CN109171216A - 一种学生教室预防近视*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种学生教室预防近视***，本发明所述学生教室预防近视***使用人工智能的方法判断学生在上课时坐姿不正、头歪、低头等现象，并提供单独报警的方法，不影响教师上课和其他同学听讲。

Description

一种学生教室预防近视***

技术领域

本发明涉及智能锁与身份认证领域，具体的为一种学生教室预防近视******。

背景技术

随着当代通信科技的进步，手机、平板电脑等电子设备的功能越来越先进，使用者对手机、平板电脑等电子设备日益依赖，更加使使用者眼睛疲劳，尤其是中小学生的视力下降越来越成为一个不得不面对的问题，为了全面加强儿童青少年近视防控，***、国家卫生健康委员会共同起草《综合防控儿童青少年近视实施方案（征求意见稿）》，对2030年小学、中学毕业生的近视率提出了要求，各级***门也拿出了各种解决方案，如改善教室灯光、增加户外活动时间等，有些地方的学校甚至为课桌装上栏杆，用金属质地的栏杆阻止学生看书写字距离过近。如果不使用上述金属栏杆，没有一种简洁的方法能提醒学生坐姿，如果有学生写字、听讲的姿势不正确，由老师提醒，不但会占用老师的时间，还会打断其他同学的思路，也会打断老师的讲课思路，使老师上课、学生听讲效果打折扣，目前没有好的方法解决学生上课时头歪、低头等不良姿势这个问题。

发明内容

本发明所述一种学生教室预防近视***。目的是解决中小学教室中课堂上学生坐姿头歪、低头等不合适姿势出现时的提醒、督促问题，在提醒坐姿不合适的学生时不能打扰老师上课和其他同学听讲，本发明所述一种学生教室预防近视***包含识别部分和提醒部分，所述识别部分包含摄像模块、控制模块、连接模块1，所述提醒部分包含连接模块2、报警装置，各部分的具体功能如下：

1、所述摄像模块，可以在所述控制模块的控制下调整焦距，并在所述控制模块的控制下拍摄图像，所述摄像模块在使用时设置在教室前端上部，所述摄像模块使用的摄像头使用广角效果会更好，广角摄像头在使用时可以安装位置尽量靠近教室的第一排桌椅，前提是第一排桌椅全部在摄像头的监控范围内，摄像头尽量靠近第一排桌椅的目的是摄像头位置到最后一排桌椅的连线与教室水平面的夹角尽量大，使从所述摄像模块的角度拍摄图片时，前排的学生不挡住后排的学生，方便所述控制模块识别有低头、歪头等不良姿势的学生。

2、所述控制模块，用于控制摄像模块和连接模块，并进行相关运算，具体功能如下：

1）在***安装后，使用前校准焦距、距离的对应关系，并根据此关系建立对应表并存储，使用时直接用焦距作为输入查表，即可得到目前焦距对应的距离；

2）在***使用前用低头、歪头的脸部照片训练支持向量机（SVM）或者Haar Adaboost等人工智能方法；

3）在***安装后，使用前用焦距（即距离）、图像上的角度范围标定每一个座位；

4）识别距摄像头不同距离的物体，并在拍摄的图片上切割出相关的区域，步骤如下：

拍摄，由近到远按照设定的步长调节摄像模块调焦距用的超声波马达，按照由近及远从最近处开始，调节到设定的教室最远处，在每次调节时拍摄图像；

识别并分割区域并得到区域对应的距离，对每一张图片使用自动聚焦的算法计算相邻像素的差值，差值最大的图像区域即为当前焦距对应的物体的区域，焦距可以换算为距离，换算方式是在***使用前根据校准焦距、距离的对应关系建立对应表；计算像素差值的方法是根据拍摄的多张照片，即调焦距步长相邻的三张照片，第n、n+1、n+2张照片，使用边缘检测或者边缘增强技术处理照片，处理完后的照片用边缘分隔成多个区域，计算第n、n+1、n+2张原照片每个区域内相邻像素的差值，如果某个区域n+1张原照片相邻像素的差值的绝对值的和大于第n、n+2张照片同一个区域内相邻像素的差值的绝对值的和，则认为这个区域内的物体是清楚的，也就是这个区域内的物体与摄像头的距离是当前超声波马达调整的焦距对应的距离；

