用于多媒体教学的动态投影控制方法与系统与流程

1.本发明涉及多媒体教学的技术领域，特别涉及用于多媒体教学的动态投影控制方法与系统。


背景技术：

2.多媒体教学通常是利用通过动态投影教学视频的方式来实现声音与图像的互动教学。由于教室中存在众多学生，并且每个学生所处的座位位置并不相同，若将教学视频投影在固定位置会导致处于教室边缘角落位置的学生无法观看到完整的教学视频。可见，为了保证教室中的所有学生无论处于教室何处都能够观看到完成的教学视频，需要根据教室中学生的实时位置分布进行教学视频投影位置的动态调整，从而提高多媒体教学的教学质量。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的缺陷，本发明提供用于多媒体教学的动态投影控制方法与系统，其包括拍摄教室内部的场景影像，分析场景图像，以确定教室内部的座位分布；再根据座位分布，确定每个座位上学生的存在状态和学生的头部姿势；根据学生的存在状态和学生的头部姿势，确定教室内部所有学生整体相对于投影屏幕的整体观看视角范围；根据整体观看视角范围，确定在投影屏幕上投影教学视频对应的投影区域范围，其中，当教学视频投影在投影区域范围内时，所有学生均能够观看到完整的、无影像缺失的教学视频；根据投影区域范围，调整投影机中投影镜头的投影参数，从而使投影镜头能够在投影区域范围的居中区域投影教学视频；可见，该用于多媒体教学的动态投影控制方法与系统通过拍摄与分析教室内部的场景影像，得到教室内部的座位分布，继而确定上是否存在学生以及学生的头部朝向姿势，以此确定所有学生相对于投影屏幕的整体观看视角范围，再确定在投影屏幕上投影教学视频对应的投影区域范围，最后调整投影的投影参数，以使投影机能够在投影区域范围的居中区域投影教学视频，这样能够保证投影机根据教室中学生分布的位置实时调整在投影屏幕上的教学视频投影位置，从而确保每个学生均能够观看到完成的教学视频和提高多媒体教学的视频投影灵活性与可靠性。
4.本发明提供用于多媒体教学的动态投影控制方法，其特征在于，其包括如下步骤：
5.步骤s1，拍摄教室内部的场景影像，分析所述场景图像，以确定教室内部的座位分布；再根据所述座位分布，确定每个座位上学生的存在状态和学生的头部姿势；
6.步骤s2，根据学生的存在状态和学生的头部姿势，确定教室内部所有学生整体相对于投影屏幕的整体观看视角范围；
7.步骤s3，根据所述整体观看视角范围，确定在投影屏幕上投影教学视频对应的投影区域范围，其中，当教学视频投影在所述投影区域范围内时，所有学生均能够观看到完整的、无影像缺失的教学视频；根据所述投影区域范围，调整投影机中投影镜头的投影参数，从而使投影镜头能够在所述投影区域范围的居中区域投影教学视频；
8.进一步，在所述步骤s1中，拍摄教室内部的场景影像，分析所述场景图像，以确定教室内部的座位分布；再根据所述座位分布，确定每个座位上学生的存在状态和学生的头部姿势具体包括：
9.步骤s101，对教室内部进行扫描拍摄，从而得到教室内部对应的360度全景场景影像；再对所述360度全景场景影像进行卡尔曼滤波处理，从而去除所述360度全景场景影像的背景噪声；
10.步骤s102，对所述360度全景场景影像进行灰度化处理，并从灰度化的360度全景场景影像中识别得到教室内部的座椅轮廓信息；再根据所述座椅轮廓信息，确定教室内部中每个座位的分布位置；
11.步骤s103，根据每个座位的分布位置，从所述360度全景场景影像中提取得到与每个座位所在位置相对应的子影像；再对所述子影像进行人脸识别处理，从而确定每个座位上是否存在学生、以及当座位上存在学生时，对应学生的头部上下左右朝向姿势；
12.进一步，在所述步骤s102中，从灰度化的360度全景场景影像中识别得到教室内部的座椅轮廓信息；再根据所述座椅轮廓信息，确定教室内部中每个座位的分布位置具体包括：
13.将灰度化的360度全景场景影像按照场景前方、场景后方、场景左方和场景右方四个方向进行划分，从而获得若干场景前方子图像、若干场景后方子图像、若干场景左方子图像和若干场景右方子图像，并利用下面公式(1)，对每个场景方向对应的每个子图像进行第一筛选处理，
[0014][0015]
在上述公式(1)中，s表示对每个子图像进行座椅实际数据识别的结果值，s1表示识别每个子图像中包括的座椅实际数量，a表示预设座椅数量值；
[0016]
当s＝1时，保留对应的子图像；当s＝0时，删除对应的子图像；
[0017]
