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CN107657852B - 基于人脸识别的幼儿教学机器人、教学系统、存储介质 - Google Patents

基于人脸识别的幼儿教学机器人、教学系统、存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于人脸识别的幼儿教学机器人、教学系统、存储介质，该可读存储介质存储有计算机程序，该程序可在处理器上执行。本发明提供的幼儿教学系统包括有机器人可佩带在教学者身上的位置信号发送装置，机器人能够接收教学者位置的位置信号并据此调节第二摄像头拍摄教学者的人脸图像信号，并根据教学者人脸图像信号来做出与交互者的交互反馈，在交互反馈时既考虑交互者的情况，也考虑教学的指引，从而让教学者能够轻松并且更为深入的介入到交互者与机器人的交互，进而改善教学效果。

Description

基于人脸识别的幼儿教学机器人、教学系统、存储介质
技术领域
本发明涉及幼儿教学领域，尤其涉及基于人脸识别的幼儿教学机器人、幼儿教学系统及教学交互方法，计算机可读存储介质，该可读存储介质存储有计算机程序，该程序可在处理器上执行。
背景技术
随着智能技术的兴起，在幼儿教育环节引入智能机器人的做法得到越来越多的推广。目前在幼儿教育环节，较为热门的是基于人脸识别的智能机器人的应用，由于该类机器人能够识别儿童的人脸，并根据儿童的人脸状态变化而判断出儿童的情绪变化，进而做出对应的交互反馈。因此其更加能够更好的引导儿童，从而达到更好的教学效果。
然而，目前该类智能机器人仍然只是考虑机器人与儿童之间的交互，没有考虑机器人、儿童和与老师三者之间的交互。但是在课堂上，老师仍然是课堂节奏的控制者，并且对各个儿童的情况有更为深入的了解，能够作出更为人性化的判断。所以如果在课堂上，机器人与儿童的交互缺乏老师的介入，则该机器人与学生的交互会缺乏人性化，难以做到真正的因材施教，并且还会影响老师的教学节奏。
因此，必须增加老师介入智能机器人与学生的交互，必须增加教师的手段，目前，部分智能机器人会增加遥控功能，老师通过遥控器来控制机器人，从而让老师也能够介入智能机器人与学生的交互。但是，由于遥控器的功能有限，因此这种介入难以达到较深的层次，并且给老师带了更多的复杂操作，影响老师教学的专注度。
发明内容
本发明的目的是让教学者能够轻松并且更为深入的介入到交互者与机器人的交互，进而改善教学效果。
本发明提供基于人脸识别的幼儿教学机器人，包括：用于接收教学者位置的位置信号接收装置、用于获取当前交互者的交互者人脸图像信号的第一摄像头和用于获取教学者人脸图像信号的第二摄像头，所述第二摄像头经旋转装置装设于该教学机器人的顶部，该教学机器人还包括主控制器，所述主控制器根据位置信号接收装置接收到的教学者的位置信息来控制所述旋转装置旋转，以使所述第二摄像头对准教学者并获取教学者的教学者人脸图像信号，所述主控制器还根据交互者人脸图像信号和教学者人脸图像信号做出交互反馈。
其中，还包括机器人本体，所述机器人本体的正面设置有显示装置，所述第一摄像头设置于机器人本体的正面。
其中，还包括声纹识别装置，所述主控制器根据所述声纹识别装置所获取的声纹信息和所述交互者人脸图像信号来判断当前交互者的身份。
其中，还包括自行走装置，所述主控制器根据预设的自行走策略和教学者的位置信息来控制所述自行走装置行走至预设位置。
本发明还提供基于人脸识别的幼儿教学系统，其特征在于，包括可佩带在教学者身上的位置信号发送装置和上述的幼儿教学机器人，所述位置信号接收装置接收所述位置信号发送装置发送的位置信号。
本发明还提供基于人脸识别的幼儿教学交互方法，其特征在于包括：
交互者识别步骤：获取当前交互者的交互者人脸图像信号；
教学者识别步骤：获取教学者的位置信息，根据教学者的位置信息调整摄像头位置，从而获取教学者的教学者人脸图像信号；
交互反馈步骤：根据交互者人脸图像信号判断交互者当前的情绪状态，根据教学者人脸图像信号判断教学者的指引意图，根据所述情绪状态和所述指引意图生成下一次反馈的交互反馈策略，并根据所述交互反馈策略执行相应的交互反馈。
