本發(fā)明涉及教學(xué)，具體為用于制作人體肺與外界氣體交換模型實驗的智能評分系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、初中理化生(物理、化學(xué)、生物)三門學(xué)科總共包含了70+個單獨實驗，制作人體肺與外界氣體交換模型是其中的一個生物實驗。理化生實驗實操已經(jīng)計劃列入中考范圍，各初中學(xué)校也開始展開對理化生實驗實際操作課程的人力、物資成本的投入。實驗實操講究操作的規(guī)范性，是注重過程的，而一位老師的注意力是有限的，最多能同時指導(dǎo)(監(jiān)考)2至3位學(xué)生的實驗操作，特別是實驗實操考試的時候，這無疑需要消耗大量的人力資源，現(xiàn)已有將ai運用于理化生實驗的技術(shù)，基于yolo的目標(biāo)檢測是一種相當(dāng)成熟的ai技術(shù)，在工業(yè)運用上，使用成熟的技術(shù)達成問題的解決一直是商品運用的最佳辦法，yolo把目標(biāo)檢測問題簡化成了一個回歸問題,直接從圖像像素出發(fā),去得到框和分類概率。

2、經(jīng)檢索，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中的理化生實驗ai典型的如公開號cn111314390a一種基于圖像識別的理化生實驗ai課堂系統(tǒng)，包括實驗臺、實驗課堂智能分析設(shè)備、外部設(shè)備。實驗臺，包括學(xué)生端、網(wǎng)絡(luò)攝像機。外部設(shè)備包括教師端、教師移動端、學(xué)生端。實驗臺的網(wǎng)絡(luò)攝像機經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)與所述實驗課堂智能分析設(shè)備互通，通過網(wǎng)絡(luò)攝像機采集學(xué)生操作實驗視頻。實驗課堂智能分析設(shè)備，包括接收單元、智能分析單元、控制單元。智能分析單元根據(jù)所述接收單元接收到實驗臺學(xué)生端發(fā)送的實驗步驟判斷請求及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)攝像機的信息，獲取網(wǎng)絡(luò)攝像機拍攝的當(dāng)前實驗臺實驗狀態(tài)視頻數(shù)據(jù)進行圖像處理、ai分析，進而判斷當(dāng)前步驟結(jié)果是否正確。其主要特點是當(dāng)人工智能分析單元無法判斷當(dāng)前學(xué)生提交的步驟是否正確，教師移動端通過網(wǎng)絡(luò)獲取對應(yīng)學(xué)生實驗臺的實時視頻畫面，手動判斷學(xué)生實驗步驟操作通過、不通過。

3、綜上所述，現(xiàn)有的使用ai的目標(biāo)檢測技術(shù)+具體實驗的教學(xué)系統(tǒng)，不具有自主評分的功能，針對上述問題，需要對現(xiàn)有系統(tǒng)進行改進。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供用于制作人體肺與外界氣體交換模型實驗的智能評分系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的現(xiàn)有的使用ai的目標(biāo)檢測技術(shù)+具體實驗的教學(xué)系統(tǒng)，不具有自主評分的功能的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：用于制作人體肺與外界氣體交換模型實驗的智能評分系統(tǒng)，包括：

3、硬件模組，所述硬件模組由帶攝像頭的學(xué)生平板和帶高算力的服務(wù)器兩部分構(gòu)成，所述帶攝像頭的學(xué)生平板部分由攝像頭單元、交互觸碰輸入單元和顯示單元構(gòu)成，同時服務(wù)器部分由圖像解碼單元、深度網(wǎng)絡(luò)單元、邏輯解析單元、圖像編碼單元構(gòu)成。

4、優(yōu)選的，所述平板部分接收到人肺模型實驗開始信號后，將開始信號傳給服務(wù)器端，同時攝像頭單元開始工作。

5、優(yōu)選的，所述攝像頭單元開始工作后部署于服務(wù)器端的算法啟動，接收攝像頭單元傳回的人肺模型實驗的實時視頻流，對視頻流進行解碼。

6、優(yōu)選的，所述人肺模型為經(jīng)過yolo深度網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，得到專門適用于人肺模型實驗的深度檢測模型。

7、優(yōu)選的，所述接收到解碼后的圖像信息，使用已訓(xùn)練好深度檢測網(wǎng)絡(luò)對圖像的進行一系列的黑盒運算，輸出后續(xù)算法需要的各目標(biāo)的位置信息。

8、優(yōu)選的，所述輸出后續(xù)算法需要的目標(biāo)包括玻璃罩、橡皮塞、橡皮膜和氣球。

9、優(yōu)選的，所述算法得分點包括a兩個氣球分別套在y型管末端；b連好氣球的y型管和橡膠塞連接；c組裝好的橡皮塞裝入玻璃罩；d橡皮膜固定在玻璃罩底部；e演示吸氣的過程；f演示呼氣的過程；g答題卡上選項正確；h整理器材。

10、優(yōu)選的，所述服務(wù)器部分根據(jù)得分點的不同，從檢測網(wǎng)絡(luò)輸出的所有目標(biāo)信息的列表中，獲取該得分點各相關(guān)目標(biāo)的位置信息，從時間和空間這兩個維度，進行一系列的邏輯判斷，以確認(rèn)學(xué)生的人肺模型實驗操作是否符合規(guī)范，符合操作規(guī)范則該得分點賦1分，并且對該時段的攝像頭畫面進行截圖，作為得分依據(jù)以方便后續(xù)的復(fù)查，否則該得分點賦0分。

