CN102324063A - 物联网架构的考试用数字处理系统及其识别笔迹的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种物联网架构的考试用数字处理系统及其识别笔迹的方法。本发明的目的是提供一种适合大规模考试的物联网架构的考试用数字处理系统及其识别笔迹的方法，旨在实现实时阅卷和答题，提高考试系统阅卷处理速度和准确率，尽可能减少人力物力的投入，降低成本提高效率，同时保证信息保存的长久性。本发明的技术方案是：物联网架构的考试用数字处理系统，其特征在于：它包括嵌入式图形识别处理器、与该嵌入式图形识别处理器无线连接的数字书写笔，以及与该嵌入式图形识别处理器有线连接的存储器和无线通信及加密装置。本发明适用于各类考试场合的自动化处理。

Description

物联网架构的考试用数字处理系统及其识别笔迹的方法

技术领域

本发明涉及一种物联网架构的考试用数字处理系统及其识别笔迹的方法，主要适用于各类考试场合的自动化处理。

背景技术

随着国民经济的快速发展和科学技术的巨大进步，特别是环保理念的深入人心，办公自动化（OA: OFFICE AUTOMATION）已经成为各个国家企业提高办事效率的重要手段，办公自动化就是采用Internet/Intranet技术，基于工作流的概念，使企业内部人员方便快捷地共享信息，高效地协同工作；改变过去复杂、低效的手工办公方式，实现迅速、全方位的信息采集、信息处理，为政府和企业的管理和决策提供科学的依据。一个政府和企业实现办公自动化的程度也是衡量其实现现代化管理的标准。

作为办公自动化的一项重要内容，自动化考试系统也成为当前考试处理的一个重要发展方向，随着社会经济的发展，对人才和知识的要求层次越来越高，各种考试层出不穷，目前的考试记录和阅卷系统主要以手动为主，从答题到阅卷，需要耗费大量的人力物力，耗时长，效率低成本高，准确性得不到有效保障，即使答题卡形式的自动阅卷系统，由于填涂方式的多样化，在出现模棱两可的情况时，还是需要人工阅卷的二次确认，此外由于答题卡无法具体反映试题内容，考生由于考试紧张导致的答题卡错位的情况也屡见不鲜，可见答题卡形式的自动考试系统有其不可克服的弊端；另外目前的许多自动考试系统，例如TOEFL等考试，此种考试系统要求提供完备的计算机及相关软件，同一时间一台计算机只能提供一个考试机位，由于规模和成本的限制，当面向大规模考试，比如四、六级，高考等超大规模场合，该系统无能为力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种适合大规模考试的物联网架构的考试用数字处理系统及其识别笔迹的方法，旨在实现实时阅卷和答题，提高考试系统阅卷处理速度和准确率，尽可能减少人力物力的投入，降低成本提高效率，同时保证信息保存的长久性。

本发明所采用的技术方案是：物联网架构的考试用数字处理系统，其特征在于：它包括嵌入式图形识别处理器、与该嵌入式图形识别处理器无线连接的数字书写笔，以及与该嵌入式图形识别处理器有线连接的存储器和无线通信及加密装置，其中：

数字书写笔，负责实时采集答题者真实笔迹，并将采集到的信息无线发送至嵌入式图形识别处理器；

嵌入式图形识别处理器，用于实时接收数字书写笔发送的信号，同时运行基于绝对坐标的跟踪定位算法计算出跟踪定位信息，获得精确的真实笔迹还原，并利用基于特征提取的图像识别算法和字库对手写笔迹进行准确识别，提取答题人的答案，然后将计算出的跟踪定位信息和所提取的答案压缩打包后传输至无线通信及加密装置；

存储器，用于存储信息；

无线通信及加密装置，用于接收嵌入式图形识别处理器传输的信号，并经加密处理后，通过无线方式发送到后台考试中心服务器进行答案二次提取，两次提取结果进行比较输出最终答案信息，并通过与标准答案比对完成自动阅卷过程。

