[發(fā)明專利]一種基于面部表情識別的課堂教學(xué)評估系統(tǒng)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201811639123.4
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109711371A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李國琛;王立峰
• 申請（專利權(quán)）人: 山東旭興網(wǎng)絡(luò)科技有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06Q10/06;G06Q50/20
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1.一種基于面部表情識別的課堂教學(xué)評估系統(tǒng)，其特征在于，包括監(jiān)控模塊、人臉監(jiān)測模塊、表情庫、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)分析模塊、計(jì)時(shí)單元、成績獲取模塊、處理器、顯示模塊、存儲模塊、數(shù)據(jù)交互單元和教師互動端；

其中，所述教師互動端包括分控制器、提示模塊、顯示器、輸入模塊和記錄單元；

其中，所述監(jiān)控模塊由設(shè)置在教室內(nèi)的若干攝像頭構(gòu)成，用于獲取教室內(nèi)上課時(shí)的實(shí)時(shí)影像資料，所述數(shù)據(jù)庫存儲有班級所有學(xué)生的人臉總資料和課程信息；人臉總資料為該班級所有學(xué)生的人臉資料；課程信息為課程和對應(yīng)教師；

所述監(jiān)控模塊用于將影像資料傳輸?shù)饺四槺O(jiān)測模塊；

其中，所述表情庫預(yù)存有學(xué)生的聽課表情庫，所述聽課表情庫包括大于一定數(shù)量的聽課時(shí)的兩大類表情樣本；兩大類表情樣本具體為：

A：積極聽課類，積極聽課類表情為理解表情和傾聽表情；

A1：理解表情為學(xué)生聽懂課程的普遍反應(yīng)，當(dāng)學(xué)生理解了當(dāng)前內(nèi)容或者自身能夠積極的參與到教學(xué)活動中，如回答問題和參與討論中的情況時(shí)會流露出理解表情，采集大于一定數(shù)量的表情樣本形成樣本庫；

A2：傾聽表情為學(xué)生在聽課時(shí)的正常表情，當(dāng)學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容感興趣，愿意聽老師講課時(shí)，會流露出傾聽的表情，采集大于一定數(shù)量的表情樣本形成樣本庫；

B：消極聽課類，消極聽課類表情包括疑惑表情和抗拒表情；

B1：疑惑表情為學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容未理解且存在疑問時(shí)，會流露出疑問表情；

B2：抗拒表情為學(xué)生覺得教學(xué)內(nèi)容過于困難超出自己的認(rèn)知水平的、過于簡單的或?qū)W(xué)習(xí)內(nèi)容不感興趣時(shí)，會流露出抗拒表情；

所述人臉監(jiān)測模塊還用于在上課階段結(jié)合表情庫以及計(jì)時(shí)單元對影像資料進(jìn)行學(xué)生專注度進(jìn)行分析，具體分析步驟如下：

步驟一：獲取到所有學(xué)生的實(shí)時(shí)表情；

步驟二：將學(xué)生的實(shí)時(shí)表情與表情庫進(jìn)行比對；

步驟三：獲取到每個(gè)學(xué)生在課程上出現(xiàn)理解表情、傾聽表情、疑惑表情和抗拒表情各自表情的時(shí)間占比；具體獲取步驟為：

S1：獲取任一學(xué)生；

S2：并選定任一門課程；

S3：獲取該課程的總課程時(shí)間；

S4：獲取該學(xué)生對應(yīng)該門課程出現(xiàn)理解表情的理解時(shí)間，將理解時(shí)間除以總課程時(shí)間得到理解表情出現(xiàn)的理解時(shí)間占比；

S5：獲取該學(xué)生對應(yīng)該門課程出現(xiàn)傾聽表情的傾聽時(shí)間，將傾聽時(shí)間除以總課程時(shí)間得到傾聽表情出現(xiàn)的傾聽時(shí)間占比；

S6：獲取該學(xué)生對應(yīng)該門課程出現(xiàn)疑惑表情的疑惑時(shí)間，將疑惑時(shí)間除以總課程時(shí)間得到疑惑表情出現(xiàn)的疑惑時(shí)間占比；

S7：獲取該學(xué)生對應(yīng)該門課程出現(xiàn)抗拒表情的抗拒時(shí)間，將抗拒時(shí)間除以總課程時(shí)間得到抗拒表情出現(xiàn)的抗拒時(shí)間占比；

S8：選定下一門課程重復(fù)步驟S3-S7，直至獲取該學(xué)生所有課程出現(xiàn)的各類表情的時(shí)間占比；

S9:選定下一學(xué)生重復(fù)步驟S2-S8直至獲取所有學(xué)生在所有課程上出現(xiàn)的各類表情的時(shí)間占比；

SS1：將理解時(shí)間占比標(biāo)記為Qij,，i＝1...m，j＝1...n；Qij表示為對應(yīng)學(xué)生i在課程j時(shí)的理解時(shí)間占比；

SS2：將傾聽時(shí)間占比標(biāo)記為Pij,，i＝1...m，j＝1...n；Pij表示為對應(yīng)學(xué)生i在課程j時(shí)的傾聽時(shí)間占比；

SS3：將疑惑時(shí)間占比標(biāo)記為Hij,，i＝1...m，j＝1...n；Hij表示為對應(yīng)學(xué)生i在課程j時(shí)的疑惑時(shí)間占比；

SS4：將抗拒時(shí)間占比標(biāo)記為Kij,，i＝1...m，j＝1...n；Kij表示為對應(yīng)學(xué)生i在課程j時(shí)的抗拒時(shí)間占比；

所述人臉監(jiān)測模塊用于將學(xué)生各表情時(shí)間占比Qij、Pij、Hij和Kij傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析模塊；所述數(shù)據(jù)分析模塊用于結(jié)合Qij、Pij、Hij和Kij對教師課堂教學(xué)做統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)步驟如下：

步驟一：獲取到Qij、Pij、Hij和Kij；

步驟二：因?yàn)樯险n出現(xiàn)疑惑時(shí)間和抗拒時(shí)間對教師上課質(zhì)量影響不同，故在此處加入修正值來計(jì)算不同課程對應(yīng)教師的消極教學(xué)率W1j；利用公式其中X2>X1，且X1和X2均為預(yù)設(shè)值；計(jì)算得到課程j對應(yīng)的教師的消極教學(xué)率W1j；

步驟三：因?yàn)樯险n出現(xiàn)傾聽時(shí)間和理解時(shí)間對教師上課質(zhì)量影響不同，故在此處加入修正值來計(jì)算不同課程對應(yīng)教師的積極教學(xué)率W2j；利用公式且X1和X2均為預(yù)設(shè)值；計(jì)算得到課程j對應(yīng)的教師的積極教學(xué)率W2j；

所述數(shù)據(jù)分析模塊用于將消極教學(xué)率W1j和積極教學(xué)率W2j傳輸?shù)教幚砥鳎鎏幚砥饔糜趯⑾麡O教學(xué)率W1j和積極教學(xué)率W2j傳輸?shù)斤@示器和存儲模塊，所述顯示器用于實(shí)時(shí)顯示消極教學(xué)率W1j和積極教學(xué)率W2j，所述存儲模塊用于根據(jù)消極教學(xué)率W1j和積極教學(xué)率W2j結(jié)合對應(yīng)教師將二者數(shù)據(jù)融合形成教學(xué)記錄并實(shí)時(shí)存儲。