5）用上述人工智能识别区域中的人脸，识别出的人脸即有低头、头歪现象的学生；

6）根据识别出有低头、头歪学生在图像上的角度范围和拍摄图像的焦距，找到座位对应的报警装置；

7）给特定的报警装置发送指令使报警装置报警；

3、 所述报警装置，用于给特定座位的人报警，报警方式可以是震动或者方向性强的光；也可以是通过讲台上的显示装置报警给教师；

4、所述连接模块1，用于通过有线、无线的方式连接所述连接模块2，使所述控制模块的报警指令可以顺利的下达给所述报警装置，可以使用ZigBee、BLE等方式传输；

5、所述连接模块2，用于通过有线、无线的方式连接所述连接模块1，使所述控制模块的报警指令可以顺利的下达给所述报警装置，可以使用ZigBee、BLE等方式传输，ZigBee、BLE等模块耗电极少，可以使用容量只有500mAH的电池支持一个学期的长时使用；

本发明的有益效果如下：

1.在学生上课时或者做课堂练习，如果学生有头歪、写字趴的比较近的情况，***可以直接报警；

2.报警方式灵活，既可以给教师报警也可以给学生报警；

3.***造价低，***如果采用向教师报警的方式，只需要一台电脑和一个可以调焦距的摄像头组成，成本低廉；

4.使用单摄像头，***组成简单，安装时也只需安装一个摄像头，安装后只要对焦距对应的距离进行校准，再对教室里面的每一个座位进行标定位置和焦距即可；

5.目前国家机关对中小学教室采光、照明、墙壁反光率都有要求，包括墙壁反光的均匀度，教室内使用的课桌等也都是按照制式生产出来，这些条件客观的使摄像头摄制的图片的明暗合适，教室的课桌椅采用制式装备，对人工智能识别人脸不会造成干扰，人工智能识别低头、歪头的识别率提高；

6.报警装置耗电极少，可以支持长达一个学期的使用，报警装置维护保养所需工作量少；

7.可扩展性强，本***如果还有其他需要识别报警的情况，如拿笔姿势不正确，即可用拿笔姿势不正确的图片训练***，就可以直接识别出拿笔姿势不正确并报警。

附图说明

附图1为本发明实施例流程示意图；

附图2为本发明实施例***组成模块示意图。

具体实施方式

下面通过实施例来说明本发明的具体工作方式。

本发明实施例人证合一流程如附图1，本发明实施例***组成模块如附图2，本发明在此实例上，分204识别部分和205报警部分，204识别部分包含201摄像模块、202控制模块、203BLE模块1，205报警部分包含206BLE模块2、207报警模块，205报警部分有多个，每个模块具体功能如下：

1、201摄像模块为一可以调焦的广角摄像头，安装在教室的前部，通过USB口与202控制模块相连；

2、202控制模块为PC机，PC机通过串口与一个203BLE模块1连接，PC机设置于教室讲台下，显示屏放置于讲台上；

使用流程如下：

1) 执行步骤101，202控制模块控制201摄像模块由近及远拍摄图片，将图片按照顺序存储并记录相关拍摄时的焦距信息；

2)下面的步骤从第二张图片开始，到倒数第二张，逐一开始处理；

3)执行步骤102，使用边缘检测技术处理当前第n张图片，即用3X3函数卷积，3X3矩阵为

-1/8 -1/8 -1/8

-1/8 1 -1/8

-1/8 -1/8 -1/8

4)将处理过的图片进行区域识别，识别时用8联通算法对图片用不同的颜色进行填充，再根据颜色的边缘取得各个区域；

5)对每一个区域在第n-1、n、n+1张图片原图上进行图像差值计算，计算相邻两个点像素的差值，的到差值i，计算i的总和，即区域差值=∑|i|；如果第n-1、n+1张图片的区域差值小于第n张图片的区域差值，则这个区域内的图像是在第n张图片焦距对应的距离上；

