基于图像处理的学生文档管理系统技术方案

本发明专利技术基于图像处理的学生文档管理系统，具体指一种在纸质文档条件下的基于图像处理的学生文档管理系统，涉及图像处理技术领域。该系统包括扫描学生文档获得图像，输入系统；进行文档图像去噪；从文档图像中划分出每道题目的位置；对文档图像像素进行颜色分类，筛选出红色像素点，进而找出教师于文档上批注的符号；找到每道题目区域中的符号并进行识别；将每道题目的图像，以及对应的教师反馈信息，存入至数据库等步骤。本发明专利技术在关键指标——错题识别准确率上，达到了优良的效果。先进的阅读与书写设备和先进、完善的软件，使资料的分类统计变得轻松准确，让考试、作业完全在设备上进行，为全程实现信息数字化提供技术基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理
，具体指一种在纸质文档条件下的基于图像处理的 学生文档管理系统。
技术介绍
中学生在日常学习中，通常都会做大量的习题和试卷，这些纸质材料日积月累地 积累下来，最后将会成为一个很有用的复习资料。学生可以通过回顾以前做过的练习，进行 查漏补缺，尤其能弥补自己的弱项。但是，学生们在管理传统纸质学习资料的过程中，会遇 到一个最大的问题：长期积累的纸质材料数量很庞大，非常不便于有针对性的查阅、检索、 复习。当然，有一些常用手段可以提高查阅效率，如将资料按科目、时间进行分类和排序等， 更有学生专门维护一本错题本，将做错的题目抄写下来，但更多的学生只能在作业和试卷 的海洋中地毯式地搜索。而且，为了维护一本错题本，学生通常也需要耗费更多额外的精 力，这无疑给他们造成了很大的负担。 对于老师而言，如何充分利用好学生日常作业和考试试卷这类资源，其实也存在 不足。由于纸质资料中的内容很难进行自动化的统计，因此老师很难获得关于学生学习质 量的量化信息。老师单凭借自己的记忆，难以准确了解每个学生的长项和弱点，更难摸清学 生每个阶段的学习状态等等。解决很多学习上的问题，很多时候要对症下药，如果能很好地 跟踪学生的作业考试情况，必然对教学产生巨大帮助。 现有的针对教学的数字化管理技术，主要集中在阅卷和批卷。譬如使用答题卡批 改选择题，这种方案一定程度实现了数字化。但是，这种技术的局限性也非常明显，它无法 应用于填空问答等需要书写的题目。又譬如通过扫描进行电子阅卷，方便了考试成绩的统 计，甚至可以实现学校间合作批改。但对于学生而言，这套系统对他们没有直接的帮助，他 们仍然只能通过传统的手段管理纸质文档，如整理错题、归类文档等。而且将这样一套系统 直接用于日常作业也并不合适，老师每天需要电脑批阅，负担更重。因此，在纸质文档数字 化管理的领域，尚未有成熟的系统可以供老师和学生使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺失和不足，提出了一种基于图像处理的 学生文档管理系统，通过将批改好的作业、考试的试卷集中进行扫描，然后通过图像识别来 自动判别试卷中的错题，最后由电脑自动收集和归类错题，从而实现资料数字化和智能的 分类。 一种基于图像处理的学生文档管理系统，工作流程（步骤）： 第一、扫描学生文档获得图像，输入系统。 第二、进行文档图像去噪。 第三、从文档图像中划分出每道题目的位置。 第四、对文档图像像素进行颜色分类，筛选出红色像素点，进而找出教师于文档上 批注的符号。 toon] 第五、找到每道题目区域中的符号并进行识别。 第六、将每道题目的图像，以及对应的教师反馈信息，存入至数据库。 由于现实中，试卷的排版、老师批改试卷的方式千差万别，可能远远超出了一般图 像处理技术可以解决的范畴，因此需要对应用环节增加一些限制，恰当的定义，使得它能够 描述实际应用中的大部分场合，并且在这个条件下能找到简洁和优美的解决方案。 据此，定义如下： 1.试卷以A4纸的大小为一页。实际中，绝大多数的试卷都是每面印一页或两页， 对于后者，本专利技术可以在扫描后将其自动拆分成两个单页，从而可以专注于单页试卷的处 理上。 2.试卷上的题目从上到下排列，文字书写顺序从左到右。上下两道题目之间有相 对充裕的间隔或留白，学生在题目下方空白处解答题目，并且空白部分通常足够学生写完 答案。页面内部不进行分栏。 3.试卷采用黑色字迹，手写或印刷均可。学生的字迹颜色为黑色或者蓝色，而老师 的批阅结果由红色笔书写。 4.每道题目，老师采用打钩或者打叉来进行评判。 5.试卷通过彩色扫描仪批量转化成数字图像格式。试卷在扫描时允许适当的倾 斜，但倾斜角度一般不超过5度。 