一种基于注视内容和情绪判定的学习辅助装置

1.本实用新型涉及一种学习辅助装置，具体涉及一种基于注视内容和情绪判定的学习辅助装置。


背景技术：

2.有研究表明，人类的视觉信息输入占信息获取总量的80％以上。在学习过程中，眼睛注视活动的持续时间较长，因此能提取的有效信息较多。注视时可能伴随着视觉信息输入、视觉信息处理，以及准备扫视至下一个注视点等认知活动。注视活动可以通过眼动追踪技术实现。眼动追踪技术是一种通过相关仪器定位瞳孔位置，获取坐标，进而通过一定的算法计算视线移动或注视位置的技术。人类情绪能够反映当前的认知情况，可以通过脑电图判定用户当前情绪，不同的情绪在脑电图中体现为对应的不同活跃脑区信号，或是不同的振幅等基础特征。
3.在辅助学习领域，如何提取学生当前兴趣点，以及如何提取学生对不同兴趣点的认知反映十分重要。现有技术多为通过单一的方法进行参数采集与分析，例如仅使用眼动设备采集使用者(学生)当前视线移动轨迹和不同区域注视时长，或是仅使用脑电设备记录使用者(学生)在感兴趣区域的脑电信号，这些单一的方法并不能够很好地反映使用者(学生)当前的脑部活动，影响了实验的准确性。此外，在当前技术对应的大多数实验装置中，眼动模块与脑电模块分离度较高，无论是在佩戴还是使用上均存在一定的不便性，这对用户的实际使用体验会造成一定的影响。
4.为了在辅助学习领域进行多方面的检测与处理，同时兼顾使用便捷性，需要一种眼动追踪与脑电技术相结合的装置，以实现注视内容跟踪和情绪判定等相关功能。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是解决现有辅助学习装置存在信号采集方法单一，不能够很好地反映使用者当前的脑部活动，影响了实验的准确性，眼动模块与脑电模块分离度较高，无论是在佩戴还是使用上均存在一定的不便性，对用户的实际使用体验会造成一定影响的技术问题，提供一种基于注视内容和情绪判定的学习辅助装置。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术解决方案如下：
7.一种基于注视内容和情绪判定的学习辅助装置，其特殊之处在于：
8.包括通信模块和与被试者额头形状相适配的c型卡，以及设置于c型卡上的脑电采集模块和眼动追踪模块；
9.所述通信模块的输出端外接终端显示处理设备的输入端；
10.所述脑电采集模块包括耳后参考电极和前额脑电采集电极；
11.所述c型卡开口侧的两个端部设置有耳部支撑段，所述耳后参考电极设置于耳部支撑段的末端，且用于与被试者耳后接触，设置脑电采集参考电位；
12.所述前额脑电采集电极设置于c型卡中部内侧，且用于与被试者前额处接触，采集
前额叶脑电信号；
13.所述耳后参考电极和前额脑电采集电极的输出端均与所述通信模块的输入端连接；
14.所述眼动追踪模块包括场景摄像头和眼动摄像头；
15.所述场景摄像头安装于c型卡中部，朝向所述终端显示处理设备的显示屏，用于实时记录显示屏所显示的具体学习内容；
16.所述c型卡上与被试者两侧太阳穴对应的位置处均设有向下延伸面板，其中一个向下延伸面板上延伸出一个向前延伸弯条，向前延伸弯条末端位于被试者一侧眼睛下方，所述眼动摄像头设置于该末端处，且朝向被试者位于该侧的眼睛；
17.所述场景摄像头和眼动摄像头的输出端均与所述通信模块的输入端连接。
18.进一步地，所述通信模块设置于c型卡靠近眼动摄像头一侧的向下延伸面板内表面上。
19.进一步地，所述耳后参考电极和前额脑电采集电极与被试者接触的接触点上均涂抹有导电膏。
20.进一步地，所述通信模块采用usb端口、串口、蓝牙模块中的一种。
21.本实用新型相比现有技术具有的有益效果：
22.1、本实用新型提供的基于注视内容和情绪判定的学习辅助装置，兼顾了眼动信息与脑电信息的同时采集，能够提供更全面的参数信息，此外还可以可以通过外接终端显示处理设备对两种信号进行综合分析，根据注视内容和情绪判定更好地确定被试兴趣点，从而辅助学习过程。
23.2、本实用新型提供的基于注视内容和情绪判定的学习辅助装置，将眼动追踪模块和脑电采集模块集成于与被试者额头形状相适配的c型卡上，能够通过有线或蓝牙无线数据传输方式将采集数据传输至外接终端显示处理设备进行相关分析。相对于现有技术，更加便携且使用方便。
附图说明
24.图1为本实用新型基于注视内容和情绪判定的学习辅助装置的结构示意图；
25.图2为本实用新型基于注视内容和情绪判定的学习辅助装置使用时的示意图；
26.图3为本实用新型基于注视内容和情绪判定的学习辅助装置使用实验时的操作流程图；
