[发明专利]基于视线追踪的教师行为监测方法

说明书

本发明公开了基于视线追踪的教师行为监测方法，通过获取图像序列；检测出人脸特征点；分析人脸特征点求解出人脸朝向，计算人脸在教室内的三维空间位置；计算老师在以桌面的基准平面的视线位置；采用热点图记录老师的视线位置和走动位置；统计老师的发言时间。本发明不仅记录了老师的视线分布情况，而且还记录了老师在课堂上的位置分布情况,可以让老师清晰了解自身的状态，从而调整教学方式，提高教学成果。

技术领域

本发明属于教育信息化技术领域，特别涉及一种基于视线追踪的教师行为监测方法。

背景技术

传统教学中，对于教学技能的评价大多数都是基于主观的人工分析。几个资深的教育专家或者高级教师采用旁听的方式，基于个人的主观经验来判定年轻老师的教学技能水准。这种方式十分耗费人力与时间，而且评判的结果带有强烈的主观性。我们应该用机器来代替人工，对老师在课堂的状态进行检测，为评估教师的教学能力提供部分可参考的客观数据，以一种更加公平、公正、严谨的方式来评定教师的教学能力。当老师上课时，会产生大量的数据，比如看书，看学生，或没有关注学生，或者站在讲台上，不在讲台上，或者发言当中。对于这些可以量化的数据，我们进行采集，可供专家分析。教育领域的专家可以参考这些客观的数据，对年轻的教师们进行更加客观的教学评价。

同时，在校师范生或者刚入职的年轻教师如果可以在课堂上实时地了解自身上课行为状态，便能够及时调整一个十分合适的状态，如此一来定然可以提高自身的教学水平。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于视线追踪的教师行为监测方法，能够准确地、客观地对课堂上老师的教学行为进行检测。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种基于视线追踪的教师行为监测方法，包括以下步骤：

(1)通过图像采集单元获取图像序列；

(2)基于所述图像序列，在图像序列每一帧图像中，检测出人脸特征点图像信息；

(3)基于所述图像中的人脸特征点，求解出人脸朝向；

(4)基于图像中的人脸二维位置，并加入老师身高先验值，确定老师在教室空间的三维位置；

(5)结合老师在教室空间内的三维位置和人脸朝向，并加入桌面高度先验值作为教室空间的基准平面，计算老师的视线在该基准平面的分布情况；

(6)建立一个三维教室模型图，以桌面高度为基准平面，采用热点图描绘老师的视线及位置在该平面的分布情况；

(7)统计老师发言的时间。

所述步骤(3)包含以下子步骤：

(3.1)在人脸图像信息区域上检测人脸特征点，标识出至少5个人脸特征点；

(3.2)将所述人脸特征点进行人脸特征点对齐，获得用户头部的空间坐标；

(3.3)基于所述用户头部的空间坐标，构建几何立体模型，获得用户头部姿态角；

所述人脸特征点包括左眼眼角、右眼眼角、嘴巴左嘴角、嘴巴右嘴角和鼻尖。

所述步骤(4)包含以下子步骤：

(4.1)基于图像的人脸二维位置，取其人脸的中心位置；

(4.2)以老师身高为作为教室空间的基准平面，标注四个采样点，同时在图像中对应位置标注四个采样点，构建基准平面与图像之间的变换矩阵M；

(4.3)将人脸的中心位置经过透视变换矩阵M，便可以转换到教室的基准平面的二维位置,再加入老师的先验值高度，便可以得到人脸在教室空间的三维位置。

所述步骤(5)包含以下子步骤：