專利名稱：基于圖像識(shí)別和網(wǎng)絡(luò)的教室管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種教室管理系統(tǒng)，特別涉及一種基于圖像識(shí)別和網(wǎng)絡(luò)的教室管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對(duì)教室的使用情況進(jìn)行管理，在現(xiàn)實(shí)中是一件很有用的事。例如，對(duì)于需要上自習(xí)的同學(xué)，可以方便找到有座位的自習(xí)室去上自習(xí)，省去找自習(xí)室的麻煩；去上課的同學(xué)和教師可以方便查詢到教室的情況，例如教室的具體位置，現(xiàn)有人數(shù)，空座位數(shù)量等?；诮淌疫@個(gè)特定場所，進(jìn)行教室的人數(shù)統(tǒng)計(jì)是教室管理的核心問題和難點(diǎn)。對(duì)于現(xiàn)有的人數(shù)統(tǒng)計(jì)算法，實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性是其主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)?；诮淌疫@個(gè)特定場所，因受視頻源質(zhì)量的影響，人數(shù)統(tǒng)計(jì)算法會(huì)有一定的誤差，主要的影響因素就是視頻的采集方法的選取，再就是教室這個(gè)特定場所有一些獨(dú)特的因素有人用書或者書包占座、教室的座位固定、教室容量一定、教室的攝像頭一般位于教室斜上方且人員會(huì)有遮擋等。這些不確定因素都為準(zhǔn)確測出教室的人數(shù)帶來了困難?，F(xiàn)有的人數(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)包括一種方法是借助IC卡、IC卡驗(yàn)證裝置，IC卡采用實(shí)名、 一人一卡制。另一種方法是用一種計(jì)數(shù)裝置，具體說是涉及一種流動(dòng)人數(shù)統(tǒng)計(jì)裝置，特別的一種客運(yùn)工具乘客人數(shù)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)裝置，該裝置包括由依次連接的進(jìn)出判別器、可逆計(jì)數(shù)器、譯碼驅(qū)動(dòng)器和顯示電路構(gòu)成的乘客人數(shù)統(tǒng)計(jì)電路，其特征在于所述的進(jìn)出判別器的進(jìn)出輸入端自后向前分別依次連接有傳感信號(hào)處理器和熱釋電紅外線傳感器，借助于這些設(shè)備統(tǒng)計(jì)出具體的人數(shù)。第三種方法是將攝像頭擺放于開放空間(主要是商場或者廣場)的上方來檢測相應(yīng)空間中的人頭的位置，進(jìn)而得到相應(yīng)空間的人數(shù)。針對(duì)第一種方法，要具備特定的IC卡，這個(gè)在教室中實(shí)現(xiàn)較為困難，且成本難以控制。對(duì)于第二種方法，要在教室進(jìn)出口安裝一套設(shè)備來檢測，這顯然會(huì)帶來出入不便，且成本也難以控制。對(duì)于第三種方法，要在教室實(shí)現(xiàn)，很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榻淌业母叨葲Q定了攝像頭不可能擺放的過高，也不可能沒有遮擋，且書包等與頭發(fā)顏色相同的物體會(huì)影響其精度。人數(shù)統(tǒng)計(jì)算法是教室管理系統(tǒng)的核心問題。在教室架設(shè)攝像頭，得到的圖像有以下特點(diǎn)1、拍攝的圖像中只能完整地顯示中間區(qū)域的人數(shù)的具體狀況，對(duì)于兩側(cè)的人數(shù)的具體狀況不能很好的體現(xiàn)出來。2、人的遮擋很明顯，這就為分離出單個(gè)人帶來了很大的不便。3、教室中常常有一個(gè)人占多個(gè)座位的情況，占座常用書本，書包等。4、離攝像頭較遠(yuǎn)的前幾排的人基本已經(jīng)看不清。5、攝像頭拍攝的是人的背部，不適用于人臉識(shí)別。6、受日光和燈光的影響較大。7、教室上課時(shí)老師和PPT背投幕會(huì)對(duì)圖像判別產(chǎn)生影響。8、人員走動(dòng)會(huì)對(duì)圖像判別產(chǎn)生影響。
