[发明专利]一种杠杆平衡实验人工智能评分实验器材及评分方法

权利要求书

1.一种杠杆平衡实验人工智能评分的方法，实验器材包括杠杆（1），所述杠杆（1）通过杠杆（1）中心的小孔安装在铁架台（2）上，铁架台（2）的金属杆位置为杠杆（1）的中点，所述杠杆（1）的下方悬挂有白色角度指示板（3），所述白色角度指示板（3）上设置有指针（31），所述杠杆（1）的正对面以杠杆（1）中点小孔为起点向两端每隔一固定的距离均安装有挂钉（4），杠杆（1）的背面在每一个挂钉（4）的相同位置上均涂有呈矩形状的白色条纹（6），所述杠杆（1）的两端均安装有平衡螺母（7），所述杠杆（1）上还安装有旋钮（8），所述铁架台（2）的上方安装有俯视摄像头（10），所述铁架台（2）的前方安装有前视摄像头（11），所述俯视摄像头（10）和前视摄像头（11）的输出端均通过蓝牙模块与学生云终端内置的深度学习及图像处理方法的输入端电连接，其特征在于，包括如下步骤：

S1：评判实验前调节杠杆（1）两端的平衡螺母（7）使杠杆（1）平衡；

S2：评判在杠杆（1）支点两端悬挂钩码（5），调整钩码（5）的数量以及位置使杠杆（1）平衡；

S3：评判一端悬挂钩码（5）并在杠杆另一端使用弹簧测力计（9）使杠杆（1）平衡；

针对上述S1的具体步骤如下：

在前视视频中每一帧图像使用深度学习检测算法检测钩码（5）、手、杠杆（1）、平衡螺母（7）以及铁架台（2）上的金属杆，并用其外接矩形表示其位置，若标记手位置的Boundingbox与标记平衡螺母（7）的Bouding Box IOU大于规定阈值时则判断学生完成了调整平衡螺母（7）的操作，并在此时比较杠杆（1）Bouding box的长宽比，若在一定的连续帧内长宽比大于预先设定的阈值时则认为杠杆（1）平衡，钩码（5）位置与杠杆（1）位置小于规定阈值时则认定钩码（5）已经悬挂在杠杆（1）下，记为时间点1，学生在时间点1前完成了调整平衡螺母（7）且杠杆（1）平衡则认为评分点1正确。

2.如权利要求1所述的一种杠杆平衡实验人工智能评分的方法，其特征在于，S2的具体步骤如下：

S21：使用目标检测方法从前视摄像头（11）获取的图像中提取铁架台（2）金属杆、钩码（5）及杠杆（1）的bounding box并记录支架金属杆位置为杠杆（1）中点位置，当检测到杠杆（1）中点两端均有钩码（5）的bounding box上沿与杠杆（1）bounding box下沿的距离小于预先设定的阈值时，认为学生开始做该评分点所涉及的实验操作，记为时间点2，当杠杆（1）中点两端钩码（5）的bounding box 上沿与杠杆（1）bounding box 下沿的再次距离超过规定的阈值则认为该评分点涉及的操作已经完成，记为时间点3，对时间点2以及时间点3之前的每一帧图像进行以下操作；

S22：使用目标检测方法从前视摄像头（11）以及俯视摄像头（10）读取的图像中提取杠杆（1）、钩码（5）以及铁架台（2）金属杆的bounding box 并根据钩码（5）的bounding box确定悬挂在杠杆（1）左右两边钩码（5）的数量，之后使用分水岭算法分割出所有杠杆（1）背面的白色条纹（6），计算左右杠杆（1）左右两边钩码（5）与杠杆（1）中心金属杆之间的白色条纹（6）数量记为钩码（5）与杠杆（1）中心的距离，并使用杠杆平衡公式（F1L1=F2L2）判断当前情况是否已经满足杠杆（1）平衡条件，若满足平衡条件则认为该评分点操作正确。