一种学生注意力提示系统和注意力提示方法与流程

本发明属于教具技术领域，尤其涉及一种学生注意力提示系统和注意力提示方法。

背景技术：

教室教学活动仍然是目前最为广泛采用的教学形式，在教室教学活动中，由于目前学生学习压力大、精神疲惫或其他生理方面的原因，容易在教室中产生注意力不集中现象，影响了教室教学效果，在教室教学活动中，有经验的教师往往能够从学生的表情和状态中判定学生注意力是否处于集中的状态，但是，由于教室面积范围较大，教师在提醒注意力不集中的学生时，无法每次均走到该学生面前进行提醒，通过呼喊的方式呼叫学生又容易打断正常的教学活动秩序，现有技术中，例如，公开号为：“cn106228774a”的专利文献，公开了一种发呆提醒装置，包括控制器、提醒机构、带人脸识别功能的摄像装置、通讯装置、及讲台控制装置；摄像装置与控制器电连接，控制器通过通讯装置与讲台控制装置通信连接；控制器接收摄像装置先后采集的人脸数据并判断是否为发呆状态；讲台控制装置接收控制器的判断结果并控制提醒机构动作以提醒发呆状态的人。但是该发明在使用时却存在以下几个缺点：

(1)、该提醒装置只能针对于学生所坐座椅位置固定的情况，当教师教授选修课时，由于学生是否选修该门课程的随机性很大，学生座位常常不断变换，而教师也无法完全将所有前来上课的学生的姓名，相貌等特征，就使该提醒装置无法发挥出应有的作用；

(2)、该提醒装置只能针对处于发呆中的学生进行提醒，而当学生低头玩耍时，或趴在课桌上打瞌睡时，则学生将脸部隐藏，使用摄像装置无法正确识别到学生的脸部，也就无法对这类学生进行提醒；

(3)提醒机构使用的喷雾机构、光源机构也容易对学生的身体造成伤害，得不偿失；

(4)、由于提醒机构安装在课桌上显露的位置，由于某些学生天生顽劣，为了逃避提醒机构的动作，会在课余时间将其进行破坏，从而使提醒装置失效，使提醒机构的功效无从发挥。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种学生注意力提示系统和注意力提示方法。

本发明提供了一种学生注意力提示系统和注意力提示方法，所述注意力提醒系统包括监控装置、提醒机构和电动机，教室内设置有多排多列学生座椅，每个学生座椅均具有座板和支腿，所述监控装置包括控制器和多个摄像头，所述监控装置安装于教室天花板上，并且每个摄像头分别对准每个座板与的上表面，每个摄像头均与控制器之间建立有电连接，所述提醒机构和电动机均安装于座板下方，所述电动机通过电缆与所述控制器电连接，所述电缆埋设于教室地板或墙体以内。

所述电动机转速为100r/min～200r/min。

所述提醒机构包括偏心轮、驱动杆、摆动杆以及推板，偏心轮安装于所述电动机输出轴之上，所述驱动杆的一端与偏心轮端面铰接，驱动杆的另一端与摆动杆中部铰接，摆动杆的一端与学生座椅支腿铰接，摆动杆的另一端铰接有滑块，推板前侧面设置有导轨，滑块套装于导轨以内并可沿着竖直方向往复滑动，所述座板上表面设置有多个镂空孔，所述座板下表面设置有轨道，推板两侧套装于轨道以内并且可沿着水平方向往复滑动，推板上端设置有与镂空孔数量相应的滚轮，滚轮套装于相应的镂空孔以内并且滚轮部分地突出所述座板上表面。

所述突出座板上表面部分滚轮外周面相对于所述座板上表面的高度小于25mm。

所述镂空孔数量为2个，其长度方向与所述座板前后侧面相垂直。

所述2个镂空孔之间的间距为100mm～200mm。

所述学生注意力提示系统还包括防护罩，防护罩安装于座板下方，并且完全包覆所述提醒机构。

此外，本发明还提供了一种使用上述学生注意力提示系统的注意力提示方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：在控制器内预先存储多个瞌睡姿态模板图像、发呆姿态模板图像以及玩耍姿态模板图像；

