带光学元件的安全考试设备的制作方法

1.本发明总体上涉及一种基于计算机的系统和方法，用于在确保考生在考试时不接受他人帮助或以其他方式作弊的同时进行考试，以及用于显示或参加考试的设备没有被试图作弊者侵入而获得考试内容，考试结果没有受到损害。


背景技术：

2.协助作弊的人可以通过多种方式获取考试试题副本并将答案传送给考生，而监考服务无法检测到这些行为。这些方法在us 10410535中进行了讨论。
3.如本文中一般使用的，“考试”是任何类型的基于问题与答案的应用，其需要考生考虑或分析以及该考生的潜在应答。因此，可以将考试视为考试、测验、评估、试验和/或分析。该考试可用于证明个人有资格执行特定任务或能力，例如驾驶考试。考生是参加此类考试的人。考生不一定是定期接受教育课程的学生。


技术实现要素：

4.本发明旨在解决并理想地解决这样的问题，即高度确定地保证参加考试的考生在没有协助作弊者或其他助手的帮助或以其他方式作弊的情况下独自完成考试。
5.可以实现该目的的装置包括：框架，其被配置为位于人的头部上；框架上的具有第一部分和第二部分的显示部分；以及反光镜片，反光镜片被布置在框架上的至少部分位于人的头部前面的位置处。当框架在人的头上时在人的左右眼前方。反光镜片是一种光学元件，允许人同时查看其面前的环境和显示部分上的内容。因此，当戴在人的头上时，反光镜片将显示部分的第一部分的内容反射到人的左眼，同时反光镜片将显示部分的第二部分的内容反射到人的右眼。框架上的横视相机系统从框架的第一侧面上的位置朝向与第一侧面相对且在反光镜片下方的框架的第二侧面的位置拍摄图像，并且从框架的第二侧面上的位置朝向框架的第一侧边和反光镜片下方拍摄图像。设置在框架上的虹膜照相机系统分别在自己的位置对框架所在的人的左眼和右眼进行成像。布置在框架上的前视摄像系统对框架前面的区域进行成像。处理器耦合到横向摄像机系统、虹膜摄像机系统和前视摄像机系统，并分析横向摄像机系统获得的图像以确定任何获得的图像中是否有偷窥成像设备的存在，分析虹膜摄像机系统获得的图像以确定位置框架所在的人的虹膜，并分析由前视相机系统获得的图像以确定是否有可疑特定对象，人物等的存在。
6.横向相机系统可以包括在框架的第一侧面上并且被布置成在框架的第一侧面的内部和反光镜片下方成像的第一横向相机，以及在框架的第二侧面上的第二横向相机和布置成在框架的第二侧边的内侧和反光镜片的下方成像。虹膜照相机系统可以包括布置在框架上的第一虹膜照相机以对框架所在人的左眼进行成像，以及布置在框架上以对框架位于人的右眼进行成像的第二虹膜照相机。在下文中，术语虹膜相机将表示对虹膜、围绕并包括虹膜的面部的一部分、视网膜、围绕并包括视网膜的面部的一部分、或任选地包括虹膜和/或视网膜。显示部分的第一部分和第二部分可以水平并排放置
7.当框架在人的头上时，反光镜片可选地包括在显示部分的第一和第二部分与人的眼睛之间的光路中的内表面上的半反射涂层。反光镜片位于人的眼睛前面，以便当框架戴在人的头上时允许佩戴人看到前面的周围环境。此外，反光镜片可以在外表面上包括抗反射涂层，以允许来自环境的最大光通过反光镜片。
8.处理器可以被训练、编程或以其他方式配置为分析由虹膜相机系统获得的图像并基于图像分析和先前获得的生物特征数据执行生物特征识别。类似地，处理器可以被训练、编程或以其他方式配置为分析由虹膜相机系统获得的图像以确定在任何获得的图像中是否有偷窥成像设备的存在。为此，处理器可以在分析由横视相机系统获得的图像时使用模式识别来确定在任何获得的图像中是否存在偷窥成像设备，当分析由虹膜相机系统获得的图像以确定人的眼睛与框架的位置以确保获取虹膜图像，和/或在分析由前视相机系统获得的图像中以确定是否有特定可疑的对象和人的存在。
9.前额支撑垫可以设置在框架的前部，当框架在人的头上时接触人的前额的位置。框架可以被认为包括前部，包括显示部分、反光镜片、横向相机系统、虹膜相机系统、前视相机系统和处理器，以及位于前部具有第一和第二相对端。框架还包括靠近前部的第二细长带，当框架在人的头上时，第二细长带与人的皮肤接触，第二细长带包括接触式麦克风和接触式扬声器。封装侵入检测系统cid可以布置在任何实施例的前部上方表面上。
10.设备的另一实施例包括外壳，该外壳包括显示部分，该显示部分包括用于显示内容的至少一个显示器，和一个耦合到外壳并布置在至少一个显示部分的光路中，并且反射至少一部分内容的光学元件，使得允许通过其观察显示在至少一个显示器上的内容，以及与外壳耦合的横向相机系统，并且从外壳的每个侧面上的位置朝向外壳部分的相对侧面和光学元件下方的位置成像，虹膜相机系统耦合到外壳并从外壳后面的位置向外壳后面的区域进行成像，以及前视相机系统耦合到外壳并从外壳上的位置对外壳前面的区域进行成像。处理器布置在外壳中并且耦合到横向相机系统、虹膜相机系统和前视相机系统。处理器分析由横向相机系统获得的图像以确定任何获得的图像中是否有偷窥成像设备的存在，由虹膜相机系统获得的图像以确定虹膜的存在和位置，以及由前视相机系统获得的图像以确定是否存在特定可疑对象，人，物等。第一细长带具有相对的第一端和第二端并且在第一端和第二端处耦合到外壳。第一带从外壳向后延伸以形成人的头部可定位在其中的外壳。
11.横向摄像机系统可以包括在外壳的第一侧面上并且布置成在外壳的第一侧面向内和在反光镜片下方成像的第一横向摄像机，以及在外壳的第二横向上的第二横向摄像机和布置成在外壳的第二侧面内侧和反光镜片下方成像。反光镜片可以包括在至少一个显示部分的光路中的内表面上的半反射涂层，以及在外表面上的抗反射涂层以允许来自环境的最大光通过反光镜片。所述至少一个显示部分可以包括彼此水平放置的两个显示部分。