再利用下面公式(2)，确定保留下来的每个子图像的图像像素清晰度有效值，
[0018][0019]
在上述公式(2)中，y表示保留下来的每个子图像的图像像素清晰度有效值，m表示保留下来的每个子图像包含的像素点总数量，δ
j
表示保留下来的每个子图像中第j个像素点的灰度值，β
j
表示保留下来的每个子图像中第j个像素点的亮度值，h表示保留下来的每个子图像中像素点颜色类型的总数量，g
f
表示保留下来的每个子图像中属于第f个像素点颜色类型对应的像素点的总数量；
[0020]
将每个场景方向保留下来的所有子图像中具有最大图像像素清晰度有效值的子图像，作为每个场景方向对应最佳子图像；
[0021]
将每个场景方向对应的最佳子图像与预设座椅分布标准图像进行轮廓重叠处理，其中预设座椅分布标准图像为包括若干行座椅和若干列座椅共同组成的座椅阵列的图像、并且预设座椅分布标准图像中每两个相邻的座椅之间的间距是相同的；
[0022]
当经过轮廓重叠处理后，若最佳子图像中的某一个座椅与预设座椅分布标准图像
中的某一个座椅之间轮廓完全重叠，则将最佳子图像中对应的座椅标记为第一类型座椅；若轮廓没有完全重叠，则将最佳子图像中对应的座椅标记为第二类型座椅；
[0023]
在每个场景方向对应的最佳子图像中，识别第一类型座椅的座椅边界；再根据所述座椅边界，确定第一类型座椅在最佳子图像中的几何中心，并将几何中心在地面上的投影点位置作为第一类型座椅的分布位置；
[0024]
利用下面公式(3)，确定每个场景方向对应的最佳子图像中第二类型座椅与预设座椅分布标准图像中对应座椅之间的边缘轮廓错位偏移值d，
[0025][0026]
在上述公式(3)中，m1表示第二类型座椅在最佳子图像中的边缘轮廓包含的边缘像素点数量和预设座椅分布标准图像中与第二类型座椅对应座椅在预设座椅分布标准图像中的边缘轮廓包含的边缘像素点数量、且两者的边缘像素点一一对应以及位于相同的坐标系中，(x
0i
,y
0i
)表示预设座椅分布标准图像中与第二类型座椅对应座椅的坐标，(x
1i
,y
1i
)表示第二类型座椅的坐标，δ(x
0i
‑
x
1i
)
max
表示预设座椅分布标准图像中与第二类型座椅对应座椅与第二类型座椅之间边缘像素点的横向坐标的最大坐标偏差值；
[0027]
确定预设座椅分布标准图像中与第二类型座椅对应座椅的标准分布位置坐标，再将所述标准分布位置坐标加上所述边缘轮廓错位偏移值d，从而得到第二类型座椅的分布位置；
[0028]
进一步，在所述步骤s2中，根据学生的存在状态和学生的头部姿势，确定教室内部所有学生整体相对于投影屏幕的整体观看视角范围具体包括：
[0029]
步骤s201，从360度全景场景影像中识别所有座位中处于最外围的座位；
[0030]
步骤s202，确定每个处于最外围的座位上是否存在学生，若不存在，则将对应的座位标记为无人座位，若存在，则将对应的座位标记为有人座位；
[0031]
步骤s203，根据每个有人座位上学生的头部上下左右朝向姿势，确定每个有人座位上学生的观看视角范围；再将所有有人座位上学生的观看视角范围叠加后的总观看视角范围作为教室内部所有学生整体相对于投影屏幕的整体观看视角范围；
[0032]
进一步，在所述步骤s3中，根据所述整体观看视角范围，确定在投影屏幕上投影教学视频对应的投影区域范围，其中，当教学视频投影在所述投影区域范围内时，所有学生均能够观看到完整的、无影像缺失的教学视频；根据所述投影区域范围，调整投影机中投影镜头的投影参数，从而使投影镜头能够在所述投影区域范围的居中区域投影教学视频具体包括：
[0033]
步骤s301，将所述整体观看视角范围对应的视角边界垂直投射到投影屏幕上，从而将投影得到的区域范围作为投影教学视频在投影屏幕上的投影区域范围；
[0034]
步骤s302，采集投影机与地面之间的高度和投影机与投影屏幕之间的水平距离，并结合投影机中投影镜头的投影焦距范围，确定投影机在投影屏幕上的最大投影面积；
[0035]
步骤s303，将所述最大投影面积与所述投影区域范围的面积进行比对，若所述最
大投影面积小于或者等于所述投影区域范围的面积，则调整投影镜头的上下左右朝向，从而使投影镜头能够在所述投影区域范围的居中区域投影教学视频；若所述最大投影面积大于所述投影区域范围的面积，则减小投影镜头的影像放大倍数以及调整投影镜头的上下左右朝向，从而使投影镜头能够在所述投影区域范围的居中区域投影教学视频。
[0036]