步骤二：通过每个摄像头连续地采集学生坐姿视频并发送到控制器，控制器按照预设的时间间隔从采集到的学生坐姿视频中截取5张相邻的学生坐姿信息图像，将各张学生坐姿图像分别与控制器内存储的瞌睡姿态模板图像、发呆姿态模板图像以及玩耍姿态模板图像进行重叠比较，再将所获得的各张学生坐姿图像重叠率相加，获得累积重叠率；

步骤三：当累积重叠率高于预设阀值时，控制器判定学生处于注意力不集中状态；

步骤四：当控制器判定学生处于注意力不集中状态之后，控制器向电动机发出提示指令，电动机根据该提示指令驱动提醒机构动作。

步骤二中所述控制器预设的采集时间间隔为20s～60s。

步骤三中所述累积重叠率预设阀值为450％～500％。

步骤四中所述电动机根据提示指令驱动提醒机构动作持续时间为3min～5min。

本发明的有益效果在于：采用本发明提供的技术方案，监控装置安装于天花板上，提醒机构安装于学生座椅下，可以有效防止学生损坏监控装置或提醒机构，使本发明提供的学生注意力提示系统始终保持在可靠使用的状态，在课堂教学环境中，监控装置分别对每个学生的坐姿拍摄视频，并从拍摄的视频中截取其中数张坐姿图像与模板图像进行比对，当学生趴在桌子上打瞌睡或低头玩耍时，由于其坐姿与人体正常坐立时是不同的，从而准确地判断出学生处于注意力不集中状态，而当学生处于发呆状态时，由于其连续数张图像中的坐姿均不产生变化，从而也能够准确判定出该学生处于注意力不集中状态，提高了系统对学生注意力不集中状态的判定精度，无需对学生脸部进行识别，当教授选修课时，也无需对学生身份进行识别，整个过程也无需教师介入干预，使教师在课堂上的教学活动能够连续开展，此外，采用滚轮的往复运动对学生的臀部进行作用，减少了对学生身体的伤害。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明提醒机构的结构示意图；

图3是本发明学生座椅的主视图；

图4是本发明学生座椅的俯视图；

图5是本发明推板主视图；

图6是本发明推板沿竖直方向中平面剖切的结构示意图。

图中：1-监控装置，2-提醒机构，3-电动机，5-学生座椅，7-控制器，8-摄像头，9-电缆，10-偏心轮，11-驱动杆，12-摆动杆，13-推板，14-滑块，15-滚轮，16-防护罩，501-座板，502-支腿，503-镂空孔，504-轨道，1301-导轨。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明，但所要求的保护范围并不局限于所述；

本发明提供了一种学生注意力提示系统和注意力提示方法，如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，注意力提醒系统包括包括监控装置1、提醒机构2和电动机3，教室内设置有多排多列学生座椅5，每个学生座椅5均具有座板501和支腿502，监控装置1包括控制器7和多个摄像头8，监控装置1安装于教室天花板上，并且每个摄像头8分别对准每个座板501与的上表面，每个摄像头8均与控制器7之间建立有电连接，提醒机构2和电动机3均安装于座板501下方，电动机3通过电缆9与控制器7电连接，电缆9埋设于教室地板或墙体以内。

采用本发明提供的技术方案，监控装置安装于天花板上，提醒机构安装于学生座椅下，可以有效防止学生损坏监控装置或提醒机构，使本发明提供的学生注意力提示系统始终保持在可靠使用的状态，在课堂教学环境中，监控装置分别对每个学生的坐姿拍摄视频，并从拍摄的视频中截取其中数张坐姿图像与模板图像进行比对，当学生趴在桌子上打瞌睡或低头玩耍时，由于其坐姿与人体正常坐立时是不同的，从而准确地判断出学生处于注意力不集中状态，而当学生处于发呆状态时，由于其连续数张图像中的坐姿均不产生变化，从而也能够准确判定出该学生处于注意力不集中状态，提高了系统对学生注意力不集中状态的判定精度，无需对学生脸部进行识别，当教授选修课时，也无需对学生身份进行识别，整个过程也无需教师介入干预，使教师在课堂上的教学活动能够连续开展，此外，采用滚轮的往复运动对学生的臀部进行作用，减少了对学生身体的伤害。