在这项任务中，输入是同一次作业或考试的所有学生的试卷。本专利技术通过扫描仪 获得数字化的试卷图像。所期望的结果是，系统自动化地将试卷上的每一道题目的区域识 别出来，并且在该试题所在区域中检测出老师的批改记号，再对批改记号进行模式识别，从 而知道该题的正误。 本专利技术系统概述如下： 系统，加上外部设备，主要包含的六个工作流程（如附图1所示）： 首先进行试卷扫描，接下来将依次进行文档图像去噪、题目位置识别、颜色分类、 符号识别四个核心步骤（工作流程）。 为了更直观地展示本专利技术的系统，下面用一个真实的扫描之后的试卷作为例子， 来展示本专利技术所能达到的效果。 首先本专利技术进行文档图像去噪，得到一张更为干净的图像。然后本专利技术尝试从试 卷中划分出每一道题目的位置，这样本专利技术将每道题目的区域单独取出来，便作为之后归 档管理的最小单位。接下来，本专利技术对试卷上的像素进行颜色分类，留下红色的像素点，然 后将它们合并成完整的符号，并在图像上用矩形来描述其位置和大小。接下来，本专利技术找到 每道题目区域中的符号并进行识别，从而知道它是勾还是叉，即对还是错。最后，本专利技术获 得了所有题目的图像，以及每道题的正误信息，就可以将它们存至数据库，以便将来错题分 类和各项统计。 文档图像去噪 试卷通过扫描而获得的数字文档图像，与人眼看到的真实图像之间，其实是有差 异的，其中除了亮度、色调等整体性的差异之外，还有一些细微的失真表现，使得在处理数 字图像时会遇到一些问题。这种失真的表现，就是需要关注的噪声。 扫描过程中最典型的噪声，是由于纸面的粗糙引起的暗纹。粗糙的纸面会形成漫 反射，在光线的扫描下会出现明暗的变化：突起的地方会显得更亮，而凹下去的地方则显得 更暗。这使得本专利技术观察扫描结果的时候，会看到许多细小的暗点。这样一些暗点，会影响 到后续工作的准确性。 为了去除这些暗点，本专利技术采用了高斯滤波的方式。如所周知，高斯滤波就是对文 档图像的局部进行加权平均的过程，即在每个像素点上，本专利技术将其像素值和周围临近的 像素值进行加权平均，算出一个新的值出来，而这种方式计算出的新的文档图像就是滤波 之后的文档图像。在本专利技术中暗的点与较为明亮的背景加权平均之后，会更接近背景的颜 色，因此在新的文档图像中看不出明显的差异。 在OpenCV库中，本身实现了这一函数，因此只需选取合适的参数并调用相应的函 数即可。参数为窗口大小，含义是每个像素与周围多少距离内的像素进行加权平均。窗口 形状为矩形，因此要设置长宽两个数值。由于输入图片本身尺寸较大，因此窗口也比较大， 经实验，设置长宽为9可以达到最好的效果。 最后需要提一句，该参数的设定，是与扫描仪的质量和文档图像大小密切相关的。 对于不同的扫描仪，该参数的最佳设置也未必一样。在实际使用系统的时候，该参数需要和 扫描仪一起预先进行调试，才能保证后续步骤稳定地运行。 题目位置识别 为了解决识别试卷上每一道题目的位置，本专利技术采用统计方法。 由于在扫描试卷时限制了倾斜角度要在一定范围内，并且通常题目在文档图像上 所占据的行里的像素较多，因此统计文档图像每一像素行中黑色像素的数量，可以画出一 张直方图。图中当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于图像处理的学生文档管理系统，包括步骤：a.扫描学生文档获得图像，输入系统；b.文档图像去噪；c.从文档图像中划分出每道题目的位置；d.对文档图像像素进行颜色分类，筛选出红色像素点，进而找出教师于文档上批注的符号；e.根据颜色分类结果找到每道题目区域中的符号并进行识别；f.将每道题目的图像，以及对应的教师反馈信息，存入至数据库；其特征在于,所述a.扫描学生文档获得图像，包括设定：a.1文档图像每页为A4纸大小，对每面印一页或两页的在扫描后自动拆分成两个单页；a.2.试卷上的题目从上到下排列，文字书写顺序从左到右，上下两道题目之间有供答题用的间隔或留白，页面内部不进行分栏；a.3.试卷采用手写或印刷的黑色字迹，学生的字迹颜色为黑色或者蓝色，老师的批阅为红色笔手写；a.4.老师打钩、叉，评判每道题目；a.5.试卷通过彩色扫描仪转化成数字文档图像格式；所述b.采用高斯滤波的方式，进行文档图像去噪；所述c.采用统计方法，进行题目位置识别。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：崔梓宸，章雍哲，
申请(专利权)人：上海市上海中学，
类型：发明
国别省市：上海;31