[发明专利]基于二值图像连通域统计的答题卡自动评分方法

权利要求书

1.基于二值图像连通域统计的答题卡自动评分方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)从本地磁盘读入一个扫描得到的答题卡图像文件；

(b)对答题卡图像进行倾斜检测及校正；

(c)对步骤(b)中校正后的图像中的校准点进行检测及定位；

(d)根据步骤(c)中得到的校准点位置以及答题卡描述文件，计算每一个填涂点在本张图像中的绝对位置；

(e)根据步骤(d)得到的每个填涂点进行识别，判断其是否填涂。

2.根据权利要求1所述基于二值图像连通域统计的答题卡自动评分方法，其特征在于，步骤(b)包括以下步骤：

(b-1)将扫描得到的图像转化为灰度图像；

(b-2)读取答题卡描述文件中校准点的类型以及扫描图像的分辨率，生成矩形的结构元素并使用该结构元素对扫描图像进行灰度级形态学闭操作；

(b-3)对步骤(b-2)最后得到的图像进行二值化，二值化阈值为100，即灰度值大于100的像素点设为1，否则设为0；

(b-4)计算二值图像中各个连通域的位置并判断数量是否与答题卡描述文件中的校准点数量一致，如不一致则利用该类型校准点的宽高比以及面积去除干扰块；

(b-5)分别计算图像上方、下方校准点构成直线的斜率，若该两个斜率的差值大于0.2，则认为发生褶皱并提示，否则取两者均值作为倾斜度数，对图像进行倾斜校正。

3.根据权利要求1所述基于二值图像连通域统计的答题卡自动评分方法，其特征在于步骤（c）中，包括以下步骤：

(c-1)读取答题卡描述文件中关于水平方向校准点与竖直方向校准点的区域描述，并根据相对于校准点的位置裁剪出整个水平方向以及竖直方向的校准点组区域；

(c-2)分别读取答题卡描述文件中水平方向、竖直方向校准点的类型以及扫描图像的分辨率，生成相对应的矩形结构元素并分别对水平校准点区域、竖直校准点区域进行灰度级形态学闭操作；

(c-3)对图像进行二值化操作，其中，二值化阈值为100，并判断二值图像中连通域数量是否与答题卡描述文件中的校准点数量一致，如不一致则利用该类型校准点的宽高比以及面积去除干扰连通域。

4.根据权利要求3所述基于二值图像连通域统计的答题卡自动评分方法，其特征在于：步骤(d)中，使用步骤(c)最后得到的各个连通域的最小外接矩形，计算校准点边界，并根据答题卡描述文件，计算出各题中各个选项的在本图像中的绝对位置。

5.根据权利要求4所述基于二值图像连通域统计的答题卡自动评分方法，其特征在于：计算校准点边界时考虑到填涂偏差，加入了边界缓冲区，其上top、下buttom、左left、右right边界计算方法为：top=y-h×edge_rate，buttom=y+h×(1+edge_rate)，left=x-w×edge_rate，right=x+w×(1+edge_rate)，其中x、y、w、h、edge_rate分别表示连通域最小外接矩形的左上角横、纵坐标，矩形的宽、高以及边缘缓冲率，边缘缓冲率设为0.3。

6.根据权利要求1所述基于二值图像连通域统计的答题卡自动评分方法，其特征在于步骤(e)中包括以下步骤：

(e-1)根据步骤(d)得到的填涂点位置，将同一题的所有填涂点区域提取出来；

(e-2)对每一题区域计算自适应阈值并进行二值化；

(e-3)根据步骤(c)中得到的校准点的大小s计算填涂面积阈值threshold：threshold=s×0.15；

(e-4)对每个填涂点区域，若二值图像值为1的区域大于填涂面积阈值，则认为填涂，否则认为没有填涂。

7.根据权利要求6所述基于二值图像连通域统计的答题卡自动评分方法，其特征在于：使用最大类间方差法计算自适应二值化阈值，类间方差法计算方法如下：g=ω₀ω₁(μ₀-μ₁)²，其中g为类间方差，ω₀、ω₁分别为灰度值小于、大于阈值T的像素点占整幅图像的比例，μ₀、μ₁分别为灰度值小于、大于阈值T的像素点的平均灰度；最大类间方差法阈值计算方法为分别计算T从0到255对应的类间方差法g的大小，取g最大的时候对应的T即为所求。

8.根据权利要求7所述基于二值图像连通域统计的答题卡自动评分方法，其特征在于：考虑到扫描仪产生的噪声，对于自适应二值化阈值大于230的情况，认为该题未作答，有效区分未作答与扫描仪噪声。