一种课堂手机使用行为主动探测方法及系统

1.本发明涉及课堂管理技术领域，尤其涉及一种课堂手机使用行为主动探测方法及系统。


背景技术：

2.课堂教学过程中，通常存在学生使用手机的情况，影响教学质量。现有控制课堂手机使用有很多方式，如手机上交、集中区域放置等，存在学生留有备用手机、下课时漏拿错拿等问题。
3.现有技术公开了一种课堂禁玩手机辅助管理系统及方法，包括手机存放装置、座椅、旋转电机、旋转电机控制装置，通过手机和控制终端的连接状态，控制座椅的打开或关闭，达到强行控制听课人员将手机带入课堂的目的。这种方式禁止一切使用手机的行为，并不合理；而且需要配备专门的座椅，增加了教学成本。
4.现有技术还公开了一种学生上课玩手机的预警系统，包括摄像头、一级数据采集器、二级数据采集器、处理器、报警终端，摄像头用于采集学生面部表情、坐姿、手部动作、手机亮度等信息并传输给一级数据采集器；二级数据采集器包括二级存储模块、二级比对分析模块。这种方式虽然能够在一定程度上识别学生是否使用手机，但是由于学生课堂学习并不存在
‘
标准动作’，将手机放在桌面上进行观看视频之类的使用时该方法就会失去作用，而且看手机和看课本资料时的坐姿、手部动作没有显著差异，区别难度很大，同时还存在单一摄像头采集的信息较多；在手机屏幕较暗时采集信息不准确，而且并未结合对应学生未使用手机状态图像，需要进一步核实学生信息，识别结果不够直观，非常容易误判造成对课堂教学流程的干扰。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种课堂手机使用行为主动探测方法及系统，根据手机屏幕成像原理、利用手机屏幕发出的光线为课堂环境里唯一的闪烁频率不断变化的偏振光源这一特点，通过偏振光图像信息结合自然光图像信息能够更加准确的确认使用者信息，提高检测准确率。
6.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
7.第一方面，本发明的实施例提供了一种课堂手机使用行为主动探测方法，包括：
8.获取偏振光图像信息，所述偏振光图像信息通过带有偏振光滤光结构的摄录模块获取；
9.对偏振光图像信息进行频闪特征分析得到特征数据，将特征数据与频闪特征数据库中预存信息对比，判断是否存在手机使用行为；
10.其中，频闪特征数据库中预存信息包括液晶屏幕频闪频率、频率变化规律及各个位置的频闪强度、亮度分布区域。
11.作为进一步的实现方式，在特征数据与预存信息对比过程中，剔除干扰频闪光信
息。
12.作为进一步的实现方式，存在手机使用行为时，将目标图像信息结合对应的记录数据传输至终端设备。
13.作为进一步的实现方式，所述记录数据包括自然光图像、位置坐标、使用时长、检测次数。
14.第二方面，本发明的实施例还提供了一种课堂手机使用行为主动探测系统，包括：
15.第一摄录模块，其带有偏振光滤光结构，用于获取偏振光图像信息；
16.频闪特征数据库，用于存储预存信息；
17.分析模块，用于对偏振光图像信息进行频闪特征分析得到特征数据，将特征数据与频闪特征数据库中预存信息对比，判断是否存在手机使用行为。
18.作为进一步的实现方式，还包括记录模块，用于存储记录数据。
19.作为进一步的实现方式，还包括第二摄录模块，用于获取自然光图像信息，并将自然光图像信息传输至记录模块。
20.作为进一步的实现方式，所述记录数据包括自然光图像、位置坐标、使用时长、检测次数。
21.作为进一步的实现方式，所述分析模块通过传输模块连接终端设备。
22.作为进一步的实现方式，所述传输模块采用无线或有线方式。
23.本发明的有益效果如下：
24.本发明根据手机液晶屏幕图像显示的基本原理，通过带有偏振光滤光结构的第一摄录模块获取偏振光图像信息，同时通过第二摄录模块获取自然光图像信息，据此进行判定。由于在课堂环境中，手机液晶屏幕是唯一的变化性频闪偏振光来源，因此相比现有的其他手机使用识别方法(例如通过学生的动作和姿态判断、通过光线亮度判断、通过手机专用收纳装置判断等方式)，本发明通过识别学生面部、镜片、胸颈部衣物反射的变化性频闪偏振光这一方式，能够准确而高效地确定正在使用手机的学生，识别过程简单、技术实现难度低、识别准确率高。
25.本发明根据偏振光图像信息定位之后，结合自然光图像信息，识别记录学生的位置、姿态、使用时长、被检测到的次数等信息，能够更详细明确地记录和标记学生的手机使用行为，帮助教师获取更直观、详实的信息，方便根据课堂情况作出适宜决定。
26.本发明能够进行频闪特征分析，与频闪特征数据库中预存信息进行对比、并剔除干扰频闪光，达到识别手机使用行为的目的。
附图说明
27.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
28.图1是本发明根据一个或多个实施方式的探测原理示意图；
29.图2是本发明根据一个或多个实施方式的探测系统示意图。
30.其中，1、手机屏幕，2、偏振光，3、面部区域，4、偏振光滤光结构，5、第一摄录模块，6、分析模块，7、频闪特征数据库，8、记录模块，9、第二摄录模块，10、传输模块。
