一種多媒體互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)及教學(xué)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多媒體互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)及教學(xué)方法，包括：數(shù)據(jù)采集模塊：采集視頻流；其特征在于，還包括：摳像模塊：對(duì)采集到的視頻流進(jìn)行處理，將感興趣的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)提取出來(lái)，獲取前景圖像；影像合成模塊：將獲取的前景圖像用異形窗口的形式在所有窗口的最前端實(shí)時(shí)顯示；影像傳輸及實(shí)時(shí)顯示模塊：將教師機(jī)上的含有合成影像的異形窗口通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綄W(xué)生機(jī)并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。本系統(tǒng)通過(guò)攝像頭獲取教師講課畫(huà)面，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸給摳像模塊進(jìn)行前景人物圖像的提取，通過(guò)影像合成模塊將提取出的前景人物圖像以異形窗口的形式與教師機(jī)正在播放的課件疊加，在教師機(jī)實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)將合成的影像以視頻流的形式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸給學(xué)生機(jī)，教師“鉆”進(jìn)電腦里。
【專利說(shuō)明】一種多媒體互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)及教學(xué)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及多媒體教學(xué)領(lǐng)域，具體地講，涉及一種多媒體互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)及教學(xué)方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 多媒體是信息化的體現(xiàn)，也是社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)，信息化的水平已經(jīng)成為衡量一個(gè) 國(guó)家現(xiàn)代化水平和綜合國(guó)力的重要標(biāo)準(zhǔn)，多媒體教育是信息化的一個(gè)部分，大力促進(jìn)多媒 體教育已成為教育發(fā)展的潮流。
[0003] 教學(xué)中使用多媒體技術(shù)，有利于提高教師的專業(yè)水平，有利于教師整合教學(xué)資源。 多媒體教學(xué)技術(shù)能彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)中的不足，是新型的科學(xué)教學(xué)技術(shù)。
[0004] 現(xiàn)有大部分的多媒體教學(xué)系統(tǒng)雖然在功能方面已經(jīng)比較齊全，但上課學(xué)生看電腦 的時(shí)候看不到教師的表情、動(dòng)作、肢體語(yǔ)言，因此會(huì)遺漏老師的肢體表達(dá)信息，除此之外，其 互動(dòng)性及趣味性也較差。
[0005] 從采集的視頻流中提取出效果比較好的前景人物圖像是本系統(tǒng)的關(guān)鍵，為了提取 效果較好的前景，需要找到好的摳像算法。
[0006] 目前摳像技術(shù)主要有藍(lán)箱、綠箱及背景移除。藍(lán)箱、綠箱對(duì)環(huán)境要求較高，需要搭 建純色背景以及燈光；背景移除需要場(chǎng)景穩(wěn)定，即攝像頭畫(huà)面中只有教師能動(dòng)，但是對(duì)環(huán)境 要求低。
[0007] 現(xiàn)有的背景移除算法有幀差法、背景建模發(fā)和光流法。幀差法雖簡(jiǎn)單，但是提取出 的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)存在空洞；背景建模方法對(duì)背景中存在規(guī)律運(yùn)動(dòng)性的背景效果好，但是并不能 保證提取的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)不會(huì)存在空洞；光流法因其計(jì)算量大很少采用，這三種算法都有不足。 此為現(xiàn)有技術(shù)的不足之處。


【發(fā)明內(nèi)容】
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[0008] 本技術(shù)方案要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種多媒體互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)及教學(xué)方法，提高 了課堂的趣味性，創(chuàng)新了教學(xué)模式，達(dá)到了更好的教學(xué)效果。
[0009] 本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的：
[0010] 一種多媒體互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)，包括：
[0011] 數(shù)據(jù)采集模塊：采集視頻流；其特征在于，還包括：
[0012] 摳像模塊：對(duì)采集到的視頻流進(jìn)行處理，將感興趣的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)提取出來(lái)，獲取前景 圖像；
[0013] 影像合成模塊：將獲取的前景圖像用異形窗口的形式在所有窗口的最前端實(shí)時(shí)顯 示；
[0014] 影像傳輸及實(shí)時(shí)顯示模塊：將教師機(jī)上的含有合成影像的異形窗口通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí) 傳輸?shù)綄W(xué)生機(jī)并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。
[0015] -種多媒體互動(dòng)教學(xué)方法，包括：
[0016] (1)利用攝像頭進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取視頻流；
[0017] 還包括如下步驟：
[0018] (2)對(duì)采集的視頻流進(jìn)行處理，將感興趣的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)提取出來(lái)，獲取前景圖像；
[0019] (3)將獲取的前景圖像用異形窗口的形式在所有窗口的最前端實(shí)時(shí)顯示；
[0020] (4)將教師機(jī)上的含有合成影像的異形窗口通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綄W(xué)生機(jī)并進(jìn)行實(shí) 時(shí)顯示。
[0021] 作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述步驟（2)包括如下步驟：
