摘要：本文運(yùn)用圖像識(shí)別技術(shù)來(lái)對(duì)答題卡進(jìn)行識(shí)別，旨在解決對(duì)書寫工具約束、要特制答題卡等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了答題卡的計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別。答題時(shí)可采用打鉤的方法，方便快速。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所提出的算法具有100%的識(shí)別率。

　　關(guān)鍵字：圖像識(shí)別，答題卡，小波變換，區(qū)域連通

　　The Design for Auto Grading System Based on Image Recognition Technology

　　Abstract：Comprehensive usage the theory of image processing and pattern recognition to set up the recognition system of a card of answer.Carried out the computer recognition of a card of answer, adopt the method answer of beat the hook, convenience, fast. The experimental result shows , this algorithms put forward have 100% recognition capability.

　　Keyword：image recognition，card of answer，wavelet transforms，region to connect

　　中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

　　引言

　　目前英語(yǔ)四六級(jí)考試大多采用光標(biāo)閱讀機(jī)來(lái)進(jìn)行自動(dòng)閱卷。光標(biāo)閱讀機(jī)通過(guò)光電頭對(duì)填涂的答題信息進(jìn)行識(shí)別，并通過(guò)閱讀機(jī)專用軟件進(jìn)行判卷。光標(biāo)閱讀機(jī)只對(duì)黑色敏感，答題卡上原本印有黑色的條塊，來(lái)幫助光標(biāo)閱讀機(jī)確認(rèn)答題卡的方向與位置，鉛筆在答題卡上的填涂的黑塊和印好的黑塊共同組成了一個(gè)只有黑與白的圖像。其原理與二進(jìn)制"0""1"近似，光標(biāo)閱讀機(jī)掃描后與預(yù)先存儲(chǔ)的答案生成的圖像進(jìn)行比較，相符的部分就是得分，不符的就是錯(cuò)誤。光標(biāo)閱讀機(jī)對(duì)考試的填題方式限制較多，對(duì)考試用筆、填涂的范圍與輕重要求較高，拖慢了考生的填題速度，甚至由于考試填題方式的錯(cuò)誤，對(duì)考生成績(jī)?cè)斐捎绊憽?/p>

　　1、問(wèn)題分析

　　若考生在答題時(shí)通過(guò)在答題卡中的選項(xiàng)上打“√”來(lái)答題，可極大的提高考試的答題速度。通過(guò)對(duì)英語(yǔ)四六級(jí)考試的答題卡進(jìn)行分析，答題卡的大小及各題選項(xiàng)中的位置都是固定的，若是將答題卡掃描出計(jì)算機(jī)圖像，并利用圖像識(shí)別技術(shù)進(jìn)行分析，很容易根據(jù)答題卡選項(xiàng)的分布情況來(lái)確定各選項(xiàng)在答題卡圖像中的位置。又因答題卡的選項(xiàng)區(qū)域中，未勾選答案時(shí)與勾選答案后該區(qū)域顏色值的分布情況有很大的差別，因此可以通過(guò)這個(gè)特征來(lái)判別該區(qū)域是否被考生所勾選。

　　基于圖像識(shí)別的自動(dòng)閱卷系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)主要要解決兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是對(duì)答題框中的“√”進(jìn)行識(shí)別，另一個(gè)是提高答題卡圖像有干擾情況下識(shí)別的正確率[1-3]。

　　系統(tǒng)的具體識(shí)別過(guò)程：軟件讀取答題卡圖像，對(duì)圖像進(jìn)行閾值分割并二值化圖像，找到答題卡的水平與垂直投影線后再對(duì)圖像投影，利用小波變換求其答案框的中間坐標(biāo)，根據(jù)中間坐標(biāo)，利用求最大概率值算法求其上下前后間距，結(jié)合中間坐標(biāo)得到答案框的坐標(biāo)。得到各區(qū)域坐標(biāo)后，利用該區(qū)域顏色特征值的變化，判定該選項(xiàng)是否被勾選。