具体实施方式
31.实施例一：
32.本实施例提供了一种课堂手机使用行为主动探测方法，包括：
33.步骤1：获取偏振光图像信息，所述偏振光图像信息通过带有偏振光滤光结构的摄录模块获取；
34.具体的，获取使用手机时(观看手机液晶屏幕时)面部区域3、眼镜镜片、胸颈部衣物表面层等物体反射的手机屏幕偏振光图像信息，偏振光图像信息通过第一摄录模块5获取，进行灰度化处理并分析获取目标区域明暗变化的频率特征。
35.步骤2：对所述偏振光图像信息进行干扰信息检测和剔除，所述干扰信息包括人工光源的偏振光和周围手机使用产生的偏振光；
36.具体地，人工光源的闪烁频率不会发生变化，自然光没有频闪现象，若周围有人使用手机，则会在待检测区域人员的面部产生与自身使用时有明显区别的差异特征，基于上述原理进行干扰信息的检测和剔除。所述步骤2具体包括：
37.步骤2.1：人工光源的偏振光通过预先针对自然光和各种场景下人工光源进行演练得到，并将相应干扰信息进行存储。在进行干扰信息检测时，根据当前人工光源获取相应干扰信息，并进行剔除；
38.步骤2.2：为了对各个学生的手机使用情况进行更为准确的监测，本实施例还基于座位划分数据，对所述偏振光图像信息进行区域划分，使得每个区域至多仅包含一个学生；
39.步骤2.2：获取包括当前偏振光图像信息的连续多帧偏振光图像信息，以划分的区域为单元，检测是否存在变化的反射特征，若存在，则周围存在使用手机的情况，将变化的反射特征进行提取，并将其从该区域中剔除。
40.步骤3：对偏振光图像信息进行频闪特征分析得到特征数据，将特征数据与频闪特征数据库中预存信息对比，判断是否存在手机使用行为。
41.具体地，对于各个区域的图像，分别基于预先构建的频闪特征数据库，进行特征比对，判断是否存在学生使用手机，所述频闪特征数据库内存储有目标频闪强度、目标亮度分布区域信息，作为判断标准，当特征数据中的频闪强度满足目标频闪强度、亮度分布区域信息满足目标亮度分布区域信息时，则认为存在手机使用行为。在特征数据与预存信息对比过程中，根据手机液晶屏幕成像的基本原理，将偏振光摄录模块分析获得的特征数据与预存信息进行对比。
42.作为一种更为具体的实施方式，所述频闪特征数据库包括市场上常见手机品牌液晶屏幕的频闪频率、频率变化规律(手机调光方式是通过控制闪烁频率来调整画面亮暗)、预先通过分析演练各种手机使用方式获得的使用者各个重点监测反射区域的频闪强度、亮度分布的区域特征等。将特征数据对应的参数与预存信息对比，判断是否匹配，如匹配说明存在手机使用行为，否则不存在。
43.步骤4：若存在手机使用行为时，将当前图像信息结合对应的记录数据传输至终端设备。其中，目标图像信息指的是获取的手机使用者偏振光图像信息。
44.记录数据包括自然光图像信息、位置坐标、使用时长、检测次数；自然光图像信息通过另外的摄录模块获取，偏振光图像信息结合自然光图像信息能够更加准确的确认使用者信息。
45.本实施例基于手机液晶屏幕成像原理，利用手机屏幕发出的光线为频闪偏振光这一特性，通过数据分析、对比确定是否存在手机使用行为，准确率高。
46.实施例二：
47.本实施例提供了一种课堂手机使用行为主动探测系统，如图1和图2所示，包括第一摄录模块5、第二摄录模块9、分析模块5、频闪特征数据库7、记录模块8、传输模块10和教师终端。
48.第一摄录模块5和第二摄录模块9位于同一平面，第一摄录模块5带有偏振光滤光结构4，用于获取偏振光图像信息；第二摄录模块9为普通摄像头，用于拍摄自然光图像信息；偏振光图像信息结合自然光图像信息能够更加准确的确认使用者信息。
49.分析模块5包括手机使用行为检测单元和学生听课状态识别单元。
50.其中，手机使用行为检测单元用于接收第一摄录模块5传输的偏振光图像信息，并对偏振光图像信息进行频闪特征分析，将分析后的特征数据与频闪特征数据库7中的预存信息对比，判断是否存在手机使用行为，具体方法参见实施例一。
51.学生听课状态识别单元用于接收第二摄录模块9传输的自然光图像信息，利用开源的opencv视觉库和卷积神经网络图像识别框架caffe对拍摄的自然光图像进行面部识别处理，若发现遮挡面部、导致第一摄录模块5无法发挥作用时，在课堂讲授情境下，直接可以判定学生未认真听讲，立即向教师终端发送提示。
52.记录模块8用于存储记录数据，记录数据包括自然光图像信息、位置坐标、使用时长、检测次数；如果存在手机使用行为，则将目标偏振光图像信号传输到记录模块8，与摄录模块9同时拍摄的自然光图像结合,加入使用者位置坐标、使用时长、被检测到的次数等记录数据经传输模块10发送至教师终端。
53.在本实施例中，传输模块10采用无线或有线方式。
54.本实施例能够根据设定时钟设置自动刷新状态，计数归零，或按照终端设备发送的指令进行重置。
55.本实施例的探测系统可设置多个，以提高拍摄准确性。
56.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。