11、優(yōu)選的，所述深度檢測模型每處理一幀圖片，都會將得分情況回傳給平板端，平板將實時顯示學(xué)生在攝像頭下的操作畫面以及各得分點的得分情況。

12、優(yōu)選的，所述學(xué)生和平板端交互答題的信息，直接由平板端進行數(shù)據(jù)比對，并對相關(guān)得分點進行賦分，該得分點得分情況的顯示將實時更新，直到考試結(jié)束。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：該用于制作人體肺與外界氣體交換模型實驗的智能評分系統(tǒng)，

14、本發(fā)明通過由帶攝像頭的學(xué)生平板和帶高算力的服務(wù)器的配合使用可有效解決現(xiàn)有的使用ai的目標(biāo)檢測技術(shù)+具體實驗的教學(xué)系統(tǒng)，不具有自主評分的功能的問題，yolo具有精小快速的特點，且針對人肺模型實驗的業(yè)務(wù)邏輯代碼用時很短，本發(fā)明可以在學(xué)生邊做實驗的過程中，就可直接將實驗操作的得分情況實時給出，用以進行考試打分或教學(xué)輔助，由于本發(fā)明的獨特性，且人肺模型實驗作為理化生實驗的一部分，本發(fā)明的出現(xiàn)也提升了理化生實驗智能化評分的完整性。

技術(shù)特征：

1.用于制作人體肺與外界氣體交換模型實驗的智能評分系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制作人體肺與外界氣體交換模型實驗的智能評分系統(tǒng)，其特征在于：所述平板部分接收到人肺模型實驗開始信號后，將開始信號傳給服務(wù)器端，同時攝像頭單元開始工作。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制作人體肺與外界氣體交換模型實驗的智能評分系統(tǒng)，其特征在于：所述攝像頭單元開始工作后部署于服務(wù)器端的算法啟動，接收攝像頭單元傳回的人肺模型實驗的實時視頻流，對視頻流進行解碼。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于制作人體肺與外界氣體交換模型實驗的智能評分系統(tǒng)，其特征在于：所述人肺模型為經(jīng)過yolo深度網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，得到專門適用于人肺模型實驗的深度檢測模型。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于制作人體肺與外界氣體交換模型實驗的智能評分系統(tǒng)，其特征在于：所述接收到解碼后的圖像信息，使用已訓(xùn)練好深度檢測網(wǎng)絡(luò)對圖像的進行一系列的黑盒運算，輸出后續(xù)算法需要的各目標(biāo)的位置信息。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于制作人體肺與外界氣體交換模型實驗的智能評分系統(tǒng)，其特征在于：所述輸出后續(xù)算法需要的目標(biāo)包括玻璃罩、橡皮塞、橡皮膜和氣球。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于制作人體肺與外界氣體交換模型實驗的智能評分系統(tǒng)，其特征在于：所述算法得分點包括a兩個氣球分別套在y型管末端；b連好氣球的y型管和橡膠塞連接；c組裝好的橡皮塞裝入玻璃罩；d橡皮膜固定在玻璃罩底部；e演示吸氣的過程；f演示呼氣的過程；g答題卡上選項正確；h整理器材。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制作人體肺與外界氣體交換模型實驗的智能評分系統(tǒng)，其特征在于：所述服務(wù)器部分根據(jù)得分點的不同，從檢測網(wǎng)絡(luò)輸出的所有目標(biāo)信息的列表中，獲取該得分點各相關(guān)目標(biāo)的位置信息，從時間和空間這兩個維度，進行一系列的邏輯判斷，以確認(rèn)學(xué)生的人肺模型實驗操作是否符合規(guī)范，符合操作規(guī)范則該得分點賦1分，并且對該時段的攝像頭畫面進行截圖，作為得分依據(jù)以方便后續(xù)的復(fù)查，否則該得分點賦0分。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制作人體肺與外界氣體交換模型實驗的智能評分系統(tǒng)，其特征在于：所述深度檢測模型每處理一幀圖片，都會將得分情況回傳給平板端，平板將實時顯示學(xué)生在攝像頭下的操作畫面以及各得分點的得分情況。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制作人體肺與外界氣體交換模型實驗的智能評分系統(tǒng)，其特征在于：所述學(xué)生和平板端交互答題的信息，直接由平板端進行數(shù)據(jù)比對，并對相關(guān)得分點進行賦分，該得分點得分情況的顯示將實時更新，直到考試結(jié)束。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了用于制作人體肺與外界氣體交換模型實驗的智能評分系統(tǒng)，包括硬件模組，所述硬件模組由帶攝像頭的學(xué)生平板和帶高算力的服務(wù)器兩部分構(gòu)成，所述帶攝像頭的學(xué)生平板部分由攝像頭單元、交互觸碰輸入單元和顯示單元構(gòu)成，同時服務(wù)器部分由圖像解碼單元、深度網(wǎng)絡(luò)單元、邏輯解析單元、圖像編碼單元構(gòu)成。該用于制作人體肺與外界氣體交換模型實驗的智能評分系統(tǒng)，YOLO具有精小快速的特點，且針對人肺模型實驗的業(yè)務(wù)邏輯代碼用時很短，本發(fā)明可以在學(xué)生邊做實驗的過程中，就可直接將實驗操作的得分情況實時給出，用以進行考試打分或教學(xué)輔助，且人肺模型實驗作為理化生實驗的一部分，本發(fā)明的出現(xiàn)也提升了理化生實驗智能化評分的完整性。

技術(shù)研發(fā)人員：韓友仁,馬文凱,黃文成,戴謝安
受保護的技術(shù)使用者：深圳市鴻普森科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17