一种基于滴液事件的理化试验自动评分方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于滴液事件的理化试验自动评分方法及系统，包括：使用混合高斯模型对实验过程中待测区域的灰度值的变化进行建模；使用建立好的混合高斯模型，对待测视频中待测区域的灰度值变化进行判断，根据判断结果认定是否发生了滴液事件；根据所述滴液事件的次数，自动判断理化试验是否得分。本发明专利技术采用混合高斯模型，算力成本低，仅需要CPU即能完成计算；计算速度快，在在intel i7

【技术实现步骤摘要】
一种基于滴液事件的理化试验自动评分方法及系统


[0001]本专利技术涉及机器视觉
，具体地，涉及一种基于滴液事件的理化试验自动评分方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来中考考生的数量不断增加，对考试评审过程中的人力需求提出了极高的挑战。其中，理化试验考试因为其评分点多、过程复杂、评审时间长等特点，现在已体现出老师少、考生多的现象，评审质量受到了极大的考验。
[0003]最近，为了降低理化实验考试中评审的人力成本，一种基于机器视觉的理化实验考试自动评分系统被提出，该方法使用多个摄像头采集考生做实验的影像信息，然后通过后端的多个算法模块对评分点进行打分，其中，有一个关于“过滤实验”中的一个评分点的评估，该评分点在于判断在过滤过程中，为了防止滴液飞溅，尖嘴漏斗下端需要紧靠烧杯壁。紧靠烧杯壁为得分，否则为不得分，参见图1。
[0004]经过检索，经检索，申请号为202010203774.X的中国专利公开了一种化学漏斗装置搭建实验操作装置及智能评分方法，其通过霍夫圆的方式利用霍夫圆检测及非极大值抑制算法提取俯视图像中的长颈漏斗与烧杯图像块中的漏斗口及烧杯口的近似圆，并根据两圆圆心在图像中的距离、两物体圆口平面的高度差信息及俯视摄像头的内部参数得到两圆圆心的精确距离，并根据该距离与烧杯口半径判断此时漏斗下端是否紧贴烧杯内壁。该专利具有以下问题：1)在俯视图中，常发生尖嘴漏斗遮挡烧杯的过程，烧杯圆心提取容易产生偏差；2)尖嘴漏斗的高度在每次的实验中是不确定的，变化的高度会导致圆心距离测算不准；3)不能假设尖嘴漏斗下端和尖嘴漏斗的圆心在垂直方向上重合，尖嘴漏斗可能略微倾斜4)紧贴和未紧贴往往只有1mm的差距，因为上述问题该法的精度无法满足需求，故不能有效判断尖嘴漏斗下端是否紧贴烧杯壁。
[0005]经过检索，申请号为202210898308.7的中国专利公开了一种通过滴液检测来判断尖嘴漏斗是否紧靠烧杯壁的方法，该方法认为在“过滤实验”中，如果尖嘴漏斗下端没有紧靠烧杯壁，将导致过滤后的液体沿尖嘴漏斗下端直接滴落在烧杯壁底部(下文称为滴液事件)，通过判断是否存在滴液事件可以判断尖嘴漏斗下端是否紧靠烧杯内壁。在检测滴液事件的具体方法上，该专利首先通过光流模型提取每一帧的光流图，然后将视频中每一帧的图片和光流图一起送入序列模型，判断在该实验过程中发生的滴液事件的次数，如果次数大于某一个阈值，则认为尖嘴漏斗下端没有紧靠烧杯壁。该方法的问题在于：1)处理速度慢，光流提取模型和序列模型的处理速度都远低于实时；2)算力成本高，两个模型同时使用需占用2块GPU显卡(1080ti以上)；3)光流提取模型无法很好的捕捉水滴的运动轨迹，液滴的形态不固定且在下落过程中容易产生模糊，这对光流提取过程中的特征的提取和匹配都提出了挑战。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于滴液事件的理化试验自动评分方法及系统。
[0007]根据本专利技术的一个方面，提供一种基于滴液事件的理化试验自动评分方法，包括：
[0008]使用混合高斯模型对实验过程中待测区域的灰度值的变化进行建模；
[0009]使用建立好的混合高斯模型，对待测视频中待测区域的灰度值变化进行判断，根据判断结果认定是否发生了滴液事件；
[0010]根据所述滴液事件的次数，自动判断理化试验是否得分。
[0011]优选的，所述待测区域为漏斗和烧杯所在区域的并集区域。
[0012]优选地，所述对待测区域的灰度值变化进行判断，包括：
[0013]对待测区域的灰度值和该区域的灰度值分布的距离进行判断，若超过第一阈值，则将对应的灰度值判断为前景；
[0014]当前景的像素个数超过第二阈值后，则认定发生了一次滴液事件。
[0015]优选地，所述当前景的像素个数超过第三阈值后，则认定发生了一次滴液事件，包括：
[0016]把每个像素点的灰度值与该像素点的灰度值的混合高斯分布距离用热力图表示；
