[发明专利]智慧教育AIOT AI智慧大脑分析平台及装置

权利要求书

1.智慧教育AIOT AI智慧大脑分析平台，其特征在于，包括智能处理中心、情感计算模块、语音分析模块、自然语言理解模块、热力分析模块、图像增强处理模块、专注力分析模块以及行为识别模块；所述智能处理中心分别与所述情感计算模块、所述语音分析模块、所述自然语言理解模块、所述热力分析模块、所述图像增强处理模块、所述专注力分析模块以及所述行为识别模块相连；所述智能处理中心通过对接收到的所述情感计算模块、所述语音分析模块、所述自然语言理解模块、所述热力分析模块、所述图像增强处理模块、所述专注力分析模块以及所述行为识别模块的分析结果进行综合处理分析，实现AI学生课堂情绪功能、AI知识点功能、AI学生活跃状态功能、AI课堂板书功能、AI学生专注力功能、AI校园安防功能；

所述情感计算模块用于检测及分析学生情感变化，以实现所述AI学生课堂情绪功能，包括人脸检测模块和微表情分析模块，所述人脸检测模块通过定义人脸面部的关键区域位置以实现人脸检测，所述微表情分析模块用于根据实现情绪及情绪变化状态的检测分析；

所述语音分析模块用于检测师生发言互动，所述自然语言理解模块用于知识点提取，以实现所述AI知识点功能，所述语音分析模块包括语音活动检测模块和说话人识别模块，所述自然语言理解模块包括关键词提取模块、实体链接模块，所述语音活动检测模块用于检测语音，所述说话人识别模块用于识别说话人，所述关键词提取模块用于从语音中提取课堂教学的关键词，所述实体链接模块用于检测知识点之间的相关联系；

所述热力分析模块用于检测学生活跃状态，以实现AI学生活跃状态功能，包括图像背景分离模块、前景像素变化分析模块，所述图像背景分离模块用于通过热力值分析技术从视频中分离出背景图像，所述前景像素变化分析模块通过基于深度学习算法对前景内像素点的变化进行记录与分析，将所述背景图像进一步渲染生成动作热力图；

所述图像增强处理模块用于课堂板书提取，以实现AI课堂板书功能，包括滤波运算模块和二值化算法模块，所述二值化算法模块采用自适应阈值的二值化算法，将转换板书图片为白纸黑字效果，所述滤波运算模块采用形态学滤波运算消除噪声内容并圆滑笔迹，采用边缘提取算法精确提取字体轮廓；

所述专注力分析模块用于检测专注力，以实现AI学生专注力功能，包括头部姿态估计模块、视线方向追踪模块，所述头部姿态估计模块采用头部姿态估计技术，建立头部三维空间姿态模型，通过头部姿态在不同坐标系之间的相互转换，以判断头部具体朝向，所述视线方向追踪模块采用视线方向追踪技术，计算人眼的视线方向，再对汇总数据进行二次分析，通过视线方向以识别行为；

所述行为识别模块用于检测课堂师生行为和校园危险行为，以实现AI校园安防功能，包括骨骼关键点检测模块、人体姿态估计模块，所述骨骼关键点检测模块通过骨骼关键点检测可以精确定位人体的位置，所述人体姿态估计模块通过人体姿态估计技术识别，识别校园里追逐打闹、离开岗位、聚众、可疑停留的危险行为。

2.根据权利要求1所述的智慧教育AIOT AI智慧大脑分析平台，其特征在于，所述AI学生课堂情绪功能通过将抽象的情绪进行量化，根据所述情感计算模块传送的数据，采用人脸对齐、人脸数据增强、人脸归一化及情感特征提取算法，实现高兴、惊喜、中性、伤心、生气、害怕的情绪识别，正面情绪、中性情绪、负面情绪的占比分析，以及正面情绪变化状态、负面情绪变化状态分析，从而辅助教师了解学生的心理状态及课堂表现，在此基础上改进教学设计，提升教学效果。

3.根据权利要求1所述的智慧教育AIOT AI智慧大脑分析平台，其特征在于，所述AI知识点功能根据所述语音分析模块传送的数据，将提取到的关键词与基础教育知识图谱中的实体做关联分析，统计老师授课知识点的分布，以及知识点之间的相关联系，从而课前帮助老师准备授课内容中的知识点，课中分析课堂教学内容的思路与关联关系，对教学内容进行评估，课后生成所讲授知识点的知识卡片以方便学生进行复习。

4.根据权利要求1所述的智慧教育AIOT AI智慧大脑分析平台，其特征在于，所述AI学生活跃状态功能根据所述热力分析模块传送的数据，生成教室热力值分析结果，使得教师能够在课后快速了解班级活跃状态，并将活跃状态与教学设计进行联系，辅助教师进行教学设计的优化和改进。