一种基于智能穿戴设备的在线考试系统和方法与流程

1.本发明涉及虚拟显示技术及监控技术领域，特别涉及一种基于智能穿戴设备的在线考试系统和方法。


背景技术：

2.随着信息技术的不断发展和创新，各种新技术应用层出不穷，考试主办方和考试服务商面临越来越多的挑战，防止题库泄露、防止考生作弊、防止替考、防病毒攻击等问题持续存在。在传统电子化考试中90%以上的安全问题来自考试客户端和考生，考试主办方和考试服务商投入大量精力和技术手段防止问题的发生，如屏蔽考试软件以外的程序、禁止考生切换考试程序，禁止使用复制、粘贴、离座告警等。但通过远程共享桌面替考，外接显示器作弊，高清摄像机录屏窃题等仍然没有比较好的应对措施，无法根本解决题库泄露问题和替考现象，即针对在线考试防作弊的方法一直待解决的问题。
3.申请号为202211188385 .x的发明专利明涉及一种vr眼镜及其在线考试防作弊方法。该vr眼镜及其在线考试防作弊方法，属于电数字数据处理领域，该方法包括，获得考生的面部信息，确定考生身份信息；获得考生的vr眼镜的考前佩戴状态；若考生vr眼镜的佩戴状态正确，则获得考生周围视角的图像信息；若考生vr眼镜的佩戴状态错误，则发送佩戴错误提醒，直至考生vr眼镜的佩戴状态正确；获得考生面目位置的标记点，实时获得面目标记点的实时图像信息，基于实时图像信息判断vr眼镜的考中佩戴状态；该vr眼镜及其在线考试防作弊方法，操作方便，使用灵活，便于考生体验使用。
4.上述技术通过获取考生移动阈值来判断考生有无作弊可能，从而判断考试成绩是否有效，但是采用vr眼镜作为考生考题投放屏幕，在考试期间考生需要全程佩戴vr眼镜，vr眼镜佩戴完成后会对考生的脸造成遮挡，外界无法观测到考生的脸部表情特征，如遇突发情况，如考生身体不适，外界人员（指监考老师）无法直观地观测到考生的情况，且大多电子化考试，监考老师仅通过监控摄像头针对考试现场的图像信息进行监看，由于同考人数较多，监考老师精力分散，可能无法着重的观测到某一个考生的实时状况，在考生身体突发不适，例如：全身麻痹，头晕目眩，手脚无力的情况，导致无法取下vr眼镜，可能头部趴在桌面上，外界也无法分辨该考生趴桌上的动作是由身体原因引起，或者是由于正在思考，趴着思考仅为一种习惯，如果误判将会影响考生的正常考试，如果没有及时发现考生的身体突发状况，有可能导致考生身体遭受痛苦，没有及时就医，导致遗留后遗症等。所以现需要一种技术，能够在佩戴vr眼镜的在线考试中，在考生身体突发状况时及时报警。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种基于智能穿戴设备的在线考试系统和方法，能够解决佩戴vr眼镜的在线考试中，在考生身体突发状况时无法及时报警的问题。
6.为了解决上述技术问题，本技术提供如下技术方案：一种基于智能穿戴设备的在线考试系统，包括vr眼镜，还包括：
云端平台：所述云端平台用于存放传输考试数据；考试终端：考生通过所述考试终端针对考试题目进行作答；考试桥：所述考试桥用于接收来自云端的考试数据并对其进行加密封装，生成考试题目传输至考试终端；图像获取模块：所述图像获取模块用于开考前获取考生的面部图像信息，并在开考后，获取考生的视角图像信息；声音获取模块：所述声音获取模块用于获取考试过程中考生耳部的声音信息；数据处理模块，所述数据处理模块用于，在考试开始前获取面部图像信息，并对面部图像信息中的像素点进行识别，提取出考生的面部轮廓信息，并和该考生准考证照片进行对比，若对比无误便语音提示考生佩戴vr眼镜开始考试；所述数据处理模块还用于实时获取考生面目标记点的位置信息，计算出和初始面目标记点的位置至今的差值，生成位置偏移数据，通过位置偏移数据是否超过阈值，再结合声音信息，判断考生成绩是否有效；在考试过程中，所述图像获取模块还用于在考试过程中实时获取考生的面部图像信息，数据处理模块对考试过程中考生的面部图像信息进行识别，从面部图像信息中提取考生的嘴唇图像，识别出颜色，对照rgb色彩模式生成考生嘴唇的颜色数据，通过实时获取嘴唇的颜色数据，若考生的嘴唇颜色数据达到预设的病状嘴唇颜色区间，或者考生的嘴唇颜色数据超过阈值，则生成提醒信号；考试桥将信号传输至云端平台，云端平台传递给监控老师终端。