12.处理器可优选地分析由虹膜照相机系统获得的图像以确定在任何获得的图像中是否有偷窥成像设备的存在。此外，处理器可以在分析由横向相机系统获得的图像以确定在任何获得的图像中是否存在偷窥成像设备，在分析由虹膜相机系统获得的图像以确定虹膜的存在和位置，以及分析在前视摄像系统获得的图像时使用模式识别技术确定是否有特定可疑物体的存在。
13.该装置可包括布置在外壳前部的前额衬垫、与外壳相邻且包括接触式麦克风和接触式扬声器的第二细长带，以及布置在外壳上方表面的封装入侵检测系统cid。
14.可以作为电子组件的一部分并设计为通过安全保护膜操作的其他设备包括：
15.1.一个用于获取虹膜、视网膜或部分面部扫描的相机。
16.2.一个用于监测考生附近或考生发出声音的麦克风。
17.3.一个用于检测麦克风灵敏度的发声器。
18.4.一个摄像头，用于监控显示器和考生眼睛之间的区域。
19.5.一个接触式麦克风，用于检测从考生口中发出的声音，主要是说话，或单词。
20.6.一个接触式扬声器，用于测试接触式麦克风是否与考生的皮肤接触。
21.7.与接触式麦克风相连的装置，用于检测考生皮肤的存在。这样的装置可以包括血流传感器，该血流传感器包括led和光传感器，光传感器定位成使得led的反射仅在装置靠近皮肤时才在光传感器的视野中。皮肤存在传感器还可以包括温度传感器、摄像头、电容传感器或任何其他能够确定考试者皮肤存在的设备。
22.8.两个或多个ecg(ekg)电极片，用于检测和记录考生的心电图。
附图说明
23.下列附图说明了使用本文公开的实施例中的至少一个的讲解开发或调整的系统的实施例，并不意味着仅限于权利要求所涵盖的本公开的范围。
24.图1-4说明了监考设备的一个优选版本。
25.图5示出了连接用于通过封装侵入检测系统(cid)向安全监考设备供电的usb连接器的方法。
26.图6和7说明了使用具有接触式麦克风的接触式扬声器来验证接触式扬声器是否接触到考生的面部，以及使用ekg生物特征来额外验证接触式麦克风的正确放置并获得额外的生物特征.
27.图8说明了根据本发明的安全监考设备在满是考生的房间中的使用，其中每个设备通过usb端口连接到中央计算机。
28.图9是类似于图8的视图，其中通过与每张桌子相关联的无线发射器盒进行无线连接，并且考生正在使用纸来记录他们的考试答案。
29.图10是包含电子组件的头戴式眼镜型监考设备的透视图，该电子组件具有多个传感器、照相机和显示屏，所有这些都由使用本公开的讲解制备的封装侵入检测器(cid)保护。
30.图11是从后面看到的图10的装置的透视图。
31.图12-17示出了使用单个显示屏的用于两只眼睛的安全监考设备的优选设计。
32.图18-26示出了使用两个大显示屏的两只眼睛的安全监考设备的优选设计。
33.图27-30示出了安装有封装侵入检测器的图18-26的装置。
34.实施发明的最佳方式
35.1.管理和系统运行
36.本发明的各种概念与us10410535中的概念相似，并且本发明是对us10410535中公开的概念的改进。
37.2.初始设计
38.在图1-10中，示出了简单的直接投影显示屏，其中显示屏为将图像直接引导到眼
睛中的投影仪的形式。还公开了替代反射显示器。直接投影显示器的缺点是在不观看图像时会挡住周围环境的视野。同样，这种设计通常仅限于单眼实现。
39.其他选项包括投影仪将图像直接发送到眼睛前方的透镜或反光镜片的反射式显示器，以及为显示设备相对于眼睛的位置提供最大自由度的波导显示器。
40.反射和波导显示器都需要一个显示元件来显示图像以供光学系统进一步处理。首选技术包括硅上液晶(lcos)和有源矩阵有机发光二极管(amoled)或简单的lcd显示器。
41.us 20170061212(图2a和2b)中公开的反射器设计可以修改以结合本文公开的cid、虹膜、前视和横向相机、接触式麦克风和扬声器、ekg传感器和其他特征。此处将其作为使用另一个反射显示器的示例。在us 20170336634中公开了另一种现有技术的光反射器设计。
42.图1的us 10,180,572的波导显示器设计可以被修改以结合cid、虹膜、前视和横视相机、接触式麦克风和扬声器、ekg传感器和本文公开的其他特征。此处包含它作为使用波导显示器的示例。
43.图1是具有本文公开的其他安全监考设备的许多特征以及相同或相似功能的监考设备版本的前视图。在一般以1000示出的该实施例中，电子设备包含在外壳1002中并且显示器以1004示出。旋钮1003和1005用于将电子设备和显示器组件的外壳夹持在期望的方向并允许绕横向和垂直轴旋转。旋钮1003、1005可以构造成使得每个旋钮1003、1005的旋转导致外壳1002和框架之间的距离发生变化。这允许考生调整显示器1004以使显示器与考生的眼睛正确对齐。因此，外壳1002和显示器1004相对于眼镜框的位置是可调节的。可以使用提供该可变位置的任何调节机构，其中旋钮1003、1005仅是示例性实施例。这种设计比以前的设计要大一些，因为基本上所有需要的电子设备都包含在外壳中。
44.图2是显示器1000的后视图，示出了眼镜架1006和用于将包含电子设备的外壳附接到眼镜架1006的镜腿的可调节夹持机构1007。夹持机构1007包括两个旋钮1003、1005，它们提供用于相对于眼镜架1006调整外壳部分。夹紧机构1007通过拧紧螺钉1011被夹紧到眼镜架，这允许整个组件相对于眼镜架1006定位。
