C# OpenCV機器視覺:學生注意力監測

小王是一位充滿活力的年輕教師,剛接手了一個新班級。他滿心歡喜地準備在課堂上大顯身手,把自己的知識毫無保留地傳授給學生。可沒上幾節課,他就發現了一個讓人頭疼的問題:課堂上總有那么幾個學生注意力不集中,要么偷偷玩手機,要么望著窗外發呆,甚至還有的直接趴在桌子上呼呼大睡。

“這可不行啊,我的課堂怎么能變成‘夢游仙境’呢!” 小王老師站在講臺上,看著臺下幾個昏昏欲睡的學生,無奈地搖了搖頭。他決心要找到一個辦法,讓學生們重新回到課堂,認真聽講。

一天晚上,小王老師在網上閑逛,突然看到了 OpenCvSharp 這個神奇的工具,據說它能實現很多有趣的圖像和視頻處理功能。小王老師眼睛一亮,腦海中閃過一個大膽的想法:“能不能用這個 OpenCvSharp 來監測學生的注意力呢?這樣我就能及時發現那些開小差的同學,把他們拉回課堂啦!”

第一章:神秘的 “注意力探測器”——OpenCvSharp 登場
小王老師立刻開始研究 OpenCvSharp 的相關資料。他看著那些復雜的代碼和專業術語,感覺就像在看一本天書,頭都快大了。“這也太難懂了吧,我一個教語文的,怎么突然要研究這些高科技的東西啊!” 小王老師一邊撓著頭,一邊自言自語道。

但小王老師可不是輕易會放棄的人。他花了好幾個晚上,查閱各種教程和文檔,終于對 OpenCvSharp 有了一些初步的了解。原來,要實現學生注意力監測,得用到面部識別和眼部追蹤技術。OpenCvSharp 可以通過攝像頭捕捉學生的面部圖像,然后利用算法識別出面部的各個特征點,包括眼睛、嘴巴、鼻子等。通過分析眼睛的狀態,比如是否睜開、眼球的轉動方向等,就能大致判斷學生的注意力是否集中。

“哇,這簡直就是一個‘注意力探測器’啊!” 小王老師興奮地喊道,“我感覺自己馬上就要成為課堂上的‘超級偵探’,把那些開小差的學生都找出來!”

第二章:籌備 “注意力監測” 行動 —— 裝備與知識武裝
小王老師決定先在自己的電腦上進行試驗。他從網上下載了 OpenCvSharp 的相關庫和工具,然后小心翼翼地安裝到電腦上。在安裝的過程中,還遇到了不少問題,比如版本不兼容、依賴項缺失等,但小王老師通過不斷地搜索和嘗試,終于成功地安裝好了所有的東西。

“呼,總算是安裝好了,差點把我的腦袋都搞爆炸了!” 小王老師擦了擦額頭上的汗,長舒了一口氣。

接下來,就是編寫代碼了。小王老師雖然對編程不太熟悉,但他憑借著自己的毅力和耐心,一點點地摸索著。他參考了很多開源的代碼示例,結合自己的需求,開始編寫學生注意力監測的程序。

using OpenCvSharp;
using OpenCvSharp.Dnn;
using System;class AttentionMonitor
{static void Main(){// 加載面部檢測模型Net faceNet = Cv2.Dnn.ReadNetFromCaffe("deploy.prototxt", "res10_300x300_ssd_iter_140000.caffemodel");// 加載眼部關鍵點檢測模型Net eyeNet = Cv2.Dnn.ReadNetFromTorch("eye_landmark_model.pt");// 打開攝像頭VideoCapture capture = new VideoCapture(0);if (!capture.IsOpened()){Console.WriteLine("無法打開攝像頭!");return;}while (true){Mat frame = new Mat();capture.Read(frame);if (frame.Empty()){break;}// 面部檢測Mat blob = Cv2.Dnn.BlobFromImage(frame, 1.0, new Size(300, 300), new Scalar(104.0, 177.0, 123.0));faceNet.SetInput(blob);Mat detections = faceNet.Forward();for (int i = 0; i < detections.Rows; i++){float confidence = detections.At<float>(i, 2);if (confidence > 0.5){int x1 = (int)(detections.At<float>(i, 3) * frame.Cols);int y1 = (int)(detections.At<float>(i, 4) * frame.Rows);int x2 = (int)(detections.At<float>(i, 5) * frame.Cols);int y2 = (int)(detections.At<float>(i, 6) * frame.Rows);// 提取面部區域Mat faceROI = frame.SubMat(y1, y2, x1, x2);// 眼部關鍵點檢測Mat eyeBlob = Cv2.Dnn.BlobFromImage(faceROI, 1.0, new Size(96, 96), new Scalar(0, 0, 0));eyeNet.SetInput(eyeBlob);Mat eyeLandmarks = eyeNet.Forward();// 分析眼部狀態,這里簡單示例,實際更復雜// 假設眼睛關鍵點位置變化判斷是否注意力集中bool isAttention = IsEyeActive(eyeLandmarks);if (isAttention){Cv2.Rectangle(frame, new Rect(x1, y1, x2 - x1, y2 - y1), Scalar.Green, 2);}else{Cv2.Rectangle(frame, new Rect(x1, y1, x2 - x1, y2 - y1), Scalar.Red, 2);}}}Cv2.ImShow("Attention Monitoring", frame);if (Cv2.WaitKey(1) == 27){break;}}capture.Release();Cv2.DestroyAllWindows();}static bool IsEyeActive(Mat eyeLandmarks){// 簡單示例,實際需更精確計算// 這里假設關鍵點的某種位置變化代表眼睛活動// 如眼睛睜開程度、眼球轉動等// 以下代碼僅為示意float eyeOpenness = eyeLandmarks.At<float>(0, 0);return eyeOpenness > 0.5;}
}