7.本方案的基本原理：考试桥将考试客户端和云管平台连接在一起，将复杂的业务逻辑和工作流程、敏感数据全部封装在标准化中间件内，代替了原有的服务器，提供了高度流程自动化与安全性的考试架构。考试桥将考试题目加密封装后投放在vr眼镜的投影屏幕上，供考生查看，在考试开始前，通过考生的面部图像信息识别其是否为本人，识别成功后佩戴经提示后佩戴vr眼镜，开考后在面部找一个特征识别点，即面目标记点，进行实时监控，在考试过程中，若识别到的面目标记点位置偏移超过阈值，然后结合声音信息进行加权计算综合判断成绩是否有效。在考试期间，还对考生的嘴唇颜色信息进行捕捉，由嘴唇颜色生成rgb颜色数据，即对初始颜色进行数据化标量，在考试过程中若发现考生的嘴唇颜色变化数值超过了阈值或者达到了预设的病状嘴唇颜色的数据区间，则判定该考生发病，生成提醒信号提醒监考人员及时查看。
8.本方案的有益效果：考试桥对考试信息进行加密，然后将考试题目投放在vr眼镜的展示屏幕上，针对考试过程中考生视角的图像信息进行获取，可以避免考生在考试过程中切换页面等操作，获取到的考生相同视角即考生在考试过程中的视野界面均会被图像获取模块获取到，针对违规操作的界面将会被记录，保证了考试的公平性。
9.通过捕捉声音信息，防止有人通过声音传播答案作弊，因此在考试界面无误的情况下，再对声音进行识别，然后结合vr眼镜的佩戴状况（即面目标记点位置距初始位置偏移超过阈值）综合判断该考试成绩是否有效。
10.本方案通过对考员嘴唇颜色进行实时监控，在嘴唇颜色变淡，可能是由于供血不足，血糖降低的情况，在其嘴唇颜色达到预设的病状颜色区间时，或者颜色变淡的数值超过阈值，便认定其发病，生成提醒信号，告知监考人员及时关注，解决了佩戴vr眼镜的在线考试中，在考生身体突发状况时无法及时报警的问题。
11.进一步，所述考试终端还包括考试魔盒、鼠标和键盘，所述考试魔盒内嵌linux操作系统和考试客户端，支持鼠标和键盘输入，所述vr眼镜与考试墨盒进行匹配绑定；考生通过考试墨盒内的客户端获取到访问考试桥的权限，所述数据处理模块为考试魔盒的处理器。
12.进一步，所述考试数据仅在系统内部通过局域网传输。
13.有益效果：软件和硬件都采用了全封闭设计，考试数据仅在系统内部传输，可有效防止题库泄露和替考发生，从而解决传统电子化考试多年以来无法解决的安全问题，在考试终端病毒也无法侵入。
14.进一步，单单个所述考试桥通过局域网与若干套考试终端匹配并传输数据。
15.有益效果：同时支持多个考试终端同时进行考试。
16.进一步，所述魔盒采用锂电池供电。
17.有益效果：方便携带易于更换。
18.进一步，其特征在于：所述vr眼镜内至少包括擦拭部和吹风部，所述擦拭部用于根据考生需求对vr眼镜的展示屏幕进行擦拭，所述吹风部用于根据考生需求对考生进行吹风。
19.有益效果：在考员有需求时能够对展示屏幕进行擦拭和对考生吹风，缓解展示屏幕起雾，考试发热，出汗的问题。
20.进一步，擦拭部包括：所述vr眼镜包括镜框本体和展示屏幕，所述展示屏幕安装于镜框本体内，所述展示屏幕用于向考生展示考试内容；所述镜框本体内还设置有转动座和用于擦拭展示屏幕的擦拭条，所述转动座固定于镜框本体的内壁，所述擦拭条与转动座转动连接；所述镜框本体内部固定连接有驱动机构，还包括通过驱动机构驱动的第三转轴，所述第三转轴同轴固定有凸轮；所述凸轮随第三转轴转动时，与擦拭条远离展示屏幕的一端间歇碰触；所述吹风部，包括固定在镜框本体内部的风扇，所述驱动机构还用于驱动风扇转动，所述镜框本体上端开有若干吹风孔，所述吹风孔与风扇之间开有排风通道，所述排风通道用于将风扇吹出的风导向吹风孔。
21.进一步，还包括报警模块，所述报警模块用于在接收到提醒信号时启动。
22.有益效果：在通过提醒信号提醒监考老师的同时，也通过报警模块进行实时同步提醒，多方面提醒到该考生的即时状况。