45.例如，通过电线1010向监考设备1000供电。提供接触式麦克风1012并通过连接到外壳1002的弹簧1013压在考生的皮肤上。弹簧1013从外壳1002向内延伸，即，朝向对面的镜腿方向。接触式麦克风1012被布置在弹簧1013的近端或内侧端，并且被偏压以从镜腿进一步向外，使得当佩戴监考设备1000时，弹簧1013可以被压缩，从而对皮肤施加压力。佩戴者由此保持接触式麦克风1012与佩戴者或考生的皮肤之间的接触。诸如接触式扬声器1014之类的声音发生器设置在眼镜架1006的另一个镜腿上。麦克风1012和扬声器1014与外壳1002中的处理器进行电子通信以如上文公开的那样操作。接触式扬声器，也称为骨传导扬声器，向考试者的皮肤和/或骨骼发出可听见的声音以及振动。这种可听见的声音可用于考试替代声音创建器的音频麦克风。
46.考试过程中一般禁止考生说话，以防止考生向同伙口头提供试题。麦克风可以用来监控考生的说话，但是，环境中的其他声音也会被这样的麦克风记录下来，并且可能很难区分考生的交流与环境中可能存在的声音。接触式麦克风只会检测到通过考生皮肤发出的声音振动，而忽略所有其他声音。因此，这是确定考生是否在说话的首选方法。为了使该系统工作，接触式麦克风1012必须与考生的皮肤接触。可以使用各种技术来确定是否发生了
这种接触，例如寻找考试者皮肤的光学传感器、确定皮肤电容的电容传感器、测量皮肤温度的温度传感器等。这些方法中的每一种都可能通过诸如在接触式麦克风和皮肤之间放置隔音材料以使该材料不会干扰光学、电容或温度传感器等技术而使监考失败。
47.为了解决这个问题，可以将接触式扬声器1014放置在考生头部的另一侧。接触式扬声器1014可以被编程为通过考试者的头部周期性地向接触式麦克风1012和音频麦克风24传输声音。如果两个接触式设备都与考试者的皮肤接触，则传输将由接触式麦克风1014检测到，从而确认监考设备1000正确就位。
48.骨传导或接触式麦克风应在听到任何声音时通过语音识别激活。只要有来自音频扬声器的传输和听到说话，就应该激活音频麦克风。如果考生找到了击败接触式麦克风并讲话的方法，则音频麦克风应将其侦测到。如果环境太嘈杂，则可以暂停考试，直到噪音平息。考生不应在说话过多的环境中进行考试。
49.在考试开始之前，可以要求考生说出他的姓名，并且两个麦克风都应该能够记录下来。如果对骨传导麦克风的激活有任何疑问，或者在其他随机时间，可以要求考生重述他的姓名或其他一些公告。两个麦克风都应在没有不合理延迟的情况下记录响应。在较新的版本中，可能希望在耳机中具有多个麦克风，以便可以对声源的位置进行三角测量。即使使用此处描述的两个麦克风，也可能会发生一些三角测量。
50.图3示出了使用这种设计的封装入侵检测器cid 1016，如上述cid 22或本文公开的任何其他cid。图4另外从内部视图显示了被cid 1016覆盖的电子设备1018。显示器1022类似地被cid 1016覆盖。
51.图5示出了附接usb连接器以通过cid 1056或cid 22或本文公开的任何其他cid安全监考设备供电的示例性方法。cid 1056显示为覆盖pc板1054的一部分。usb连接器1050连接到外壳1052。usb连接器引脚1058穿过cid 1056中提供的小孔1060。这些孔1060足够小以至于任何人都很难通过这些孔1060破坏cid 1056。所示监考设备可以是本文公开的任何监考设备。
52.图6是类似于图2的视图，示出了接触式扬声器1014和接触式麦克风1012。接触式扬声器1014已经在眼镜架1006的镜腿上向前移动，以容纳留着胡子的考生。提供接触式扬声器1014到镜腿的可移动连接。从扬声器1014到电子设备的连接是通过可以穿过镜腿和镜片部分中的内部空间的电线1009。电线1010从图5中描述的usb连接器连接到电源，例如壁装插座。
53.图7示出了添加薄膜1110形式的ekg传感器，该薄膜1110放置在接触式麦克风1012(以形成麦克风组件)和接触式扬声器1014(以形成扬声器组件)的顶部。在图7中，具有ekg传感器的接触式麦克风1012和接触式扬声器1014都在眼镜架1006的镜腿上向前移动，从而它们接触有胡子的人的皮肤。注意，接触式麦克风1014被cid覆盖，而接触式扬声器1012没有。两个设备都可以覆盖cid，但可能没有必要覆盖接触式扬声器。
54.ekg传感器，也称为心电图传感器或ecg传感器，可以测量心跳形状，并进一步验证接触式扬声器和麦克风是否与皮肤接触。ekg还提供了对考生身份的替代生物特征验证。由于ekg测量的信号电平非常低，传感器垫不能被cid覆盖。这个问题可以通过允许通过cid放置两个导体来解决，从而允许将ekg垫粘到cid的外部。接触式麦克风的其余部分可以放置在cid盖内。
55.除了多项选择考试，任何公开的监考设备都可以用于需要书面答案的考试。对于此类考试，监考设备配备了高清显示器，允许显示多行文本的考题。监考设备还应该能够显示一个虚拟键盘，防止考生在桌子或桌子上打字，这将被前置摄像头观察到。us 10180572中描述了这种虚拟键盘。当需要提供书写答案问题时，考生将使用监考设备上的虚拟键盘键入答案，然后将出现在显示屏上。以这种方式，在进行考试时，旁观者无法观察到考生的反应。
56.在某些情况下，需要对考试做出书面答复，尤其是在需要数学推导或手写数学表达式时。在这种情况下，可以为考生提供一个平板电脑，在该平板电脑上输入他的手写回答。平板电脑不会显示考生的笔迹，但会以只有监考设备接收手写响应的方式连接到监考设备。此响应将显示在显示屏上，供考生查看和更正。
57.如us 10180572中所述，可以使用电致变色玻璃或塑料上的薄膜来实现此功能，而不是使用kerr或pockels cells将显示器的前部涂黑以防止协助作弊者通过眼镜片观察显示屏上的内容。在这种情况下，电致变色玻璃将通过控制机制完全变黑或不透明，从而使站在考生面前的人无法看到显示屏的内容。另一种方法是为眼镜片和显示屏使用偏光镜片，其中偏光角旋转90度。眼镜可以垂直偏光，显示器可以水平偏光。在这种情况下，显示屏发出的光不会穿过眼镜，从而防止站在考生面前的任何人观察到它。
