一种基于计算机视觉的自动阅卷方法技术

本发明专利技术公开了一种基于计算机视觉的自动阅卷方法，包括以下步骤：S1，获取答题卡的图像，并保存；S2，对图像进行定位和矫正；S3，对矫正后的图像进行二值化、去噪、腐蚀和开运算处理，生成网格定位图；S4，生成矩形判别区域，对判别区域进行位置调整；S5，根据有效像素占矩形判别区域面积的比例判断填涂是否有效，并与预存答案对比，记录题号与得分值；S6，重复步骤S4和S5，逐渐完成所有题目的判别，最终输出学生信息与其得分情况，本发明专利技术克服了现有技术的不足，实现了以低成本、高精度、高稳定性且并不占试卷空间的方法完成了对客观题的阅卷，阅卷完成之后直接输出了考生信息与得分情况，可进一步用于分析和储存。

【技术实现步骤摘要】
一种基于计算机视觉的自动阅卷方法
本专利技术涉及自动阅卷方法
，具体属于一种基于计算机视觉的自动阅卷方法。
技术介绍
在当前的考试系统中，客观题的阅卷主要使用机读卡，而传统使用光标阅读机识别答案的答题卡本身存在诸多使用限制，如需要特定的识别硬件、答题卡成本高，同时学校不得不采用昂贵的光标阅卷机和高速扫描仪，再配以相应的软件和操作人员，因此使得教职人员对考试情况的统计和分析效率低，答题卡在阅读机中发生机械形变使得识别考生填涂选项时也可能产生较大误差。在传统的机读试卷中，准确定位客观题的选项位置是试卷设计中的重要工作。目前普遍采用的是在试卷边上设计与填涂框对应的黑色定位标记。网上阅卷方式不仅快速准确，而且可以方便地记录和汇总考生数据，客观题识别算法是网上阅卷系统的核心算法之一。当答题卡图像噪声较多，或者存在填涂不均匀，物理变形，擦除不干净等情况时，其正确识别率会大大降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于计算机视觉的自动阅卷方法，克服了现有技术的不足。为解决上述问题，本专利技术所采取的技术方案如下：一种基于计算机视觉的自动阅卷方法，包括以下步骤：S1，获取答题卡的图像，并保存，所述的答题卡四角位置设置有半径为3.0mm的圆形定位块，所述的答题卡右侧与下方边沿处设有4.0mm*10.0mm大小的矩形定位标志，所述的答题卡上设有填涂区；S2，对图像进行定位和矫正；S3，对矫正后的图像进行二值化、去噪、腐蚀和开运算处理，根据横向与纵向定位标志的位置信息生成网格定位图，网格定位图之间的间隔为6mm，网格定位图中的每个网格交点定位为一个填涂标志位；S4，以每个网格交点为中心生成固定大小的矩形判别区域，利用滑块优化算法对生成的判别区域进行位置调整；S5，根据填涂区的有效像素占矩形判别区域面积的比例来判断选项填涂是否有效，根据填涂标志位信息进行题号转移，并与预存答案对比，判断该题是否得分，记录题号与得分值；S6，将定位标志向下选择一个，即可开始下一题的判别，重复步骤S4和S5，逐渐完成所有题目的判别，最终输出学生信息与其得分情况。进一步，所述的填涂区与答题卡右侧与下方边沿处的定位标志形成矩阵阵列。进一步，步骤S2中的定位方法为截取图像四角1/8区域进行斜向扫描四角位置的定位块进行定位，步骤S2中的矫正采用透视变换。进一步，所述的透视变换的步骤为：1)利用斜向扫描提取四角定位块的圆心位置，利用提取到的定位块位置计算相邻定位块彼此之间的直线距离，取均值后作为变换后的图形的长度h和宽度w；2)按顺时针方向提取答题卡四个定位块位置信息为第一组坐标点(Xi，Yi)其中i＝1,2,3,4，以左上顶点为基准，将图像中左上顶点的定位块位置信息(X1，Y1)与w和h运算，得到的四个坐标点为第二组坐标点(Ui，,Vi)，其中i＝1,2,3,4，(U1,V1)＝(X1，Y1)，(U2,V2)＝(X1+w，Y1)，(U3,V3)＝(X1+w，Y1-h)，(U4,V4)＝(X1，Y1-h)，将第一组坐标点(Xi，Yi)和第二组坐标点(Ui，,Vi)带入变换矩阵中，计算出变换系数a-h，变换矩阵如下为：3)将计算出的变换系数a-h带入二维映射方程对图像每个像素点进行反变换，二维映射方程如下，然后，结合最邻近插值法，在待求象素的四邻象素中，将距离待求象素最近的邻象素灰度赋给待求象素，完成图像矫正。进一步，步骤S3中腐蚀利用大小与定位标志相同的矩形形状，其中横向与纵向定位标志的位置信息方法为：首先，按行或列扫描出黑白跳变点最多的行或列位置，初步定位到定位标志所在区域；然后，分别扫描黑白跳变点以及白黑跳变点并分别记录位置，得到横向与纵向定位标志的位置信息。进一步，步骤S3中的网格定位图尺寸为51mm*21mm的网格图。进一步，步骤S4中，所述的矩形判别区域的大小为4.0mm*10.0mm大小的矩形判别区域，所述的滑块优化算法的过程如下：首先在X方向移动生成的矩形判别区域，以两个相邻定位标志之间X方向的最大距离为限制，寻找其在X方向灰度值总和最小的区域，作为下一步移动的起始区域；然后，在X方向寻找完毕后，从起始区域开始，在Y方向以两个相邻定位标志之间Y方向的最大距离为限制，寻找Y方向上灰度值总和最小的区域，完成对单个矩形窗口区域位置的优化。进一步，填涂区内的有效像素占矩形判别区域面积的比例不低于90％即为填涂有效。本专利技术与现有技术相比较，本专利技术的实施效果如下：本专利技术通过定制的答题卡样式，使用普通摄像头拍摄扫描，之后利用软件完成图像处理及客观题判断，实现了以低成本、高精度、高稳定性且并不占试卷空间的方法完成了对客观题的阅卷，阅卷完成之后直接输出了考生信息与得分情况，可进一步用于分析和储存。