23.一种基于智能穿戴设备的在线考试方法，包括以下步骤，s1：获取考生面部信息，确定考生的身份信息；s2: 云端平台将考试数据传输至考试桥，考试桥将考试数据进行加密封装，生成考试题目，传输至vr眼镜的展示屏幕；s3：实时获取考生的面部图像信息和耳部的声音信息；s4：通过面部图像信息实时获取考生的嘴唇颜色信息，通过嘴唇颜色变化判断考生是否发病；s5：考试结束时，通过声音信息和面目标记点的偏移数据判断考生成绩是否有效。
24.进一步，在步骤s4中，考生在发病时，生成提醒信号告知监考老师。
附图说明
25.图1为一种基于智能穿戴设备的在线考试系统的硬件设施图；图2为一种基于智能穿戴设备的在线考试系统控制逻辑示意图；图3为一种基于智能穿戴设备的在线考试方法的步骤示意图；图4为一种用于考试数据防护的穿戴式智能考试终端实施例一的三维图；图5为一种用于考试数据防护的穿戴式智能考试终端实施例一的左视图；图6为图5中a-a处的剖视图；图7为图6中b处的放大示意图；图8为图6中c处的放大示意图；图9为图6中d处的放大示意图；图10为图9中擦拭条的另一状态图。
具体实施方式
26.下面通过具体实施方式进一步详细说明：说明书附图中的标记包括：镜框本体1、吹风孔11、调节轮12、束缚带2、柔性垫21、展示镜片3、擦拭条4、配重块41、回位弹簧42、转动座43、凸轮44、马达51、第一转轴52、第一减速齿轮53、第二减速齿轮58，第四减速齿轮54、第三减速齿轮55、第二转轴56、第三转轴57、排风通道6、风扇61。
27.实施例一如附图1所示，一种基于智能穿戴设备的在线考试系统，包括vr眼镜，还包括：云端平台：云端平台为考试服务器，所述云端平台用于存放传输考试数据；考试终端：考生通过所述考试终端针对考试题目进行作答；所述考试终端还包括考试魔盒、鼠标和键盘，所述考试魔盒内嵌linux操作系统和考试客户端，支持鼠标和键盘输入，所述vr眼镜与考试墨盒进行匹配绑定；考生通过考试墨盒内的客户端获取到访问考试桥的权限，所述魔盒采用锂电池供电，方便移动和大规模部署，电池充满的情况下可持续使用8小时以上，确保一天的考试稳定运行。
28.考试桥：考试桥相当于考场，所述考试桥用于接收来自云端的考试数据并对其进行加密封装，生成考试题目传输至考试终端；考试桥将考试客户端和云管平台连接在一起，将复杂的业务逻辑和工作流程、敏感数据全部封装在标准化中间件内，代替了原有的服务器，提供了高度流程自动化与安全性的考试架构。每个考试桥可稳定支持200台考试终端。
29.图像获取模块：所述图像获取模块用于开考前获取考生的面部图像信息，并在开考后，获取考生的视角图像信息；图像获取模块采用摄像头，摄像头至少能够捕捉两个角度，一个角度是能够看到展示屏幕；即考员考试过程中的视角，另一个能够看到考生脸颊及嘴唇，即朝向考员嘴唇的方向进行摄像。
30.声音获取模块：所述声音获取模块用于获取考试过程中考生耳部的声音信息；选用麦克风对考员所接触的声音进行获取，并由数据处理模块进行判断其是否违规。
31.数据处理模块，所述数据处理模块为考试魔盒的处理器，所述数据处理模块用于在考试开始前获取面部图像信息，并对面部图像信息中的像素点进行聚类识别，提取出考生的面部轮廓信息，并和该考生准考证照片进行对比，若对比无误便语音提示考生佩戴vr
眼镜开始考试；所述数据处理模块还用于实时获取考生面目标记点的位置信息，计算出和初始面目标记点的位置至今的差值，生成位置偏移数据，通过位置偏移数据是否超过阈值，再结合声音信息，判断考生成绩是否有效；在考试过程中，所述图像获取模块还用于在考试过程中实时获取考生的面部图像信息，数据处理模块对考试过程中考生的面部图像信息进行识别，从面部图像信息中提取考生的嘴唇图像，识别出颜他色，对照rgb色彩模式生成考生嘴唇的颜色数据，通过实时获取嘴唇的颜色数据，若考生的嘴唇颜色数据达到预设的病状嘴唇颜色区间，或者考生的嘴唇颜色数据超过阈值，则生成提醒信号，预设的病状嘴唇颜色区间首先通过收集若干嘴唇的病状图片，例如突然贫血时，血红蛋白减少，导致嘴唇变白，通过收集1000张患者贫血发病时的照片样本集，获取患者嘴唇的颜色，通过图片操作技术对rgb进行获取，得到嘴唇分布颜色的具体数值，然后将所有数值导进色轮，通过所有样本集的颜色数据在色轮中所围成的范围划为危险区，即考生的嘴唇颜色数据处于危险区的范围内，则认定其发病；第二个判断逻辑为，提取考生刚开考的嘴唇颜色数据，将rgb模式转换为yuk模式， y 