远程实验方法、装置及终端设备
技术领域
本发明属于计算机技术领域，尤其涉及一种远程实验方法、装置及终端设备。
背景技术
随着生活水平的提高和科学技术水平的进步，线上教学慢慢走进人们的视野，并迅速普及开来。互联网+教育，是利用多媒体计算机技术和网络技术，实现教师与学习者以及学习者群体之间形成交流互动的一种新兴学习方式，是在传统教育体制和教学方法的框架之外，探索出的一种全新的教学模式。
作为教学方式的一种，电子技术实验因其自身特性往往难以实现线上远程教学或训练。传统远程电子技术实验一般采用仿真技术来实现，但有些实验过程无法通过仿真技术实现，且仿真实验也无法完全模拟真实实验环境，因此远程仿真实验的实验效果较差。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种远程实验方法、装置及终端设备，以解决现有技术中远程实验采用仿真技术实验效果不佳的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种远程实验方法，包括：
获取电子技术实验板的监控图像；
获取远程终端发送的用户操作信息，并根据所述用户操作信息确定用户的操作指令和动作显示信息；所述动作显示信息包括位置信息；
根据所述位置信息将所述动作显示信息标记于所述监控图像的相应位置，并将标记后的监控图像发送至所述远程终端，以使所述远程终端显示所述标记后的监控图像；
将所述操作指令发送至远程实验支持面板，以使所述远程实验支持面板根据所述操作指令对电子技术实验板进行相应动作。
本发明实施例的第二方面提供了一种远程实验装置，包括：
监控图像获取模块，用于获取电子技术实验板的监控图像；
指令确定模块，用于获取远程终端发送的用户操作信息，并根据所述用户操作信息确定用户的操作指令和动作显示信息；所述动作显示信息包括位置信息；
虚拟图像处理模块，用于根据所述位置信息将所述动作显示信息标记于所述监控图像的相应位置，并将标记后的监控图像发送至所述远程终端，以使所述远程终端显示所述标记后的监控图像；
控制模块，用于将所述操作指令发送至远程实验支持面板，以使所述远程实验支持面板根据所述操作指令对电子技术实验板进行相应动作。
本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述远程实验方法的步骤。
本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述远程实验方法的步骤。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本实施例首先获取电子技术实验板的监控图像和远程终端的用户根据监控图像发送的用户操作信息，并根据用户操作信息确定用户的操作指令和动作显示信息；然后根据位置信息将动作显示信息标记于监控图像的相应位置，并将标记后的监控图像发送至远程终端；将操作指令发送至远程实验支持面板，以使所述远程实验支持面板根据所述操作指令对电子技术实验板进行相应动作。本申请通过上述过程能够实现实验硬件在环，加强实验训练的真实有效性，并可使用户从远程终端同步查看到标记后的监控视频，从而优化用户的体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的远程实验方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的远程实验装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的终端设备的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
在本发明的一个实施例中，如图1所示，图1示出了本实施例提供的远程实验方法的实现流程，其过程包括：
S101：获取电子技术实验板的监控图像；
S102：获取远程终端发送的用户操作信息，并根据所述用户操作信息确定用户的操作指令和动作显示信息；所述动作显示信息包括位置信息；
S103：根据所述位置信息将所述动作显示信息标记于所述监控图像的相应位置，并将标记后的监控图像发送至所述远程终端，以使所述远程终端显示所述标记后的监控图像；
S104：将所述操作指令发送至远程实验支持面板，以使所述远程实验支持面板根据所述操作指令对电子技术实验板进行相应动作。
本实施例提供了一种远程电子技术实验系统，包括主控计算机、远程终端、高速工业相机、远程实验支持面板和电子技术实验板，其中，主控计算机分别与远程终端、高速工业相机和远程实验支持面板连接，远程实验支持面板还与电子技术实验板连接。
具体的，远程终端能够与主控计算机建立远程通信，以远程桌面形式登陆到主控计算机。高速工业相机用于拍摄电子技术实验板的监控图像，并把监控图像发送至主控计算机。主控计算机获取并显示监控图像，并根据用户操作信息生成操作指令和动作显示信息，其中操作指令发送至远程实验支持面板，远程实验支持面板通过操作指令对电子技术实验板进行相应动作，动作包括：对电子技术实验板进行加电、断电、各个可连接位置的硬件实体连接和断开等。主控计算机还可以将动作显示信息叠加至监控图像对应的位置，形成增强现实的视频画面，并显示出来。
具体的，远程实验支持面板通过杜邦线连接到电子技术实验板的对外接插件上，实现对电子技术实验板的信号的采集及发送工作。
远程实验支持面板包括：
单片机及其外围电路，用于作为整个面板的控制核心并与主控计算机通信；