　　2、閾值確定算法

　　圖象的二值化需要一個(gè)閾值，先對(duì)圖象進(jìn)行縱向掃描，利用雙峰算法找到圖象中線條部分與空白部分的一系列中心坐標(biāo)，對(duì)各自的一系列中心坐標(biāo)點(diǎn)的灰度進(jìn)行最大概率值計(jì)算，取各自概率最大的值的平均值，以此值作為閾值，二值化圖象[4]。設(shè)B2為100時(shí)為紅線水平中點(diǎn)的象素灰度相對(duì)值，B2為102時(shí)為白色部分的中點(diǎn)象素灰度相對(duì)值，算法如下：

　　for(y=y1+3;y

　　再令z=1; L=1; H=0;

　　for(y=y1+4;y

　　switch(z) {//先從線外一點(diǎn)進(jìn)入case1，if不成立跳轉(zhuǎn)到case-1,L=y-1,

　　case 1;

　　若w[y-1]>=w[y]，此時(shí)找到正峰點(diǎn)，紅的灰度低，白的高，且y-1

　　若w[y-1]>TD，則y-1為淺色點(diǎn)，即紅線下邊緣點(diǎn)并令H=y-1，否則L=0

　　若L>0 ，B2[(L+H+1)/2][x]=100，否則z=-1;

　　case -1;

　　若if(w[y-1]<=w[y])，此時(shí)找到負(fù)峰點(diǎn)

　　若w[y-1]<-TD，則 y-1為紅線上邊緣外一點(diǎn)，并令L=y-1，否則H=0

　　若H>0 )，則B2[(H+L+1)/2][x]=102，否則z=1;

　　3、求水平和垂直投影線算法

　　用兩條間距較小的水平夾線平移至線條兩端，橫向掃描兩條直線間的象素點(diǎn)，記錄每水平行象素點(diǎn)的個(gè)數(shù)，如果大于一定的值，則其為一直線，取其中一條象素點(diǎn)最多的作為水平投影線。

　　找垂直投影線的夾線法算法如下：

　　for(x=x1;x

　　for(y=y1;y

　　for(i=0;i<=3;i++)

　　若B2[y][x-i]==101，則w[x]++;

　　若B2[y][x+i]==101，則 w[x]++

　　令xo=x1;

　　for(x=x1+1;x

　　若w[x1]<=w[x]，則xo=x; w[x1]=w[x];

　　找水平投影線的雙夾線法算法如下

　　for(y=y1;y<=y2;y++)，令w[y]=0;

　　for(x=x1;x

　　for(i=0;i<=2;i++) //允許線條存在不水平，鄰域即可

　　若B2[y-i][x]==101)，則 w[y]++;

　　若B2[y+i][x]==101)，則w[y]++;

　　令yo=y1;

　　for(y=y1+1;y<=y2;y++) //找到W[y]最大，即水平方向101點(diǎn)最多的線

　　若w[y1]

　　4、小波變換算法

　　小波變換是對(duì)一個(gè)信號(hào)與該小波基進(jìn)行卷積運(yùn)算，它把信號(hào)分解成位于不同頻帶和時(shí)段內(nèi)的各個(gè)成分，是一種時(shí)頻分析方法。采用連續(xù)小波函數(shù)Marr小波，就可以根據(jù)連續(xù)小波變換的卷積定義對(duì)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算。計(jì)算機(jī)采集實(shí)際波形信號(hào)時(shí)必須以一定的時(shí)間間隔采樣數(shù)據(jù)，只要這個(gè)時(shí)間間隔滿足先農(nóng)采樣定理，就可以完全反映連續(xù)信號(hào)的全部信息。鑒于計(jì)算機(jī)離散采樣的特點(diǎn)，在算法實(shí)現(xiàn)上必須考慮這一特點(diǎn)，即要按照數(shù)字信號(hào)處理的方法實(shí)現(xiàn)連續(xù)信號(hào)的處理，采用連續(xù)小波變換的離散化形式進(jìn)行計(jì)算[5]。 系統(tǒng)采用的小波變換算法如下：

　　令a=2.0/sqrt(3.0*PI);

　　for(n=0;n<=D;n++)，令b=n*4.0f/D，wave[n]=a*(b*b-1)*exp(-0.5*b*b);

　　for(x=0;x

　　for(n=1;n

　　若x-n>0，則b+=f[x-n]*wave[n];