是明亮度（灰阶），因此只需要获得 y 的值而判断他是否足够亮就可以了，当和大于等于此值就为浅色，当考生嘴唇颜色变浅，且变化数值超过初始y值的20%，即变浅了20%，便认定该考生出现贫血，然后发出提醒信号；还包括一个反馈调控的逻辑替代仅通过危险区颜色范围的判断是否发病的判断，判断逻辑为，首先判断y值的变化值，然后判断考生的嘴唇颜色是否在危险区的范围内，若考生即时嘴唇颜色在危险区范围内，且y值的变化值超过10%（指变浅），才认定为发病，然后发出提醒信号；考试桥将信号传输至云端平台，云端平台传递给监控老师终端。还包括报警模块，所述报警模块用于在提醒信号时启动，通过声音或光照等方式提醒监考老师注意该考生。所述报警模块为设置在vr眼镜上的一个灯，在考生出现发病状况时，便点亮灯，突出的显示能够让监考老师快速注意到该考员。
32.所述考试数据仅在系统内部传输，由于软件和硬件都采用了全封闭设计，考试数据仅在系统内部传输，可有效防止题库泄露和替考发生，从而解决传统电子化考试多年以来无法解决的安全问题，在考试终端病毒也无法侵入。
33.如附图4-5所示，所述vr眼镜包括镜框本体1和展示屏幕，所述展示屏幕安装于镜框本体1内，还包括束缚带2，束缚带2安装在镜框本体1两侧，用于将vr眼镜佩戴在考试人员的头上。所述展示屏幕用于向考生展示考试内容；如附图6和9所示，所述镜框本体1内还设置有转动座43和用于擦拭展示屏幕的擦拭条4，所述转动座43固定于镜框本体1的内壁，所述擦拭条4与转动座43转动连接；所述镜框本体1内部固定连接有驱动机构，还包括通过驱动机构驱动的第三转轴57，所述第三转轴57同轴固定有凸轮44；所述凸轮44随第三转轴57转动时，与擦拭条4远离展示屏幕的一端间歇碰触。
34.如附图8所示，所述驱动机构为电机，所述电机的输出轴同轴固定有第一转轴52，第一转轴52末端同轴固定有主动锥齿轮，所述风扇61的转动轴远离扇叶的一端同轴固定有从动锥齿轮，所述主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合；还包括与第一转轴52平行设置的第二转轴56，所述第二转轴56和第三转轴57的两端分别与镜框本体1的内壁转动连接，所述第一转轴52上还同轴固定第一减速齿轮53，第二转轴56上同轴固定第二减速齿轮58和第三减速齿轮55，第三转轴57上同轴固定第四减速齿轮54，所述第一减速齿轮53和第二减速齿轮58啮
合，所述第三减速齿轮55和第四减速齿轮54啮合，所述第二减速齿轮58和第四减速齿轮54的齿数分别高于第一减速齿轮53和第二减速齿轮58的齿数。本方案的通过各齿轮的齿数将风扇61转速和凸轮44转速控制在1:10，即第三转轴57转动一圈，第一转轴52转动10圈。
35.如附图9所示，所述展示屏幕下方的镜框本体1开设有横平面和竖平面，擦拭条4初始位置在横平面所处的平台上，即初始状态下，擦拭条4水平放置，所述竖平面远离展示屏幕设置，竖平面所形成的平台靠近镜框本体1边缘，本方案中设置有两个展示屏幕，分别对应考生的左眼和右眼，两个展示屏幕即擦拭条4等都对称设置。所述转动座43固定在横平面与竖平面的交接处；所述擦拭条4在凸轮44碰撞时，能够沿转动座43转动90
°
。还包括复位弹簧，所述复位弹簧一端固定在竖平面上，如附图10所示，另一端在擦拭条4沿转动座43转动至75
°
