CN215186958U - 一种线上学习专注度评估装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种线上学习专注度评估装置，包括电源模块、处理器模块及受处理器模块控制的图像采集模块、通信模块及存储模块；图像采集模块包括长焦摄像头、红外摄像头、红外发射器及光电转换器，长焦摄像头用于检测人脸、确定瞳孔位置并拍照，红外发射器用于发射红外线光束，红外摄像头用于捕捉经角膜反射后的红外线光束，光电转换器用于接收长焦摄像头和红外摄像头发射的光信号并转换成电信号；处理器模块接收光电转换器的电信号并换算成专注度数据序列和专注度评估的参数，并由通信模块实时发送给线上学习的设备；存储模块用于存储长焦摄像头拍摄的照片、专注度数据序列和专注度评估的参数；电源模块用于给本装置供电。

Description

一种线上学习专注度评估装置

技术领域

本实用新型涉及网络教育的技术领域，更确切地说涉及一种线上学习专注度评估装置。

背景技术

随着时代的进步，以及社会的发展，线上学习成为了一种主流的学习方式，线上学习这种教学方式打破了地域限制，提升了教学的便利性，在疫情期间几乎成为了学生唯一的学习方式。2019年教育部等十一部门联合印发《关于促进在线教育健康发展的指导意见》，其中也提到了，到2022年，现代信息技术与教育实现深度融合，在线教育质量也要提升，可见线上学习慢慢地将会成为一种主流的学习方式。

现在的线上学习反馈方式包括教师通过在线学习设备的摄像头实时观察学生听讲情况、布置课后作业检测学习情况或者通过线上学习平台记录学生学习时长，并没有能主动、实时反馈学生线上学习专注度的评估装置。眼动是视野搜索必不可少的要素，通常作为判断学习专注度的标准之一。通过检测学生的眼动数据，教师可以更好地掌握学生的专注度，并实时做出反馈；针对一些自由度较高的非直播线上学习方式，通过检测学生的眼动数据来评估学生的专注度，能帮助学生提高学习效率，并起到监督的作用。但是在线学习设备的摄像头像素低且无法调整焦距，用来确定学生瞳孔位置以及视觉焦点的误差大，检测学生的眼动数据以及对学习专注度的评估准确性也就差。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种线上学习专注度评估装置，能主动、实时检测学生线上学习的专注度，帮助学生提高学习效率，帮助教师和家长监督自觉性较差的学生完成在线学习的任务。

本实用新型的技术解决方案是，提供一种线上学习专注度评估装置，包括图像采集模块、处理器模块、通信模块、存储模块及电源模块；图像采集模块包括长焦摄像头、红外摄像头、红外发射器及光电转换器，长焦摄像头用于检测人脸、确定瞳孔位置并拍照，红外发射器用于发射红外线光束，红外摄像头用于捕捉经角膜反射后的红外线光束，光电转换器用于接收长焦摄像头和红外摄像头发射的光信号并转换成电信号；处理器模块对图像采集模块、通信模块、存储模块及电源模块进行控制，还用于接收光电转换器的电信号并换算成专注度数据序列和专注度评估的参数；通信模块用于将所述的专注度数据序列实时发送给线上学习的设备；存储模块用于存储长焦摄像头拍摄的照片、专注度数据序列和专注度评估的参数；电源模块用于给图像采集模块、处理器模块、通信模块及存储模块供电。

与现有技术相比，本实用新型的线上学习专注度评估装置有以下优点：长焦摄像头作为主摄像头，能自动聚焦，增强了环境适应性，弥补了在线学习设备的摄像头像素低且无法调整焦距而导致远距离识别度低的缺陷；红外摄像头作为副摄像头，能捕捉由红外发射器发射并经角膜反射后的红外线光束，精度高，用来辅助判断注视的焦点能使测量数据更精确；长焦摄像头与红外摄像头联合采集学生的眼动数据，对学习专注度的评估准确性高，相较于专业的眼动测量装置所使用的高清摄像头，降低了成本且满足了需求。

优选的，图像采集模块还包括LED补光灯，LED补光灯用于给长焦摄像头补光并受处理器模块的控制。采用此结构，在光线较暗时，处理器模块控制LED补光灯启动，便于长焦摄像头检测到反光亮点并快速确定瞳孔位置。

