教学自动录播系统用学生发言起座的自动检测方法及装置

摘要

一种教学自动录播系统用学生发言起座的自动检测方法及装置，它通过在学生座位上安装易于检测的成本低的传感器件，再将传感器件感应到的信号转换成无线信号发射给录播系统中的通讯控制器，通讯控制器再给录播系统发出控制信号，使摄像机转向发言学生并接通发言话筒。本发明具有方法简单，装置成本低，易于实现等优点，有利于提高录播系统的自动化水平。

说明书

技术领域

本发明涉及一种教学录播过程中对发言学生进行定位以便摄像机及时跟踪的学生发言起座的检测方法及装置，尤其是一种基于安装在学生座位上的传感器的自动检测方法及装置，具体地说是一种教学自动录播系统用学生发言起座的自动检测方法及装置。

背景技术

众所周知，在现代电教室的智能化录播系统中，经常需要根据讲授者与学生之间的互动自动进行录拍。因此当有学生起立提问时，系统需要知道该学生所在位置，然后根据这个位置来控制摄像机转向该学生，并接通自动接通对应区域的话筒，从而实现录播的全智能化，而不必为电教室此配备专门的摄像师。

目前，电教室中学生位置信息的采集装置普遍采用的是红外线投影感知方案。即在教室的四周墙壁上安装大量的红外线发射和感应器，当学生起立后，其遮挡红外线的投影信号被四周的红外线感应器俘获，然后经过数学运算来判断出该学生所在的位置。理论上，这种位置信息采集方案由于原材料简单具备成本低廉的好处，但同时有如下缺点：

需要在教室四周墙壁安装大量的红外线辐射器和感应器，这些器件的位置与窗户相矛盾；从而对于教室结构要求过高，破坏了教室的景观。

为了保证运算结果相对更准确，对于红外器件组的几何精度要求很高，这无疑大大增加了施工安装的难度与工作量。

红外器件安装布置的密度和数量成为令人头疼的问题：多了，成本高；少了，定位精度差；同时红外线辐射和反射都会干扰位置信息推算的准确性，导致误漏报的比例很高。

因此，发明一种简单易行、成本低、安装使用方便的学生发言起座检测方法和装置是提高教学录播系统自动化水平，减少辅助人员，降低自动录播成本的关键。

发明内容

本发明的目的是针对现有的教学录播系统中学生发言定位需安装大量红外线辐射器和感应器，造成成本高，精度低的问题，发明一种灵敏度高、安装和使用均十分方便的教学自动录播系统用学生发言起座的自动检测方法及装置。

本发明的技术方案之一是：

一种教学自动录播系统用学生发言起座的自动检测方法，其特征是：

首先，在学生座位上安装电容、压力或光学传感器，同时对学生座位的排号进行编码，并使之与编码电路相连；

其次，使传感器的输出端与信号采集处理电路(包括信号的调制理、转换、放大等)的输入端相连，以便当传感器检测到信号变化时及时将采集到的信号值进行放大；

第三，使信号采集处理电路及编码电路均与单片机对应的输入脚相连，以便当信号采集处理电路的输出值大于单片机设定的阈值时，单片机作出该座位上的学生起立发言的判断，并输出一个高电平，连同该学生座位的编码值一起送入座位无线发射模块进行解调后以无线的方式发出，教学自动录播系统的通讯控制器接收到座位无线发射模块发出的有学生起立要发言的信号后，及时返回一个返回码给座位无线发射模块，无线发射模块接收到该返回码后即停止无线信号的发送，通讯控制器同时给教学自动录播系统发出信号，教学自动录播系统则控制带有云台的摄像机转向发出发言信号的学生座位并接通其座位上的发言话筒，从而实现学生发言的自动检测；

第四，当该学生发言结束，传感器恢复初始值后，单片机控制无线发射模块发出一个终止发言码给通讯控制器，通讯控制器立即通知录播系统关闭该座位上的发言话筒，此时通讯控制器才开始准备接收下一个座位的发言请求。这样就可以保证在一个时段内只有一个学生发言，在有学生发言的情形下，其它座位即使有学生起坐请求发言，通讯控制器7也不予响应，其座位上的话筒也无法打开，摄像机也不会转动，只有当第一个学生发生结束后，通讯控制器7才能响应下一个起坐学生的请求。

电容传感器是基于惠斯通电桥原理的传感器，它的一个以上的采样电极被安装在座位上正对学生的一面上，与电容传感器相连的信号采集处理电路、单片机、编码电路及无线发射模块均被安装在一个控制盒中，控制盒被安装在座椅的下部。

所述的压力传感器为压力应变片，它被安装在座椅脚下，与压力应变片相连的信号采集处理电路、单片机、编码电路及无线发射模块均被安装在一个控制盒中，控制盒被安装在座椅的下部。

