CN104867361B - 一种情景互动式教学智能终端 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种情景互动式教学智能终端，包括主机和显示屏，其设计要点在于：主机连接有一基于红外测距与图像识别相结合的学生坐姿矫正装置；学生坐姿矫正装置包括报警装置、红外距离传感器和小型摄像头；小型摄像头装于显示屏左上角区域，小型摄像头的镜头法线面向显示屏右下侧区域且向上倾斜设置，小型摄像头用于采集使用者面部表情以及上半身肢体动作信息并传送给主机，主机根据分析结果控制报警装置报警；红外距离传感器用于采集使用者头部前、后和上、下位置信息并传送给主机，主机根据分析结果控制报警装置报警；报警装置与主机连接并受主机控制。本发明提供一种情景互动式教学智能终端,可自动提醒坐姿错误。
Description
[技术领域]
本发明涉及一种教学智能终端，特别涉及一种情景互动式教学智能终端。
[背景技术]
随着互联网教学的普及，学习机已经成为人们日常生活中不可缺少的一部分。在学生使用学习机教育阶段，学生坐姿的矫正尤为重要，学生常常会不自觉地倾向学习机，并且由于缺乏自制力，在老师和家长反复要求下很难改正。本申请人针对学生学习机终端改进，在学生倾斜或匍匐在情景互动式教学智能终端时，情景互动式教学智能终端自动提醒。
[发明内容]
本发明提供一种情景互动式教学智能终端,可自动提醒坐姿错误。
为了解决上述存在的问题，本发明采用了下列技术方案：
一种情景互动式教学智能终端，包括主机和显示屏，其特征在于：主机连接有一基于红外测距与图像识别相结合的学生坐姿矫正装置；该学生坐姿矫正装置包括报警装置、红外距离传感器和小型摄像头；所述小型摄像头装于显示屏左上角区域，小型摄像头的镜头法线面向显示屏右下侧区域且向上倾斜设置，小型摄像头用于采集使用者面部表情以及上半身肢体动作信息并传送给主机，主机采用眼球跟踪与人脸识别技术分析人的眼球运动和五官特征，主机根据分析结果控制报警装置报警；
红外距离传感器用于采集使用者头部与显示屏前、后和上、下位置信息并传送给主机，主机将采集信息与设置的参考值对比分析，主机根据分析结果控制报警装置报警；
所述报警装置内置于情景互动式教学智能终端内，报警装置与主机连接并受主机控制；
所述主机连接有无线通讯模块，无线通讯模块包括发射器、接收器、功率检测电路和天线，功率检测电路用于检测接收器接收的来自接收基站或者WIFI接入点的无线电信号发射功率，主机采用基于无线信号源强度探测技术分析功率检测电路检测信息，主机根据分析结果来判断发射器是否发射信号，在判定发射器发射信号时，主机根据分析结果来调节发射器发射功率的大小；
所述主机上有一麦克风和一喇叭，主机通过麦克风采集使用者跟读的语音频谱，主机将跟读的语音频谱与主机预先存储的领读人的发音特征进行对比，主机通过喇叭输出对比结果；
所述主机上连接有一环境光照传感器，所述主机基于光线传感技术分析环境光照传感器检测的数据，主机根据分析结果调节显示屏亮度；
所述主机上连接有一红外手势传感器和一后置摄像头,红外手势传感器包括一个红外发射管，以及多个红外接收管,多个红外接收管布置成矩阵，用于接收红外发射管所发射的并经过用户的手反射回来的红外线，以获得手的划动方向。
如上所述一种情景互动式教学智能终端，其特征在于：所述显示屏上端面的左上角设有一凸起的罩壳，罩壳高不超过10毫米，罩壳上设有窗口，所述红外距离传感器包括检测人体头部与情景互动式教学智能终端前、后距离的第一红外距离传感器和检测人体头部与情景互动式教学智能终端上、下距离的第二红外距离传感器，第一红外距离传感器与小型摄像头并排设置在罩壳内，第二红外距离传感器装于显示屏上靠近使用者一侧，第一红外距离传感器与小型摄像头通过罩壳上的窗口拍摄和采集信息。
如上所述一种情景互动式教学智能终端，其特征在于：以显示屏的上表面为XOY平面，以显示屏上端边缘所处的垂直平面为XOZ平面，以显示屏左侧边缘所处的垂直平面为YOZ平面建立三维坐标系，所述小型摄像头的镜头法线与XOY平面夹角范围为大于等于25°且小于等于75°,小型摄像头的镜头法线与YOZ平面夹角范围为大于等于35°且小于等于75°。
如上所述一种情景互动式教学智能终端，其特征在于：情景互动式教学智能终端为一单屏教学终端。