58.使用本文公开的ekg系统，配备的监考设备获得第二生物特征系统，用于识别考生并验证考生实际上佩戴了监考设备。因此，除了虹膜相机获得的虹膜生物特征外，考生头部两侧的心电图垫将记录考生的心跳形状，这是该考生独有的，因此是考生的生物识别标识符。
59.除了使用鼠标外，考生还可以通过语音向监考设备输入命令。尽管这可以用作上述鼠标的替代方法来回答考试问题，但它也可以用于其他命令，例如启动考试或控制考试问题的显示。考生可以说“下一题”、“我需要休息”、“考试结束”等。接触式麦克风将拾取考生所说的话，从而可以执行各种命令。语音输入也可用于回答作文类型的问题，其中考生显然没有使用他的声音向同谋请求帮助。在监考设备的一个版本中，可以提供微型麦克风，将其插入考生的耳朵中，以便听到考生是否正在使用插入耳中的扬声器。这样的扬声器就像助听器。这种麦克风可以是尺寸不超过一立方毫米的微型设备。当考生佩戴监考设备时，它们可以插入考生的耳朵。这样的麦克风还会接收考生的声音，因此考生可以根据监考设备的指令说出一些话来测试入耳式麦克风是否安装正确。通话也可用于测试接触式麦克风的操作，尽管如上所述，为此功能提供了基于接触式扬声器和ekg设备的其他考试。
60.上面描述了考试问题的顺序打乱。此外，考试问题的多项选择答案也可以类似地打乱。
61.监考设备可以使用其他方法来允许考生向监考设备输入命令。使用虹膜相机的一种方法是跟踪眼睛运动，该方法可用于选择问题的答案或控制监考设备的操作。眨眼和闭合时间/持续时间也可用于此目的。另一种这样的方法是使用可以被前置摄像头看到并由适当的软件解释的手势。牙齿点击甚至可以用于控制考试，特别是用于选择多项选择考试问题的答案。
62.眼镜的镜片可以很容易地更换，允许为不同的考生使用不同的处方镜片。
63.本文公开的设备不需要用于考试目的，也可以用于其他目的，例如游戏、娱乐。
64.3.课堂考试
65.图8说明了根据本发明的监考设备在满是考生的房间中的使用，其中每个设备可以通过例如usb端口连接到中央计算机1306。在这种情况下，每个考生1302配备有键盘和/或鼠标或其他输入设备，以及显示屏1304。每个设备可以连接到中央计算机1306。否则，考试监考眼镜的操作如下描述。每个考生都会收到不同版本的加了干扰的考试题，并使用键盘和/或鼠标来回答考试问题。中央计算机知道每个考生正在回答哪个考试版本，以便可以使用该信息对考试进行评分。由于为每位考生提供了不同的加扰版本的考试，因此如果不允许说话，则一名考生提供的答案无法帮助另一名考生。
66.图9是类似于图8的视图，其中答案被放置在一张纸上，该纸将在考试结束时由考试监考人员收集。同样，由于每个考生都将参加相同的考试，并且问题随机重新排序，因此考生偷偷地将答案传达给另一名考生几乎没有用处。因此，凭借图8和9中描绘的布置，考试监考眼镜可以远程使用或在教室环境中使用。
67.根据本发明的讲解所构建的另一个简化监考设备版本在图10中示出，图10是头戴眼镜型设备、考试监考眼镜或监考设备的透视图，其包含具有多个电子组件的电子模块。传感器、照相机和显示器，均使用本文其他地方描述的封装入侵检测器保护，使用本文的讲解构建。根据本发明构建的头戴式监考设备和电子设备总体上在图10和11中的1410处示出。
68.外壳1420从框架1422延伸。外壳1420基本上是l形的，具有从框架1422的边缘直接向外延伸的第一部分和垂直于第一部分并位于框架1422前面的第二部分。
69.显示屏1412被布置在外壳1420上或外壳1420中并且指向考生的右眼来显示考试问题(尽管可选地，显示屏可以指向考生的左眼)。代表成像设备的前视摄像机1414也布置在外壳1420上或外壳1420中，并从设备1410向外监视考生的视野。摄像机1414可以具有大约120的视野
°
。麦克风1416也布置在外壳1420上或外壳1420中，并监控在考试进行时可能发生的谈话(声音)。发声器或扬声器1418布置在外壳1420上或外壳1420中，并周期性地提供可被麦克风1416检测到的声音，以验证麦克风1416没有以某种方式变得不可操作。扬声器1418可以放置得离麦克风1416更远并且与外壳1420绝缘，使得麦克风1416不会通过外壳1420而不是设备1410周围的空气接收来自扬声器1418的声音。
70.显示屏1412设置在第二外壳部分的末端。前视照相机1414，或更一般地成像设备、麦克风1416和扬声器1418也布置在第二外壳部分上(图10)。
71.这些组件1412、1414、1416、1418中的每一个都连接到外壳1420中的包含处理器的电子封装，该外壳以本发明所属领域的技术人员已知的方式安装到眼镜框架1422。电缆从外壳1420中的电子组件引出，并且可以包含usb连接器1424，用于连接到外部设备，例如计算机、电池组或壁式电源。
72.虹膜或视网膜扫描照相机1426布置在外壳1420上，向内指向佩戴者，并测量考生的生物特征。这样的生物特征可以包括虹膜或视网膜扫描或围绕眼睛的面部部分的扫描。眼睛的照明可以由布置在外壳1420上的led 1428提供，其可以在电磁光谱的ir或可见部分中。如果使用白色led，则可以限制其开启的强度或时间，以免惹恼考生。可以提供两种或更多种不同水平的可见照明，以使虹膜在不同的开口位置被看到，以检查是否有人造虹膜涂在隐形眼镜上。虹膜扫描照相机1426和led 1428布置在第二外壳部分上。
73.还可以在外壳1420上或外壳1420中提供照相机1430，以检查可能在设备1410附近
