一種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的評卷方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的評卷方法，該方法的步驟流程包括前期準(zhǔn)備工作，核心圖像處理工作，分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)階段，分?jǐn)?shù)增強(qiáng)顯示階段等，前期準(zhǔn)備工作包括答題卡的設(shè)計(jì)，試卷標(biāo)準(zhǔn)答案錄入，答題卡信息獲取等，核心圖像處理工作包括圖像幾何校正，答題卡有效區(qū)域定位，答題卡有效區(qū)域特征元素的檢測和提取以及將結(jié)果寫入xml文件，分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)階段主要是統(tǒng)計(jì)答題卡所獲分?jǐn)?shù)，分?jǐn)?shù)顯示階段主要結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將分?jǐn)?shù)顯示出來，供使用者記錄等。本發(fā)明方法不僅使用裝置簡便，容易操作，而且能識別出正確選擇、錯(cuò)誤選擇、多選及漏選等多種情況,準(zhǔn)確率較高,檢測識別速度較快，極大方便了用戶，具有很好的研究價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。
【專利說明】一種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的評卷方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及評卷閱卷【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的評卷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著Google發(fā)布Android操作系統(tǒng)以來，Android呈現(xiàn)出突飛猛進(jìn)的發(fā)展勢頭。如今，來自互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(IDC)的最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2013年第一季度，Android操作系統(tǒng)全球市場占有率位居第一，占有率達(dá)到75%以上，安裝Android系統(tǒng)的新智能手機(jī)數(shù)量躍升至1.621億部。而且據(jù)有關(guān)人士分析，Android的這種發(fā)展?fàn)顟B(tài)將機(jī)會繼續(xù)保持下去。現(xiàn)在Android系統(tǒng)的移動終端如雨后春筍般涌現(xiàn)，包括手機(jī)、平板等。這些移動終端的特點(diǎn)是攜帶方便，硬件支持強(qiáng)大，加上現(xiàn)在豐富的軟件系統(tǒng)，將會為人們的工作和生活提供很大的便利和樂趣。
[0003]機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測量和判斷。如今，中國正成為世界機(jī)器視覺發(fā)展最活躍的地區(qū)之一，應(yīng)用范圍涵蓋了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、軍事、航天、氣象、天文、公安、交通、安全、科研等國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)。其重要原因是中國已經(jīng)成為全球制造業(yè)的加工中心，高要求的零部件加工及其相應(yīng)的先進(jìn)生產(chǎn)線，使許多具有國際先進(jìn)水平的機(jī)器視覺系統(tǒng)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)也進(jìn)入了中國。經(jīng)歷過長期的蟄伏，2010年我國機(jī)器視覺市場迎來了爆發(fā)式增長。據(jù)《2013-2017年中國機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景與投資預(yù)測分析報(bào)告》[I]數(shù)據(jù)顯示當(dāng)年，我國機(jī)器視覺市場規(guī)模達(dá)到8.3億元，同比增長48.2%，其中智能相機(jī)、軟件、光源和板卡的增長幅度都達(dá)到了 50%，工業(yè)相機(jī)和鏡頭也保持了 40%以上的增幅，皆為2007年以來的最高水平。因此機(jī)器視覺的應(yīng)用也相當(dāng)成熟了。
[0004]增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Augmented Reality Technique,簡稱AR),是在虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，是通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的信息增加用戶對現(xiàn)實(shí)世界感知的技術(shù)，并將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體、場景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實(shí)場景中，從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)的“增強(qiáng)”。傳統(tǒng)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)越來越越不能夠滿足人們的需求。隨著移動終端的大力發(fā)展，移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用也在不斷的發(fā)展，也產(chǎn)出大量的產(chǎn)品，如商業(yè)應(yīng)用，游戲等等，尤其是基于Android和IOS操作系統(tǒng)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用。