继电器阵列，用于控制电子技术实验板的加电、断电和各个可连接位置的硬件实体连接；
信号发生模块，用于提供电子技术实验板所需的各种信号；
信号采集模块，用于采集电子技术实验板输入或输出的各种信号。
本实施例的流程主体为主控计算机。
具体的，在进行实验之前，远程终端发送远程请求至主控计算机，主控计算机根据远程请求验证远程终端的身份，若身份验证通过，则发送授权信息至远程终端，授权信息用于建立远程终端与主控计算机之间的远程连接。在建立远程连接之后，远程终端可以以远程桌面的形式控制主控计算机。
从上述实施例可知，本实施例通过上述过程能够实现实验硬件在环，加强实验训练的真实有效性，并可使用户从远程终端同步查看到标记后的监控视频，从而优化用户的体验。
在一个实施例中，在图1中S101之后，本实施例提供的远程实验方法还包括：
检测所述监控图像中电子技术实验板的边界信息，并根据所述边界信息和预设虚拟框信息，将所述监控图像中电子技术实验板的边界与所述预设虚拟框对齐。
在本实施例中，主控计算机的监控图像的显示界面包括一个预设虚拟框，在每次实验开始，首次获取到监控图像之后，主控计算机基于图像处理技术提取监控图像中电子技术实验板的边界信息及预设虚拟框信息，实现边界与预设虚拟框的自动对齐，使监控图像中电子技术实验板的部分完整的落入虚拟框内。
具体的，可以根据监控图像中电子实验板的四个顶角像素和预设虚拟框的四个顶角像素实现自动对齐步骤。
在一个实施例中，所述用户操作信息包括虚拟操作位置和操作动作；图1 中的S102的具体实现流程包括：
S201：根据所述虚拟操作位置和预设位置映射关系，确定所述虚拟操作位置对应的所述电子技术实验板中的实际位置，并将所述虚拟操作位置对应的所述电子技术实验板中的实际位置作为实际目标位置；
S202：判断以所述实际目标位置为中心的周围预设范围内是否具有所述操作动作的执行权限，若以所述实际目标位置为中心的周围预设范围内具有所述操作动作的执行权限，则根据所述实际目标位置和所述操作动作生成所述操作指令。
在本实施例中，本地实验员将电子技术实验板与显示界面上的虚拟框对齐，然后获取电子技术实验板的实际尺寸与虚拟框的尺寸关系，然后将该尺寸关系即预设位置映射关系存储至主控计算机，从而建立监控图像中像素点与电子技术实验板中实际位置的关系。具体的，实际位置可以为实际位置坐标。
在本实施例中，当用户在监控图像中点击某个位置时，会弹出操作动作选择项，用户选择操作动作，若该位置的周围预设范围内拥有执行该操作动作的权限，则根据该位置的实际目标位置和操作动作生成操作指令。
在一个实施例中，所述操作动作包括连接虚拟杜邦线，所述虚拟操作位置包括初始虚拟操作位置和终点虚拟操作位置；所述动作显示信息包括虚拟连线；图1中S102的具体实现流程还包括：
若所述操作动作为所述连接虚拟杜邦线，且以所述实际目标位置为中心的周围预设范围内具有所述操作动作的执行权限，则生成以所述初始虚拟操作位置为起点，以所述终点虚拟操作位置为终点的虚拟连线。
在本实施例中，当操作动作为连接虚拟杜邦线时，主控计算机首先确定用户点击的初始虚拟操作位置和终点虚拟操作位置的预设周围范围内是否拥有“连接虚拟杜邦线”的权限，若有，则生成虚拟连线，并将虚拟连线叠加在原始的监控图像上显示出来。同时，电子实验操作面板根据操作指令将电子技术实验板对应位置的断路器连接起来，从而实现该位置的杜邦线连接。
进一步地，当用户在监控图像中点击位置a时，首先选择操作动作为“连接虚拟杜邦线”，主控计算机根据映射关系获取a对应的电子技术实验板的实际位置坐标；然后根据a对应的实际位置坐标确定其预设周围范围内是否拥有“连接虚拟杜邦线”的权限，若拥有，则开始动态生成虚拟连线，当虚拟连线的延伸点超出“连接虚拟杜邦线”的权限范围时，主控计算机将虚拟连线从监控图像中删除，并弹出窗口警告“已超出当前操作动作的连接范围”。当用户点击位置b，且位置b同样拥有“连接虚拟杜邦线”的权限时，则动态的虚拟连线停止变动，生成从a位置到b位置的虚拟连线，并对应的确定操作动作。
更进一步地，当用户在监控图像中生成的虚拟杜邦线上进行点击时，可依据上述相似的流程进行断开动作。
在本实施例中，操作动作还包括但不限于打开、断开某个断路器或开关的动作。
在本实施例中，远程实验支持面板根据操作指令中的位置信息和操作动作确定下达操作信号的具体部件，从而实现电子技术实验板硬件的远程实际操作。
在一个实施例中，图1中S103的具体实现流程包括：
基于增强现实技术及所述位置信息，将所述动作显示信息标记于所述监控图像的相应位置。
在一个实施例中，本实施例提供的远程实验方法还包括：
获取所述远程实验支持面板采集的所述电子技术实验板的检测信号，并将所述电子技术实验板的检测信号发送至所述远程终端，以使所述远程终端显示所述电子技术实验板的检测信号。
在本实施例中，远程实验支持面板可以采集电子技术实验板的输入输出信号，并在主控计算机及远程终端的相应位置显示。从而使用户根据监控图像及检测信号更加明确当前实验效果。
远程用户完成实验后，通过远程实验支持面板对电子技术实验板进行断电。
在一个实施例中，本实施例提供的远程实验方法还包括：
获取所述用户操作信息、所述远程实验支持面板发送的电子技术实验板的检测信号及实验时长；
根据所述用户操作信息确定实验过程分值，根据所述检测信号确定实验结果分值，以及根据所述实验时长确定实验效率分值；
对所述实验过程分值、所述实验结果分值和所述实验效率分值进行加权求和，得到所述用户的实验成绩。