进一步地，电动机3转速为100r/min～200r/min。电动机3输入电源电压为220v。这样使本发明的注意力提醒系统的供电电源可接入教室内的照明系统，方便了安装和使用。

进一步地，提醒机构2包括偏心轮10、驱动杆11、摆动杆12以及推板13，偏心轮10安装于电动机3输出轴之上，驱动杆11的一端与偏心轮10端面铰接，驱动杆11的另一端与摆动杆12中部铰接，摆动杆12的一端与学生座椅5支腿502铰接，摆动杆12的另一端铰接有滑块14，推板13前侧面设置有导轨1301，滑块14套装于导轨1301以内并可沿着竖直方向往复滑动，座板501上表面设置有多个镂空孔503，座板501下表面设置有轨道504，推板13两侧套装于轨道504以内并且可沿着水平方向往复滑动，推板13上端设置有与镂空孔503数量相应的滚轮15，滚轮15套装于相应的镂空孔503以内并且滚轮15部分地突出座板501上表面。采用该技术方案，由于学生臀部始终落坐于座位上，因此，当学生在低头玩耍、打瞌睡或发呆时，学生臀部仍然坐立于座板之上，因此，使提醒机构可以对学生产生相应的提示作用，保证了提醒机构运行的有效性。

进一步地，突出座板501上表面部分滚轮15外周面相对于座板501上表面的高度小于25mm。镂空孔503数量为2个，其长度方向与座板501前后侧面相垂直。2个镂空孔503之间的间距为100mm～200mm。滚轮13的厚度为30mm～60mm。滚轮13的材质为尼龙、聚丙烯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚枫中的一种或多种。采用该技术方案，一方面使学生在座位上可像平常一样安全落座，另一方面，当学生在低头玩耍、打瞌睡或发呆时，学生臀部仍然坐立于座板之上，因此，使提醒机构可以对学生产生相应的提示作用，保证了提醒机构运行的有效性。

进一步地，提示学生集中注意力的教学提示系统还包括防护罩16，防护罩16安装于座板501下方，并且完全包覆提醒机构2。采用该技术方案，提醒机构安装于课椅下方，并安装有防护罩进行防护，连接电缆9布置于地板以内，避免了学生在玩耍时损坏提醒机构，使提醒机构能够随时保持可靠使用的状态。

此外，本发明还提供了一种使用该学生注意力提示系统的注意力提示方法，包括以下步骤：

步骤一：在控制器7内预先存储多个瞌睡姿态模板图像、发呆姿态模板图像以及玩耍姿态模板图像；

步骤二：通过每个摄像头8连续地采集学生坐姿视频并发送到控制器7，控制器7按照预设的时间间隔从采集到的学生坐姿视频中截取5张相邻的学生坐姿信息图像，将各张学生坐姿图像分别与控制器7内存储的瞌睡姿态模板图像、发呆姿态模板图像以及玩耍姿态模板图像进行重叠比较，再将所获得的各张学生坐姿图像重叠率相加，获得累积重叠率；进一步地，步骤二中控制器7预设的采集时间间隔为20s～60s。

步骤三：当累积重叠率高于预设阀值时，控制器7判定学生处于注意力不集中状态；进一步地，步骤三中累积重叠率预设阀值为450％～500％。

步骤四：当控制器7判定学生处于注意力不集中状态之后，控制器7向电动机3发出提示指令，电动机3根据该提示指令驱动提醒机构2动作。步骤四中电动机3根据提示指令驱动提醒机构2动作持续时间为3min～5min。