小王老師一邊編寫代碼,一邊在心里默默念叨:“我先加載面部檢測模型和眼部關鍵點檢測模型,這就像是給我的‘注意力探測器’裝上了一雙銳利的眼睛。然后打開攝像頭,實時捕捉學生的面部圖像。通過面部檢測找到學生的臉,再從臉上提取出眼睛的區域。接著用眼部關鍵點檢測模型分析眼睛的狀態,最后根據眼睛的狀態判斷學生是否注意力集中。嘿嘿,看我怎么把那些開小差的學生都揪出來!”

第三章:實戰檢驗 —— 課堂上的 “注意力大揭秘”
經過幾天的努力,小王老師的學生注意力監測程序終于編寫完成了。他迫不及待地想要在課堂上試試這個程序的效果。

第二天上課,小王老師早早地來到教室,把攝像頭安裝在講臺上,調整好角度。學生們看到講臺上多了一個攝像頭,都好奇地議論紛紛。

“同學們,今天老師要給大家展示一個神奇的東西。” 小王老師笑著對學生們說,“這個攝像頭能知道你們有沒有認真聽講哦!”

學生們聽了,都覺得很新奇,紛紛坐直了身子,想要看看這個攝像頭到底有多神奇。

上課開始了,小王老師打開電腦上的注意力監測程序,攝像頭開始工作。屏幕上實時顯示出學生們的面部圖像,程序不斷地分析著每個學生的眼睛狀態。

不一會兒,屏幕上出現了幾個紅色的矩形框,框住了幾個學生的臉。小王老師一看,正是那幾個平時經常開小差的學生。

“小李、小張、小陳,你們幾個要注意啦!” 小王老師笑著提醒道,“攝像頭已經發現你們開小差了哦!”

那幾個學生聽到老師的提醒,都不好意思地低下了頭,趕緊坐好,認真聽講起來。

整個課堂上,學生們都被這個神奇的攝像頭吸引住了,大家都不敢輕易開小差,生怕被攝像頭 “抓住”。小王老師的課也上得格外順利,他心里別提有多高興了。

第四章:調整與完善 —— 打造更精準的 “注意力追蹤器”
經過一段時間的使用,小王老師發現這個注意力監測程序雖然有一定的效果,但也存在一些問題。比如,有時候會誤判,把一些正常思考的學生也當成開小差的;還有就是對于一些小動作,比如偷偷玩手機、傳紙條等,監測不到。

“看來這個程序還需要進一步完善啊。” 小王老師心想。

于是,小王老師又開始查閱資料,學習更多的算法和技術。他嘗試改進眼部狀態分析的算法,讓判斷更加準確;還增加了手部動作識別的功能,用來監測學生是否在玩手機或做其他小動作。

經過一番努力,小王老師的注意力監測程序變得更加完善了。在課堂上,它就像一個盡職盡責的小助手,幫助小王老師及時發現學生的注意力問題,讓課堂變得更加有序和高效。

“這個 OpenCvSharp 可真是幫了我大忙了!” 小王老師感慨地說,“有了它,我就能更好地關注每個學生的學習狀態,讓他們在課堂上都能有所收獲。”

從那以后,小王老師的課堂上再也沒有出現過學生大規模開小差的情況。學生們在這個神奇的 “注意力追蹤器” 的監督下,都養成了認真聽講的好習慣,學習成績也有了明顯的提高。而小王老師也因為這個獨特的教學方法,成為了學校里的 “明星教師”,很多老師都來向他請教經驗。小王老師也毫不吝嗇地把自己的經驗分享給大家,希望能讓更多的老師受益。

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