程夢(mèng)龍 唐曉燕 南陽(yáng)理工學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院

引言：目前，考試的主流方法是以試卷的考試為主。自動(dòng)閱卷系統(tǒng)的研究主要是基于計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的光標(biāo)讀取器和答題卡標(biāo)識(shí)系統(tǒng)。基于數(shù)字圖像處理技術(shù)，需要提前掃描考生答題卡生成電子圖像文件，然后存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。在處理時(shí)直接在軟件中讀入。利用數(shù)字圖像處理的各種技術(shù)和方法，對(duì)考生的考試成績(jī)進(jìn)行識(shí)別。利用這種技術(shù)不僅可以節(jié)省考試管理和考核部門(mén)的人力，物力，而且也能提高工作效率，提高評(píng)估的公平性。本文用Matlab設(shè)計(jì)了答題卡識(shí)別軟件，用于對(duì)答題卡信息及成績(jī)的自動(dòng)識(shí)別計(jì)算。

1 答題卡識(shí)別軟件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件包括：

（1）答題卡的讀?。?/p>

（2）圖像預(yù)處理部分：包括圖像灰度化、二值化等；

（3）對(duì)圖像進(jìn)行霍夫變換得到霍夫變換域，用于檢測(cè)答題卡中的直線(xiàn)段；

（4）計(jì)算傾斜角度，矯正圖像：Hough變換檢測(cè)到的直線(xiàn)可以計(jì)算出直線(xiàn)的斜率，然后用反三角函數(shù)可以得到傾斜角度。再對(duì)圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，得到符合要求的圖像；

（5）對(duì)圖像進(jìn)行濾波并進(jìn)行區(qū)域劃分：原圖像的二值化圖像有噪聲，所以利用除噪函數(shù)進(jìn)行濾波，然后根據(jù)答題卡的特征劃分區(qū)域；

（6）分割圖像，生成網(wǎng)格線(xiàn)：根據(jù)答題卡的特點(diǎn)劃分區(qū)域，再根據(jù)答題卡的填涂區(qū)域分布進(jìn)行網(wǎng)格線(xiàn)劃分；

（7）識(shí)別和顯示：識(shí)別考上學(xué)號(hào)、考試科目、考生答案，用GUI界面顯示。

1.2 Hough變換傾斜矯正

霍夫變換可以識(shí)別出圖像中的幾何形狀，可以分離出圖像中圓、矩形等特殊的形狀。其最基本的功能是在圖像中檢測(cè)直線(xiàn)或者曲線(xiàn)。

霍夫變換算法將每個(gè)像素坐標(biāo)點(diǎn)P(x，y)轉(zhuǎn)換到(r，theta)的曲線(xiàn)點(diǎn)上面，累加到對(duì)應(yīng)的格子數(shù)據(jù)點(diǎn)，當(dāng)一個(gè)波峰出現(xiàn)時(shí)候，說(shuō)明有直線(xiàn)存在。通過(guò)Hough變換檢測(cè)出了很多條直線(xiàn)，選取最長(zhǎng)的那條直線(xiàn)，計(jì)算其斜率，然后進(jìn)行傾斜矯正，則可獲得答題卡圖像的傾斜矯正結(jié)果。

1.3 圖像分割及網(wǎng)格線(xiàn)的生成

在原圖像中標(biāo)記出Hough變化檢測(cè)出的的最長(zhǎng)直線(xiàn)。則標(biāo)記出直線(xiàn)的上部分為答題卡類(lèi)型區(qū)、考生考號(hào)區(qū)和考試科目部分，下部分為答案區(qū)。

從Hough變換檢測(cè)出的峰值中獲取最長(zhǎng)的三條，其中一條豎直定位線(xiàn)、一條區(qū)域分割線(xiàn)和一條底部線(xiàn)，那么根據(jù)坐標(biāo)可以選取區(qū)域分界線(xiàn)作為基準(zhǔn)，用底部線(xiàn)配合計(jì)算得到四條答題區(qū)邊界線(xiàn)。

以橫向檢測(cè)到的第一個(gè)像素不為0的點(diǎn)作為一條直線(xiàn)的起始點(diǎn)劃?rùn)M線(xiàn)，再以豎向檢測(cè)到的第一個(gè)像素不為0的點(diǎn)作為起始點(diǎn)劃豎線(xiàn)。

在獲取了答題區(qū)四條邊界線(xiàn)后需要對(duì)其區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步劃分，首先計(jì)算答題區(qū)六個(gè)橫向區(qū)域的底部橫線(xiàn)縱坐標(biāo)如公式（1）：

其中ym是第n個(gè)橫向區(qū)域的底部橫線(xiàn)縱坐標(biāo)(此處m為0-6)，y基準(zhǔn)是基準(zhǔn)橫線(xiàn)縱坐標(biāo)，a為比側(cè)系數(shù),是底部橫線(xiàn)的縱坐標(biāo)。用同樣的方法,也可以得到每個(gè)橫線(xiàn)區(qū)域中四個(gè)小區(qū)域的橫線(xiàn)縱坐標(biāo)。豎直分割線(xiàn)，計(jì)算的是豎直分割線(xiàn)的橫坐標(biāo)如公式（2）：

其中xmn是每個(gè)橫線(xiàn)區(qū)域中四個(gè)小區(qū)域的豎線(xiàn)橫坐標(biāo),m是第n個(gè)區(qū)域中的某條豎線(xiàn)x左是左邊線(xiàn),x右是右邊線(xiàn),b是比例系數(shù)。此時(shí)完成了圖像的初步分割。

這樣在答題卡上就可以清晰的得到網(wǎng)格線(xiàn)。如圖1中上下區(qū)域分的很明顯，上區(qū)域又分為考號(hào)區(qū)和考試科目區(qū)，用藍(lán)色橫線(xiàn)分割的。下區(qū)域即答案區(qū)，則用紅色橫線(xiàn)分割。網(wǎng)格線(xiàn)圖像可以很明顯的看到區(qū)域的不同。圖中每一個(gè)填涂的部分都嚴(yán)格的存在于一個(gè)小網(wǎng)格中，有利于識(shí)別，如圖1。

圖1 網(wǎng)格線(xiàn)的生成圖像

1.4 答題卡信息識(shí)別

答題卡信息主要包括：考生號(hào)、考試科目、考生成績(jī)等?？梢栽诖痤}卡圖像上標(biāo)記出考生填涂的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)的數(shù)字、科目或者選項(xiàng)來(lái)識(shí)別。

2 答題卡識(shí)別系統(tǒng)結(jié)果

用GUI界面來(lái)對(duì)答題卡識(shí)別的結(jié)果進(jìn)行顯示，GUI主要通過(guò)界面讓用戶(hù)實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）添加答題卡；

（2）進(jìn)行按鍵評(píng)分；

（3）得到考生號(hào)、考試科目、考試成績(jī)。

其結(jié)果如圖2所示。

圖2 GUI界面結(jié)果的顯示

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)出的答題卡識(shí)別軟件可以比較準(zhǔn)確的完成人名識(shí)別和成績(jī)批改統(tǒng)計(jì)功能。但是軟件還有很大的提升空間，例如在一些特殊情況下系統(tǒng)會(huì)識(shí)別不出來(lái)（答題卡填涂不明顯或者擦除不干凈），GUI界面還可以增加查卷功能，便于對(duì)學(xué)生成績(jī)進(jìn)行查看。