发生的任何异常活动(图11)。这样的相机1430可以检测偷窥设备是否已经临时或永久固定到设备1410或可以捕捉显示屏1412上的图像的考生的脸上。类似地，相机1430可以监控考生左眼周围的空间，以确保此类偷窥设备和/或其他用于为考生提供帮助的显示屏不会被考生与他的左眼一起使用。照相机1430，或更一般地成像设备，被布置在第一外壳部分上并且被定向为对框架1412的大部分成像(图11)。
74.控制考试管理的软件和处理器可以驻留在外部计算机上、外壳1420中的电子封装中，或通过连接器1424连接到设备10的另一个设备中。考生可以使用键盘和/或用于与此计算机交互的鼠标。使用键盘，考生可以通过与考试提供者的通信来启动应试过程。当考试准备好由考生执行时，考试的加密版本被传输到计算机并中继到设备1410。外壳1420中的电子组件，例如，包括处理器，使用私人解密密钥来解密考试问题并使其显示在显示屏1412上。然后考生使用键盘和计算机显示器输入问题的答案。
75.3.智能眼镜
76.图12-17中示出了使用单个微显示屏向双眼提供图像的替代监考设备设计1800。必须由cid保护的组件排列得更紧密，以简化cid设计。单个(微)显示屏1828用于照亮每只眼睛看到的镜片1830。在该设计中可以实现两个虹膜相机1802、两个横向相机1806和两个前向相机1818。由于显示屏1828将被两只眼睛看到，因此必须监视两只眼睛以保证该设备没有被旋转或以某种方式从任何一只眼睛拉开以允许插入外来偷窥相机。横向摄像机1806现在同样必须观察考生头部的两侧，以搜索考生可能插入的偷窥摄像机。传感器组件1810和1812设置在前额的每一侧(图17)。这些传感器组件1810、1812测量ekg和考生头部发出的声音。例如，传感器组件1810可以包含接触式扬声器和接触式麦克风，每个传感器中都有一个。类似地，传感器组件1812可以包含ecg(ekg)传感器。接触式麦克风将确定考生何时发出声音，并且接触式扬声器将用于测试接触式麦克风是否与考生的皮肤接触，如其他监考设备示例中所述。接触式扬声器也可以发出音频声音，因此可用于测试音频扬声器(如果存在)。由于ekg传感器垫必须对非常低的电压敏感，因此它们通常放置在cid的外部。可以在cid中放置一对小触点，以允许信号从ekg传感器传递到内部电子设备。ekg传感器垫可以通过胶合适当地连接到cid，任何试图移除ekg垫的尝试都会破坏cid。提供两个前视或前视相机1818以增加传感器系统的视野并允许在将增强现实实施到该设计中时创建未来的3d图像。光学系统可以布置成交替偏振帧可以馈送到考生的右眼和左眼，其中单个显示面板可以通过选择性偏振连续帧甚至将信息传递到眼睛以允许在同一帧中观看3d全息图像。
77.本例中的监考设备1800包含头带1808，头带1808带有调节旋钮1816，以允许装置牢固地安装到考生的头部(图13)。电池1814也可以与设备集成并放置在设备的后部，以平衡来自监考设备1800对考生头部的力。以这种方式，可以将监考设备1800的重心调整为靠近考生的头部中心。在这些情况下，监考设备1800应该几乎没有向前或向后滑动的趋势。电池1814现在可以比以前的设计大得多，并且被设计成在没有外部电源的情况下提供许多小时的操作。电线可以从电池1814引出到壁式充电器，或者替代地，可以为此目的在电池盒中提供插座。
78.显示面板1828通过透镜1854向下投射到偏振分束器和反射镜组件1856，该组件将偏振光交替地发送到左侧和右侧。因此，显示图像被分成两个交替偏振的图像。矩形镜片1820然后将光向下投射到包含反射表面并将光反射到眼睛中的透镜或反光镜片1804。每个
透镜1854可以被不同地偏振，从而例如对于右眼水平偏振的光与右透镜上的垂直偏振膜相互作用。这具有使右透镜充当镜子的效果，防止从监考设备1800前面看到图像。类似地，例如可以垂直偏振的左眼偏振图像将与水平偏振图像相互作用。用于左眼的偏光膜。如果偏振角为 45度和-45度，来自环境的不会产生垂直和水平偏振的自然偏振光，对此影响很小。
79.在另一种布置中，来自投影仪的光将投射到设备的后部，投射到头部两侧的位置，在该位置，镜子(例如水盆镜)会改变图像的方向并将其投射到偏光镜片上以供考生观看。这种方法简化了透镜的设计，无需反射面来改变集成到透镜中的光的角度。
80.现在将描述几个调整。投影仪角度或将图像反射到镜头的镜子的调整可用于将反射准确地对准考生的眼睛，从而适应不同人瞳距的变化。镜片可以是复合镜片布置，由此外部镜片根据具有不同要求的人的需要校正处方镜片。内透镜可以是对眼睛进行反射的透镜。这两组镜片可以设计成外镜片可以根据考生的视觉需求互换。内部镜头可以集成在cid中，从而消除了考生放置可以看到内部镜头和显示屏的偷窥相机的可能性。显示屏的焦点可以通过移动各种光学元件来改变。在这种安排下，可以控制视野，使其只能被考生的眼睛看到。
81.在此监考设备设计中，可以为考生提供使用增强现实设备(例如虚拟智能手机、鼠标或键盘)的准备。这些可能需要以能够准确跟踪和理解手指运动的方式识别和追踪考生的手指。虚拟键盘可以连接到考生手指附近的位置，也可以连接到虚拟的或出现在环境中的桌子上。
82.这种设计中的布置也适用于全息演示。
83.图18-26图示了用于两只眼睛的监考设备1900的另一种优选设计，在这种情况下利用两个较大的显示屏1908形成监考设备1900的外壳中的显示部分。两个显示屏1908在监考设备1900中彼此并排地大致水平定位如图23所示。来自显示屏1908的图像从反光镜片1902反射。反光镜片1902优选在内表面上具有半反射涂层，即，显示屏1908和考生眼睛之间的光路中的表面，当监考设备1900被放置或以其他方式位于考生的头部时其反射显示屏上的显示内容。其余的光垂直向下通过。