其中，所述交互反馈步骤包括情绪状态判断步骤：获取当前交互者的预存图像集，从预存图像集中选中与交互者人脸图像信号最为接近的图像模型，根据该图像模型所预设的情绪属性来判断当前交互者的情绪状态。
其中，所述交互反馈步骤包括指引意图判断步骤：获取预存的教学者的指引图像集，从指引图像集中选中与教学者人脸图像信号最为接近的图像模型，根据该图像模型所预设的指引意图属性来判断教学者的指引意图。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，执行上述的基于人脸识别的幼儿教学交互方法。
本发明的有益效果为：本发明提供的幼儿教学系统包括有机器人可佩带在教学者身上的位置信号发送装置，机器人能够接收教学者位置的位置信号并据此调节第二摄像头拍摄教学者的人脸图像信号，并根据教学者人脸图像信号来做出与交互者的交互反馈，在交互反馈时既考虑交互者的情况，也考虑教学的指引，从而让教学者能够轻松并且更为深入的介入到交互者与机器人的交互，进而改善教学效果。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明基于人脸识别的幼儿教学系统的电路原理框图。
在图1中包括：1——主控制器，2——第一摄像头，3——第二摄像头，4——旋转装置，5——位置信号发送装置，6——位置信号接收装置，7——声纹识别装置，8——自行走装置。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明基于人脸识别的幼儿教学系统包括幼儿教学机器人和可佩带在教学者身上的位置信号发送装置5，其中，幼儿教学机器人包括主控制器1、用于接收教学者位置的位置信号接收装置6、用于获取当前交互者的交互者人脸图像信号的第一摄像头2、旋转装置4和用于获取教学者人脸图像信号的第二摄像头3，第二摄像头3经旋转装置4装设于该教学机器人的顶部。
在课堂上，由于老师（即教学者）在授课过程中需要不断走动，因此老师把位置信号发送装置5佩带在身上，该位置信号发送装置5实时或间歇的检测该老师的位置信号，并把该位置信号发送到位置信号接收装置6，该位置信号接收装置6把所接收的位置信号发送至主控制器1，为了使第二摄像头3能够实时清楚拍摄到该老师的面部表情（即教学者人脸图像信号），主控制器1根据该位置信息来控制旋转装置4旋转，以使第二摄像头3对准该老师并获取该老师的教学者人脸图像信号，主控制器1根据所获取的教学者人脸图像信号判断老师的指引意图。为了能更加精确的判断老师的指引意图，主控制器1预先存有该老师的指引图像集，该指引图像集为该老师在表示不同指引属性时所做出的不同面部表情的集合，即每个不同指引属性都有不同的面部表情一一对应。由于各幼儿（即交互者）一般都是坐在固定座位的，把教学机器人放置在讲台边上，教学机器人的正面朝向幼儿，教学机器人本体的正面设置有供幼儿观看的显示装置，为了能清楚拍摄到该教学机器人所交互的幼儿的人脸图像信号，第一摄像头2安装在显示装置的上方，这样第一摄像头2就清楚拍摄到各幼儿的面部表情（即交互者人脸图像信号）。第一摄像头2把所拍摄到的幼儿人脸图像信号发送至主控制器1，主控制器1根据该幼儿人脸图像信号来判断幼儿的当前情绪状态。为了更加精准的判断幼儿的当前情绪状态，主控制器1预先存有各幼儿的预存图像集，该预存图像集为各幼儿在不同情绪状态（即情绪属性）下所表现的各种不同图像模型的集合。