[0005]機(jī)讀卡是一種簡單的光學(xué)字符識別(OCR)技術(shù)，也是一種很好的機(jī)器視覺的應(yīng)用實(shí)例，它常用于標(biāo)準(zhǔn)化考試、選舉和調(diào)查，這種技術(shù)由于速度快而且準(zhǔn)確，因此現(xiàn)在得到了普遍的應(yīng)用，但是其對于個(gè)人使用不切實(shí)際，所以本發(fā)明的設(shè)計(jì)旨在方便老師個(gè)人評閱試卷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在Android移動終端上使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)評閱試卷的一種方法，該方法將評閱試卷的理念移植到移動終端，并且將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與試卷評閱相結(jié)合，為老師個(gè)人評閱試卷帶來了極大地方便。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的評卷方法，該方法包括以下步驟:
S1:設(shè)計(jì)答題卡；
52:錄入標(biāo)準(zhǔn)答案，并將答案按指定規(guī)則寫入xml文件中，再將該標(biāo)準(zhǔn)答案xml文件存入移動終端上指定位置；
53:獲取答題卡信息，拍攝包含全部答題卡區(qū)域的圖像，即通過移動終端上的攝像頭進(jìn)行圖像的獲取；
54:對拍攝圖像進(jìn)行處理，獲取答案信息；
55:將S4中獲取的答案按指定規(guī)則寫入xml文件中，保存在移動終端存儲卡中指定位
置；
56:尋找匹配特征元素，特征元素就是標(biāo)準(zhǔn)答案和學(xué)生的試卷答案，讀取S2中錄入的標(biāo)準(zhǔn)答案xml文件與S5中獲取的xml文件并進(jìn)行匹配，從而計(jì)算出成績；
57:處理異常情況；
58:利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將上述步驟計(jì)算得出的分?jǐn)?shù)顯示在移動終端屏幕中，或者寫入txt文件存儲在指定位置，方便使用者統(tǒng)計(jì)；
59:統(tǒng)計(jì)和分析試驗(yàn)結(jié)果。
[0008]進(jìn)一步地，SI中設(shè)計(jì)的答題卡包括以下幾個(gè)部分:學(xué)生信息部分，包括學(xué)生姓名，學(xué)號，分?jǐn)?shù)，這一部分內(nèi)容是不需要被識別的，供使用者統(tǒng)計(jì)成績所用；有效作答區(qū)域，包括題目選項(xiàng)區(qū)域，特征元素提取對這個(gè)區(qū)域進(jìn)行處理；圖像識別區(qū)域，包括題目選項(xiàng)區(qū)域，特征元素提取對這個(gè)區(qū)域進(jìn)行處理。
[0009]進(jìn)一步地，S4中對拍攝圖像進(jìn)行處理的流程包括以下幾個(gè)步驟:
541:幾何校正，幾何校正包括提取輪廓，解析輪廓，畸變校正；
542:切邊，提取答題卡的有效區(qū)域；
543:圖像增強(qiáng)；
544:特征元素的檢測和提取，采用遍歷算法統(tǒng)計(jì)每題答案。
[0010]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明首次將評閱試卷的理念移植到移動終端，并且首次將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與試卷評閱相結(jié)合，本發(fā)明為老師個(gè)人評閱試卷帶來了極大地方便，老師只需要在手機(jī)上安裝一個(gè)APP，就能高效快捷準(zhǔn)確地評閱試卷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]附圖1為設(shè)計(jì)的答題卡。
[0012]附圖2為未經(jīng)過幾何校正的圖像。
[0013]附圖3為圖像處理相關(guān)流程圖。
[0014]附圖4為Radon變換定義示意圖。
[0015]附圖5為提取有效區(qū)域之后的圖像。
[0016]附圖6為計(jì)算每題答案選項(xiàng)的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于此。
[0018]傳統(tǒng)的答題卡為機(jī)讀卡，不適用于手持設(shè)備應(yīng)用的情況。本實(shí)施例為了達(dá)到快速高效以及精確的識別和計(jì)算性能，專門設(shè)計(jì)了一種答題卡，如圖1所示，本實(shí)施例所設(shè)計(jì)的答題卡，該答題卡主要包含三個(gè)部分:
第一，學(xué)生信息部分，包含學(xué)生姓名，學(xué)號，分?jǐn)?shù)等，這一部分內(nèi)容是不需要被識別的，主要供使用者統(tǒng)計(jì)成績所用；
第二，有效作答區(qū)域，這部分主要包含了題目選項(xiàng)區(qū)域，特征元素提取主要對這個(gè)區(qū)域進(jìn)行相關(guān)處理；
第三，圖像識別區(qū)域，這部分主要是一個(gè)黑色的邊框，為了快速準(zhǔn)確地定位到有效作答區(qū)域；
只有使用指定的答題卡，再結(jié)合本實(shí)施例中的算法，才能快速高效精確地完成需要的功能。
[0019]對于有效答題區(qū)域和圖像識別區(qū)域稱為有效區(qū)域，這個(gè)區(qū)域也分為三個(gè)部分，邊框，題號和選擇項(xiàng)。設(shè)定邊框厚度為10像素，題號和選擇項(xiàng)的寬度為25像素，選項(xiàng)之間的間隔為5像素，每行之間的間隔以及第一行與內(nèi)邊框的間距相同，均為12像素。