84.反光镜片1902允许考生同时查看环境，因为反光镜片1902位于监考设备1900的框架或外壳上以在监考设备1900戴在考生头上时位于考生的眼前，以及来自显示屏1908的内容反射。因此，与完全覆盖佩戴者眼睛的一些虚拟现实护目镜相比，反光镜片1902不会阻挡来自考生面前环境的所有光并防止佩戴者看到设备外部。此外，反光镜片1902不必在底部边缘接触或符合佩戴者面部的形状，因此在反光镜片1902的底部边缘和人的面部之间通常存在间隙。
85.反光镜片1902优选地在外表面上具有抗反射涂层，以潜在地允许来自环境的最大光通过反光镜片1902。反光镜片1902还可以具有防窥膜，其防止光从外部看到，除了在与反光镜片1902的表面大致垂直的方向上。这样的膜因此阻挡了在垂直方向上通常通过反光镜片1902的光，并且因此可以从下面看到。反光镜片1902表示提供上述功能的单个反光镜片或多个反光镜片。反光镜片1902的上边缘区域附接到监考设备1900的框架或外壳，使得反光镜片1902位于框架下方。此外，反光镜片1902和框架或外壳是监考设备1900的前部的部件。前部的边缘不被配置为与佩戴者的面部相一致。除了设计成当监考设备1900在考生的头上时至少部分在考生的眼睛前面的前部之外，反光镜片1902还可以设置有侧部，在两侧
前部各有一个。因此，人只能通过反光镜片1902及其相关结构才能看到他们的前方或侧面。
86.显示屏1908还可以具有附着到其表面的隐私膜，以将光准确地引导到垂直于显示屏表面的方向上，从而难以从下方看到显示屏1908。防窥膜在防止水平或垂直方向的光透射方面效果最好，因此显示屏可能需要两个这样的膜。反光镜片还可以包括电致变色材料膜，其透射率可以被电控制。因此，可以控制从环境穿过反光镜片的光量。这允许在明亮的环境光条件下查看来自反光镜片的反射图像。电致变色材料的替代品包括kerr cells。最后，如下所述，提供横向摄像机1910以监视反光镜片周围和下方的空间以搜索偷窥摄像机。
87.提供两个虹膜相机1904来监控考生的虹膜，并且当监考设备1900佩戴在考生头上时确保考生的眼睛在考试期间显示屏被照亮时处于正确的位置。相机1904也用于生物识别目的。虹膜照相机1904可以具有比观察虹膜所需的更宽的视野，因此它们也可以用于监视由考生放置的偷窥照相机以将考试内容传送给作弊同谋。虹膜照相机1904是虹膜照相机系统的一部分，该虹膜照相机系统布置在监考设备1900的框架上并且通常被配置为当监考设备1900在考生的头上时对考生的眼睛进行成像。虹膜相机系统可以包括不同数量的虹膜相机1904，只要左眼和右眼被成像。虹膜照相机系统布置在监考设备1900的前部。
88.提供横向摄像机1910以监控显示屏、反光镜片和考生(test-taker)的眼睛之间的体积空间，以检查是否有偷窥摄像机的放置，从而将考试内容传输给作弊同谋。通过使用虹膜和横向摄像机1904、1910，应该不可能将偷窥成像设备隐藏在监考设备1900和考生的面部所包围的体积空间内。横视照相机1910是布置在监考设备1900的框架上的横视照相机系统的一部分，并且其通常被配置为从框架的第一横向侧上的位置向与第一横向侧相对的框架的第二横向侧成像，并且当监考设备1900佩戴在考生的头上时，图像从框架的第二侧面上的位置朝向框架的第一侧面和反光镜片下方的位置成像。横向摄像机系统可以包括不同数量的横向摄像机1910，只要对监考设备1900所包含的体积和考生的面部进行成像。横向摄像机系统布置在监考设备1900的前部。
89.还提供了两个前视摄像机1906，用于监控监考设备1900和考生周围的环境。这些照相机1906一起将包含大视野，可用于监控笔记、教科书或其他可以帮助考生回答考试问题但规则禁止的设备的存在的考试。可以确定考生可以用来访问internet的计算机的存在。同样，如果考生正在键盘上打字，则可以检测到该动作。简而言之，前视摄像机1906可以检测到考生进行的任何禁止活动。他们还可以确定在应试过程中是否存在试图帮助考生的潜在作弊同谋。前向相机1906可以配备有led或其他照明，其可以在电磁光谱的可见光或红外(ir)部分中。如果使用ir照明，相机1906需要对ir敏感。前视照相机1906是布置在监考设备1900的框架上的前视照相机系统的一部分，并且其通常被配置为对框架前面的区域进行成像，并且当监考设备1900佩戴在考生的头上时被理想地对框架的前部成像。前视照相机系统可以包括不同数量的前视照相机1906，只要对监考设备1900周围的环境进行成像。前视摄像系统布置在监考设备1900的前部。
90.例如，可以使用经过训练的神经网络或深度学习技术分析由上述六个摄像机获得的图像。为此，在监考设备1900上提供处理器，通常在前部或外壳中(例如，包括或在图26中所示的印刷电路板1920上)。该处理器与横向相机系统、虹膜相机系统和前视相机系统耦合，并执行各种图像分析。例如，处理器分析由横向相机系统获得的图像以确定是否有偷窥成像装置在任何获得的图像中存在，分析由虹膜相机系统获得的图像以确定佩戴监考设备
1900的考生的虹膜位置，并分析由前视相机系统获得的图像以确定特定对象的存在。处理器还可以被配置为分析虹膜相机系统获得的图像并基于图像分析和先前获得的生物特征数据执行生物特征识别。通常，处理器可以在分析图像时使用模式识别，或者以其他方式训练、编程或配置为提供图像中存在或不存在成像设备的期望输出。当用于考试目的时，确定是否存在偷窥成像设备或作弊辅助人员，或未经授权的考试辅助设备或人员，可能会导致考试终止。
91.监考设备1900通过前额支撑垫1912与细长带1914连接，从而将监考设备1900保持在考试者头部的适当位置，该细长带1914优选地通过调节旋钮1918(图24)调节张力。带1914的一端连接到监考设备1900的前部，并且还在另一端连接到监考设备1900的前部。在本发明中可以使用其他带和长度调节机构。将接触式麦克风1922和接触式扬声器1924保持在紧靠考生前额的位置的另一个细长带1926也有助于将监考设备正确定位在考生的头部上。带1926是监考设备1900前部的一部分。
