專利名稱：基于圖像識別和網(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別和網(wǎng)絡(luò)的教室管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對教室的使用情況進(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@個特定場所，進(jìn)行教室的人數(shù)統(tǒng)計是教室管理的核心問題和難點(diǎn)。對于現(xiàn)有的人數(shù)統(tǒng)計算法，實(shí)時性和準(zhǔn)確性是其主要的評價指標(biāo)?；诮淌疫@個特定場所，因受視頻源質(zhì)量的影響，人數(shù)統(tǒng)計算法會有一定的誤差，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。現(xiàn)有的人數(shù)統(tǒng)計系統(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數(shù)裝置，具體說是涉及一種流動人數(shù)統(tǒng)計裝置，特別的一種客運(yùn)工具乘客人數(shù)自動統(tǒng)計裝置，該裝置包括由依次連接的進(jìn)出判別器、可逆計數(shù)器、譯碼驅(qū)動器和顯示電路構(gòu)成的乘客人數(shù)統(tǒng)計電路，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處理器和熱釋電紅外線傳感器，借助于這些設(shè)備統(tǒng)計出具體的人數(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)。針對第一種方法，要具備特定的IC卡，這個在教室中實(shí)現(xiàn)較為困難，且成本難以控制。對于第二種方法，要在教室進(jìn)出口安裝一套設(shè)備來檢測，這顯然會帶來出入不便，且成本也難以控制。對于第三種方法，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)顏色相同的物體會影響其精度。人數(shù)統(tǒng)計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，這就為分離出單個人帶來了很大的不便。3、教室中常常有一個人占多個座位的情況，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，不適用于人臉識別。6、受日光和燈光的影響較大。7、教室上課時老師和PPT背投幕會對圖像判別產(chǎn)生影響。8、人員走動會對圖像判別產(chǎn)生影響。
基于上述幾點(diǎn)，我們可以了解到教室統(tǒng)計人數(shù)的復(fù)雜性和不確定性。我們對一些方法進(jìn)行了多次的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對于在教室出入口架設(shè)攝像頭進(jìn)行人數(shù)統(tǒng)計的方法，優(yōu)點(diǎn)是方便統(tǒng)計，可以應(yīng)用人臉識別等技術(shù)，且準(zhǔn)確性高，但是只適用于人員出入簡單的情況，對于上下課人多的高峰期，就會由于人的遮擋問題，導(dǎo)致統(tǒng)計誤差的產(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。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，想要得到單個人的圖像很難。所以不能將整個圖像進(jìn)行特征提取。分別對顏色紅、綠、藍(lán)區(qū)域進(jìn)行分割的效果也不是很好，因?yàn)闀荆瑫葘庹者^于敏感，會很大程度上影響影像處理的結(jié)果。各個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，只能知道具體某個位置有沒有被占，對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特定場所的管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對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)算法對教室中的人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，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)行處理和識別，得到人數(shù)統(tǒng)計信息，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)由安裝在各個教室的監(jiān)控攝像頭組成，為防止攝像頭的角度問題造成的誤判，需要融合多個攝像頭的信息，從不同角度不同時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)時查詢相關(guān)信息的網(wǎng)站。該網(wǎng)站把每個教室的利用情況進(jìn)行實(shí)時顯示，例如該教室有多少個座位，是否有課， 有什么課；對有課的教室，有多少人出勤，出勤率是多少，老師的出勤情況；對沒有課的教室，上自習(xí)人數(shù)，座位剩余情況等信息自動輸入網(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)計的方法為首先讀入無人時和有人時的圖像，將每一排從整個圖像中分離出來，再對每一排的圖像進(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差處理，得到差值圖像；將差值圖像中每個座位區(qū)域分離出來，并將其二值化，再進(jìn)行區(qū)域標(biāo)記；計算每個座位對應(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)計信息。有益效果通過應(yīng)用此系統(tǒng)，可以方便學(xué)校對教育教學(xué)的管理，同時方便同學(xué)們更方便快捷的找到自己需要的教室，讓每個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)方法對教室中的人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，并抑制外部干擾(如光照，燈光等)對系統(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)展考試自動監(jiān)控系統(tǒng)，安保與防盜自動監(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)計方法為1、先從視頻中讀出一張無人時的圖像作為背景圖像，再讀出有人時的一張圖像；2、對無人和有人時的圖像，以每一排為單位，從整個圖像中分離出來。由于每一排的光照強(qiáng)度基本相同，因此以排為單位對圖像進(jìn)行分離，有利于對圖像進(jìn)行后續(xù)的濾波、腐蝕、灰度處理等操作，減小光照的影響。分排處理相對于對整個圖像進(jìn)行處理的優(yōu)勢是受光照影響較小，可以簡化算法，可以提高人數(shù)統(tǒng)計的準(zhǔn)確性，穩(wěn)定性較高。3、對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的圖像做絕對差，得到差值圖像；6、將差值圖像中每一個座位對應(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)域超過整個桌面區(qū)域的1/3時，視為有人；
9、將各個座位上的人數(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)行處理和識別，得到人數(shù)統(tǒng)計信息，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)為安裝在各個教室的監(jiān)控攝像頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于圖像識別和網(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)計的方法為首先讀入無人時和有人時的圖像，將每一排從整個圖像中分離出來，再對每一排的圖像進(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差處理，得到差值圖像；將差值圖像中每個座位區(qū)域分離出來，并將其二值化，再進(jìn)行區(qū)域標(biāo)記；計算每個座位對應(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)計信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于圖像識別和網(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)行處理和識別，得到人數(shù)統(tǒng)計信息，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)校對教育教學(xué)的管理，同時方便同學(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)方法對教室中的人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，并抑制外部干擾(如光照，燈光等)對系統(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G06Q10/00GK102354378SQ201110132349
公開日2012年2月15日 申請日期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) 申請人:北京理工大學(xué)