附图说明图1为本专利技术的流程示意图；图2为答题卡示样图；图3为定位效果图；图4为滑块优化算法实现流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。结合图1，本专利技术的实现包括以下6个步骤：步骤1、在答题卡四角位置设计半径为3.0mm的圆形定位块，并在答题卡右侧与下方设计4.0mm*10.0mm大小的矩形辅助定位标志完成答题卡版式设计并打印答题卡。步骤2、将考生已完成作答的答题卡进行扫描保存为图像，将所有的答题卡图形文件保存到可批量处理的文件夹中；进行图像扫描时，首先保证四角定位块能够被摄像机捕捉到，同时应尽可能保证答题卡平整，防止出现无法处理的形变。步骤3、对图像进行定位和矫正，截取图像四角1/8区域进行斜向扫描四角位置的定位块进行定位，然后采用透视变换进行矫正，透视变换的步骤为：1)利用斜向扫描提取四角定位块的圆心位置，利用提取到的定位块位置计算相邻定位块彼此之间的直线距离，取均值后作为变换后的图形的长度h和宽度w；2)按顺时针方向提取答题卡四个定位块位置信息为第一组坐标点(Xi，Yi)其中i＝1,2,3,4，以左上顶点为基准，将图像中左上顶点的定位块位置信息(X1，Y1)与w和h运算，得到的四个坐标点为第二组坐标点(Ui，,Vi)，其中i＝1,2,3,4，(U1,V1)＝(X1，Y1)，(U2,V2)＝(X1+w，Y1)，(U3,V3)＝(X1+w，Y1-h)，(U4,V4)＝(X1，Y1-h)，将第一组坐标点(Xi，Yi)和第二组坐标点(Ui，,Vi)带入变换矩阵中，计算出变换系数a-h，变换矩阵如下为：3)将计算出的变换系数a-h带入二维映射方程对图像每个像素点进行反变换，二维映射方程如下，然后，结合最邻近插值法，在待本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于计算机视觉的自动阅卷方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，获取答题卡的图像，并保存，所述的答题卡四角位置设置有定位块，所述的答题卡右侧与下方边沿处设有定位标志，所述的答题卡上设有填涂区；/nS2，对图像进行定位和矫正；/nS3，对矫正后的图像进行二值化、去噪、腐蚀和开运算处理，根据横向与纵向定位标志的位置信息生成网格定位图，网格定位图中的每个网格交点定位为一个填涂标志位；/nS4，以每个网格交点为中心生成固定大小的矩形判别区域，利用滑块优化算法对生成的判别区域进行位置调整；/nS5，根据填涂区的有效像素占矩形判别区域面积的比例来判断选项填涂是否有效，根据填涂标志位信息进行题号转移，并与预存答案对比，判断该题是否得分，记录题号与得分值；/nS6，将定位标志向下选择一个，即可开始下一题的判别，重复步骤S4和S5，逐渐完成所有题目的判别，最终输出学生信息与其得分情况。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于计算机视觉的自动阅卷方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取答题卡的图像，并保存，所述的答题卡四角位置设置有定位块，所述的答题卡右侧与下方边沿处设有定位标志，所述的答题卡上设有填涂区；
S2，对图像进行定位和矫正；
S3，对矫正后的图像进行二值化、去噪、腐蚀和开运算处理，根据横向与纵向定位标志的位置信息生成网格定位图，网格定位图中的每个网格交点定位为一个填涂标志位；
S4，以每个网格交点为中心生成固定大小的矩形判别区域，利用滑块优化算法对生成的判别区域进行位置调整；
S5，根据填涂区的有效像素占矩形判别区域面积的比例来判断选项填涂是否有效，根据填涂标志位信息进行题号转移，并与预存答案对比，判断该题是否得分，记录题号与得分值；
S6，将定位标志向下选择一个，即可开始下一题的判别，重复步骤S4和S5，逐渐完成所有题目的判别，最终输出学生信息与其得分情况。


2.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉的自动阅卷方法，其特征在于，所述的填涂区与答题卡右侧和下方边沿处的定位标志形成矩阵阵列。


3.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉的自动阅卷方法，其特征在于，步骤S2中的定位方法为截取图像四角1/8区域进行斜向扫描四角位置的定位块进行定位，步骤S2中的矫正采用透视变换。


4.根据权利要求3所述的一种基于计算机视觉的自动阅卷方法，其特征在于，所述的透视变换的步骤为：
1)利用斜向扫描提取四角定位块的圆心位置，利用提取到的定位块位置计算相邻定位块彼此之间的直线距离，取均值后作为变换后的图形的长度h和宽度w；
2)按顺时针方向提取答题卡四个定位块位置信息为第一组坐标点(Xi，Yi)其中i＝1,2,3,4，以左上顶点为基准，将图像中左上顶点的定位块位置信息(X1，Y1)与w和h运算，得到的四个坐标点为第二组坐标点(Ui，,Vi)，其中i＝1,2,3,4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张育中，杨宇清，舒双宝，郎贤礼，陈晶晶，杨蕾，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34