[0022] (2. 1)從視頻流中選取一張無(wú)人和運(yùn)動(dòng)物體的圖像作為背景圖像；
[0023] (2. 2)選擇混合顏色空間中的不同顏色通道；
[0024] (2. 3)獲取攝像頭當(dāng)前幀圖像，根據(jù)步驟（2. 2)選擇的顏色通道，分離出當(dāng)前幀圖 像和步驟（2. 1)中獲取的背景圖像中相對(duì)應(yīng)的各顏色通道；
[0025] (2. 4)當(dāng)前幀圖像進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，判斷是否為所要檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，若為檢測(cè)的運(yùn) 動(dòng)目標(biāo)，則提取到該通道的前景，否則提取不到該通道的前景圖像；
[0026] (2. 5)將步驟（2. 4)中獲取的各顏色通道提取的前景圖像進(jìn)行或運(yùn)算，得到效果 較好的前景圖像；
[0027] (2. 6)根據(jù)步驟（2. 5)計(jì)算得到的前景圖像和當(dāng)前幀的彩色圖像進(jìn)行掩碼計(jì)算， 得到彩色的前景圖像；
[0028] (2. 7)重復(fù)步驟（2. 3)-(2. 6)，得到實(shí)時(shí)的前景圖像，以視頻流的形式輸出。
[0029] 作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述步驟（2. 3)包括如下步驟：
[0030] 設(shè)定L(x，y)為當(dāng)前幀圖像在某一顏色通道上的像素灰度值，設(shè)定B(x，y)為背景 圖像在某一顏色通道上的像素灰度值，設(shè)定d為前景圖像在某一顏色通道上的像素灰度 值，DB(x，y)為前景圖像二值化以后的像素灰度值，T為設(shè)定的閥值，有：

【權(quán)利要求】
1. 一種多媒體互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)，包括： 數(shù)據(jù)采集模塊：采集視頻流；其特征在于，還包括： 摳像模塊：對(duì)采集到的視頻流進(jìn)行處理，將感興趣的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)提取出來(lái)，獲取前景圖 像； 影像合成模塊：將獲取的前景圖像用異形窗口的形式在所有窗口的最前端實(shí)時(shí)顯示； 影像傳輸及實(shí)時(shí)顯示模塊：將教師機(jī)上的含有合成影像的異形窗口通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸 到學(xué)生機(jī)并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。
2. -種多媒體互動(dòng)教學(xué)方法，包括： (1) 利用攝像頭進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取視頻流； 還包括如下步驟： (2) 對(duì)采集的視頻流進(jìn)行處理，將感興趣的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)提取出來(lái)，獲取前景圖像； (3) 將獲取的前景圖像用異形窗口的形式在所有窗口的最前端實(shí)時(shí)顯示； (4) 將教師機(jī)上的含有合成影像的異形窗口通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綄W(xué)生機(jī)并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯 不O
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多媒體互動(dòng)教學(xué)方法，其特征在于，所述步驟（2)包括如下步 驟： (2. 1)從視頻流中選取一張無(wú)人和運(yùn)動(dòng)物體的圖像作為背景圖像； (2. 2)選擇混合顏色空間中的不同顏色通道； (2.3)獲取攝像頭當(dāng)前幀圖像，根據(jù)步驟（2.2)選擇的顏色通道，分離出當(dāng)前幀圖像和 步驟（2. 1)中獲取的背景圖像中相對(duì)應(yīng)的各顏色通道； (2. 4)當(dāng)前幀圖像進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，判斷是否為所要檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，若為檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)目 標(biāo)，則提取到該通道的前景，否則提取不到該通道的前景圖像； (2.5) 將步驟（2.4)中獲取的各顏色通道提取的前景圖像進(jìn)行或運(yùn)算，得到效果較好 的前景圖像； (2.6) 根據(jù)步驟（2.5)計(jì)算得到的前景圖像和當(dāng)前幀的彩色圖像進(jìn)行掩碼計(jì)算，得到 彩色的前景圖像； (2. 7)重復(fù)步驟（2. 3)-(2. 6)，得到實(shí)時(shí)的前景圖像，以視頻流的形式輸出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多媒體互動(dòng)教學(xué)方法，其特征在于，所述步驟（2. 3)包括如下 步驟： 設(shè)定L(x，y)為當(dāng)前幀圖像在某一顏色通道上的像素灰度值，設(shè)定B(x，y)為背景圖 像在某一顏色通道上的像素灰度值，設(shè)定d為前景圖像在某一顏色通道上的像素灰度值， DB(x，y)為前景圖像二值化以后的像素灰度值，T為設(shè)定的閥值，有：
若d> =T，則判定為需要檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，可以提取到該通道的前景圖像， 若d〈T，則提取不到該通道的前景圖像。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多媒體互動(dòng)教學(xué)方法，其特征在于，所述步驟（3)包括如下步 驟： (3· 1)創(chuàng)建主控窗口； (3.2) 主控窗口控制創(chuàng)建異形窗口； (3.3) 以異形窗口的形式實(shí)時(shí)顯示前景圖像。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多媒體互動(dòng)教學(xué)方法，其特征在于，所述步驟（3. 1)包括如下 步驟： (3.I. 1)設(shè)置主控窗口大小及風(fēng)格； (3. 1.2)設(shè)置主控窗口功能模塊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多媒體互動(dòng)教學(xué)方法，其特征在于，所述步驟（3. 2)包括如下 步驟： (3.2. 1)異形窗口實(shí)時(shí)獲取彩色的前景圖像，作為異形窗口的背景位圖； (3. 2. 2)檢查背景位圖的像素顏色，進(jìn)行透明區(qū)域處理，當(dāng)某一區(qū)域像素顏色屬于事先 設(shè)定的透明區(qū)范圍時(shí)，將此區(qū)域設(shè)定為透明區(qū)域，并從完整的區(qū)域中剪裁掉； (3. 2. 3)透明區(qū)域裁剪結(jié)束，完整的前景人物圖像以異形窗口的形式實(shí)時(shí)顯示。
【文檔編號(hào)】H04N5/272GK104469089SQ201410814272
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】陳清奎 申請(qǐng)人:山東建筑大學(xué)