本发明还提供用于多媒体教学的动态投影控制系统，其特征在于，其包括教室场景影像采集与分析模块、学生整体观看视角范围确定模块、教学视频投影区域范围确定模块和投影机调整模块；其中，
[0037]
所述教室场景影像采集与分析模块用于拍摄教室内部的场景影像，分析所述场景图像，以确定教室内部的座位分布；再根据所述座位分布，确定每个座位上学生的存在状态和学生的头部姿势；
[0038]
所述学生整体观看视角范围确定模块用于根据学生的存在状态和学生的头部姿势，确定教室内部所有学生整体相对于投影屏幕的整体观看视角范围；
[0039]
所述教学视频投影区域范围确定模块用于根据所述整体观看视角范围，确定在投影屏幕上投影教学视频对应的投影区域范围，其中，当教学视频投影在所述投影区域范围内时，所有学生均能够观看到完整的、无影像缺失的教学视频；
[0040]
所述投影机调整模块用于根据所述投影区域范围，调整投影机中投影镜头的投影参数，从而使投影镜头能够在所述投影区域范围的居中区域投影教学视频；
[0041]
进一步，所述教室场景影像采集与分析模块用于拍摄教室内部的场景影像，分析所述场景图像，以确定教室内部的座位分布；再根据所述座位分布，确定每个座位上学生的存在状态和学生的头部姿势具体包括：
[0042]
对教室内部进行扫描拍摄，从而得到教室内部对应的360度全景场景影像；再对所述360度全景场景影像进行卡尔曼滤波处理，从而去除所述360度全景场景影像的背景噪声；
[0043]
对所述360度全景场景影像进行灰度化处理，并从灰度化的360度全景场景影像中识别得到教室内部的座椅轮廓信息；再根据所述座椅轮廓信息，确定教室内部中每个座位的分布位置；
[0044]
根据每个座位的分布位置，从所述360度全景场景影像中提取得到与每个座位所在位置相对应的子影像；再对所述子影像进行人脸识别处理，从而确定每个座位上是否存在学生、以及当座位上存在学生时，对应学生的头部上下左右朝向姿势；
[0045]
进一步，所述学生整体观看视角范围确定模块用于根据学生的存在状态和学生的头部姿势，确定教室内部所有学生整体相对于投影屏幕的整体观看视角范围具体包括：
[0046]
从360度全景场景影像中识别所有座位中处于最外围的座位；
[0047]
确定每个处于最外围的座位上是否存在学生，若不存在，则将对应的座位标记为无人座位，若存在，则将对应的座位标记为有人座位；
[0048]
根据每个有人座位上学生的头部上下左右朝向姿势，确定每个有人座位上学生的观看视角范围；再将所有有人座位上学生的观看视角范围叠加后的总观看视角范围作为教室内部所有学生整体相对于投影屏幕的整体观看视角范围；
[0049]
进一步，所述教学视频投影区域范围确定模块用于根据所述整体观看视角范围，确定在投影屏幕上投影教学视频对应的投影区域范围，其中，当教学视频投影在所述投影
区域范围内时，所有学生均能够观看到完整的、无影像缺失的教学视频具体包括：
[0050]
将所述整体观看视角范围对应的视角边界垂直投射到投影屏幕上，从而将投影得到的区域范围作为投影教学视频在投影屏幕上的投影区域范围；
[0051]
以及，
[0052]
所述投影机调整模块用于根据所述投影区域范围，调整投影机中投影镜头的投影参数，从而使投影镜头能够在所述投影区域范围的居中区域投影教学视频具体包括：
[0053]
采集投影机与地面之间的高度和投影机与投影屏幕之间的水平距离，并结合投影机中投影镜头的投影焦距范围，确定投影机在投影屏幕上的最大投影面积；
[0054]
将所述最大投影面积与所述投影区域范围的面积进行比对，若所述最大投影面积小于或者等于所述投影区域范围的面积，则调整投影镜头的上下左右朝向，从而使投影镜头能够在所述投影区域范围的居中区域投影教学视频；若所述最大投影面积大于所述投影区域范围的面积，则减小投影镜头的影像放大倍数以及调整投影镜头的上下左右朝向，从而使投影镜头能够在所述投影区域范围的居中区域投影教学视频。
[0055]