92.电子印刷电路板总体上以1920示出并且由电池1916通过未示出的电线供电。印刷电路板1920应被认为代表处理器或处理器装置或数据处理器，用于执行监考设备1900的可操作性所需的功能，包括但不限于图像分析。监考设备1900可以包括附加特征，包括本文公开的监考设备或监考眼镜的任何实施例的那些特征。监考设备1900的使用可以是本文公开的任何方式的考试目的。
93.图27-30示出了被封装入侵检测器(cid)1952覆盖的设备的关键部件。cid的操作在别处讨论并且将在此不再重复。cid涵盖的组件通常显示为1950。
94.在cid 1952内，有一个接触式麦克风1954、接触式扬声器1956、前向和虹膜摄像机之间的接口1958与pc板1960、横向摄像机1962、前向摄像机1964和虹膜摄像机1966。显示屏1968由带状电缆1970连接到pcb板1960。
95.cid 1952由一个平滑的包络表示。在实践中，cid 1952将粘附在各种组件的表面上。在某些情况下，有必要添加额外的结构以将cid 1952相对于它要保护的各种组件正确定位。cid 1952可以直接附接到照相机1962、1964、1966和显示屏1968，以提供由这些设备获取或显示的图像的不扭曲的光滑表面。cid 1952最好只覆盖图27和30中所示的部分。cid 1952不覆盖侧屏蔽(反光镜片1902的一部分)或带1914。实际上，封装入侵保护装置以cid 1952形式覆盖前部或外壳及其相关摄像头，然后将其卡入框架中，电线从该有盖设备引出，连接电池和电池上的插座，用于连接外部电源。
96.4.手势
97.前置监控摄像头可用于监控考生手和手指的位置和运动，从而可用于记录手势。手势可用于控制监考设备的各种功能。例如，手势可用于控制显示屏上显示的信息以及在多项选择考试中选择答案。例如，手势可以取代触摸屏功能。例如，在许多情况下，手和手指的动作可以代替鼠标或键盘，从而进一步提高监考设备的安全性和多功能性。可以为此类用途提供虚拟鼠标和/或键盘。
98.5.处理器
99.各种传感器并不都需要持续监控。一旦获取了虹膜图像，就可以每秒或以很少使用处理器要求的其他速率获取眼睛的附加图像。监考设备的初始型号使用raspberry pi 0w和cm3模块的处理器。
100.6.传感器
101.许多安装在监考设备上的附加传感器，例如指纹传感器、触摸传感器等，都可以添加到监考设备上。此外，许多其他未集成到监考设备的传感器可以通过wifi、蓝牙或其他无线或有线通信协议与监考设备通信。在一些实施方式中，例如，可能希望在环境中具有一个或多个摄像头，例如膝上摄像头，以在考试进行时或在其他时间监控考生的活动或环境中的活动.类似地，监控器可用于通过连接到互联网或另一个外部控制器来控制监考设备以外的设备，例如室温、灯光、车库门、门锁等。
102.7.通讯
103.从监考设备到互联网和其他设备的通信通常涉及使用wi-fi和蓝牙
tm
。通信通常可以涉及在监考设备和因特网服务器之间发送考试问题和答案。在某些版本的监考设备中，还可以使用手机直接通信。随着手机数据传输速度的提高，这将变得越来越重要。与互联网通信的最佳方法可能很快就会通过5g来实现，因此wi-fi虽然可用，但使用量可能会越来越少。cid提供了出色的硬件安全性，但恶意软件仍有可能通过其中一种通信渠道进入监考设备。防止此类恶意软件驻留在监考设备上的一种方法是要求与监考设备的除蓝牙
tm
之外的所有通信都通过安全的互联网服务器进行。该服务器将扫描所有用于监考设备的传输，以确保不存在恶意软件。
104.使用监考设备时，可能需要使用智能手机和pc计算机等外部设备的计算资源。这可以使用各种输入方法向外部设备发送数据和命令来实现。这些方法包括使用物理或虚拟鼠标和/或键盘或口头。对于某些特殊应用，如果提供了适当的软件和硬件，则可以将替代的数据输入设备与监考设备一起使用。一种这样的设备是可用于回答多项选择问题的答题器。另一种是具有许多鼠标功能但位于考生手指上的戒指。在某些情况下，这样的戒指可以有一个相机，它可以用来给考生拍照，以帮助验证他或她的身份。与手机一样，监考设备也可用于控制外部设备，如收音机或电视台、灯、门锁等，如前所述。
105.8.ar教学的非教育应用
106.各种能力中的任何一种都可以并入本文公开的若干监考设备设计中。现在将描述其中的几个。
107.为了防止考生查看考试的反光镜片向外界泄漏任何信息，学生查看周围环境的镜头可以包含kerr or pockels cell或变暗的电致变色膜，例如，当考试正在进行时。相同的装置可用于控制相对于显示屏亮度的房间的亮度或环境光照，以增强显示屏对比度。
108.如果需要了解考生头部的运动学或旋转运动，则可以添加imu。例如，这种设备可用于记录头部运动，以根据监考设备cpu上存在和运行的程序控制各种功能。可以在需要知道监考设备位置的地方添加gps。gps和imu可以与各种摄像头一起使用，以提供监考设备正在使用的位置和环境信息，从而可以像在增强现实中一样放置增强设备。此外，监考设备可以固定到环境中，例如，允许使用多个屏幕图像，其中用户只需移动他或她的头就可以从一个屏幕移动到另一个屏幕，就好像考生所在的房间有多个电视机屏幕。还可以添加一个磁力计来帮助定位显示器。
109.尽管关于智能眼镜的专利文献提供了使用激光雷达来绘制环境地图的示例，例如考生所在的房间，但优选的地图绘制系统可以使用美国20190271550中公开的技术来绘制道路地图。监考设备有一个或多个摄像头，并且考试者的头部经常移动，允许与imu、gps和