基于上述幾點(diǎn)，我們可以了解到教室統(tǒng)計(jì)人數(shù)的復(fù)雜性和不確定性。我們對(duì)一些方法進(jìn)行了多次的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對(duì)于在教室出入口架設(shè)攝像頭進(jìn)行人數(shù)統(tǒng)計(jì)的方法，優(yōu)點(diǎn)是方便統(tǒng)計(jì)，可以應(yīng)用人臉識(shí)別等技術(shù)，且準(zhǔn)確性高，但是只適用于人員出入簡單的情況，對(duì)于上下課人多的高峰期，就會(huì)由于人的遮擋問題，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)誤差的產(chǎn)生。而且由于要架設(shè)專門的攝像頭，要增加開支。由于無法分出人的身形加之?dāng)z像頭拍攝的圖像有重疊的區(qū)域，故無法用三角形進(jìn)行與人頭和肩膀的相關(guān)運(yùn)算進(jìn)行人數(shù)統(tǒng)計(jì)。由于不能很好的分割出人的區(qū)域范圍，加之電腦，書包，書等的影響，想要得到單個(gè)人的圖像很難。所以不能將整個(gè)圖像進(jìn)行特征提取。分別對(duì)顏色紅、綠、藍(lán)區(qū)域進(jìn)行分割的效果也不是很好，因?yàn)闀?，書包等?duì)光照過于敏感，會(huì)很大程度上影響影像處理的結(jié)果。各個(gè)教室的攝像頭精度也有很大的差異，即使是比較清楚的教室攝像頭采集的圖像，仍然不能看清前幾排人的狀況，只能知道具體某個(gè)位置有沒有被占，對(duì)于占座的是人還是書，基本分辨不出來，也就無法通過人體識(shí)別來辨別是不是人。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于教室這個(gè)特定場所的管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對(duì)不同教室使用情況下(如上課、下課和自習(xí)等)，教室人數(shù)模型的變化，運(yùn)用自適應(yīng)算法對(duì)教室中的人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將教室信息進(jìn)行發(fā)布。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供了一種基于圖像識(shí)別和網(wǎng)絡(luò)的教室管理系統(tǒng)，包括圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)和信息發(fā)布系統(tǒng)；圖像采集系統(tǒng)在教室采集圖像，傳輸給圖像處理系統(tǒng)，圖像處理系統(tǒng)將采集的圖像信息進(jìn)行處理和識(shí)別，得到人數(shù)統(tǒng)計(jì)信息，并傳輸給信息發(fā)布系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)布。圖像采集系統(tǒng)由安裝在各個(gè)教室的監(jiān)控?cái)z像頭組成，為防止攝像頭的角度問題造成的誤判，需要融合多個(gè)攝像頭的信息，從不同角度不同時(shí)間的畫面綜合判斷教室的人數(shù)。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通常由電腦完成，它將采集的圖像信息進(jìn)行處理和識(shí)別，并給出具體可用的數(shù)據(jù)，如本教室的人數(shù)等，再通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)上網(wǎng)，傳到相應(yīng)的網(wǎng)站，由信息發(fā)布系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)布。在圖像識(shí)別的基礎(chǔ)上，信息發(fā)布系統(tǒng)可以建立基于網(wǎng)絡(luò)的可實(shí)時(shí)查詢相關(guān)信息的網(wǎng)站。該網(wǎng)站把每個(gè)教室的利用情況進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，例如該教室有多少個(gè)座位，是否有課， 有什么課；對(duì)有課的教室，有多少人出勤，出勤率是多少，老師的出勤情況；對(duì)沒有課的教室，上自習(xí)人數(shù)，座位剩余情況等信息自動(dòng)輸入網(wǎng)站的數(shù)據(jù)庫。在網(wǎng)站上發(fā)布教室的使用情況，對(duì)于學(xué)校內(nèi)教室和學(xué)生使用教室以及管理人員管理教室都具有現(xiàn)實(shí)意義。需要上自習(xí)的同學(xué)，可以方便找到有座位的自習(xí)室去上自習(xí)，省去找自習(xí)室的麻煩，也可以去旁聽別的老師的課，因?yàn)樗械慕淌以谏系恼n都一目了然；去上課的同學(xué)和教師可以方便查詢到教室的情況，例如教室的具體位置，現(xiàn)有人數(shù)，空座位數(shù)量寸。