相比于现有技术，该用于多媒体教学的动态投影控制方法与系统包括拍摄教室内部的场景影像，分析场景图像，以确定教室内部的座位分布；再根据座位分布，确定每个座位上学生的存在状态和学生的头部姿势；根据学生的存在状态和学生的头部姿势，确定教室内部所有学生整体相对于投影屏幕的整体观看视角范围；根据整体观看视角范围，确定在投影屏幕上投影教学视频对应的投影区域范围，其中，当教学视频投影在投影区域范围内时，所有学生均能够观看到完整的、无影像缺失的教学视频；根据投影区域范围，调整投影机中投影镜头的投影参数，从而使投影镜头能够在投影区域范围的居中区域投影教学视频；可见，该用于多媒体教学的动态投影控制方法与系统通过拍摄与分析教室内部的场景影像，得到教室内部的座位分布，继而确定上是否存在学生以及学生的头部朝向姿势，以此确定所有学生相对于投影屏幕的整体观看视角范围，再确定在投影屏幕上投影教学视频对应的投影区域范围，最后调整投影的投影参数，以使投影机能够在投影区域范围的居中区域投影教学视频，这样能够保证投影机根据教室中学生分布的位置实时调整在投影屏幕上的教学视频投影位置，从而确保每个学生均能够观看到完成的教学视频和提高多媒体教学的视频投影灵活性与可靠性。
[0056]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0057]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0058]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0059]
图1为本发明提供的用于多媒体教学的动态投影控制方法的流程示意图。
[0060]
图2为本发明提供的用于多媒体教学的动态投影控制系统的结构示意图。
具体实施方式
[0061]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0062]
参阅图1，为本发明实施例提供的用于多媒体教学的动态投影控制方法的流程示意图。该用于多媒体教学的动态投影控制方法包括如下步骤：
[0063]
步骤s1，拍摄教室内部的场景影像，分析该场景图像，以确定教室内部的座位分布；再根据该座位分布，确定每个座位上学生的存在状态和学生的头部姿势；
[0064]
步骤s2，根据学生的存在状态和学生的头部姿势，确定教室内部所有学生整体相对于投影屏幕的整体观看视角范围；
[0065]
步骤s3，根据该整体观看视角范围，确定在投影屏幕上投影教学视频对应的投影区域范围，其中，当教学视频投影在该投影区域范围内时，所有学生均能够观看到完整的、无影像缺失的教学视频；根据该投影区域范围，调整投影机中投影镜头的投影参数，从而使投影镜头能够在该投影区域范围的居中区域投影教学视频。
[0066]
上述技术方案的有益效果为：该用于多媒体教学的动态投影控制方法通过拍摄与分析教室内部的场景影像，得到教室内部的座位分布，继而确定上是否存在学生以及学生的头部朝向姿势，以此确定所有学生相对于投影屏幕的整体观看视角范围，再确定在投影屏幕上投影教学视频对应的投影区域范围，最后调整投影的投影参数，以使投影机能够在投影区域范围的居中区域投影教学视频，这样能够保证投影机根据教室中学生分布的位置实时调整在投影屏幕上的教学视频投影位置，从而确保每个学生均能够观看到完成的教学视频和提高多媒体教学的视频投影灵活性与可靠性。
[0067]
优选地，在该步骤s1中，拍摄教室内部的场景影像，分析该场景图像，以确定教室内部的座位分布；再根据该座位分布，确定每个座位上学生的存在状态和学生的头部姿势具体包括：
[0068]
步骤s101，对教室内部进行扫描拍摄，从而得到教室内部对应的360度全景场景影像；再对该360度全景场景影像进行卡尔曼滤波处理，从而去除该360度全景场景影像的背景噪声；
[0069]
步骤s102，对该360度全景场景影像进行灰度化处理，并从灰度化的360度全景场景影像中识别得到教室内部的座椅轮廓信息；再根据该座椅轮廓信息，确定教室内部中每个座位的分布位置；
[0070]
步骤s103，根据每个座位的分布位置，从该360度全景场景影像中提取得到与每个座位所在位置相对应的子影像；再对该子影像进行人脸识别处理，从而确定每个座位上是否存在学生、以及当座位上存在学生时，对应学生的头部上下左右朝向姿势。
[0071]
上述技术方案的有益效果为：由于教室内部学生通常是坐在相应的座位上进行多媒体教学的，故教室内部座位的分布对应决定学生在教师内部的位置分布。通过对教室内部进行扫描拍摄，以及对拍摄得到的360度全景场景影像进行卡尔曼滤波处理和灰度化处理后，由于座位对应的座椅具有独特的外形轮廓，识别360度全景场景影像的座椅轮廓信能够准确地确定教室内部中每个座位的分布位置。由于360度全景场景影像中包含具有多个
座位的子影像，根据每个座位的分布位置，将该360度全景场景影像对应切割为若干子影像，以使每子影像中只包含唯一一个座位，这样通过对子影像进行人脸识别，从而快速地和准确地确定每个子影像上的座位中是否存在学生以及学生的头部上下左右朝向姿势，这样能够大大降低对子影像进行人脸识别的计算量以及提高对学生的头部朝向的确定准确性和置信度。