所述数字书写笔包括控制单元、存储单元、驱动单元、发射单元和电源；其中电源为其他单元提供工作电压，控制单元用于控制书写笔的工作状态，存储单元与控制单元连接，用于存储定位数据，驱动单元的输入端与控制单元的控制信号输出脚连接，输出端与发射单元连接，用于驱动发射单元发射信号，发射单元用于将获取的信息发送至嵌入式图形识别处理器。

所述发射单元由两个超声波发射器和一个红外发射器组成，相应的驱动单元由三个驱动器组成，每个驱动器对应连接一个发射器。

所述嵌入式图形识别处理器包括信号接收单元、跟踪定位单元和图形处理单元；其中信号接收单元用于接收数字书写笔发送的信号，跟踪定位单元与信号接收单元连接，用于接收信号接收单元传输的信号，并运行基于绝对坐标的跟踪定位算法，计算出跟踪定位信息，图形处理单元通过USB接口分别与跟踪定位单元和无线通信及加密装置连接，用于接收跟踪定位单元计算出来的跟踪定位信息，获得精确的真实笔迹还原，并利用基于特征提取的图像识别算法和字库对手写笔迹进行准确识别，提取答题人的答案，然后将所提取的答案传输至无线通信及加密装置；所述图形处理单元通过数据总线与存储器连接。

所述信号接收单元由两个超声波接收器和一个红外接收器组成。

所述无线通信及加密装置包括硬件加密单元和无线通信单元；其中硬件加密单元通过USB接口与图形处理单元连接，用于数据加密，无线通信单元通过USB接口分别与硬件加密单元和图形处理单元连接，通过无线方式将加密数据发送到后台考试中心服务器。

所述无线通信单元包括3G模块、Wifi模块和Wimax模块。

一种处理系统识别笔迹的方法，其特征在于步骤如下：

a、数字书写笔实时跟踪和记录其书写时所产生的移动，并将该信息实时无线传输至嵌入式图形识别处理器；

b、嵌入式图形识别处理器中的信号接收单元实时接收数字书写笔发送的信号，同时踪定位单元运行基于绝对坐标的跟踪定位算法计算出跟踪定位信息；

c、嵌入式图形识别处理器中的图形处理单元根据步骤b得到的定位信息形成二值图像，从而获得精确的真实笔迹还原，并利用基于特征提取的图像识别算法和字库对手写笔迹进行准确识别，提取答题人的答案。

本发明的有益效果是：1、本发明利用红外和超声波无线定位技术，实时记录答题人笔迹，并以电子文档形式存储，保证了信息输入的准确性和保存的长久性。2、引入图形图像识别算法，实时提取笔迹进行识别，大大提高了信息提取的准确率，保证了考试的公平性和公正性。3、采用3G、Wifi、Wimax等多种无线传输方式，保证了系统组网的方便有效和高度灵活适应性，同时引入硬件数据加密技术，确保个人信息的保密性。4、引入物联网概念，实时采集答题人的真实笔迹，并利用图像处理算法提取出答题人的答案，通过无线方式发送至后台考试中心服务器，将答题和阅卷工作同时进行，保证了阅卷和答题的实时性，非常适合向大规模考试场合推广，有利于推动我国自动化办公进程和低碳经济发展。5、答题时直接在普通试卷上书写即可，相对于现有技术答题卡形式的自动阅卷系统，避免了考生由于考试紧张导致的答题卡错位的情况。