优选的，通信模块采用无线通信模式。采用此结构，无线通信技术成熟，避免数据线接线麻烦且繁琐。

优选的，通信模块还用于与云端通信，处理器模块还用于控制通信模块从云端下载数据到存储模块中以及从存储模块上传数据到云端。采用此结构，可以对本实用新型的线上学习专注度评估装置进行在线升级，云备份学习者信息、用户组及操作权限，方便教师或家长随时随地查看学习者的学习情况。

优选的，还包括显示设备与输入设备，所述的显示设备用于实时显示长焦摄像头拍摄的照片、专注度数据序列和专注度评估的参数，所述的输入设备用于学习者输入自我评价，处理器模块还用于根据所述的自我评价调整专注度评估的参数。采用此结构，可以实时显示当前学习者的学习状态，方便学习者实时了解本实用新型的线上学习专注度评估装置的工作状态和学习者的学习状态，也方便学习者与本实用新型的线上学习专注度评估装置进行人机交互；学习者输入自我评价，使本实用新型的线上学习专注度评估装置能自我学习，不断完善学习模型。

优选的，所述的显示设备与输入设备均集成在一个LCD触摸屏中。采用此结构，使本实用新型的线上学习专注度评估装置便于携带及放置。

优选的，所述的存储模块集成在线上学习的设备中并由线上学习的设备电源供电，处理器模块通过通信模块读写存储模块。采用此结构，减小了本实用新型的线上学习专注度评估装置的电源负载，也降低了制造成本。

优选的，电源模块采用USB供电。采用此结构，使电源模块简单成本低。

优选的，还包括安装支架，所述的安装支架用于将所述的线上学习专注度评估装置安装在桌面上。采用此结构，使本实用新型的线上学习专注度评估装置安装方便，更适宜与线上学习的设备配合使用，增加了用户体验舒适度。

附图说明

图1为本实用新型的线上学习专注度评估装置的组件框图。

具体实施方式

为了更好得理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。

在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了物体的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而非严格按比例绘制。

还应理解的是，用语“包括”、“具有”、“包含”、“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“…至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修改列表中的单独元件。

实施例1：

如图1中所示，本实用新型的线上学习专注度评估装置包括图像采集模块、处理器模块、通信模块、存储模块、显示与输入设备、电源模块，其中，图像采集模块包括长焦摄像头、LED补光灯、红外摄像头、红外发射器及光电转换器。本实施例中，光电转换器采用市面上常用的图像采集卡，处理器模块采用MCU处理器，通信模块采用无线的嵌入式Wi-Fi模块或GSM通信模块，存储模块采用TF卡或SD卡存储策略，显示与输入设备采用LCD触摸屏，电源模块采用USB端口供电。电源模块对整个装置供电，MCU处理器与LED补光灯、长焦摄像头、红外发射器、红外摄像头、图像采集卡、通信模块、存储模块及显示与输入设备均电连接，无线通信模块与线上学习的设备和服务云端均建立通信连接。

长焦摄像头是主要的图像采集工具，在MCU处理器的控制下拍摄人脸照片、定位瞳孔位置并将图像数据传输给图像采集卡。MCU处理器检测到学习者距离在本实用新型的线上学习专注度评估装置较远时，会控制长焦摄像头调节焦距并对焦；当MCU处理器检测到人脸在晃动，会控制摄像头转动来跟踪人脸；若在视野范围内MCU处理器检测不到人脸，则会控制摄像头将回到初始状态。LED补光灯在装置开机时会闪烁1次，之后在环境光线较暗以至于无法识别人脸或双眼时，MCU处理器会启动LED补光灯，长焦摄像头则会在LED补光灯启动时通过判断与本装置最近的反射亮点来快速确定瞳孔位置，其他时间LED补光灯保持熄灭状态，减小电源负载。

红外发射器会在本实用新型的线上学习专注度评估装置开机后持续发出红外线光束。红外摄像头对视觉焦点计算起到辅助作用，采用瞳孔—角膜反射向量法，在MCU处理器的控制下接收经角膜反射后的红外线光束，并将图像数据传输给图像采集卡。

图像采集卡接收来自长焦摄像头和红外摄像头的数据后，通过光电转换，将光信号转化为电信号。MCU处理器获取图像采集卡的电信号数据后会进行预处理，换算成专注度数据序列和专注度评估的参数，预处理后的数据还包括如学习者的视觉焦点是否处于指定位置、摄像头所视是否识别到人脸、学习者每分钟眨眼次数等显示当前学习者的学习状态的参数，这些参数都会在LCD触摸屏上实时显示，同时还会传输给无线通信模块，由无线通信模块向线上学习的设备和服务云端实时发送，线上学习的设备则可以对获取的数据进行进一步的加工，服务云端则可以对本装置进行在线升级，云备份学习者信息、用户组及操作权限，方便教师或家长随时随地查看学习者的学习情况。