[0072]
优选地，在该步骤s102中，从灰度化的360度全景场景影像中识别得到教室内部的座椅轮廓信息；再根据该座椅轮廓信息，确定教室内部中每个座位的分布位置具体包括：
[0073]
将灰度化的360度全景场景影像按照场景前方、场景后方、场景左方和场景右方四个方向进行划分，从而获得若干场景前方子图像、若干场景后方子图像、若干场景左方子图像和若干场景右方子图像，并利用下面公式(1)，对每个场景方向对应的每个子图像进行第一筛选处理，
[0074][0075]
在上述公式(1)中，s表示对每个子图像进行座椅实际数据识别的结果值，s1表示识别每个子图像中包括的座椅实际数量，a表示预设座椅数量值，其中预设座椅数量值可根据实际的教室学生的分布数量进行设定，这里不做具体的限定；
[0076]
当s＝1时，保留对应的子图像；当s＝0时，删除对应的子图像；
[0077]
再利用下面公式(2)，确定保留下来的每个子图像的图像像素清晰度有效值，
[0078][0079]
在上述公式(2)中，y表示保留下来的每个子图像的图像像素清晰度有效值，m表示保留下来的每个子图像包含的像素点总数量，δ
j
表示保留下来的每个子图像中第j个像素点的灰度值，β
j
表示保留下来的每个子图像中第j个像素点的亮度值，h表示保留下来的每个子图像中像素点颜色类型的总数量，g
f
表示保留下来的每个子图像中属于第f个像素点颜色类型对应的像素点的总数量；
[0080]
将每个场景方向保留下来的所有子图像中具有最大图像像素清晰度有效值的子图像，作为每个场景方向对应最佳子图像；
[0081]
将每个场景方向对应的最佳子图像与预设座椅分布标准图像进行轮廓重叠处理，其中预设座椅分布标准图像为包括若干行座椅和若干列座椅共同组成的座椅阵列的图像、并且预设座椅分布标准图像中每两个相邻的座椅之间的间距是相同的；
[0082]
当经过轮廓重叠处理后，若最佳子图像中的某一个座椅与预设座椅分布标准图像中的某一个座椅之间轮廓完全重叠，则将最佳子图像中对应的座椅标记为第一类型座椅；若轮廓没有完全重叠，则将最佳子图像中对应的座椅标记为第二类型座椅；
[0083]
在每个场景方向对应的最佳子图像中，识别第一类型座椅的座椅边界；再根据该座椅边界，确定第一类型座椅在最佳子图像中的几何中心，并将几何中心在地面上的投影点位置作为第一类型座椅的分布位置；
[0084]
利用下面公式(3)，确定每个场景方向对应的最佳子图像中第二类型座椅与预设座椅分布标准图像中对应座椅之间的边缘轮廓错位偏移值d，
[0085][0086]
在上述公式(3)中，m1表示第二类型座椅在最佳子图像中的边缘轮廓包含的边缘像素点数量和预设座椅分布标准图像中与第二类型座椅对应座椅在预设座椅分布标准图像中的边缘轮廓包含的边缘像素点数量、且两者的边缘像素点一一对应以及位于相同的坐标系中，(x
0i
,y
0i
)表示预设座椅分布标准图像中与第二类型座椅对应座椅的坐标，(x
1i
,y
1i
)表示第二类型座椅的坐标，δ(x
0i
‑
x
1i
)
max
表示预设座椅分布标准图像中与第二类型座椅对应座椅与第二类型座椅之间边缘像素点的横向坐标的最大坐标偏差值；
[0087]
确定预设座椅分布标准图像中与第二类型座椅对应座椅的标准分布位置坐标，再将该标准分布位置坐标加上该边缘轮廓错位偏移值d，从而得到第二类型座椅的分布位置。
[0088]
上述技术方案的有益效果为：由于360度全景场景影像的影像细节较多以及影像数据量较大，若直接对360度全景场景影像进行识别分析，很容易发生影像细节遗漏识别的情况，并且较大的影像数据量也会导致识别耗时较长的问题，而按照场景前方、场景后方、场景左方和场景右方四个方向对360度全景场景影像进行划分，这样能够得到若干场景前方子图像、若干场景后方子图像、若干场景左方子图像和若干场景右方子图像，继而对每个场景方向的子图像进行识别分析，从而大大提高子图像的识别分析效率。其次，每个场景方向的若若干子图像拍摄覆盖到的座椅数量并不相同以及每个子图像各自的图像清晰度质量并不相同，通过上述公式(1)，能够从若干子图像中找出包括最多座椅数据的子图像，以及通过上述公式(2)，从像素素灰度、亮度和颜色等多层面上选择最高图像清晰度质量的子图像作为代表相应场景方向的最佳子图像，这样能够保证后续对子图像进行座椅轮廓识别的准确性。最后，由于预设座椅分布标准图像中座椅是按照规则的阵列形式进行排布，通过将预设座椅分布标准图像与最佳子图像进行轮廓重叠处理，能够有效地从最佳子图像中识别出处于规则排布的第一类型座椅和处于非规则排布的第二类型座椅，这样能够有针对性地对不同排布状态的座椅进行分布位置的确定，以此提高分布位置确定的准确性和高效性。还有预设座椅分布标准图像的座椅都是规则排布的，其对应的座椅分布位置也是同样规则的，利用上述公式(3)，确定边缘轮廓错位偏移值，这样经过后续简单的加和处理，即可在不需要进行复杂计算的情况下快速地得到第二类型座椅的分布位置。