6)执行步骤103，对第n张照片焦距对应的距离上的所有区域进行识别，识别方式是用支持向量机（SVM），支持向量机（SVM）事先用头歪、头低等不良姿势的图片训练过；

7)支持向量机（SVM）识别出的结果既是头歪、头低等不良姿势，根据识别时使用的是哪个区域的图像，即可找到图像对应的距离、角度；

8)根据此距离角度即可找到对应的座位；

9)执行步骤104，通过串口将座位对应的BLE模块的名称下发给BLE模块1。

3、203BLE模块1，工作在BLE从模式，在接到控制模块下发的BLE模块的名称后，即连接这个名字对应的206BLE模块2；

4、206BLE模块2，每个206BLE模块2都有唯一的名称，工作在主模式，在203BLE模块1连接后，通知207报警模块；

5、207报警模块，在接到206BLE模块2的通知后，震动报警。

报警部分安装在座位上，震动只影响需要提醒的学生，不对其他人造成影响。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例和附图并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (5)

1.一种学生教室预防近视***，包含识别部分，所述识别部分包含摄像模块、控制模块，各部分的具体功能如下：

所述摄像模块，可以在所述控制模块的控制下调整焦距，并在所述控制模块的控制下拍摄图像；

所述控制模块，用于控制摄像模块和连接模块，并进行相关运算，具体功能如下：

识别距摄像头不同距离的物体，并在拍摄的图片上切割出相关的区域，步骤如下：

拍摄，由近到远按照设定的步长调节摄像模块焦距，按照由近及远从最近处开始，调节到设定的教室最远处，在每次调节时拍摄图像；

识别并分割区域并得到区域对应的距离，对每一张图片使用自动聚焦的算法计算相邻像素的差值，差值最大的图像区域即为当前焦距对应的物体的区域；

用人工智能方法识别区域中的人脸，识别出的人脸即有低头、头歪现象的学生；

根据识别出有低头、头歪学生在图像上的角度范围和拍摄图像的焦距，报警。

2.根据权利要求1的一种学生教室预防近视***，其特征在于还包含提醒部分，提醒部分含连接模块2、报警装置，识别部分还包含连接模块1，功能如下：

所述报警装置，用于给特定座位的人报警，报警方式可以是震动或者方向性强的光；也可以是通过讲台上的显示装置报警给教师；

所述连接模块1，用于通过有线、无线的方式连接所述连接模块2，使所述控制模块的报警指令可以顺利的下达给所述报警装置；

所述连接模块2，用于通过有线、无线的方式连接所述连接模块1，使所述控制模块的报警指令可以顺利的下达给所述报警装置；

所述控制模块还有以下功能：

找到座位对应的报警装置；

给特定的报警装置发送指令使报警装置报警。

3.根据权利要求2的一种学生教室预防近视***，其特征在于计算像素差值的方法是根据拍摄的多张照片，即调焦距步长相邻的三张照片，第n、n+1、n+2张照片，使用边缘检测或者边缘增强技术处理照片，处理完后的照片用边缘分隔成多个区域，计算第n、n+1、n+2张原照片每个区域内相邻像素的差值，如果某个区域n+1张原照片相邻像素的差值的绝对值的和大于第n、n+2张照片同一个区域内相邻像素的差值的绝对值的和，则认为这个区域内的物体是清楚的，也就是这个区域内的物体与摄像头的距离是当前超声波马达调整的焦距对应的距离。

4.根据权利要求2的一种学生教室预防近视***，其特征在于：所述连接装置1、连接装置2使用ZigBee或者BLE模块进行通信。

5.根据权利要求3的一种学生教室预防近视***，其特征在于：使用边缘检测技术处理图片时，用3X3函数卷积，3X3矩阵为

-1/8 -1/8 -1/8

-1/8 1 -1/8

-1/8 -1/8 -1/8

将处理过的图片进行区域识别时，用8联通算法对图片用不同的颜色进行填充，再根据颜色的边缘取得各个区域。