27.图4为本实用新型实施例中进行注意力检测实验时的注意力分布图；
28.图5为本实用新型实施例中进行文档阅读实验时的显示终端展示图；
29.图6为本实用新型实施例中进行文档阅读实验时的关注区域放大图；
30.附图标记说明：
31.1-通信模块、2-c型卡、31-耳后参考电极、32-前额脑电采集电极、4-耳部支撑段、51-场景摄像头、52-眼动摄像头、6-向下延伸面板、7-向前延伸弯条。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地说明。
33.一种基于注视内容和情绪判定的学习辅助装置，包括通信模块1和与被试者额头形状相适配的c型卡2，以及设置于c型卡2上的脑电采集模块和眼动追踪模块；所述通信模块1的输出端外接终端显示处理设备的输入端，进行数据传输、同步、评估和反馈处理；所述通信模块1可使用usb端口或串口进行信号传输，也能搭载蓝牙模块与终端显示处理设备进行无线信号传输。
34.所述脑电采集模块包括耳后参考电极31和前额脑电采集电极32，用于采集被试者头部脑电信号；所述c型卡2开口侧的两个端部设置有耳部支撑段4，所述耳后参考电极31设置于耳部支撑段4的末端，用于设置脑电采集参考电位；所述前额脑电采集电极32设置于c型卡2中部内侧且朝向被试者前额处，用于采集前额叶脑电信号；所述耳后参考电极31和前额脑电采集电极32的输出端均与所述通信模块1的输入端连接；所述耳后参考电极31和前额脑电采集电极32与被试者接触的接触点上均涂抹有导电膏。
35.所述眼动追踪模块包括场景摄像头51和眼动摄像头52；所述场景摄像头51安装于c型卡2中部，朝向所述终端显示处理设备的显示屏，用于实时记录显示屏所显示的具体学习内容；所述c型卡2上与被试者两侧太阳穴对应的位置处均设有向下延伸面板6，其中一个向下延伸面板6上延伸出一个向前延伸弯条7，向前延伸弯条7末端位于被试者一侧眼睛下方，所述眼动摄像头52设置于该末端处，且朝向被试者位于该侧的眼睛，用于实时记录眼动信息，即采集被试者视线移动轨迹，记录注视位置和时间；所述场景摄像头51和眼动摄像头52的输出端均与所述通信模块1的输入端连接。所述通信模块1设置于c型卡2靠近眼动摄像头52一侧的向下延伸面板6内表面上。
36.图2为上述基于注视内容和情绪判定的学习辅助装置使用时的示意图；
37.图3为该学习辅助装置使用实验时的操作流程图，主要步骤包括：系统(终端显示处理设备)初始化、眼动设备(场景摄像头51和眼动摄像头52)校准、脑电设备(耳后参考电极31和前额脑电采集电极32)初始化、进行相关实验并处理注视内容和情绪判定并输出结果。也即，被试者正对显示终端坐下，显示终端显示学习内容，实验中采集的眼动和脑电数据通过通信模块1传输至外接的终端显示处理设备进行评估和反馈，具体包括以下实现步骤：
38.1、清洗被试者头部，降低脑电采集阻抗；
39.2、让被试者佩戴设备，调整各相机(场景摄像头51和眼动摄像头52)位置，在耳后参考电极31和前额脑电采集电极32与被试者的接触点处涂抹导电膏；
40.3、将上述基于注视内容和情绪判定的学习辅助装置的通信模块1输出端与终端显示处理设备的输入端连接，打开终端显示处理设备上的控制软件，调整屏幕至合适位置，对眼动追踪模块进行校准；
41.4、打开终端显示处理设备上的脑电信号采集软件，开始记录脑电信号；
42.5、进行注意力检测实验，终端显示处理设备的显示屏播放如图4所示教学内容，眼动追踪模块开始捕捉注视信息，统计被试者的对屏注视时间和离屏注视时间，然后由此(对屏注视时间和离屏注视时间)计算被试者对屏注视率。脑电采集模块捕捉被试者的脑电信号，从中识别出不同的情绪反应，例如感兴趣、无聊、反感等，与当前注视信息一起统计；最后结合注视信息和情绪判定，计算随课同步分数，根据计算结果可以画出注意力分布示意图，即图4所示文字部分的加亮区域，可反映被试者当前注意力分布区域，用于评估当前教
学内容的教学效果；
43.6、进行文档阅读实验，屏幕呈现图5所示文档内容，同时捕捉脑电信号，当脑电出现特征信号时，认为被试者当前感兴趣位置为眼动关注位置，此时被试者可选择将视线关注区域放大显示，并查找感兴趣词条的关联内容，如图6所示，感兴趣区域中的词条会被放大显示并显示查找到的关联内容；
44.7、取下使用者佩戴的学习辅助装置，清洗残留的导电膏。
45.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所保护技术方案的范围。