在本实施例中，主控计算机可以收集每次实验的用户操作信息、检测信号和实验时长，根据用户操作信息确定用户的步骤是否正确，收集检测信号确定实验结果是否正确，根据实验时长(实验板加电和断电之间的时长)确定实验效率，从而根据上述三项得分确定实验成绩。
具体的，用户操作信息和检测信号的评价可以由计算机根据预设的用户操作信息与检测信号进行自动打分，也可以将上述用户操作信息、检测信号及整个实验过程的视频发送至教师终端，由教师进行评分。
从上述实施例可知，本实施例通过上述步骤可以实现硬件在环的远程电子技术实验，实验过程更趋于真实，从而优化用户体验，提高实验效果。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
在一个实施例中，如图2所示，图2示出了本实施例提供的一种远程实验装置100的结构，其包括：
监控图像获取模块110，用于获取电子技术实验板的监控图像；
指令确定模块120，用于获取远程终端发送的用户操作信息，并根据所述用户操作信息确定用户的操作指令和动作显示信息；所述动作显示信息包括位置信息；
虚拟图像处理模块130，用于根据所述位置信息将所述动作显示信息标记于所述监控图像的相应位置，并将标记后的监控图像发送至所述远程终端，以使所述远程终端显示所述标记后的监控图像；
控制模块140，用于将所述操作指令发送至远程实验支持面板，以使所述远程实验支持面板根据所述操作指令对电子技术实验板进行相应动作。
在一个实施例中，远程实验装置100还包括：
边界对齐模块，用于检测所述监控图像中电子技术实验板的边界信息，并根据所述边界信息和预设虚拟框信息，将所述监控图像中电子技术实验板的边界与所述预设虚拟框对齐。
在一个实施例中，所述用户操作信息包括虚拟操作位置和操作动作；指令确定模块120包括：
实际目标位置确定单元，用于根据所述虚拟操作位置和预设位置映射关系，确定所述虚拟操作位置对应的所述电子技术实验板中的实际位置，并将所述虚拟操作位置对应的所述电子技术实验板中的实际位置作为实际目标位置；
操作指令生成单元，用于判断以所述实际目标位置为中心的周围预设范围内是否具有所述操作动作的执行权限，若以所述实际目标位置为中心的周围预设范围内具有所述操作动作的执行权限，则根据所述实际目标位置和所述操作动作生成所述操作指令。
在一个实施例中，所述操作动作包括连接虚拟杜邦线，所述虚拟操作位置包括初始虚拟操作位置和终点虚拟操作位置；所述动作显示信息包括虚拟连线；
指令确定模块120还包括：
虚拟连线生成单元，用于若所述操作动作为所述连接虚拟杜邦线，且以所述实际目标位置为中心的周围预设范围内具有所述操作动作的执行权限，则生成以所述初始虚拟操作位置为起点，以所述终点虚拟操作位置为终点的虚拟连线。
在一个实施例中，虚拟图像处理模块130包括：
基于增强现实技术及所述位置信息，将所述动作显示信息标记于所述监控图像的相应位置。
在一个实施例中，远程实验装置100还包括：
信号获取模块，用于获取所述远程实验支持面板采集的所述电子技术实验板的检测信号，并将所述电子技术实验板的检测信号发送至所述远程终端，以使所述远程终端显示所述电子技术实验板的检测信号。
在一个实施例中，远程实验装置100还包括：
信息获取单元，用于获取所述用户操作信息、所述远程实验支持面板发送的电子技术实验板的检测信号及实验时长；
分值计算单元，用于根据所述用户操作信息确定实验过程分值，根据所述检测信号确定实验结果分值，以及根据所述实验时长确定实验效率分值；
加权求和单元，用于对所述实验过程分值、所述实验结果分值和所述实验效率分值进行加权求和，得到所述用户的实验成绩。
图3是本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图3所示，该实施例的终端设备3包括：处理器30、存储器31以及存储在所述存储器31中并可在所述处理器30上运行的计算机程序32。所述处理器30执行所述计算机程序32 时实现上述各个远程实验方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至104。或者，所述处理器30执行所述计算机程序32时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图2所示模块110至140的功能。
所述终端设备3可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器30、存储器31。本领域技术人员可以理解，图3仅仅是终端设备3的示例，并不构成对终端设备3的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器30可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器31可以是所述终端设备3的内部存储单元，例如终端设备3 的硬盘或内存。所述存储器31也可以是所述终端设备3的外部存储设备，例如所述终端设备3上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器31还可以既包括所述终端设备3的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器31用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器31还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