附图说明

图1是本发明的系统结构图。

图2是本发明中数字书写笔的结构原理图。

图3是本发明中嵌入式图形识别处理器的结构原理图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例由数字书写笔1、存储器2、嵌入式图形识别处理器3和无线通信及加密装置4组成；其中数字书写笔1负责实时采集答题者真实笔迹；存储器2支持SD卡以及SDRAM存储，最大容量支持10G，并通过数据总线与嵌入式图形识别处理器3连接，用于存储嵌入式图形识别处理器3处理后的信息（包括文字、图形图像）；嵌入式图形识别处理器3与数字书写笔1无线连接，用于实时接收数字书写笔1发送的信号，同时运行基于绝对坐标的跟踪定位算法计算出跟踪定位信息，获得精确的真实笔迹还原，并利用基于特征提取的图像识别算法和字库对手写笔迹进行准确识别，提取答题人的答案；无线通信及加密装置4通过USB接口与嵌入式图形识别处理器3连接，用于接收嵌入式图形识别处理器3传输的信号（包括嵌入式图形识别处理器3计算出的跟踪定位信息和所提取的答案），并经加密处理后，通过无线方式发送到后台考试中心服务器进行答案二次提取，两次提取结果进行比较输出最终答案信息，并与标准答案比对完成自动阅卷过程。

如图2所示，所述数字书写笔1包括控制单元1-1、存储单元1-2、驱动单元1-3、发射单元1-4和电源1-5；其中电源1-5为其他单元提供工作电压；控制单元1-1选用以色列Pegasus公司生产的专用数字笔控制芯片（Pen controller ASIC），用于控制书写笔的信息采集和工作状态；存储单元1-2与控制单元1-1连接，用于存储定位数据，容量为2M，选用Flash存储器件；驱动单元1-3的输入端与控制单元1-1的控制信号输出脚连接，输出端与发射单元1-4连接，用于驱动发射单元1-4发射信号；发射单元1-4用于将获取的信息发送至嵌入式图形识别处理器3。本例中，驱动单元1-3由三个驱动器组成，本例中驱动器选用分离式半导体产品——三个NPN三极管放大器（型号MMBT3904-7），三个驱动器对应连接控制单元1-1的三个控制信号输出脚，用于驱动发射单元1-4发射超声波和红外线信号；相应的发射单元1-4则由两个超声波发射器和一个红外发射器组成，其中超声波发射器选用美国Measurement Specialties公司的40KH数字超声波发射器（型号US40KR-01），红外发射器选用美国Vishay公司的VSMY1850红外发射器，发射波长850nm。所有器件均为低功耗器件，因此电源1-5由两节SR41电池构成，提供3V直流电压供应，可连续工作100小时。其中由发射单元的两路超声波发射器和一路红外发生器提供的数据进行坐标定位，定位范围为标准A4纸张，识别精度可达100DPI，这部分功能是由嵌入式图形识别处理器3中的跟踪定位单元3-2完成，此处定位是指试卷上位置。

本例中，所述数字书写笔1包括笔头、笔杆、笔尾和笔帽四部分，其中笔头装有点触开关，答题者进行书写答题时开关接通，数字书写笔处于写模式，否则处于空闲模式；控制单元1-1、存储单元1-2、驱动单元1-3和发射单元1-4均安装于笔杆内部，电源1-5安装于笔尾，笔帽套设于笔尾，当笔帽拧紧时内部电路接通，书写笔开始工作（书写笔有两种工作状态，空闲和坐标定位，空闲时也要发送状态数据，电路接通时，处于空闲状态，点触开关接通时则发送坐标数据）。

