張一飛

（北京工業(yè)大學(xué)，北京 100124）

網(wǎng)絡(luò)閱卷中的圖像偏移校正研究

張一飛

（北京工業(yè)大學(xué)，北京 100124）

網(wǎng)絡(luò)閱卷模式隨著教育信息化的發(fā)展和相關(guān)技術(shù)水平的進(jìn)步，已經(jīng)成為一種非常流行的考試信息化解決方案。在網(wǎng)絡(luò)閱卷中，掃描圖像的校正是所有工作的最基礎(chǔ)一環(huán)，校正算法的準(zhǔn)確性和效率直接影響整個(gè)網(wǎng)上閱卷系統(tǒng)的質(zhì)量。該文主要研究了圖像校正的幾種方法，并提出了一種基于霍夫變化的圖像偏移校正方法。

霍夫變換 圖像校正 網(wǎng)絡(luò)閱卷

1 概述

具體來說，網(wǎng)絡(luò)閱卷主要指的是學(xué)生參加紙質(zhì)考試后，通過獲取圖像、圖像識(shí)別、客觀題判分、主觀題閱卷、成績(jī)匯總幾個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)公平、公正判分，并生成成績(jī)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果的過程。

在上述步驟中，圖像獲取和識(shí)別是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)閱卷中最基礎(chǔ)也是最重要的一環(huán)，因?yàn)閳D像識(shí)別的結(jié)果直接影響到是否能正確獲取數(shù)據(jù)，以及后續(xù)處理的效率和準(zhǔn)確率。具體來說，主要是通過掃描儀獲取試卷圖像，對(duì)原始圖像進(jìn)行校正，并通過一定的識(shí)別算法獲取考生的客觀題填涂信息和主觀題答題圖像信息。

由于圖像在獲取時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生不同程度的偏移，需要對(duì)這種偏移先進(jìn)行校正，才可以進(jìn)行后續(xù)的識(shí)別操作。本文主要對(duì)圖像偏移校正所需要采用的方法進(jìn)行了研究，并提出了一種基于霍夫變換的偏移校正方法。

2 圖像偏移的特征

2.1 圖像的來源

本文討論的算法所針對(duì)的圖像來源為從掃描儀掃描紙質(zhì)試卷，獲取到的試卷原始圖像。掃描時(shí)采用的分辨率為150dpi，顏色模式為RGB色彩空間，顏色級(jí)別為256級(jí)灰度。

2.2 圖像的特征

由于掃描圖像的來源都是紙質(zhì)試卷，因此其內(nèi)容具有一般試卷的基本特征：圖像印刷一般為黑色字體，背景為純白色。圖像內(nèi)容為試卷提示文字（標(biāo)題、考試信息、題干等），以及各個(gè)答題區(qū)域的框線。其中，主觀題區(qū)域一般是矩形或圓角矩形區(qū)域框線，客觀題區(qū)域則由多個(gè)小題填涂區(qū)組成。

2.3 圖像偏移的原因

造成圖像偏移主要有兩個(gè)原因：（1）試卷在印刷時(shí)，由于印刷廠采取的印刷方式都是整版印刷，一版包含多張?jiān)嚲?，印刷部門在試卷整體剪裁時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差，導(dǎo)致剪裁后試卷上的內(nèi)容相對(duì)于紙張有不同程度的偏移。（2）試卷在進(jìn)入掃描儀掃描時(shí)，由于無法保證試卷在被掃描時(shí)一定垂直或水平于掃描儀的掃描方向，因此掃描獲取的圖像可能存在一定角度的傾斜。

3 偏移校正的方法

3.1 常見傾斜校正方法的研究

對(duì)于圖像的傾斜校正，常見的方法有以下幾種：

（1）投影變換法。投影變換法主要原理就是計(jì)算圖像在水平方向和垂直方向的兩個(gè)投影，對(duì)于原始圖像來說，是一個(gè)二維函數(shù)，而變換投影以后，就轉(zhuǎn)化為一個(gè)一維函數(shù)。這種方法需要對(duì)每個(gè)傾斜角做原始圖像的投影變換，并分析變換后的圖像性質(zhì)。

（2）傅立葉變換法。傅立葉變換法就是對(duì)原圖上的像素點(diǎn)全部做傅立葉變換，如果原始圖像在時(shí)域上有較強(qiáng)的方向性，則其在頻域空間上，存在一個(gè)密度最大的方向，這個(gè)方向?qū)?yīng)的就是原始圖像的傾斜角度。