[0089]
优选地，在该步骤s2中，根据学生的存在状态和学生的头部姿势，确定教室内部所有学生整体相对于投影屏幕的整体观看视角范围具体包括：
[0090]
步骤s201，从360度全景场景影像中识别所有座位中处于最外围的座位；
[0091]
步骤s202，确定每个处于最外围的座位上是否存在学生，若不存在，则将对应的座位标记为无人座位，若存在，则将对应的座位标记为有人座位；
[0092]
步骤s203，根据每个有人座位上学生的头部上下左右朝向姿势，确定每个有人座位上学生的观看视角范围；再将所有有人座位上学生的观看视角范围叠加后的总观看视角范围作为教室内部所有学生整体相对于投影屏幕的整体观看视角范围。
[0093]
上述技术方案的有益效果为：由于教室内部所有座位中处于最外围的座位都是更
加接近教室的角落区域，这使得位于最外围座位上的学生观看投影的教学视频过程中也最容易在视线上受到遮挡，相反处于所有座位内部或者较为中央区域的座位上的学生通常能够观看到完整的教学视频。由此只需要考虑处于最外围座位上的学生的观看视角范围、而无需对每个学生的观看视角范围进行逐一的分析即可就能够准确确定教室内部所有学生整体的观看视角范围，这大大地减少了观看视角范围确定的计算工作量。换而言之，只要保证处于最外围的座位上的学生的观看视角范围能够覆盖教学视频的投影范围便可保证所有学生均能够观看到完整的教学视频。在实际操作中，将所有有人座位上学生的观看视角范围进行交集叠加，即将所有有人座位上学生的观看视角范围进行合并而形成的总观看视角范围即可准确地得到教室内部所有学生整体相对于投影屏幕的整体观看视角范围。
[0094]
优选地，在该步骤s3中，根据该整体观看视角范围，确定在投影屏幕上投影教学视频对应的投影区域范围，其中，当教学视频投影在该投影区域范围内时，所有学生均能够观看到完整的、无影像缺失的教学视频；根据该投影区域范围，调整投影机中投影镜头的投影参数，从而使投影镜头能够在该投影区域范围的居中区域投影教学视频具体包括：
[0095]
步骤s301，将该整体观看视角范围对应的视角边界垂直投射到投影屏幕上，从而将投影得到的区域范围作为投影教学视频在投影屏幕上的投影区域范围；
[0096]
步骤s302，采集投影机与地面之间的高度和投影机与投影屏幕之间的水平距离，并结合投影机中投影镜头的投影焦距范围，确定投影机在投影屏幕上的最大投影面积；
[0097]
步骤s303，将该最大投影面积与该投影区域范围的面积进行比对，若该最大投影面积小于或者等于该投影区域范围的面积，则调整投影镜头的上下左右朝向，从而使投影镜头能够在该投影区域范围的居中区域投影教学视频；若该最大投影面积大于该投影区域范围的面积，则减小投影镜头的影像放大倍数以及调整投影镜头的上下左右朝向，从而使投影镜头能够在该投影区域范围的居中区域投影教学视频。
[0098]
上述技术方案的有益效果为：通过前述的分析可知，根据上述过程得到整体观看视角范围内能够观看到完整的教学视频，此时将该整体观看视角范围对应的视角边界垂直投射到投影屏幕上形成的投影区域范围，这样能够保证该投影区域范围与该整体观看视角范围之间是唯一对应的，即在该投影区域范围内投影的教学视频均能够被所有学生观看到。此外，由于投影机的投影镜头在投影屏幕上形成的投影区域面积能够进行大小的调整，并且该投影区域面积能够被调节的大小范围与投影机与地面之间的高度、投影机与投影屏幕之间的水平距离和投影镜头的投影焦距范围相关，这样根据该高度、该水平距离和该投影焦距范围并结合相应的投影几何光学关系即可快速地确定投影机在投影屏幕上的最大投影面积。若该最大投影面积小于或者等于该投影区域范围的面积，则表明无论投影镜头如何调整投影图像的大小，相应投影的教学视频是不会超出该投影区域范围，此时只需要调整投影镜头的上下左右朝向就能使投影镜头能够在该投影区域范围的居中区域投影教学视频，从而确保投影的教学视频具有最佳的观看视角。若该最大投影面积大于该投影区域范围的面积，则表明投影的教学视频有可能超出该投影区域范围而无法进行完整的投影显示，此时则需要减小投影镜头的影像放大倍数以使实际投影的教学视频不会超出该投影区域范围，并继续调整投影镜头的上下左右朝向就能使投影镜头能够在该投影区域范围的居中区域投影教学视频，从而确保投影的教学视频具有最佳的观看视角。