所述的光学传感器为光敏元件，它被安装在座椅面上，与光敏元件相连的信号采集处理电路、单片机、编码电路及无线发射模块均被安装在一个控制盒中，控制盒被安装在座椅的下部。

本发明的技术方案之二是：

一种教学自动录播系统用学生发言起座的自动检测装置，其特征是它包括安装在学生座位上的传感器部件1、单片机2、座位编码电路3及无线发射模块4，所述的传感器部件1通过一个信号采集处理电路6与单片机2相连，座位编码电路3的输出也与单片机2相连，单片机2的输出脚与无线发射模块4的输入端相连，无线发射模块4通过无线信号与教学自动录播系统的通讯控制器7相连，通讯控制器通过有线或无线与录播系统主机相连。

所述的传感器部件1包括基于惠斯通原理的电容式传感器、基于压力应变片的压力应变传感器和基于光敏元件的光学传感器。

本发明的有益效果：

本发明采用了可靠的人体起坐活动的探测方案，结合方便的现场设置座位编码手段，集成了微控制器和无线组网芯片，通过通讯控制器传递给自动录播系统主机；本发明的检测装置具有安装简便，位置信息获取准确，传输可靠，可批量复制。能够很好地替代现有的红外线位置信息采集方案；由于采用内部开放式的无线网通讯与外部有线通讯接口相结合的方式，能够很方便地集成到现有的自动录播系统中，它可广泛应用于电教室中为自动录播系统提供学生起坐自动定位与通知，大大提高录播设备的自动化水平。

本发明方法简单，易于实现，成本低，无需对现有的教室进行改造。利用电池供电，采用节能电路可保证一学期不用更换电池。

附图说明

图1是本发明的系统框图。

图2是本发明实施例的一个电原理图。(请重发PROTEL图)

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示。

实施例一。

一种教学自动录播系统用学生发言起座的自动检测方法，它包括以下步骤：

首先，在学生座位上安装电容、压力或光学传感器中的一种，同时对学生座位的排号进行编码，并使之与编码电路相连，编码电路可采用拨码开关作为所安装座椅的编码输入元件，编码开关以数字信号的形式在人体起坐时触发单片机进行读取。编码按座椅排列的编号设定。编码的范围可以设计成为适应所有电教室中座椅排列可能的数目，编码设定可以在使用现场简单地即时完成；

其次，使传感器的输出端与信号采集处理电路(包括信号的调制、转换、放大等)的输入端相连，以便当传感器检测到信号变化时及时将采集到的信号值进行放大；

第三，使信号采集处理电路及编码电路均与单片机对应的输入脚相连，以便当信号采集处理电路的输出值大于单片机设定的阈值时，单片机作出该座位上的学生起立发言的判断，并输出一个高电平，连同该学生座位的编码值一起送入座位无线发射模块进行解调后以无线的方式发出，教学自动录播系统的通讯控制器接收到座位无线发射模块发出的有学生起立发言的信号后，及时返回一个返回码给座位无线发射模块，无线发射模块接收到该返回码后即停止无线信号的发送，通讯控制器同时给教学自动录播系统发出信号，教学自动录播系统则控制带有云台的摄像机转向发出发言信号的学生座位并接通其座位上的发言话筒，从而实现学生发言的自动检测；

第四，当该学生发言结束，传感器恢复初始值后，单片机控制无线发射模块发出一个终止发言码给通讯控制器，通讯控制器立即通知录播系统关闭该座位上的发言话筒，此时通讯控制器才开始准备接收下一个座位的发言请求。这样就可以保证在一个时段内只有一个学生发言，在有学生发言的情形下，其它座位即使有学生起坐请求发言，通讯控制器7也不予响应，其座位上的话筒也无法打开，摄像机也不会转动，只有当第一个学生发生结束后，通讯控制器7才能响应下一个起坐学生的请求。

具体实施时，电容传感器可采用是基于惠斯通电桥原理的传感器，它的一个以上的采样电极被安装在座位上正对学生的一面上，与电容传感器相连的信号采集处理电路、单片机、编码电路及无线发射模块均被安装在一个控制盒中，控制盒被安装在座椅的下部。基于惠斯通原理的电容式传感器可采用人体感应电路或替代芯片：采用集成电路实现对人体接近或离开本装置时的人体电容感应信号的探测。这类的集成电路被广泛用于移动电话的触摸按键，由于通过接近的方式感应人体本身的电容信号，不会对人体有不良影响。当感应电容的电极被设计成适当的面积和形状时，本装置的人体接近感应距离可以变得比较远，并可穿透一定厚度的木材塑料等常见座椅材料，以适应不同的人体接近感应应用。因此本装置可以简单地安装在非导电材料制成的30mm(已经验证)厚度以下的任何座椅下面。当人坐下或起立时，本装置中的这款集成电路立即感知出信号。这个信号可以被用来触发任何适当类型的电子器件或微控制器。