如图3所示，所述嵌入式图形识别处理器3包括信号接收单元3-1、跟踪定位单元3-2和图形处理单元3-3；其中信号接收单元3-1与数字书写笔1的发射单元1-4相对应，由两路超声波接收器和一路红外接收器构成，分别选用美国Measurement Specialties公司的40KH数字超声波接收器US40KR-01和美国Vishay公司的VSMY1851红外接收器，分别接收数字书写笔1发射的超声波信号和红外信号；跟踪定位单元3-2选用以色列Pegasus专用定位跟踪芯片（Pen controller ASIC，XH710A），并分别与信号接收单元3-1中的两个超声波接收器和一个红外接收器连接，用于接收信号接收单元3-1传输的信号，并运行Pegasus公司自主开发的基于绝对坐标的跟踪定位算法，计算出跟踪定位信息（书写笔二维坐标信息）；图形处理单元3-3采用TI公司的多媒体专用处理芯片DM6446（该芯片具有ARM+DSP双核架构，DSP核负责基于图像的文字识别算法处理，ARM核负责系统应用，主要完成采集信息手写笔迹的真实还原和字体识别功能）并通过USB接口分别与跟踪定位单元3-2和无线通信及加密装置4连接，用于接收跟踪定位单元3-2计算出来的跟踪定位信息，并根据该定位信息形成二值图像，从而获得精确的真实笔迹还原，然后利用基于特征提取的图像识别算法和字库对手写笔迹进行准确识别，提取答题人的答案，最后对跟踪定位单元3-2计算出来的跟踪定位信息和图形处理单元3-3提取的识别答案进行压缩打包，通过USB接口传输至无线通信及加密装置4；所述图形处理单元3-3通过数据总线与存储器2连接，以保存经识别后的答案。

所述无线通信及加密装置4包括通过USB接口连接的硬件加密单元4-1和无线通信单元4-2；其中硬件加密单元4-1选用西门子公司的专用硬件加密模块S7-300，加密算法为3DES，并通过USB接口与图形处理单元3-3连接，用于数据加密；无线通信单元4-2包括3G模块、WiFi模块和WiMax模块，其中3G模块选用华为公司的EM700，以USB接口连接图形处理单元3-3，WiFi模块选用深圳天漠科技的WF8000-U WiFi模块，以USB接口连接图形处理单元3-3，WiMax模块选用LG伊诺特的M-WiMAX SIP模块，以USB接口连接图形处理单元3-3。通信方式根据实际需要从3G移动通信、WiFi无线通信、WiMax无线通信中选择其中一种，并根据实际情况自动切换通信方式，用于接收图形处理单元3-3传输的信号，并通过无线方式发送到后台考试中心服务器进行二次确认。

在实际使用中，本实施例各部件集中放置于长方体盒体中，盒体长宽高分别为20cm、10cm、8cm。使用时打开盒体、用内部支架支撑和固定。答题者使用数字书写笔1在普通试卷上答题，并保证数字书写笔1到嵌入式图形识别处理器3的距离不得超过80cm，否则系统无法数字记录答题者的笔迹，同时试卷大小不得超过8K。

利用本实施例所述处理系统识别笔迹的方法，步骤如下：

a、数字书写笔1实时跟踪和记录其书写时所产生的移动，并将该信息实时无线传输至嵌入式图形识别处理器3；

b、嵌入式图形识别处理器3中的信号接收单元3-1实时接收数字书写笔1发送的信号，同时踪定位单元3-2运行基于绝对坐标的跟踪定位算法计算出跟踪定位信息；

c、嵌入式图形识别处理器3中的图形处理单元3-3根据步骤b得到的定位信息形成二值图像，从而获得精确的真实笔迹还原，并利用基于特征提取的图像识别算法和字库对手写笔迹进行准确识别，提取答题人的答案。

Claims (8)

1.一种物联网架构的考试用数字处理系统，其特征在于：它包括嵌入式图形识别处理器（3）、与该嵌入式图形识别处理器无线连接的数字书写笔（1），以及与该嵌入式图形识别处理器有线连接的存储器（2）和无线通信及加密装置（4），其中：

数字书写笔（1），负责实时采集答题者真实笔迹，并将采集到的信息无线发送至嵌入式图形识别处理器（3）；

嵌入式图形识别处理器（3），用于实时接收数字书写笔（1）发送的信号，同时运行基于绝对坐标的跟踪定位算法计算出跟踪定位信息，获得精确的真实笔迹还原，并利用基于特征提取的图像识别算法和字库对手写笔迹进行准确识别，提取答题人的答案，然后将计算出的跟踪定位信息和所提取的答案压缩打包后传输至无线通信及加密装置（4）；

