析结果驱动教师跟踪模块进行跟踪摄像，驱动摄像机进行旋转变焦；图像采集模块将结果实时通过输出模块反馈给输出与控制模块进行显示或者储存；并通过教师语音录入模块录入教师语音，基于文件录音的方式通过教师跟踪模块对教师的声音进行跟踪放大和录入，并将该声音通过标记记录在储存模块，并通过识别教师声音开始录入语音信息。
实施例2：
一种用于声乐教学的互动教学仪，通过该系统对学生进行输出：
包括图像采集模块、摄像机控制模块、图像分析模块、教师跟踪模块、学生跟踪模块和输出与控制模块；
通过输出与控制模块的控制模块能够将图像采集模块获得教室图像进行处理和输出，基于文件录音的方式通过教师跟踪模块对教师的声音进行跟踪放大和录入，并将该声音通过标记记录在储存模块，并通过识别教师声音开始录入语音信息，输出模块，能够将储存的语言信息通过输出与控制模块进行输出，语言转换模块能够将语言转换为相应文字，并通过输出与控制模块将文字与视频进行同步输出。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种用于声乐教学的互动教学仪，其特征在于：包括图像采集模块、摄像机控制模块、图像分析模块、教师跟踪模块、输出与控制模块和语言转换输出模块；
所述图像采集模块，根据教师图像辅助定位摄像头采集的视频数据信息，将采集到的图像传递到输出与控制模块的储存模块中，其中将教师摄像机采集到的图像作为教师跟踪模块并提取教师关键区域及教师的面部信息和特征物；
所述摄像机控制模块，包括输出模块与接收模块，输出与控制模块可对摄像机输出指令，指令由接收模块接收并将结果通过输出模块反馈给输出与控制模块进行显示或者储存；
所述图像分析模块，图像分析模块可针对图像采集模块采集到的信息进行分析，分析结果包括，教师动作和表情的改变，目标是否有缺失，教师摄像机的运动方向和偏移位置，图像分析模块可根据分析结果驱动教师跟踪模块进行跟踪摄像，驱动摄像机进行旋转变焦；
所述教师跟踪模块，从图像采集模块中实时获取教师摄像机所采集的图像，并根据教师关键区域内的对象的位置检测和教师状态分析从而获得对象行为，根据对象行为对教师摄像机进行调节，当对象发生移动时，可控制教师摄像机根据其坐标移动差值的大小与方向进行摆动或俯仰，使对象一直处于摄像机的中心位置，当检测到教室位置在大于一定时间内未发生移动，则控制教师摄像机对教师面部特写放大镜头，以便能够在输出与控制模块的显示模块；
所述语言转换输出模块，包括录入模块、输出模块和语言转换模块，所述录入模块基于文件录音的方式通过教师跟踪模块对教师的声音进行跟踪放大和录入，并将该声音通过标记记录在储存模块，并通过识别教师声音开始录入语音信息，所述输出模块，能够将储存的语言信息通过输出与控制模块进行输出，所述语言转换模块能够将语言转换为相应文字，并通过输出与控制模块进行输出；
所述输出与控制模块，包括控制模块、显示模块和储存模块，控制模块可对摄像头发出指令，并接收摄像头的反馈，并将反馈结果储存于储存模块，或投放于显示模块。
2.根据权利要求1所述的一种用于声乐教学的互动教学仪，其特征在于：还包括支架（1），所述支架（1）上设有摄像头（2），所述摄像头（2）电连接有摄像机控制器（3），所述摄像机控制器（3）电连接有控制装置（4），所述控制装置（4）设有显示屏（5）；
所述控制装置（4）电连接有驱动装置（6），所述摄像头（2）通过所述驱动装置（6）与所述支架（1）转动连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于声乐教学的互动教学仪，其特征在于：所述控制装置（4）设有转接头（7），能够与用户的手机和平板电脑进行电连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于声乐教学的互动教学仪，其特征在于：所述转接头（7）为安卓系统接头、iOS系统接头和type-c系统接头。
5.根据权利要求1所述的一种用于声乐教学的互动教学仪，其特征在于：当教师面部信息不清晰，教师跟踪模块以相应特征物进行对象识别。
6.根据权利要求5所述的一种用于声乐教学的互动教学仪，其特征在于：所述相应特征物包括衣着、首饰、身材、身高的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种用于声乐教学的互动教学仪，其特征在于：所述教师关键区域为屏幕前方的摄像头覆盖的200厘米的区域。
8.根据权利要求7所述的一种用于声乐教学的互动教学仪，其特征在于：所述教师位置检测采用RGB颜色转HSV颜色空间法，背景建模和更新技术、帧差法和背景减除法相结合的跟踪技术，形态学过滤，模板匹配和颜色匹配相结合的识别技术分析标定区域图像，确定教师位置。
9.根据权利要求1所述的一种用于声乐教学的互动教学仪，其特征在于：所述教师状态分析是根据教师当前位置分析教师是否处于教师关键区域，结合之前位置分析教室运动状态是静止、小范围走动或大范围走动。
10.根据权利要求1所述的一种用于声乐教学的互动教学仪，其特征在于：还包括教师语音录入模块，基于文件录音的方式通过教师跟踪模块对教师的声音进行跟踪放大和录入，并将该声音通过标记记录在储存模块，并通过识别教师声音开始录入语音信息。
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