压力传感器可采用压力应变片，它被安装在座椅脚下，与压力应变片相连的信号采集处理电路、单片机、编码电路及无线发射模块均被安装在一个控制盒中，控制盒被安装在座椅的下部。压力应变传感器可采用集成电路实现对人体起坐导致座椅承受压力变化的探测。传感器安装于座椅的承重受力点(如椅脚)上，当学生坐下或起立时，座椅的载荷发生变化，传感器感应出载荷应变电信号。根据该电信号可以推算出载荷变化所反应出来的学生起坐活动的数据。

光学传感器可采用光敏元件，它被安装在座椅面上，与光敏元件相连的信号采集处理电路、单片机、编码电路及无线发射模块均被安装在一个控制盒中，控制盒被安装在座椅的下部。光电传感器，根据遮蔽物对光线传播产生的影响，实现对人体起坐活动的探测。传感安装于座椅凳面的下方，接收座椅上通光孔射入的光线；当学生坐下或起立时，传感器由于光线被遮蔽情况的变化感应出电信号。根据该电信号可以探测到学生起坐活动的行为。

单片机可在软件控制下可实现所有信息的处理。每当收到传感部件的触发信号时，单片机就读取所在座椅按位置排列设定的编码，然后将其封装到将要发射出去的数据包中。数据包送入无线网络芯片或模块中进行无线传输，送至通讯控制器。通讯控制器用于接收各个检测装置通过无线网络传输来的学生起坐信息，并且把信息整理后通过有线(或无线)的方式发送给录播系统。

实施例二。

如图1、2所示。

一种教学自动录播系统用学生发言起座的自动检测装置，包括安装在学生座位上的传感器部件1、单片机2、座位编码电路3及无线发射模块4，所述的传感器部件1通过一个信号采集处理电路6与单片机2相连，座位编码电路3的输出也与单片机2相连，单片机2的输出脚与无线发射模块4的输入端相连，无线发射模块4通过无线信号与教学自动录播系统的通讯控制器7相连，通讯控制器通过有线或无线与录播系统主机相连，其组成框图如图1所示，图2是本发明的一个基于电容检测原理的一个具体的学生起坐发言检测电路图。

具体实施时传感器部件可采用以下三种实现方案中的任一种加以实现：

1.人体感应电路或替代芯片

由金属薄片电极和人体接近感应电路组成；3.3V至5V直流电源供电。当人体接近电极时该集成电路的接近感应探测输出端将给出逻辑高电平信号；人体离开时输出端逻辑高电平就返回到低电平。如图2中所示。

2.压力应变传感器

由压力感应电阻应变片和模数转换电路(可采用现有的教科书常用的模数转换电路加以实现)组成；3.3V至5V直流电源供电。当电阻应变片受压发生变化时该转换电路的数字信号输出端将给出对应于人体负荷压力变化的数值。其中的模数转换电路可采用教科书常用的转换电路加以实现。

3.光学传感器

由光敏元件和信号调理电路(可采用常规电路或教科书上的相应电路加以实现)组成；3.3V至5V直流电源供电。当人坐下遮蔽了通光孔，光敏元件所接收的光通量变小；或者当人起立、通光孔解除了遮蔽，光敏元件所接收的光通量变大；该元件将产生对应电流变化。该变化再由信号调理电路的数字信号输出端给出相应的逻辑高低电平；

具体实施时作为学生发言起坐检测装置核心的担负信息处理功能的单片机2(MCU)可采用普通单片机。3.3V至5V直流电源供电。传感器部件1的输出端连接到单片机2数字输入管脚。单片机2读取该输入管脚上的数据，结合位置编码电路3上面的数据，将它们组成数据包传送到无线发射模块4中进行无线发射，无线发射模块4一旦接通就一直工作，直到接收到通讯控制器7返回的返回码为止。

座位编码电路3(Coder)可使用8位的拨动开关来设定位置编码的二进制位。高4位代表座位的排号，低4位代表座位的列号。

通讯控制器7(Comm Controller)由信息处理模块和无线/有线收发模块组成，它属于现有的录播系统中的一部分(与现有技术相同)。其中的信息处理模块用于提取无线收发模块收到的学生起坐信息，将其整理成统一的数据格式，再通过有线(或无线)收发模块发送给自动录播系统。

为本发明的各部分工作的电源5可采用电池供电，通过采用适应的软件设计及电路设计，使整个装置长期工作于节电模式可保证一次更换电池可使用半年左右。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。