（3）霍夫變換法。霍夫變換主要原理是利用了直線方程的對(duì)稱性，將原始圖像上一條直線，轉(zhuǎn)化為參數(shù)平面上的一個(gè)點(diǎn)。通過對(duì)整個(gè)區(qū)域的變換，實(shí)現(xiàn)從原始平面到參數(shù)平面的轉(zhuǎn)換。而根據(jù)直線方程，在參數(shù)平面上直線相交的點(diǎn)的坐標(biāo)就是原圖像中的直線參數(shù)，從而對(duì)整個(gè)區(qū)域中的直線的統(tǒng)計(jì)，就可以知道圖像的方向性。

3.2 基于霍夫變換的偏移校正

由于傅立葉變換法和投影變換在實(shí)際運(yùn)用中需要的計(jì)算量過大，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)閱卷來說無法滿足時(shí)效性要求；而霍夫變換對(duì)于圖像的處理具有非常好的魯棒性，即對(duì)圖像本身的內(nèi)容沒有過多的限制和要求，而且對(duì)于有污損和部分殘缺的圖像，仍然可以計(jì)算出傾斜角度，因此選擇霍夫變換進(jìn)行傾斜校正是非常合理的。

同時(shí)，由于在霍夫變換的過程中，我們可以獲取圖像中所有直線的信息，而對(duì)于試卷圖像，其中主要存在的直線就是各個(gè)答題區(qū)域的框線。而這些框線，一般都是以矩形形式，平行于紙面存在的。在對(duì)圖像進(jìn)行傾斜校正結(jié)束后，通過確定直線的方程，也同樣可以確定這些直線相對(duì)于紙面（坐標(biāo)系）的距離。因此，直線的二維特性就被轉(zhuǎn)化為特殊直線與坐標(biāo)軸的一維距離信息。通過獲取這個(gè)信息，也就獲取到了圖像的水平偏移。

3.3 校正區(qū)域的選取

對(duì)于霍夫變換來說，雖然其算法的魯棒性非常高，但是其運(yùn)算效率并不能令人滿意。因?yàn)槠湫枰獙?duì)整個(gè)校正區(qū)域做霍夫變換，因此該算法的時(shí)間復(fù)雜度完全取決于校正區(qū)域的大小。所以，選取正確的校正區(qū)域?qū)τ趦A斜校正至關(guān)重要。選取的區(qū)域過大，則計(jì)算的時(shí)間則會(huì)相應(yīng)延長；選取的區(qū)域過小，則計(jì)算可能不夠準(zhǔn)確，因?yàn)樵嚲砩弦粋€(gè)局部的方向性特性和整體的方向性特性往往存在很大差距。

在實(shí)際應(yīng)用中，可選取試卷正面長寬各1/4的區(qū)域作為校正區(qū)域。對(duì)于該區(qū)域來說，已經(jīng)完全可以滿足識(shí)別出圖像方向性特性的要求，同時(shí)計(jì)算所需的時(shí)間在可以接受的范圍內(nèi)。

3.4 水平偏移的校正

由于掃描儀獲取的試卷圖像的最終用途是客觀題識(shí)別和主觀題切割，在具體應(yīng)用時(shí)，會(huì)事先設(shè)計(jì)一個(gè)識(shí)別/切割模板，選取一張?jiān)嚲韴D像作為樣卷，在樣卷上制定模板的參數(shù)。具體參數(shù)的內(nèi)容主要標(biāo)示了各個(gè)識(shí)別區(qū)域的位置，大小，也就是識(shí)別矩形的橫向和縱向坐標(biāo)，以及矩形的長度和寬度信息。而這就要求試卷上的圖像相對(duì)于坐標(biāo)系的位置是固定的，這樣對(duì)于每一張考生的試卷，同樣的試卷模板才可以對(duì)應(yīng)到正確的識(shí)別區(qū)域上。所以，需要對(duì)原始圖像做水平校正。

在對(duì)校正區(qū)域做霍夫變換后，可以得到原始圖像的斜率，并進(jìn)行傾斜校正；同時(shí)，利用已經(jīng)獲得的圖像中直線的信息，可以進(jìn)行水平校正。

4 結(jié)語

文章介紹了網(wǎng)絡(luò)閱卷中圖像偏移的主要原因和具體特征，并對(duì)圖像的傾斜校正和水平校正方法進(jìn)行了研究和分析，并提出了一種基于霍夫變換的偏移校正方法。這種方法利用了霍夫變換的高精度特性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了圖像傾斜角度的校正和水平偏移的校正。經(jīng)過偏移校正后的圖像為后續(xù)處理打下了良好基礎(chǔ)，也是文章研究的意義所在。

［1］韋凱.基于城域網(wǎng)架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)閱卷系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)［J］.中國教育信息化，2014.

［2］賈曉丹.一種新的基于Radon變換的車牌傾斜校正方法［J］.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2008.