[发明专利]一种教师非言语行为测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种教师非言语行为测量方法及系统，其中，测量方法包括：对教室进行三维建模，并对教学视频的二维图像信息进行分析处理，计算每一帧视频中的教师头部三维坐标和头部欧拉角，得到教师视线落点数据，并将视线落点投射在三维建模的教室空间中，实现了教师视线落点的可视化；本发明通过分析教师视线落点的离散度和覆盖率了解教师授课时的注意力分布情况；本发明将教学视频按每5帧分组，通过教师头部欧拉角解析教师头部移动，识别连续头部移动对应的不同教学行为，从而了解教师的授课风格和课堂氛围。

技术领域

本发明属于教学质量评价与应用技术领域，更具体地，涉及一种教师非言语行为测量方法及系统。

背景技术

随着课堂教学改革的不断深化和教学交流的日益频繁,拍摄教学视频逐渐成为展示教学特色、深入研究课堂教学的一种重要形式。图像和语音是教学视频中传达信息的两种主要途径，随着人工智能技术的发展，通过对教学视频进行分析，可以实现对教学质量的评估与审核。

目前常用的教学视频的质量评估与审核方法，主要是对教学视频的图像和语音进行分析，识别教学知识点，对教学内容的合理性进行评估并形成评估反馈报告。

除了教学知识点，教师的非语言行为也会直接影响到学生的听课体验，进而影响教学质量。非语言行为主要包括眼神和头部动作。优秀的教师善于运用眼神来组织课堂教学，眼神是一种非语言表达的艺术，是课堂教学中的一种无声语言，眼神的巧妙运用可以有效地传递信息和表达情意，可拉近师生之间的距离，可把控课堂的氛围和秩序，使教学收到事半功倍的效果。

教师的头部动作也可反映出教师的教学风格和教学状态，教师的头部动作可以传达丰富的信息，头部动作对于表达思想起着重要作用，当学生回答问题时，教师为了表示对学生回答给以肯定，常用点头，为了表示不满意学生的回答常用摇头等。这种用头部动作表示情感的方式很委婉，比用语言直接表达更易于学生的接受，更富于表现力。

教学质量评估是教学管理的重要环节，对于教学视频的质量评估，除了教学内容的识别审核，还应当针对教师的视线落点和头部动作做出评估，通过教师视线落点和头部动作可以解析教师授课时的注意力，而教师注意力能反映出教师在课堂教学中关注学生、关注教学的能力。因此，有必要通过教学视频，对教师视线落点和头部动作进行有效的测量和解析。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种教师非言语行为测量分析方法及系统，旨在通过解析教学视频中教师的视线落点和头部动作，完成对教师授课时的注意力分布的分析与评价。

为实现上述目的，本发明提供了一种教师非言语行为测量方法，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，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。

优选地，计算教师视线落点包括如下步骤：以教师头部为原点，得到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，得到教师视觉方向向量；根据所述教师视觉方向向量和所述教师头部三维坐标，计算得到教师视线落点；

检测教师头部移动包括如下步骤：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；设定角度阈值standard，当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。