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行人數(shù)統(tǒng)計(jì)的方法為首先讀入無人時(shí)和有人時(shí)的圖像，將每一排從整個(gè)圖像中分離出來，再對(duì)每一排的圖像進(jìn)行濾波和腐蝕重構(gòu)處理，以減小光照的影響；將處理后圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像，并進(jìn)行直方圖均衡化，然后將均衡化后的源圖像與目標(biāo)圖像的每一排做絕對(duì)差處理，得到差值圖像；將差值圖像中每個(gè)座位區(qū)域分離出來，并將其二值化，再進(jìn)行區(qū)域標(biāo)記；計(jì)算每個(gè)座位對(duì)應(yīng)的標(biāo)記區(qū)域面積是否滿足設(shè)定的條件；滿足則代表有人，不滿足則代表沒人，從而得到教室的人數(shù)統(tǒng)計(jì)信息。有益效果通過應(yīng)用此系統(tǒng)，可以方便學(xué)校對(duì)教育教學(xué)的管理，同時(shí)方便同學(xué)們更方便快捷的找到自己需要的教室，讓每個(gè)教室的座位占用情況更直觀的用數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來。本系統(tǒng)運(yùn)用自適應(yīng)方法對(duì)教室中的人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并抑制外部干擾(如光照，燈光等)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，從而提高輸出人數(shù)的精度與快速性。更進(jìn)一步，可在此系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展考試自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，安保與防盜自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。


圖1是本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)圖；圖3是具體人數(shù)統(tǒng)計(jì)方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，具體說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。本實(shí)施方式具體實(shí)現(xiàn)了一種教室管理系統(tǒng)，圖1是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖2為系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)圖。在本實(shí)施方式中，采用的人數(shù)統(tǒng)計(jì)方法為1、先從視頻中讀出一張無人時(shí)的圖像作為背景圖像，再讀出有人時(shí)的一張圖像；2、對(duì)無人和有人時(shí)的圖像，以每一排為單位，從整個(gè)圖像中分離出來。由于每一排的光照強(qiáng)度基本相同，因此以排為單位對(duì)圖像進(jìn)行分離，有利于對(duì)圖像進(jìn)行后續(xù)的濾波、腐蝕、灰度處理等操作，減小光照的影響。分排處理相對(duì)于對(duì)整個(gè)圖像進(jìn)行處理的優(yōu)勢(shì)是受光照影響較小，可以簡化算法，可以提高人數(shù)統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性，穩(wěn)定性較高。3、對(duì)上一步分出的每一排的圖像進(jìn)行濾波和腐蝕重構(gòu)操作，減小光照的影響，濾波和腐蝕重構(gòu)的具體方法及參數(shù)可以根據(jù)具體的教室及攝像頭情況設(shè)定；4、對(duì)步驟3得到的圖像進(jìn)行灰度處理和直方圖均衡處理，即將RGB圖像轉(zhuǎn)換至灰度域，并對(duì)得到的灰度圖像進(jìn)行直方圖均衡化；5、將步驟4處理后的有人與無人時(shí)的圖像做絕對(duì)差，得到差值圖像；6、將差值圖像中每一個(gè)座位對(duì)應(yīng)的區(qū)域分離出來；7、將上一步驟得到的圖像進(jìn)行二值化后再進(jìn)行區(qū)域標(biāo)記，得到最終的標(biāo)記區(qū)域， 此處的區(qū)域標(biāo)記就是將二值化后的圖像中白色的部分進(jìn)行標(biāo)記，主要是為了得到標(biāo)記面積；8、得到的標(biāo)記區(qū)域的總面積即是桌面上的被占區(qū)域，當(dāng)此區(qū)域超過整個(gè)桌面區(qū)域的1/3時(shí)，視為有人；
