本发明涉及计算机视觉领域，具体是一种基于知识传递节奏的注意力监测与评估方法。
背景技术：
1、课堂注意力监测与评估辅助培训者了解被培训者在培训过程中的专注程度，有助于及时调整培训方案以提高培训效果。但目前，对于注意力的监测主要是通过使用可穿戴设备、眼动仪和脑电图等设备来实现的，例如：使用脑电图(eeg)记录大脑活动、眼动仪测量注视位置和眼动轨迹，以及行为任务的完成情况等指标来推断注意力水平，实现对注意力的评估。
2、由于上述的评估方法需要依靠可穿戴设备对每个培训人员进行监测，对于群体性注意力监测的话，其研究成本太高，且可穿戴设备可能会影响正常培训期间的体验，反而造成注意的力分散，影响到实验数据的准确性；基于此，本发明旨在提供一种成本低，且能够准确反应培训课堂整体注意力变化的注意力监测与评估方法。
技术实现思路
1、为了弥补现有技术问题的不足，本发明的目的在于提供一种基于知识传递节奏的注意力监测与评估方法，其通过多个摄像头完成对数据的采集，通过节奏谱的构建刻画出被培训人员在注意力集中状态下的姿态，结合图像识别技术获得整体注意力的变化情况。相较于穿戴设备方式监测，本发明这种方式成本低，摄像头对被培训人员的影响很小(几乎可以忽略)，因此获得的数据上更符合正常培训的水平。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种基于知识传递节奏的注意力监测与评估方法，包括以下步骤：
4、(1)利用相机对培训人员以及被培训人员在整个培训学习过程中的表现进行视频数据的采集；
5、(2)对视频数据进行预处理，确保被培训人员视频与培训人员视频完全对齐，且包含了整节课程的讲授点；
6、(3)对预处理后的视频每一帧中培训人员、被培训人员进行人脸关键位识别，根据识别出的人脸关键位的空间关系判断出培训人员、被培训人员的头部姿态；
7、(4)以期望被培训人员根据培训人员头姿态所展现的头部姿态为依据，构建节奏谱，用于评估被培训人员的注意力状况；
8、(5)判断被培训人员与培训人员的姿态之间相对关系是否匹配于节奏谱设定，并利用注意力集中率绘制出课堂注意力变化曲线。
9、本发明步骤(1)中视频数据采集过程中，利用多台相机对培训场地进行分区采集，确保录制过程不造成脸部遮挡。
10、本发明培训人员的头部姿态包括低头、正视前方、侧身朝向多媒体；所述被培训人员的头部姿态包括注视培训人员，注视多媒体区域，其它走神姿态。
11、本发明识别培训人员头部姿态具体如下：先以培训人员正视前方状态下的低头角度为基准区间；其次，通过图像识别技术获取下巴和鼻子的关键点坐标信息，计算下巴和鼻子之间的垂直距离绝对值，以及下巴和鼻子之间的水平距离绝对值；最后，利用反正切函数计算培训人员当前的低头角度；当低头角度在基准区间内，认定培训人员处于正视前方状态；当低头角度不在基准区间内，认定其处理低头状态；如果无法识别出培训人员的人脸所有关键点，认定其属于侧身朝向多媒体状态。
12、本发明识别被培训人员头部姿态具体如下：首先，选取被培训人员注视培训人员或多媒体的任意一个状态作为基准状态，确定基准状态下各被培训人员脸部关键点中线位置的水平坐标与下巴关键点的横坐标的差值绝对值阈值范围；其次，对被各培训人员进行面部识别，获取其面部关键点的坐标，并计算出各被培训人员脸部关键点中线位置的水平坐标与下巴关键点的横坐标的差值绝对值；最后，对于面部关键点无法全部识别到的，视为其它走神状态；当差值绝对值处于基准状态阈值范围内，即处于准状态；当差值绝对值不在基准状态阈值范围内时，即处于另一个状态。
13、本发明在姿态识别过程中，将培训人员帧状态数据转化为对应的秒状态数据，将每秒的帧数作为一个小组数进行分组，将当前帧状态组中出现次数最多的状态值，代表培训人员当前秒的状态。
14、本发明中节奏谱中培训人员期望被培训人员注意力跟随的区域分布，外化表现为被培训人员头部姿态与培训人员头部姿态对应关系：当培训人员低头状态时，需要被培训人员把注意力集中于多媒体区域，表现为被培训人员头部姿态朝向多媒体区域；当培训人员为正视前方，被培训人员将注意力集中于培训人员区域，表现为被培训人员头部姿态朝向培训人员；当培训人员为侧身朝向多媒体，讲解多媒体上的内容时，需要被培训人员注意力集中于多媒体区域，表现为被培训人员头部姿态朝向多媒体区域。
15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16、1、本发明利用人脸检测和头部姿态识别分别获取培训者以及被培训者的状态，并利用构建的节奏谱判断出被培训者注意力集中率，操作起来简单、方便。
17、2、本发明将培训人员帧状态数据转化为对应的秒状态数据，将当前帧状态组中出现次数最多的状态值代表培训人员当前秒的状态，在一定程度上减少帧状态识别的偶然性，对培训人员的状态识别更加准确，且更符合实际研究需要。
1.一种基于知识传递节奏的注意力监测与评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于知识传递节奏的注意力监测与评估方法，其特征在于，步骤(1)中视频数据采集过程中，利用多台相机对培训场地进行分区采集，确保录制过程不造成脸部遮挡。
3.根据权利要求1所述基于知识传递节奏的注意力监测与评估方法，其特征在于，所述培训人员的头部姿态包括低头、正视前方、朝向多媒体；所述被培训人员的头部姿态包括朝向培训人员，朝向多媒体区域，其它走神姿态。
4.根据权利要求3所述基于知识传递节奏的注意力监测与评估方法，其特征在于，识别培训人员头部姿态具体如下：
5.根据权利要求3所述基于知识传递节奏的注意力监测与评估方法，其特征在于，识别被培训人员头部姿态具体如下：
6.根据权利要求3所述基于知识传递节奏的注意力监测与评估方法，其特征在于，在姿态识别过程中，将培训人员帧状态数据转化为对应的秒状态数据，将每秒的帧数作为一个小组数进行分组，将当前帧状态组中出现次数最多的状态值，代表培训人员当前秒的状态。
7.根据权利要求3所述基于知识传递节奏的注意力监测与评估方法，其特征在于，所述节奏谱中培训人员期望被培训人员注意力跟随的区域分布，外化表现为被培训人员头部姿态与培训人员头部姿态对应关系：当培训人员低头状态时，需要被培训人员把注意力集中于多媒体区域，表现为被培训人员头部姿态朝向多媒体区域；当培训人员为正视前方，被培训人员将注意力集中于培训人员区域，表现为被培训人员头部姿态朝向培训人员；当培训人员为侧身朝向多媒体，讲解多媒体上的内容时，需要被培训人员注意力集中于多媒体区域，表现为被培训人员头部姿态朝向多媒体区域。