存储器（2），用于存储信息；

无线通信及加密装置（4），用于接收嵌入式图形识别处理器（3）传输的信号，并经加密处理后，通过无线方式发送到后台考试中心服务器进行答案二次提取，两次提取结果进行比较输出最终答案信息，并通过与标准答案比对完成自动阅卷过程。

2.根据权利要求1所述的物联网架构的考试用数字处理系统，其特征在于：所述数字书写笔（1）包括控制单元（1-1）、存储单元（1-2）、驱动单元（1-3）、发射单元（1-4）和电源（1-5）；其中电源（1-5）为其他单元提供工作电压，控制单元（1-1）用于控制书写笔的工作状态，存储单元（1-2）与控制单元（1-1）连接，用于存储定位数据，驱动单元（1-3）的输入端与控制单元（1-1）的控制信号输出脚连接，输出端与发射单元（1-4）连接，用于驱动发射单元发射信号，发射单元（1-4）用于将获取的信息发送至嵌入式图形识别处理器（3）。

3.根据权利要求2所述的物联网架构的考试用数字处理系统，其特征在于：所述发射单元（1-4）由两个超声波发射器和一个红外发射器组成，相应的驱动单元（1-3）由三个驱动器组成，每个驱动器对应连接一个发射器。

4.根据权利要求1所述的物联网架构的考试用数字处理系统，其特征在于：所述嵌入式图形识别处理器（3）包括信号接收单元（3-1）、跟踪定位单元（3-2）和图形处理单元（3-3）；其中信号接收单元（3-1）用于接收数字书写笔（1）发送的信号，跟踪定位单元（3-2）与信号接收单元（3-1）连接，用于接收信号接收单元（3-1）传输的信号，并运行基于绝对坐标的跟踪定位算法，计算出跟踪定位信息，图形处理单元（3-3）通过USB接口分别与跟踪定位单元（3-2）和无线通信及加密装置（4）连接，用于接收跟踪定位单元（3-2）计算出来的跟踪定位信息，获得精确的真实笔迹还原，并利用基于特征提取的图像识别算法和字库对手写笔迹进行准确识别，提取答题人的答案，然后将所提取的答案传输至无线通信及加密装置（4）；所述图形处理单元（3-3）通过数据总线与存储器（2）连接。

5.根据权利要求4所述的物联网架构的考试用数字处理系统，其特征在于：所述信号接收单元（3-1）由两个超声波接收器和一个红外接收器组成。

6.根据权利要求1所述的物联网架构的考试用数字处理系统，其特征在于：所述无线通信及加密装置（4）包括硬件加密单元（4-1）和无线通信单元（4-2）；其中硬件加密单元（4-1）通过USB接口与图形处理单元（3-3）连接，用于数据加密，无线通信单元（4-2）通过USB接口分别与硬件加密单元（4-1）和图形处理单元（3-3）连接，通过无线方式将加密数据发送到后台考试中心服务器。

7.根据权利要求6所述的物联网架构的考试用数字处理系统，其特征在于：所述无线通信单元（4-2）包括3G模块、Wifi模块和Wimax模块。

8.一种权利要求1所述处理系统识别笔迹的方法，其特征在于步骤如下：

a、数字书写笔（1）实时跟踪和记录其书写时所产生的移动，并将该信息实时无线传输至嵌入式图形识别处理器（3）；

b、嵌入式图形识别处理器（3）中的信号接收单元（3-1）实时接收数字书写笔（1）发送的信号，同时踪定位单元（3-2）运行基于绝对坐标的跟踪定位算法计算出跟踪定位信息；

c、嵌入式图形识别处理器（3）中的图形处理单元（3-3）根据步骤b得到的定位信息形成二值图像，从而获得精确的真实笔迹还原，并利用基于特征提取的图像识别算法和字库对手写笔迹进行准确识别，提取答题人的答案。

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