9、將各個(gè)座位上的人數(shù)相加，得到最后的總?cè)藬?shù)，即為所測區(qū)域的總?cè)藬?shù)。為了說明本發(fā)明的內(nèi)容及實(shí)施方法，給出了一個(gè)具體實(shí)施例。在實(shí)施例中引入細(xì)節(jié)的目的不是限制權(quán)利要求書的范圍，而是幫助理解本發(fā)明所述方法。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解在不脫離本發(fā)明及其所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，對(duì)最佳實(shí)施例步驟的各種修改、變化或替換都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于最佳實(shí)施例及附圖所公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種基于圖像識(shí)別和網(wǎng)絡(luò)的教室管理系統(tǒng)，其特征在于，包括圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)和信息發(fā)布系統(tǒng)；圖像采集系統(tǒng)在教室采集圖像，傳輸給圖像處理系統(tǒng)，圖像處理系統(tǒng)將采集的圖像信息進(jìn)行處理和識(shí)別，得到人數(shù)統(tǒng)計(jì)信息，并傳輸給信息發(fā)布系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像識(shí)別和網(wǎng)絡(luò)的教室管理系統(tǒng)，其特征在于，圖像采集系統(tǒng)為安裝在各個(gè)教室的監(jiān)控?cái)z像頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于圖像識(shí)別和網(wǎng)絡(luò)的教室管理系統(tǒng)，其特征在于，信息發(fā)布系統(tǒng)為基于網(wǎng)絡(luò)的可實(shí)時(shí)查詢相關(guān)信息的網(wǎng)站。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種基于圖像識(shí)別和網(wǎng)絡(luò)的教室管理系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行人數(shù)統(tǒng)計(jì)的方法為首先讀入無人時(shí)和有人時(shí)的圖像，將每一排從整個(gè)圖像中分離出來，再對(duì)每一排的圖像進(jìn)行濾波和腐蝕重構(gòu)處理，以減小光照的影響；將處理后圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像，并進(jìn)行直方圖均衡化，然后將均衡化后的源圖像與目標(biāo)圖像的每一排做絕對(duì)差處理，得到差值圖像；將差值圖像中每個(gè)座位區(qū)域分離出來，并將其二值化，再進(jìn)行區(qū)域標(biāo)記；計(jì)算每個(gè)座位對(duì)應(yīng)的標(biāo)記區(qū)域面積是否滿足設(shè)定的條件；滿足則代表有人，不滿足則代表沒人，從而得到教室的人數(shù)統(tǒng)計(jì)信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于圖像識(shí)別和網(wǎng)絡(luò)的教室管理系統(tǒng)，包括圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)和信息發(fā)布系統(tǒng)；圖像采集系統(tǒng)在教室采集圖像，傳輸給圖像處理系統(tǒng)，圖像處理系統(tǒng)將采集的圖像信息進(jìn)行處理和識(shí)別，得到人數(shù)統(tǒng)計(jì)信息，并傳輸給信息發(fā)布系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)布。通過應(yīng)用此系統(tǒng)，讓每個(gè)教室的座位占用情況更直觀的用數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來，方便學(xué)校對(duì)教育教學(xué)的管理，同時(shí)方便同學(xué)們更方便快捷的找到自己需要的教室。本發(fā)明運(yùn)用自適應(yīng)方法對(duì)教室中的人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并抑制外部干擾(如光照，燈光等)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，從而提高輸出人數(shù)的精度與快速性。
文檔編號(hào)G06Q10/00GK102354378SQ201110132349
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者劉文杰, 咼暢, 鄧方, 閆浩, 陳杰, 馬登輝, 黎達(dá) 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)