其他相关设备一起使用
′
793出版物中公开的立体成像技术准确绘出环境信息。监考设备中还可以包含磁罗盘或磁力计，以帮助进行定向或绘图过程。
110.考生可以使用激光笔在周围环境中选择一个点。这可以与增强现实结合使用，以定位增强现实设备应该出现的特定点。该激光指示器可以增强激光雷达功能，以允许在有限的基础上确定与所选对象的距离。参见，例如，美国专利。第10,152,141号。
111.除了摄像头和激光雷达之外，结构光还可以用于绘制周围区域相对于监考设备的几何图形。在这种情况下，图案化的光束可以从例如监考设备的不同侧面发出，这些结构化图案的干涉或相对位置可以确定与监考设备的距离。参见，例如，美国专利。第7,182,465号。
112.360度摄像头可以通过使用单独的带子安装在监考设备顶部，从而提供监控和拍摄考生周围整个空间的能力。或者，可以将摄像头安装在监考设备的侧面和背面，以360度全方位查看考生周围的环境。
113.虹膜相机可用于感应眨眼，还可用于控制显示屏的显示或其他特性或功能。除了在虚拟键盘上打字或操作虚拟鼠标之外，手和手指的运动还可以用作控制监考设备显示屏或其他功能的手势，如上所述。
114.向监考设备添加功能键盘的一种方法是使用虚拟键盘。这个虚拟键盘可以显示在考生的视野中，就像他的手相对于键盘一样。通过观察考生键入要压下的字符，可以将其记录下来并转换为显示屏上的字符。或者，可以使用物理键盘；然而，这带来了一些独特的问题。键盘不得具有向监考设备以外的任何地方传输数据的能力。如果它可以这样做，那么可以使用键盘向协助作弊者输入问题。可以设计带有隐藏开关的键盘，该开关向未由监考设备注册的协助作弊者发送无线信号。如果监考设备确定考生正在打字，但它却没有收到该打字的结果，则可以终止考试。或者，键盘可以被cid覆盖，并可以使用加密手段与监考设备通信。虚拟键盘可能会被安装在基础设施上的摄像头拍摄到，不过，这比较困难而且因为虚拟键盘会不断移动位置。
115.监考设备上可以安装额外的传感器来监测考生的健康状况，例如，心率监测器、温度传感器和eec是三种可能。某些版本的监考设备具有心电图(ecg)传感器，可用于生物特征识别以及如上所述的健康监测。
116.可以添加环境光传感器以帮助控制各种摄像机。还可以添加电容传感器或显微镜镜头，以确定接触式麦克风与皮肤的接触。如上所述，血流传感器以及皮肤温度传感器也可以用于该目的。此外，面部皮肤的图片可用于通过具有非常小的景深或通过使用结构光或仅以倾斜角度照射的激光来测量与皮肤的距离。
117.端射式麦克风阵列或类似设备也可用于确定传入声音的方向。这可以增加接触式麦克风，以确定考生何时说话或以其他方式发出声音。多个麦克风的其他组合可用于定位语音源。例如，耳塞可以包括额外的传感器，例如麦克风或麦克风阵列。在一些实施例中，来自麦克风阵列的至少两个麦克风可以沿着指向或至少靠近用户嘴的一线布置。通过使用由一个或多个方向传感器接收到的信息，耳塞内的控制器或其他设备可以确定应该激活麦克风阵列中的哪些麦克风以获得该配置。通过仅激活那些沿指向嘴巴或嘴巴附近的矢量排列的麦克风，可以通过应用空间滤波过程来忽略并非源自嘴巴附近的环境音频信号。
118.如果需要，可以添加超声波、ir、rf和类似传感器。可以添加触觉或触摸传感器以
允许对监考设备进行手指控制。例如，这种传感器用于谷歌眼镜。
119.系统正在开发中，以允许从人的大脑直接与身体分离的设备进行通信。这个概念是允许直接的大脑到互联网通信。这样的系统可用于破坏本文所述的防作弊系统，因此可将设备添加到监考设备以在该技术变得可用时感测此类通信。
120.各种手持式传感器，包括摄像头、射频发射器和led，也可用于控制监考设备功能。
121.9.锁定显示位置
122.将显示视图锁定到物理位置的一个优点是，考生只需移动他或她的头部即可更改视图。例如，根据可用内存的大小，可以使用包含多个网站或电视台的多个屏幕，并且考生可以仅通过头部动作在它们之间切换。例如，通过使用图18-26的监考设备设计，每个屏幕可以等同于大屏幕电视。每个屏幕伴随的声音可以控制，因为监考设备会知道考生正在观察哪个屏幕。
123.10.教育
124.尽管此处使用的描述和示例主要集中在应试上，但相同的监视器也可用于教育。使用图18-26的大型显示器，学生可以观看mooc或其他教育课程。例如，参加mooc课程后，学生可以立即参加安全的学分考试。
125.11.软件
126.可驻留在监考设备中的各种软件模块包括：
127.a、虹膜捕捉
128.b、眼球位置
129.c、心电图采集和生物特征识别
130.d、手指和手部识别与监控
131.e、语音识别生物识别
132.f,考生口中发出的声音
133.g，虹膜或横向视图相机图像中的恶意对象存在识别。
134.h，从虹膜码确定加密密钥集。
135.i、cid断线检测
136.j、学校注册软件
137.可以驻留在与监考设备交互的服务器上的各种软件模块包括：
138.a、与大学或其他考试供应商的沟通
139.b、考试接收、加干扰和加密
140.c、虹膜识别
141.d、与监考设备的通信
142.12.总结
143.尽管上面图示和描述了几个优选实施例，但是对于执行相同功能的组件，存在使用其他传感器、材料和不同尺寸的可能组合。本文公开的至少一项发明不限于上述实施例，而是应由以下权利要求确定。然而，在考虑本说明书和公开其优选实施例的附图之后，本发明的许多变化、修改、和其他用途和应用对于本领域技术人员将变得显而易见。不脱离本发明的精神和范围的所有这些变化、修改、变化和其他用途和应用都被认为被本发明所涵盖，本发明仅受所附权利要求的限制。