如上所述一种情景互动式教学智能终端，其特征在于：所述显示屏为电磁电容显示屏或电容显示屏或液晶显示屏。
如上所述一种情景互动式教学智能终端，其特征在于：所述报警装置为发声报警装置、发光报警装置或声、光组合的报警装置。
如上所述一种教学辅导智能终端，其特征在于：所述小型摄像头自动聚焦摄像头。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过在教学终端中嵌入红外距离传感器和小型摄像头，应用红外距离感应技术、眼球跟踪技术和、人脸识别技术，监控使用者与学习机之间的距离以及使用者的精神状态，防止坐姿错误和过度疲劳。
2、本发明能通过红外距离传感器检测使用者的坐姿是否过度前倾或是否匍匐，当使用者坐姿不正确时，将会通过报警装置自动发出提醒。
3、本发明采用小型摄像头，体积小，不会太显眼，工作时不会引起观看者的反感；采用红外距离传感器被动感应，不需要观看者干预系统的运行，自动感应，具有智能性和自动性。
4、小型摄像头设置在显示屏左上角，结构紧凑，凸出于显示屏上端面的小型摄像头和第一红外距离传感器便于获得大的视角，同时第一红外距离传感器与小型摄像头并排设置在罩壳内，小型摄像头的镜头法线面向显示屏右下侧区域且向上倾斜设置，通过上述结构设计，最大化地利用了小型摄像头的拍摄范围，增大了拍摄有效区间，便于采集使用者的相关信息，避免设置在其他位置时容易被手部或胳膊阻挡拍摄和检测的视角；在拍摄范围一定的情况下可采用最小体积的小型摄像头，有利于减少摄像头体积。
[附图说明]
图1为本发明实施例电路框图。
图2为本发明实施例结构示意图。
图3为小型摄像头在其所处显示屏上采集信息效果示意图。
图4为小型摄像头镜头法线在其所处显示屏上空间位置图之一。
图5为小型摄像头镜头法线在其所处显示屏上空间位置图之二。
[具体实施方式]
如图1、图2、图3、图4和图5所示本发明实施例子：情景互动式教学智能终端为一单屏教学终端，包括主机1和显示屏3，主机1连接有一基于红外测距与图像识别相结合的学生坐姿矫正装置；该学生坐姿矫正装置包括报警装置8、红外距离传感器和小型摄像头4。
在实践中，通常要求身体离情景互动式教学智能终端一定距离，眼睛离情景互动式教学智能终端足够高度。本发明在情景互动式教学智能终端中嵌入红外距离传感器与小型摄像头，以应用红外距离感应技术、眼球跟踪技术和人脸识别技术。眼球跟踪技术是基于人的眼睛运动特征进行工作的。对输入的图像，采用相关的算法，判断其是否正常。人脸识别技术是基于人的脸部特征进行工作的。对输入的图像，采用相关的算法，判断其是否存在人脸。如果存在人脸，则进一步分析人脸位置和面部器官的信息。
本发明中，小型摄像头4装于显示屏3左上角区域，小型摄像头4的镜头法线面向显示屏3右下侧区域且向上倾斜设置，小型摄像头4用于采集使用者面部表情以及上半身肢体动作信息并传送给主机1，主机1采用眼球跟踪与人脸识别技术分析人的眼球运动和五官特征，主机1根据分析结果控制报警装置报警8；
红外距离传感器用于采集使用者头部前、后和上、下位置信息并传送给主机1，主机1将采集信息与设置的参考值对比分析，主机1根据分析结果控制报警装置报警8；
报警装置8内置于情景互动式教学智能终端内，报警装置8与主机1连接并受主机控制。
主机1连接有无线通讯模块5，无线通讯模块5包括发射器、接收器、功率检测电路和天线，功率检测电路用于检测接收器接收的来自接收基站或者WIFI接入点的无线电信号发射功率，主机采用基于无线信号源强度探测技术分析功率检测电路检测信息，主机根据分析结果来判断发射器是否发射信号，在判定发射器发射信号时，主机根据分析结果来调节发射器发射功率的大小。
主机1上有一麦克风和一喇叭，主机通过麦克风采集使用者跟读的语音频谱，主机将跟读的语音频谱与主机预先存储的领读人的发音特征进行对比，主机通过喇叭输出对比结果。
主机1上连接有一环境光照传感器7，主机1基于光线传感技术分析环境光照传感器7检测的数据，主机1根据分析结果调节显示屏3亮度。
主机1上连接有一红外手势传感器6和一后置摄像头,红外手势传感器6包括一个红外发射管，以及多个红外接收管,多个红外接收管布置成矩阵，用于接收红外发射管所发射的并经过用户的手反射回来的红外线，以获得手的划动方向。