[0017]当所述热力图的中热力值大于第一阈值的像素面积大于第二阈值时，则认为出现了一次滴液事件。
[0018]优选地，所述根据所示滴液事件的次数，自动判断理化试验是否得分，包括：
[0019]当实验过程中发生的滴液事件次数超过第三阈值后，则认定该实验过程存在滴液事件，判定不得分；反之，则判定得分。
[0020]优选地，所述待测视频通过在平视摄像头拍摄实验过程获得。
[0021]根据本专利技术的第二个方面，提供一种基于滴液事件的理化试验自动评分系统，包括：
[0022]混合高斯建模模块，该模块使用混合高斯模型对实验过程中待测区域的灰度值的变化进行建模；
[0023]滴液事件检测模块，该模块使用建立好的混合高斯模型，对待测视频中待测区域的灰度值变化进行判断，根据判断结果认定是否发生了滴液事件；
[0024]计算模块，该模块根据所述滴液事件的次数，自动判断理化试验是否得分。
[0025]根据本专利技术的第三个方面，提供一种基于滴液事件的理化试验自动评分装置，采用任一项上述的方法，或者，采用上述的系统。
[0026]根据本专利技术的第四个方面，提供一种终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时可用于执行上述的方法，或，运行上述的系统。
[0027]根据本专利技术的第五个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时可用于执行上述的方法，或，运行上述的系统。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0029]本专利技术实施例中的基于滴液事件的理化试验自动评分方法及系统，其采用混合高斯模型，算力成本低，仅需要CPU即能完成计算。
[0030]本专利技术实施例中的基于滴液事件的理化试验自动评分方法及系统，其采用混合高斯模型，计算速度快，在在intel i7
‑
8700的CPU上就能达到50FPS以上的速度。
[0031]本专利技术实施例中的基于滴液事件的理化试验自动评分方法及系统，准确率高达85％。
附图说明
[0032]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0033]图1为理化实验过程中尖嘴漏斗下端是否紧贴烧杯壁评分标准示意图；
[0034]图2为本专利技术一个实施例中的基于滴液事件的理化试验自动评分方法的流程图；
[0035]图3为本专利技术一优选实施中的混合高斯背景建模下液滴的热力图；
[0036]图4为本专利技术一优选实施例中的基于滴液事件的理化试验自动评分方法的流程图。
具体实施方式
[0037]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于滴液事件的理化试验自动评分方法，其特征在于，包括：使用混合高斯模型对实验过程中待测区域的灰度值的变化进行建模；使用建立好的混合高斯模型，对待测视频中待测区域的灰度值变化进行判断，根据判断结果认定是否发生了滴液事件；根据所述滴液事件的次数，自动判断理化试验是否得分。2.根据权利要求1所述的一种基于滴液事件的理化试验自动评分方法，其特征在于，所述待测区域为漏斗和烧杯所在区域的并集区域。3.根据权利要求1所述的一种基于滴液事件的理化试验自动评分方法，其特征在于，所述对待测区域的灰度值变化进行判断，包括：统计所述待测区域中每个像素在待测视频中每一帧的灰度值分布；对待测视频中的每一帧，计算待测区域中的每个像素的灰度值和该像素的灰度值分布的距离，若超过第一阈值，则将对应的像素判断为前景；当所述前景的像素个数超过第二阈值后，则认定在该帧发生了一次滴液事件。4.根据权利要求3所述的一种基于滴液事件的理化试验自动评分方法，其特征在于，所述当某一帧的前景的像素个数超过第二阈值后，则认定该帧发生了一次滴液事件，包括：计算每个像素点的灰度值与该像素点的灰度值的混合高斯分布的距离，并用热力图表示；当所述热力图中热力值大于第一阈值的面积大于第二阈值时，则认为出现了一次滴液事件。5.根据权利要求1所述的一种基于滴液事件的理化试验自动评分方法，其特征在于，所述根据所示滴液事件的次数，自动判断理化试验是否...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶飞，吴小彬，江志坚，王劦，
申请(专利权)人：上海媒智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：