　　若x+n

　　g[x]=-(short)b;

　　5、區(qū)域連通算法

　　區(qū)域填充指先將區(qū)域的一點(diǎn)賦予指定的顏色，然后將該顏色擴(kuò)展到整個(gè)區(qū)域的過(guò)程。區(qū)域填充算法要求區(qū)域是連通的，因?yàn)橹挥性谶B通區(qū)域中，才可能將種子點(diǎn)的顏色擴(kuò)展到區(qū)域內(nèi)的其它點(diǎn)。區(qū)域可分為4向連通區(qū)域和8向連通區(qū)域。4向連通區(qū)域指的是從區(qū)域上一點(diǎn)出發(fā)，可通過(guò)四個(gè)方向，即上、下、左、右移動(dòng)的組合，在不越出區(qū)域的前提下，到達(dá)區(qū)域內(nèi)的任意象素;8向連通區(qū)域指的是從區(qū)域內(nèi)每一象素出發(fā)，可通過(guò)八個(gè)方向，即上、下、左、右、左上、右上、左下、右下這八個(gè)方向的移動(dòng)的組合來(lái)到達(dá)[6]。系統(tǒng)采用的小波變換算法如下：

　　for(x=x1+1;x

　　for(y=y1+1;y

　　令n=150;

　　for(yo=y1+2;yo

　　for(xo=x1+2;xo

　　若B2[yo][xo]==101，則令s=0， sp=0，Stk[0].x=xo，Stk[0].x=yo

　　while(1)時(shí)，B2[y][x]=n，s++，y--

　　若B2[y][x]==101，則B2[y][x]=n， Stk[sp].x=x，Stk[sp].y=y，sp++，

　　若sp<=0且s<10時(shí)

　　for(x=x1;x

　　for(y=y1;y

　　若B2[y][x]==n，則B2[y][x]=103，n++;

　　sp--，x=Stk[sp].x; y=Stk[sp].y，s=0;

　　for(yo=y1+1;yo

　　for(xo=x1+1;xo

　　若B2[yo][xo]>=150，則B2[yo][xo]=101; s++;

　　6、鉤子識(shí)別算法

　　可用勾選答案后該區(qū)域顏色值的特征來(lái)進(jìn)行識(shí)別，算法如下：

　　for(n=0;n<6;n++)

　　memset(L,0,sizeof(L));

　　memset(H,0,sizeof(H));

　　x1=ABCD[n*5][0].x1; x2=ABCD[n*5+4][0].x2;

　　for(x=x1;x<=x2;x++){

　　for(y=ABCD[0][0].y1;y

　　若B2[y][x]==100，則L[pix[y][x]]++;

　　否則若B2[y][x]==102，則H[pix[y][x]]++;

　　令Ymax=Ymin=0;

　　for(x=1;x<256;x++)

　　若L[x]>L[0]) ，則 L[0]=L[x]; Ymin=x; }

　　若H[x]>H[0]，則 H[0]=H[x]; Ymax=x; }

　　令t=(Ymax+Ymin)/2;

　　for(x=x1;x<=x2;x++)

　　for(y=ABCD[0][0].y1;y

　　若pix[y][x]

　　for(m=0;m<30;m++)

　　for(n=0;n<4;n++)

　　令A(yù)BCD[m][n].Mark=IsMark(ABCD[m][n].x1,ABCD[m][n].y1,ABCD[m][n].x2,ABCD[m][n].y2);

　　7、實(shí)驗(yàn)及結(jié)論

　　本文對(duì)答題卡的自動(dòng)識(shí)別進(jìn)行了初步研究，提出了基于圖像識(shí)別的答題卡識(shí)別方法。在實(shí)驗(yàn)中，以英語(yǔ)四級(jí)答題卡計(jì)算圖像研究對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的方法具有和好的識(shí)別能力，圖像針對(duì)旋轉(zhuǎn)或縮放后的圖像可以達(dá)到100%的識(shí)別率。

　　參考文獻(xiàn)

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