基于实时三维影像反馈的远程实验教学装置

1.本实用新型涉及教学装置技术领域，尤其是涉及基于实时三维影像反馈的远程实验教学装置。


背景技术：

2.远程教育是采取多种媒体方式进行系统教学和通信联系的教育形式，是将课程传送给校园外的一处或多处学生的教育。现代远程教育则是指通过音频、视频(直播或录像)以及包括实时和非实时在内的计算机技术把课程传送的教育。现代远程教育是随着现代信息技术的发展而产生的一种新型教育方式。计算机技术、多媒体技术、通信技术的发展，特别是互联网的迅猛发展，使远程教育的手段有了质的飞跃，成为高新技术条件下的远程教育。现代远程教育是以现代远程教育手段为主，兼容面授、函授和自学等传统教学形式，多种媒体优化组合的教育方式。
3.最近几年由于疫情的特殊情况，各个学校都开始了不同程度的线上教学，避免学生教育的损失，然而在远程教学环境下，老师讲课的过程相当于一次面对镜头的拍摄过程，只能展现老师的画面，然而物理课堂或化学课堂中会进行实验教学，对于实验过程的直播往往就是一个角度的画面进行，对于远程的学生只能看到一个画面的实验显示，这个对于实验画面的展示不能满足学生对于实验全方位学习的需求。