在上课交互时，教学机器人面朝各幼儿，第一摄像头2把实时拍摄到的幼儿的面部表情（即交互者人脸图像信号）发送至主控制器1，主控制器1据此从上述预存图像集中选中与交互者人脸图像信号最为接近的图像模型，根据该图像模型所预设的情绪属性来判断当前交互者的情绪状态；由于第一摄像头2拍摄有多个幼儿，为了更加精确识别当前交互的幼儿，教学机器人设有可识别人物声音的声纹识别装置7，声纹识别装置7把获取的声纹信息发送至主控制器1，主控制器1根据该声纹信息和该交互者人脸图像信号来判断当前幼儿的身份。第二摄像头3把实时拍摄到的老师的面部表情（即教学者人脸图像信号）发送至主控制器1，主控制器1据此从上述的指引图像集中选中与教学者人脸图像信号最为接近的图像模型，根据该图像模型所预设的指引意图属性来判断教学者的指引意图；主控制器1根据交互者当前的情绪状态和教学者的指引意图，根据该情绪状态和该指引意图生成下一次反馈的交互反馈策略，并根据该交互反馈策略执行相应的交互反馈。主控制器1根据交互者人脸图像信号和教学者人脸图像信号做出交互反馈，在交互反馈时既考虑幼儿的情况，也考虑老师的指引，从而让老师能够轻松并且更为深入的介入到交互者与机器人的交互，进而改善教学效果。
由于老师在交互的过程中可能会不断移动位置，为了增加交互趣味，教学机器人还设有自行走装置8，主控制器1根据预设的自行走策略和教学者的位置信息来控制该自行走装置8行走至预设位置。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.基于人脸识别的幼儿教学机器人，其特征在于，包括：用于接收教学者位置的位置信号接收装置、用于获取当前交互者的交互者人脸图像信号的第一摄像头和用于获取教学者人脸图像信号的第二摄像头，所述第二摄像头经旋转装置装设于该教学机器人的顶部，该教学机器人还包括主控制器，所述主控制器根据位置信号接收装置所接收到的教学者的位置信息来控制所述旋转装置旋转，以使所述第二摄像头对准教学者并获取教学者的教学者人脸图像信号，所述主控制器还根据交互者人脸图像信号和教学者人脸图像信号做出交互反馈；
其中，所述交互反馈包括情绪状态判断和指引意图判断，所述情绪状态判断步骤：获取当前交互者的预存图像集，从预存图像集中选中与交互者人脸图像信号最为接近的图像模型，根据该图像模型所预设的情绪属性来判断当前交互者的情绪状态；所述指引意图判断步骤：获取预存的教学者的指引图像集，从指引图像集中选中与教学者人脸图像信号最为接近的图像模型，根据该图像模型所预设的指引意图属性来判断教学者的指引意图。
2.如权利要求1所述的基于人脸识别的幼儿教学机器人，其特征在于，还包括机器人本体，所述机器人本体的正面设置有显示装置，所述第一摄像头设置于机器人本体的正面。
3.如权利要求1所述的基于人脸识别的幼儿教学机器人，其特征在于，还包括声纹识别装置，所述主控制器根据所述声纹识别装置所获取的声纹信息和所述交互者人脸图像信号来判断当前交互者的身份。
4.如权利要求1所述的基于人脸识别的幼儿教学机器人，其特征在于,还包括自行走装置，所述主控制器根据预设的自行走策略和教学者的位置信息来控制所述自行走装置行走至预设位置。
5.基于人脸识别的幼儿教学系统，其特征在于，包括可佩带在教学者身上的位置信号发送装置和如权利要求1-4中任意一项所述的幼儿教学机器人，所述位置信号接收装置接收所述位置信号发送装置发送的位置信号。
6.基于人脸识别的幼儿教学交互方法，其特征在于,包括：
交互者识别步骤：获取当前交互者的交互者人脸图像信号；
教学者识别步骤：获取教学者的位置信息，根据教学者的位置信息调整摄像头位置，从而获取教学者的教学者人脸图像信号；
交互反馈步骤：根据交互者人脸图像信号判断交互者当前的情绪状态，根据教学者人脸图像信号判断教学者的指引意图，根据所述情绪状态和所述指引意图生成下一次反馈的交互反馈策略，并根据所述交互反馈策略执行相应的交互反馈；
所述交互反馈步骤包括情绪状态判断步骤：获取当前交互者的预存图像集，从预存图像集中选中与交互者人脸图像信号最为接近的图像模型，根据该图像模型所预设的情绪属性来判断当前交互者的情绪状态；
所述交互反馈步骤包括指引意图判断步骤：获取预存的教学者的指引图像集，从指引图像集中选中与教学者人脸图像信号最为接近的图像模型，根据该图像模型所预设的指引意图属性来判断教学者的指引意图。
7.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于,该计算机程序被处理器执行时，执行权利要求6所述的基于人脸识别的幼儿教学交互方法。
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