[0020]錄入標(biāo)準(zhǔn)答案，主要是通過前期手動錄入。在使用基于本實(shí)施例開發(fā)的移動app之前，會提醒使用者錄入標(biāo)準(zhǔn)答案，確認(rèn)之后會自動生成一個(gè)xml文件，保存在手機(jī)存儲卡中指定位置。對于不同的試卷，只需要錄入答案就可以再次使用，同時(shí)可以刪除指定的xml文件，節(jié)省資源空間。另外，為了方便統(tǒng)計(jì)答案結(jié)果，本實(shí)施例使用的xml為自定義的。
[0021]答題卡信息的獲取，首先尋找適當(dāng)位置，通過移動終端攝像頭拍攝場景，確保答題卡的有效區(qū)域全部包含在所拍攝的圖像中，否則后續(xù)的處理將得不到正確的結(jié)果，拍攝結(jié)果如圖2所示。
[0022]對圖像進(jìn)行相關(guān)處理。操作步驟如圖3所示，其中最關(guān)鍵的步驟包括圖像幾何校正，圖像有效區(qū)域提取以及答案選項(xiàng)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算。
[0023]圖像幾何校正，在S3拍攝圖像時(shí)，由于成像系統(tǒng)本身的非線性特征以及拍攝角度的問題，會使獲得的圖像產(chǎn)生幾何失真，即原本矩形的答題卡在圖像中卻是不規(guī)則圖形，如圖2所示，這樣將不能獲取正確的答案統(tǒng)計(jì)結(jié)果，因此首先對圖像進(jìn)行幾何校正，主要包含以下三個(gè)步驟。
[0024]第一，提取有效區(qū)域輪廓，拍攝的時(shí)候，將答題卡放到成像區(qū)域中央或者中央附近，采用Otsu算法將答題卡和背景分離開，Otsu算法又稱為最大類間方差法，是一種自適應(yīng)的閾值確定的方法，它是按圖像的灰度特性，將圖像分成背景和目標(biāo)兩部分，背景和目標(biāo)之間的類間方差越大，說明構(gòu)成圖像的兩部分的差別越大，當(dāng)部分目標(biāo)錯(cuò)分為背景或部分背景錯(cuò)分為目標(biāo)都會導(dǎo)致兩部分差別變小，因此，使類間方差最大的分割意味著錯(cuò)分概率最小。
[0025]利用Otsu算法可以將答題卡與背景分離開來，分割之后的結(jié)果是一幅二值圖。對分割結(jié)果使用形態(tài)學(xué)填充操作，可以得到新的二值圖。在新的二值圖，答題卡的圖像變成黑色邊框的任意四邊形，而背景則變成白色，被分離開來。對于這樣的二值圖，本文考慮用形態(tài)學(xué)邊界提取的方法，提取黑色邊框四邊形的邊界直線。邊界提取的算法公式如下:
其中，具4是二值圖羞的邊界二值圖，θ是腐蝕算子聲是一個(gè)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)元素。[0026]處理過程:建立一個(gè)3X3、像素值全為I的結(jié)構(gòu)元孝盧用結(jié)構(gòu)原色歲對上面獲得的二值圖進(jìn)行腐蝕，得到一幅新的二值圖。假定原來的二值圖為BI，新的二值圖為BIL。
兩幅圖相減,
【權(quán)利要求】
1.一種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的評卷方法，其特征在于該方法包括以下步驟: S1:設(shè)計(jì)答題卡； 52:錄入標(biāo)準(zhǔn)答案，并將答案寫入xml文件中，再將該標(biāo)準(zhǔn)答案xml文件存入移動終端上指定位置； 53:獲取答題卡信息，拍攝包含全部答題卡區(qū)域的圖像，即通過移動終端上的攝像頭進(jìn)行圖像的獲取； 54:對拍攝圖像進(jìn)行處理，獲取答案信息； 55:將S4中獲取的答案寫入xml文件中，保存在移動終端存儲卡中指定位置； 56:尋找匹配特征元素，特征元素是標(biāo)準(zhǔn)答案和學(xué)生的試卷答案，讀取S2中錄入的標(biāo)準(zhǔn)答案xml文件與S5中獲取的xml文件并進(jìn)行匹配，從而計(jì)算出成績； 57:處理異常情況； 58:利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將上述步驟計(jì)算得出的分?jǐn)?shù)作兩種處理方式:顯示在移動終端屏幕中；寫入txt文件存儲在指定位置，方便使用者統(tǒng)計(jì)； 59:統(tǒng)計(jì)和分析試驗(yàn)結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:S1中設(shè)計(jì)的答題卡包括以下幾個(gè)部分:學(xué)生信息部分，包括學(xué)生姓名，學(xué)號，分?jǐn)?shù)，這一部分內(nèi)容是不需要被識別的，供使用者統(tǒng)計(jì)成績所用；有效作答區(qū)域，包括題目選項(xiàng)區(qū)域，特征元素提取對這個(gè)區(qū)域進(jìn)行處理；圖像識別區(qū)域，包括題目選項(xiàng)區(qū)域，特征元素提取對這個(gè)區(qū)域進(jìn)行處理。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:S4中對拍攝圖像進(jìn)行處理的流程包括以下幾個(gè)步驟: 541:幾何校正，幾何校正包括提取輪廓，解析輪廓，畸變校正； 542:切邊，提取答題卡的有效區(qū)域； 543:圖像增強(qiáng)； 544:特征元素的檢測和提取，采用遍歷算法統(tǒng)計(jì)每題答案。
【文檔編號】G06F19/00GK103745104SQ201310752661
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】何漢武, 陳和恩, 宋春雨, 黃垚波 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)