主机1上有一电源模块10，电源模块用于本发明中各个电器元件提供基准电压。
显示屏3上端面的左上角设有一凸起的罩壳30，罩壳30高不超过10毫米，罩壳30上设有窗口，红外距离传感器包括检测人体头部与情景互动式教学智能终端前、后距离的第一红外距离传感器21和检测人体头部与情景互动式教学智能终端上、下距离的第二红外距离传感器22，第一红外距离传感器21与小型摄像头4并排设置在罩壳内，第二红外距离传感器22装于显示屏1上靠近使用者一侧。第一红外距离传感器21与小型摄像头4通过罩壳31上的窗口拍摄和采集信息。
本发明中，以显示屏3的上表面为XOY平面，以显示屏3上端边缘所处的垂直平面为XOZ平面，以显示屏3左侧边缘所处的垂直平面为YOZ平面建立三维坐标系，小型摄像头4的镜头法线AB与XOY平面夹角∠ABC范围为大于等于25°且小于等于75°,小型摄像头4的镜头法线AB与YOZ平面夹角∠ABD范围为大于等于35°且小于等于75°。
本发明中，报警装置8为发声报警装置、发光报警装置或声、光组合的报警装置。小型摄像头4自动聚焦摄像头。
Claims (6)
1.一种情景互动式教学智能终端，包括主机和显示屏，其特征在于：所述主机连接有一基于红外测距与图像识别相结合的学生坐姿矫正装置；该学生坐姿矫正装置包括报警装置、红外距离传感器和小型摄像头；所述小型摄像头装于显示屏左上角区域，小型摄像头的镜头法线面向显示屏右下侧区域且向上倾斜设置，小型摄像头用于采集使用者面部表情以及上半身肢体动作信息并传送给主机分析，主机根据分析结果控制报警装置报警；所述红外距离传感器用于采集使用者头部与显示屏前、后和上、下位置信息并传送给主机，主机根据分析结果控制报警装置报警；所述报警装置内置于情景互动式教学智能终端内，报警装置与主机连接并受主机控制；
所述主机连接有无线通讯模块，无线通讯模块包括发射器、接收器、功率检测电路和天线，功率检测电路用于检测接收器接收的来自接收基站或者WIFI接入点的无线电信号发射功率，主机根据分析结果来判断发射器是否发射信号，在判定发射器发射信号时，主机根据分析结果来调节发射器发射功率的大小；
所述主机上连接有一环境光照传感器，所述主机基于光线传感技术分析环境光照传感器检测的数据，主机根据分析结果调节显示屏亮度；
所述主机上连接有一红外手势传感器,红外手势传感器包括一个红外发射管，以及多个红外接收管,多个红外接收管布置成矩阵，用于接收红外发射管所发射的并经过用户的手反射回来的红外线，以获得手的划动方向；
所述显示屏上端面的左上角设有一凸起的罩壳，罩壳高不超过10毫米，罩壳上设有窗口，所述红外距离传感器包括检测人体头部与情景互动式教学智能终端前、后距离的第一红外距离传感器和检测人体头部与情景互动式教学智能终端上、下距离的第二红外距离传感器，第一红外距离传感器与小型摄像头并排设置在罩壳内，第二红外距离传感器装于显示屏上靠近使用者一侧，第一红外距离传感器与小型摄像头通过罩壳上的窗口拍摄和采集信息；
所述小型摄像头为自动聚焦摄像头。
2.根据权利要求1所述一种情景互动式教学智能终端，其特征在于：以显示屏的上表面为XOY平面，以显示屏上端边缘所处的垂直平面为XOZ平面，以显示屏左侧边缘所处的垂直平面为YOZ平面建立三维坐标系，所述小型摄像头的镜头法线与XOY平面夹角范围为大于等于25°且小于等于75°,小型摄像头的镜头法线与YOZ平面夹角范围为大于等于35°且小于等于75°。
3.根据权利要求1所述一种情景互动式教学智能终端，其特征在于：情景互动式教学智能终端为一单屏教学终端。
4.根据权利要求3所述一种情景互动式教学智能终端，其特征在于：所述显示屏为电磁电容显示屏或电容显示屏或液晶显示屏。
5.根据权利要求1所述一种情景互动式教学智能终端，其特征在于：所述主机上有一麦克风和一喇叭，主机通过麦克风采集使用者跟读的语音频谱，主机将跟读的语音频谱与主机预先存储的领读人的发音特征进行对比，主机通过喇叭输出对比结果。
6.根据权利要求1所述一种情景互动式教学智能终端，其特征在于：所述主机连接有一后置摄像头。
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