[发明专利]一种教学智能录播系统用教师位置检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种教学智能录播系统用教师位置检测方法，适用于现代信息化教室、智能课堂教学录播系统、精品课程录制、交互式教学系统的建设。

背景技术

随着教育信息化的发展，多媒体课件在教学过程中应用的日益广泛，越来越多的学校建成或在建电子信息化教室(简称电教室)，电教室不但能进行多媒体教学，还有专人将教学过程同步录制下来，形成学校课堂教学录像。目前的课堂教学录像，不但有课件拍摄，还有学生起立回答问题、教师黑板板书、教师讲解问题的拍摄，因为拍摄角度的不同，势必需要多个机位摄像机参与拍摄，多机位的拍摄需要有导播来完成各摄像机之间的镜头转场、特技等现场编辑，这就需要众多的摄像人员和一位导播员。随着国家“精品课程”建设项目推广，以及传统的教学评估、示范课录制、教学观摩、远程教学等建设，无一不需要课堂教学录像，为了将管理电教室的教师从繁重的录播任务解放出来，自动录播系统出现了，能够自动进行多机位拍摄，自动导播，录像录制和教师讲课同步进行，课结束了，多媒体课堂教学录像自动完成了。

教师位置检测方法，提供教师在教室不同位置的信号给教学智能录播系统，供自动导播模块进行自动导播。当给出教师在讲台上信号的时候，自动导播模块将视频信号切换到教师拍摄机位；当给出教师在讲台上走动信号的时侯，自动导播模块驱动教师机位摄像机进行平移转动，使教师始终在画面的中央位置；当给出教师走下讲台信号时，自动导播模块将视频信号切换到学生拍摄机位；当给出教师走上讲台信号时，自动导播模块将视频信号切换到教师拍摄机位。

目前的教师位置检测方法，有基于光学红外发光阵列定位、主动式超声波探测技术、教师佩戴发射器定位技术、基于运动检测的多通道融合技术等方法。其中基于光学红外发光阵列定位方法是在黑板的下方，安装一系列的光学发光阵列，在教师后方，安装有教师定位仪，通过判断教师遮挡发光阵列的位置来定位教师所在的位置。

主动式超声波探测技术采用将多个具有特殊频率的超声波发射和接收装置安装在黑板的下方，根据超声波接收装置接收的反射波变化来决定教师所在的方位。教师佩戴发射器定位技术，由接收器来判定教师的位置。基于运动检测的多通道融合技术，通过多特征融合来进行教师定位，其核心部分是运动检测技术，该技术将图像处理技术和模式识别技术应用到教师定位中。

基于光学红外发光阵列定位缺点是只能得到教师的方位角，不能获得教师到教师拍摄机位的距离，无法探测其是否在讲台。主动式超声波探测技术，长时间在超声波辐射中，对人体健康有一定影响。教师佩戴发射器定位技术的缺点是抗干扰能力较差，教师侧身或转背信号丢失，无法判断拍摄方向。基于运动检测的多通道融合技术需要进行运动人像的彩色特征提取，跟踪结果对于人像阴影和光线变化敏感，缺点是不鲁棒。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种不但能检测教师的方位角，还能获得教师是否在讲台的教学智能录播系统用教师位置检测方法。

本发明实现上述目的的技术方案是：一种教学智能录播系统用教师位置检测方法，其创新点在于：其步骤包括，

1)图像采集和标定模块：使用视频采集卡，采集一帧图像；标定一闭合多边形内为讲台区域；

2)运动检测：包括通过背景建模与更新、背景差分、帧间差分、运动检测、运动合并进行运动检测；

3)教师检测：包括通过运动目标检测与大小判定确定教师位置；

4)教师跟踪：检测到教室后，对教师进行跟踪；

5)上报教师位置：将教师位置上报给导播系统。

所述图像采集和标定模块是通过讲台上方屋顶约3米×7米范围内的摄像头采集图像。

所述背景建模与背景更新的方法为：令代表背景帧图像，初始化为第一帧，n表示当前时刻，(x，y)代表像素的位置，表示当前帧图像，渐进均值滤波背景建模可以用如下公式表示：