以上时与擦拭条4远离展示屏幕的一端接触。复位弹簧在与擦拭条4接触时，便会产生反作用力，反方向推动擦拭条4，即复位弹簧压缩时蓄力，然后当惯性力消失后，复位弹簧释放，使得擦拭条4复位。面目标记点选择鼻尖，即在对嘴唇图像进行获取的同时，采用同一个摄像头便可对鼻尖的图像进行获取，即是在通过对面目标记点进行获取时，同步对嘴唇位置进行捕捉，从而完成了对考员健康状况的识别。
36.如附图7所示，还包括固定在镜框本体1内部的风扇61，所述驱动机构还用于驱动风扇61转动，所述镜框本体1上端开有若干吹风孔11，所述吹风孔11与风扇61之间开有排风通道6，所述排风通道6用于将风扇61吹出的风导向吹风孔11。所述吹风孔11沿竖直中线倾斜25
°
设置。
37.还包括用于控制驱动机构转速的调节轮12，所述调节轮12安装在镜框本体1上。 调节轮12选用滑动电阻，电机、滑动电阻与vr内置的电源依次串联，转动调节轮12，上述电路中的电流不变，电机电压随滑动电阻的电压发生变化，即滑动电阻的电压越大，电机电压越小，转速越慢。还包括配重块41，所述配重块41固定在擦拭条4靠近展示屏幕的一端。擦拭条4为杆状，可采用硬性杆件如金属杆或pvc塑料杆外包括棉织物、丝绸、软橡胶、海绵等具备擦拭功能的软性物，不会在擦拭时对屏幕造成损害。配重块41选择金属配重块41。能够在擦拭条4回位时提供力，使其快速回位。擦拭条4上与凸轮44碰撞的位置，与凸轮44上与擦拭条4碰撞的位置均设包括有橡胶或海绵，减少碰撞声音。vr眼镜的设计参数为：屏幕尺寸单屏0.49英寸、屏幕色彩90% dci-p3（120% srgb）、屏幕类型双micro oled屏幕、分辨率1920* 1080、屏幕像素密度ppi4523(spr)、刷新率60hz、视场角约41度、瞳距63.5mm
±
4mm、设备按键2个（亮度增加按钮，亮度减小按钮）；支持5档亮度调节。
38.电机还包括另一条控制电路，在产生提醒信号时，数据处理模块控制电机与电源接通（即绕开滑动电阻，直接将电源与电机接通），对考生进行吹风；给其带去清凉，增加自主求助的几率。通过吹风部和擦拭部的设立，能够在屏幕起雾时进行擦拭恢复视野，还能通过风扇对考生进行清凉降温，在考生健康异常时，风扇还可启动，保持吹风，让考生感受到清凉，从而神志清醒一些，能够增加向他人自主求助的概率。
39.适用于上述系统的一种基于智能穿戴设备的在线考试方法，包括以下步骤，s1：获取考生面部信息，确定考生的身份信息；s2: 云端平台将考试数据传输至考试桥，考试桥将考试数据进行加密封装，生成考试题目，传输至vr眼镜的展示屏幕；s3：实时获取考生的面部图像信息和耳部的声音信息；
s4：通过面部图像信息实时获取考生的嘴唇颜色信息，通过嘴唇颜色变化判断考生是否发病；考生在发病时，生成提醒信号告知监考老师。
40.s5：考试结束时，通过声音信息和面目标记点的偏移数据判断考生成绩是否有效。
41.实施例二实施例二与实施例一的不同之处在于：所述镜框本体内还设置屈光度调节模块，用于根据用户需求调节近视度数，使得展示屏幕的画面能够清晰的展现在用户视野里。还包括红外感应模块，红外感应模块设置在镜框本体内，在将vr眼镜戴在用户面部时，红外感应模块发出红外射线，被用户的面部皮肤阻挡，从而红外感应模块生成反馈电信号至数据处理模块，在考试过程中如果此电信号缺失，便停止在展示屏幕上播放影响，并生成异常佩戴信号被记录，佐证面目标记点的偏移数据对考试成绩的有效性进行辅助判定，在面目标记点的偏移数据超过阈值时，通过查看是否有异常佩戴信号的产生，如果无，便消除此条数据。
42.在用于面目标记点图像获取的摄像头无法正常工作的情况下（无法正常获取面目标记点，即未设置面目标记点图像获取的摄像头或者该摄像头损坏），红外感应模块能够作为用户佩戴姿势是否有问题的评判依据，同时也能在用户取下vr眼镜时，停止展示屏幕的画面投放，保证了考试数据的隐私，不会被外界获取，同时针对视频类的考题，还可以再用户取下时进行暂定处理，方便再次戴时，能够接续上，保证考试的连贯性。
43.以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。