MCU处理器需要获取线上学习的设备显示屏的尺寸来识别出学习者的面部及双眼。当MCU处理器检测出图像画面有多个人脸时，以距离最近，即在相同焦距下人脸面积最大的，判断为学习者。当MCU处理器检测到学习者视线落在学习设备显示屏范围内时，则会判定学习者处于专注状态；当MCU处理器检测到学习者的面部，但无法识别双眼时，则会判定学习者处于非专注状态；当MCU处理器无法检测到学习者的面部时，则会判定学习者处于非学习状态。当本装置启动后，每2秒进行一次状态判定，每4秒存储一个实时图像作为参考，每一次状态延续若干时间，取最高概率状态为当前状态，以排除其他非人为影响因素，得到专注度数据序列。当学习者手动结束学习后，MCU处理器会对学习数据进行统计分析，学习者也可以通过LCD触摸屏对本次学习进行自我评价，本装置可进一步机器学习，以提高模型精准度，提升本装置的评估准确度。

本实用新型的线上学习专注度评估装置还可通过安装支架安装在桌面上，使本装置更适宜与线上学习的设备配合使用，增加了用户体验舒适度。

实施例2：

本实施例的线上学习专注度评估装置与实施例1的区别在于，所述的存储模块集成在线上学习的设备中并由线上学习的设备电源供电，处理器模块通过无线通信模块读写存储模块。如此可以减小本装置的电源负载，也降低了制造成本。

以上仅为本实用新型的具体实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围；如果不脱离本实用新型的精神和范围，对本实用新型进行修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型权利要求的保护范围当中。

Claims (9)

1.一种线上学习专注度评估装置，包括图像采集模块、处理器模块、通信模块、存储模块及电源模块；其特征在于，图像采集模块包括长焦摄像头、红外摄像头、红外发射器及光电转换器，长焦摄像头用于检测人脸、确定瞳孔位置并拍照，红外发射器用于发射红外线光束，红外摄像头用于捕捉经角膜反射后的红外线光束，光电转换器用于接收长焦摄像头和红外摄像头发射的光信号并转换成电信号；处理器模块对图像采集模块、通信模块、存储模块及电源模块进行控制，还用于接收光电转换器的电信号并换算成专注度数据序列和专注度评估的参数；通信模块用于将所述的专注度数据序列实时发送给线上学习的设备；存储模块用于存储长焦摄像头拍摄的照片、专注度数据序列和专注度评估的参数；电源模块用于给图像采集模块、处理器模块、通信模块及存储模块供电。

2.根据权利要求1所述的线上学习专注度评估装置，其特征在于，图像采集模块还包括LED补光灯，LED补光灯用于给长焦摄像头补光并受处理器模块的控制。

3.根据权利要求1所述的线上学习专注度评估装置，其特征在于，通信模块采用无线通信模式。

4.根据权利要求3所述的线上学习专注度评估装置，其特征在于，通信模块还用于与云端通信，处理器模块还用于控制通信模块从云端下载数据到存储模块中以及从存储模块上传数据到云端。

5.根据权利要求1所述的线上学习专注度评估装置，其特征在于，还包括显示设备与输入设备，所述的显示设备用于实时显示长焦摄像头拍摄的照片、专注度数据序列和专注度评估的参数，所述的输入设备用于学习者输入自我评价，处理器模块还用于根据所述的自我评价调整专注度评估的参数。

6.根据权利要求5所述的线上学习专注度评估装置，其特征在于，所述的显示设备与输入设备均集成在一个LCD触摸屏中。

7.根据权利要求1所述的线上学习专注度评估装置，其特征在于，所述的存储模块集成在线上学习的设备中并由线上学习的设备电源供电，处理器模块通过通信模块读写存储模块。

8.根据权利要求1所述的线上学习专注度评估装置，其特征在于，电源模块采用USB供电。

9.根据权利要求1所述的线上学习专注度评估装置，其特征在于，还包括安装支架，所述的安装支架用于将所述的线上学习专注度评估装置安装在桌面上。

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