[发明专利]一种教师非言语行为测量方法及系统

权利要求书

1.一种教师非言语行为测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

对教室进行三维建模，得到教室三维立体图；通过教学视频中每一帧的教师面部图像，在所述教室三维立体图中计算得到每一帧视频的教师头部三维坐标和教师头部欧拉角；

根据所述教师头部欧拉角计算教师视线落点，并检测教师头部移动；

将所述教师视线落点绘制在所述教室三维立体图上；计算所述教师视线落点的离散度和覆盖率；对所述教师头部移动的欧拉角的值进行解析，识别出对应的教学行为。

2.根据权利要求1所述的教师非言语行为测量方法，其特征在于，

所述计算教师视线落点具体包括：以教师头部为原点获得教师脸部到摄像头的向量，根据所述向量和所述教师头部欧拉角获得教师视觉方向向量；根据所述教师视觉方向向量和所述教师头部三维坐标计算教师视线落点；

所述检测教师头部移动具体包括：将所述教学视频按每5帧分组，分别获得每一组中教师头部欧拉角的俯仰角的最大值max、最小值min，偏航角的最大值max、最小值min，以及滚转角的最大值max、最小值min；设定角度阈值standard，当教师头部欧拉角的俯仰角、偏航角和滚转角中至少有一个角满足最大值max与最小值min的差值大于所述角度阈值standard时，则认为是一个头部移动的发生。

3.根据权利要求1所述的教师非言语行为测量方法，其特征在于，当连续的所述教师头部移动的欧拉角的范围满足-12°≤α≤20°时，其对应的头部动作是点头；当0°≤α≤38°时，其对应的头部动作是低头；当-35°≤β≤35°时，其对应的头部动作是摇头；当0°≤β≤90°或-90°≤β≤0°时，其对应的头部动作是回头；当-35°≤β≤35°时，其对应的头部动作是环视四周。

4.根据权利要求3所述的教师非言语行为测量方法，其特征在于，所述点头、所述摇头和所述环视四周的教学行为是师生交流；所述回头的教学行为是讲授课程；若所述低头的视线落点在教桌，则所述低头的教学行为是讲授课程，若所述低头的视线落点在学生，则所述低头的教学行为是师生交流，否则，则所述低头的教学行为是无效教学行为。

5.一种教师非言语行为测量系统，其特征在于，包括：

头部欧拉角获取模块，用于对教室进行三维建模，得到教室三维立体图；通过教学视频中每一帧的教师面部图像，在所述教室三维立体图中计算得到每一帧视频的教师头部三维坐标和教师头部欧拉角；

视线落点计算模块，用于根据所述教师头部欧拉角计算教师视线落点；

头部移动检测模块，用于根据所述教师头部欧拉角检测教师头部移动；

视线落点可视化模块，用于将所述教师视线落点绘制在所述教室三维立体图上；

视线落点分析模块，用于计算所述教师视线落点的离散度和覆盖率；

头部移动分析模块，用于对所述教师头部移动的欧拉角的值进行解析，识别出该头部移动对应的教学行为。

6.根据权利要求5所述的教师非言语行为测量系统，其特征在于，

所述视线落点计算模块包括：

第一向量计算单元，用于以教师头部为原点获得教师脸部到摄像头的向量，

第二向量计算单元，根据所述向量和所述教师头部欧拉角，得到教师视觉方向向量；

视线落点计算单元，根据所述教师视觉方向向量和所述教师头部三维坐标，计算得到教师视线落点；

所述头部移动检测模块包括：

分组单元，用于将所述教学视频按每5帧分组，分别找出每一组中教师头部欧拉角的俯仰角的最大值max，最小值min；偏航角的最大值max，最小值min；滚转角的最大值max，最小值min；

计算单元，用于设定角度阈值standard，当每一组教学视频中教师头部欧拉角的三个角中至少有一个角满足max与min的差值大于standard时，则认为是一个头部移动的发生。