[0099]
参阅图2，为本发明实施例提供的用于多媒体教学的动态投影控制系统的结构示
意图。该用于多媒体教学的动态投影控制系统包括教室场景影像采集与分析模块、学生整体观看视角范围确定模块、教学视频投影区域范围确定模块和投影机调整模块；其中，
[0100]
该教室场景影像采集与分析模块用于拍摄教室内部的场景影像，分析该场景图像，以确定教室内部的座位分布；再根据该座位分布，确定每个座位上学生的存在状态和学生的头部姿势；
[0101]
该学生整体观看视角范围确定模块用于根据学生的存在状态和学生的头部姿势，确定教室内部所有学生整体相对于投影屏幕的整体观看视角范围；
[0102]
该教学视频投影区域范围确定模块用于根据该整体观看视角范围，确定在投影屏幕上投影教学视频对应的投影区域范围，其中，当教学视频投影在该投影区域范围内时，所有学生均能够观看到完整的、无影像缺失的教学视频；
[0103]
该投影机调整模块用于根据该投影区域范围，调整投影机中投影镜头的投影参数，从而使投影镜头能够在该投影区域范围的居中区域投影教学视频。
[0104]
上述技术方案的有益效果为：该用于多媒体教学的动态投影控制系统通过拍摄与分析教室内部的场景影像，得到教室内部的座位分布，继而确定上是否存在学生以及学生的头部朝向姿势，以此确定所有学生相对于投影屏幕的整体观看视角范围，再确定在投影屏幕上投影教学视频对应的投影区域范围，最后调整投影的投影参数，以使投影机能够在投影区域范围的居中区域投影教学视频，这样能够保证投影机根据教室中学生分布的位置实时调整在投影屏幕上的教学视频投影位置，从而确保每个学生均能够观看到完成的教学视频和提高多媒体教学的视频投影灵活性与可靠性。
[0105]
优选地，该教室场景影像采集与分析模块用于拍摄教室内部的场景影像，分析该场景图像，以确定教室内部的座位分布；再根据该座位分布，确定每个座位上学生的存在状态和学生的头部姿势具体包括：
[0106]
对教室内部进行扫描拍摄，从而得到教室内部对应的360度全景场景影像；再对该360度全景场景影像进行卡尔曼滤波处理，从而去除该360度全景场景影像的背景噪声；
[0107]
对该360度全景场景影像进行灰度化处理，并从灰度化的360度全景场景影像中识别得到教室内部的座椅轮廓信息；再根据该座椅轮廓信息，确定教室内部中每个座位的分布位置；
[0108]
根据每个座位的分布位置，从该360度全景场景影像中提取得到与每个座位所在位置相对应的子影像；再对该子影像进行人脸识别处理，从而确定每个座位上是否存在学生、以及当座位上存在学生时，对应学生的头部上下左右朝向姿势。
[0109]
上述技术方案的有益效果为：由于教室内部学生通常是坐在相应的座位上进行多媒体教学的，故教室内部座位的分布对应决定学生在教师内部的位置分布。通过对教室内部进行扫描拍摄，以及对拍摄得到的360度全景场景影像进行卡尔曼滤波处理和灰度化处理后，由于座位对应的座椅具有独特的外形轮廓，识别360度全景场景影像的座椅轮廓信能够准确地确定教室内部中每个座位的分布位置。由于360度全景场景影像中包含具有多个座位的子影像，根据每个座位的分布位置，将该360度全景场景影像对应切割为若干子影像，以使每子影像中只包含唯一一个座位，这样通过对子影像进行人脸识别，从而快速地和准确地确定每个子影像上的座位中是否存在学生以及学生的头部上下左右朝向姿势，这样能够大大降低对子影像进行人脸识别的计算量以及提高对学生的头部朝向的确定准确性
和置信度。
[0110]
优选地，该学生整体观看视角范围确定模块用于根据学生的存在状态和学生的头部姿势，确定教室内部所有学生整体相对于投影屏幕的整体观看视角范围具体包括：
[0111]
从360度全景场景影像中识别所有座位中处于最外围的座位；
[0112]
确定每个处于最外围的座位上是否存在学生，若不存在，则将对应的座位标记为无人座位，若存在，则将对应的座位标记为有人座位；
[0113]
根据每个有人座位上学生的头部上下左右朝向姿势，确定每个有人座位上学生的观看视角范围；再将所有有人座位上学生的观看视角范围叠加后的总观看视角范围作为教室内部所有学生整体相对于投影屏幕的整体观看视角范围。