技术实现要素：

4.为了解决目前教学装置无法向学生展示实验装置全方位细节的问题，本实用新型提供基于实时三维影像反馈的远程实验教学装置。采用如下的技术方案：
5.基于实时三维影像反馈的远程实验教学装置，包括基座、电动环形导轨、至少两个拍摄支架组件和三维图像拍摄组件，所述电动环形导轨的轨道安装在基座上表面，所述拍摄支架组件包括摄像头支架杆、至少两个梯形滑块和至少两个摄像头底座，所述摄像头支架杆上设有梯形滑块槽，摄像头支架杆的底部安装在电动环形导轨的滑块上，并跟随滑块移动，所述梯形滑块装配在摄像头支架杆的梯形滑块槽处，并上下滑动，所述摄像头底座安装在梯形滑块上，并跟随梯形滑块上下移动，所述三维图像拍摄组件包括一组摄像头、基于3d图形芯片的电路板和电脑，所述摄像头安装在摄像头底座上，并与基于3d图形芯片的电路板的视频入口通信连接，所述基于3d图形芯片的电路板的三维视频数据输出接口通过数据线与电脑通信连接，所述电脑连接互联网。
6.通过上述技术方案，使用时，先将基座放置在实验桌上，将实验器械放置在电动环形导轨中间，通过电动环形导轨的滑块带动摄像头支架杆位于设定位置，调整好梯形滑块的位置，并通过螺栓锁紧，从而将摄像头底座的上下位置调整合适，安装在其上的摄像头位置调整合适，一组摄像头分别拍摄实验器械及实验过程各个角度和各个部位的实时视频画面，并实时传输给基于3d图形芯片的电路板，基于3d图形芯片的电路板对多路视频进行二维转化三维的处理，并将三维视频传输给电脑，电脑内装有在线教学系统，三维视频数据传
输给在线教学系统，通过互联网呈现到学生眼前，满足了学生对于实验过程全方位在线观看的需求。
7.可选的，梯形滑块上下位置调整完成时，通过锁紧螺栓锁紧。
8.通过上述技术方案，梯形滑块上下位置可随意调整，并通过锁紧螺栓锁紧，这样就可以满足不同实验的不同实验器材的拍摄需求。
9.可选的，还有视频采集模块，所述摄像头通过视频采集模块分别与基于3d 图形芯片的电路板和电脑的视频入口通信连接。
10.通过上述技术方案，视频采集模块的设置，一是对摄像头拍摄的图像进行预处理后传输给基于3d图形芯片的电路板，大大增加基于3d图形芯片的电路板的视频处理速度，同时将多路原始视频传输给电脑，电脑可将多路原视频数据传输给在线教学系统，供远端学生点播。
11.可选的，所述视频采集模块是多路sdi高清音视频采集卡。
12.通过上述技术方案，多路sdi高清音视频采集卡可同时完成多路视频的高效采集和视频压缩处理。
13.可选的，所述基于3d图形芯片的电路板的芯片是da8223影像转换实时处理芯片。
14.通过上述技术方案，dialog半导体股份有限公司的2d/3d影像转换实时处理芯片：da8223。该芯片提供了2d/3d视频影像实时转换处理的功能。该器件同时也集成了一个视差栅栏(parallax barrier)屏幕驱动器，允许用户在不需要眼镜的情况下观看3d内容。
15.可选的，所述电动环形导轨是电动链条导轨。
16.通过上述技术方案，电动链条导轨可实现轨道形状的调整，提供多个可分别控制的滑块，精度高。
17.可选的，所述拍摄支架组件为四个，四个拍摄支架组件环形阵列式安装在电动环形导轨的滑块上。
18.通过上述技术方案，四个拍摄支架组件满足实验器材和实验过程的360
°
全方位的拍摄。
19.综上所述，本实用新型包括以下至少一种有益技术效果：
20.本实用新型能提供基于实时三维影像反馈的远程实验教学装置，结构设计合理，可实现对课堂实验教学过程中实验器材和实验过程的全方位多角度的拍摄，将多路视频进行三维转化后展示个远端学生观看，同时将多路视频进行展示，满足远端在线学生对于实验全方位观看的需求，提升在线实验教学的教学效果，具有很好的推广应用价值。
附图说明
21.图1是本实用新型结构示意图；
22.图2是本实用新型俯视结构示意图；
23.图3是本实用新型的电器件连接原理示意图。
24.附图标记说明：1、基座；2、电动环形导轨；3、摄像头支架杆；4、梯形滑块；5、摄像头底座；6、摄像头；7、基于3d图形芯片的电路板；8、电脑；9、视频采集模块。
具体实施方式
25.以下结合附图1-附图3对本实用新型作进一步详细说明。
26.本实用新型实施例公开基于实时三维影像反馈的远程实验教学装置。
27.参照图1-图3，基于实时三维影像反馈的远程实验教学装置，包括基座 1、电动环形导轨2、至少两个拍摄支架组件和三维图像拍摄组件，电动环形导轨2的轨道安装在基座1上表面，拍摄支架组件包括摄像头支架杆3、至少两个梯形滑块4和至少两个摄像头底座5，摄像头支架杆3上设有梯形滑块槽 31，摄像头支架杆3的底部安装在电动环形导轨2的滑块上，并跟随滑块移动，梯形滑块4装配在摄像头支架杆3的梯形滑块槽31处，并上下滑动，摄像头底座5安装在梯形滑块4上，并跟随梯形滑块4上下移动，三维图像拍摄组件包括一组摄像头6、基于3d图形芯片的电路板7和电脑8，摄像头6 安装在摄像头底座5上，并与基于3d图形芯片的电路板7的视频入口通信连接，基于3d图形芯片的电路板7的三维视频数据输出接口通过数据线与电脑 8通信连接，电脑8连接互联网。
28.使用时，先将基座1放置在实验桌上，将实验器械放置在电动环形导轨2 中间，通过电动环形导轨2的滑块带动摄像头支架杆3位于设定位置，调整好梯形滑块4的位置，并通过螺栓锁紧，从而将摄像头底座5的上下位置调整合适，安装在其上的摄像头6位置调整合适，一组摄像头6分别拍摄实验器械及实验过程各个角度和各个部位的实时视频画面，并实时传输给基于3d 图形芯片的电路板7，基于3d图形芯片的电路板7对多路视频进行二维转化三维的处理，并将三维视频传输给电脑8，电脑8内装有在线教学系统，三维视频数据传输给在线教学系统，通过互联网呈现到学生眼前，满足了学生对于实验过程全方位在线观看的需求。
29.梯形滑块4上下位置调整完成时，通过锁紧螺栓锁紧。
30.梯形滑块4上下位置可随意调整，并固定，这样就可以满足不同实验的不同实验器材的拍摄需求。
31.还有视频采集模块9，摄像头6通过视频采集模块9分别与基于3d图形芯片的电路板7和电脑8的视频入口通信连接。
32.视频采集模块9的设置，一是对摄像头6拍摄的图像进行预处理后传输给基于3d图形芯片的电路板7，大大增加基于3d图形芯片的电路板7的视频处理速度，同时将多路原始视频传输给电脑8，电脑8可将多路原视频数据传输给在线教学系统，供远端学生点播。
33.视频采集模块9是多路sdi高清音视频采集卡。
34.多路sdi高清音视频采集卡可同时完成多路视频的高效采集和视频压缩处理。
35.基于3d图形芯片的电路板7的芯片是da8223影像转换实时处理芯片。
36.dialog半导体股份有限公司的2d/3d影像转换实时处理芯片：da8223。该芯片提供了2d/3d视频影像实时转换处理的功能。该器件同时也集成了一个视差栅栏(parallax barrier)屏幕驱动器，允许用户在不需要眼镜的情况下观看3d内容。
37.电动环形导轨2是电动链条导轨。
38.电动链条导轨可实现轨道形状的调整，提供多个可分别控制的滑块，精度高。
39.拍摄支架组件为四个，四个拍摄支架组件环形阵列式安装在电动环形导轨2的滑块上。
40.四个拍摄支架组件满足实验器材和实验过程的360
°
全方位的拍摄。
41.本实用新型实施例基于实时三维影像反馈的远程实验教学装置的实施原理为：
42.在具体的化学实验远程教学场景，将基座1放置在化学实验桌上，将化学实验器械放置在电动链条导轨中间，通过电动链条导轨的滑块带动四个摄像头支架杆3均匀设置在电动链条导轨的滑块上，调整好梯形滑块4的位置，并通过螺栓锁紧，从而将摄像头底座5的上下位置调整合适，安装在其上的摄像头6位置调整合适，一组摄像头6分别拍摄化学实验器械及化学实验过程各个角度和各个部位的实时视频画面，并实时传输给多路sdi高清音视频采集卡，多路sdi高清音视频采集卡压缩处理视频后再传输给基于3d图形芯片的电路板7，基于3d图形芯片的电路板7的da8223影像转换实时处理芯片对多路视频进行二维转化三维的处理，并将三维视频传输给电脑8，电脑8内装有在线教学系统，三维视频数据传输给在线教学系统，通过互联网呈现到学生眼前，同时多路sdi高清音视频采集卡将多路原始视频传输给电脑8，电脑8可将多路原视频数据传输给在线教学系统，供远端学生点播，满足了学生对于实验过程全方位在线观看的需求。
43.以上均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。