[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

说明书

技术领域

本发明一般涉及计算机模式识别与图像处理领域，具体涉及基于二值图像连通域统计的答题卡自动评分方法。

背景技术

随着信息技术的发展，计算机处理的数据量越来越大,在很多领域里,亟需解决海量数据的采集、识别和录入的问题。目前，在高考、成人高考、全国大学英语等级考试等大型考试已经使用OMR（光学标记阅读机）解决该问题。虽然OMR技术解决了一些答题卡数据录入的问题,但是由于其自身技术是基于光电识别技术的，存在许多目前难以解决的问题：（1）设备专用：光电识别机只能在审阅客观题中使用，主观题仍需使用扫描仪扫描，价格昂贵；（2）答题卡格式固定：受限于光电头安装位置和排列密度相对固定，对于不同格式的答题卡调整难度很大，甚至无法满足要求；（3）答题卡制造成本高：OMR答题卡必须为含铅铜版纸进行彩色印刷且对答题卡裁切精度有严格要求，经济成本、环境成本高，对于大多数中小学无力承担该费用；（4）纠错流程复杂：OMR技术中，若在识别的过程中发生异常，必须停机，人工分拣出出错答题卡，逐张人工重新填涂，才能重新开机识别，大大影响阅卷效率。（5）图像不能保存待查：不能保存识别过的答题卡图像，判题透明性差，若要查对必须人工从纸质答题卡中重新分拣出来。

利用图像处理技术对经过扫描的答题卡的数据进行识别和录入是一项新技术。它除了可以克服上述OMR技术存在的缺陷外,还具有设备、纸张成本低，识别率及速度可随计算机软、硬件发展不断优化、提升，改卷结果可直接显示在扫描图像上，判卷透明性高，校对方便等特点。该技术将在计算机阅卷、电子政务、社会调查数据采集、生产和流通领域的过程管理及其它领域中显示出其良好的应用前景。

发明内容

本发明针对答题卡识别技术的不足，提供了基于二值图像连通域统计的答题卡自动评分方法。本发明的目的在于使用计算机图像处理技术解决高准确率的答题卡自动识别问题，克服现有的OMR技术的缺陷，提供一个成本低、使用简单的、可靠的答题卡识别方案，具体技术方案如下。

基于二值图像连通域统计的答题卡自动评分方法，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)中校正后的图像进行校准点检测及定位；

(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。

上述基于二值图像连通域统计的答题卡自动评分方法中，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它对扫描图像进行灰度级形态学闭操作；

(b-3)对步骤(b-2)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，若上下斜率差值过大，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。

上述基于二值图像连通域统计的答题卡自动评分方法中，步骤(c)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，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。

上述基于二值图像连通域统计的答题卡自动评分方法中，步骤(d)使用步骤(c)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。