[0114]
上述技术方案的有益效果为：由于教室内部所有座位中处于最外围的座位都是更加接近教室的角落区域，这使得位于最外围座位上的学生观看投影的教学视频过程中也最容易在视线上受到遮挡，相反处于所有座位内部或者较为中央区域的座位上的学生通常能够观看到完整的教学视频。由此只需要考虑处于最外围座位上的学生的观看视角范围、而无需对每个学生的观看视角范围进行逐一的分析即可就能够准确确定教室内部所有学生整体的观看视角范围，这大大地减少了观看视角范围确定的计算工作量。换而言之，只要保证处于最外围的座位上的学生的观看视角范围能够覆盖教学视频的投影范围便可保证所有学生均能够观看到完整的教学视频。在实际操作中，将所有有人座位上学生的观看视角范围进行交集叠加，即将所有有人座位上学生的观看视角范围进行合并而形成的总观看视角范围即可准确地得到教室内部所有学生整体相对于投影屏幕的整体观看视角范围。
[0115]
优选地，该教学视频投影区域范围确定模块用于根据该整体观看视角范围，确定在投影屏幕上投影教学视频对应的投影区域范围，其中，当教学视频投影在该投影区域范围内时，所有学生均能够观看到完整的、无影像缺失的教学视频具体包括：
[0116]
将该整体观看视角范围对应的视角边界垂直投射到投影屏幕上，从而将投影得到的区域范围作为投影教学视频在投影屏幕上的投影区域范围；
[0117]
以及，
[0118]
该投影机调整模块用于根据该投影区域范围，调整投影机中投影镜头的投影参数，从而使投影镜头能够在该投影区域范围的居中区域投影教学视频具体包括：
[0119]
采集投影机与地面之间的高度和投影机与投影屏幕之间的水平距离，并结合投影机中投影镜头的投影焦距范围，确定投影机在投影屏幕上的最大投影面积；
[0120]
将该最大投影面积与该投影区域范围的面积进行比对，若该最大投影面积小于或者等于该投影区域范围的面积，则调整投影镜头的上下左右朝向，从而使投影镜头能够在该投影区域范围的居中区域投影教学视频；若该最大投影面积大于该投影区域范围的面积，则减小投影镜头的影像放大倍数以及调整投影镜头的上下左右朝向，从而使投影镜头能够在该投影区域范围的居中区域投影教学视频。
[0121]
上述技术方案的有益效果为：通过前述的分析可知，根据上述过程得到整体观看视角范围内能够观看到完整的教学视频，此时将该整体观看视角范围对应的视角边界垂直投射到投影屏幕上形成的投影区域范围，这样能够保证该投影区域范围与该整体观看视角范围之间是唯一对应的，即在该投影区域范围内投影的教学视频均能够被所有学生观看到。此外，由于投影机的投影镜头在投影屏幕上形成的投影区域面积能够进行大小的调整，
并且该投影区域面积能够被调节的大小范围与投影机与地面之间的高度、投影机与投影屏幕之间的水平距离和投影镜头的投影焦距范围相关，这样根据该高度、该水平距离和该投影焦距范围并结合相应的投影几何光学关系即可快速地确定投影机在投影屏幕上的最大投影面积。若该最大投影面积小于或者等于该投影区域范围的面积，则表明无论投影镜头如何调整投影图像的大小，相应投影的教学视频是不会超出该投影区域范围，此时只需要调整投影镜头的上下左右朝向就能使投影镜头能够在该投影区域范围的居中区域投影教学视频，从而确保投影的教学视频具有最佳的观看视角。若该最大投影面积大于该投影区域范围的面积，则表明投影的教学视频有可能超出该投影区域范围而无法进行完整的投影显示，此时则需要减小投影镜头的影像放大倍数以使实际投影的教学视频不会超出该投影区域范围，并继续调整投影镜头的上下左右朝向就能使投影镜头能够在该投影区域范围的居中区域投影教学视频，从而确保投影的教学视频具有最佳的观看视角。
[0122]
从上述实施例的内容可知，该用于多媒体教学的动态投影控制方法与系统通过拍摄与分析教室内部的场景影像，得到教室内部的座位分布，继而确定上是否存在学生以及学生的头部朝向姿势，以此确定所有学生相对于投影屏幕的整体观看视角范围，再确定在投影屏幕上投影教学视频对应的投影区域范围，最后调整投影的投影参数，以使投影机能够在投影区域范围的居中区域投影教学视频，这样能够保证投影机根据教室中学生分布的位置实时调整在投影屏幕上的教学视频投影位置，从而确保每个学生均能够观看到完成的教学视频和提高多媒体教学的视频投影灵活性与可靠性。
[0123]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。