CN106033544A - 基于模板匹配的试卷内容区域提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于模板匹配的试卷内容区域提取方法，包括：根据样本试卷图像生成试卷模板图像；将待评阅试卷图像与所述试卷模板图像进行匹配，提取所述待评阅试卷图像的内容区域。根据样本试卷图像生成与试卷标识信息关联的试卷模板图像，阅卷过程中，通过拍照或扫描得到待评阅试卷的图像，将待评阅试卷图像与对应的试卷模板图像进行匹配，根据匹配结果确定并提取待评阅试卷中的内容区域，识别并统计内容区域中的内容，进而获得试卷评阅结果。本发明基于模板匹配的试卷内容区域提取方法能够应用于多种类型的试卷，实现试卷的自动评阅和结果统计，有效地降低了人工阅卷的工作负荷，显著地提高了试卷评阅的效率与准确率。

Description

基于模板匹配的试卷内容区域提取方法

技术领域

本发明涉及图像识别与模式识别技术领域，尤其涉及一种基于模板匹配的试卷内容区域提取方法。

背景技术

随着信息时代的到来，电子信息技术不断发展并日益深入到不同的行业领域，逐步取代繁复的人工操作，极大地提高了事务的处理效率。目前，通过自动扫描实现电子阅卷技术已经得到普遍应用，相比于传统的人工阅卷方式，电子阅卷在大幅提高阅卷速度的同时，能够有效地避免人为失误导致的阅卷错误，提高试卷评判的准确度与公平性。

现有的电子阅卷大多采用试卷与答题卡分离的形式，应试者将试题答案填涂在一张单独的答题卡上，通过专用的读卡机读取答题卡上的信息进行评分。上述阅卷方式虽然能够提高阅卷效率，但是由于试题与答题卡分离，应试者需要在答题后按规定要求将试题答案单独填涂在答题卡上，无疑增加了应试者的操作复杂度。同时，现有的电子阅卷方式需要制作专用的答题卡，通过专用的具有特定光学字符识别系统的读卡器进行答题卡信息读取，对于答题卡的印刷精度要求高，且制作成本高昂，适合较大型的考试，无法在一些中小规模的考试中进行广泛推广使用。

由于采用答题卡实现电子阅卷的方式仅适用于对客观题的评阅，目前在大型考试中对主观题的电子阅卷大多通过网上阅卷系统实现。网上阅卷系统采用试题页与答卷页分离的形式，由阅卷老师通过计算机网络对答卷页的电子图像进行评阅，阅卷系统对阅卷老师的评分进行统计与核对。网上阅卷系统可以进行一卷多评，即同一份答卷页可以由多个阅卷老师分别进行评阅，从而降低单一阅卷产生误差的机率，同时网上阅卷系统对阅卷环境、扫描设备和试卷纸质存在较高的要求，因此目前也仅应用于较大规模及较高重要性的考试中。

现阶段我国的教育体系仍主要采取考试的形式对考生知识的掌握程度进行检验，随着各类教育考试与资格考试的不断增多，与考试频繁性相对应的，是如何实现快速、准确和小成本的实现电子阅卷，成为目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于模板匹配的试卷内容区域提取方法，根据样本试卷生成试卷模板图像，试卷评阅时，根据待评阅试卷的标识信息，获取对应的试卷模板图像，通过将待评阅试卷图像与试卷模板图像进行匹配，确定并提取待评阅试卷图像中的内容区域，识别内容区域的信息内容后，统计得到试卷评阅结果。

有鉴于此，本发明提供一种基于模板匹配的试卷内容区域提取方法，包括：根据样本试卷图像生成试卷模板图像；将待评阅试卷图像与所述试卷模板图像进行匹配，提取所述待评阅试卷图像的内容区域。

优选地，所述根据样本试卷图像生成试卷模板图像的步骤，具体为：对样本试卷图像进行二值化处理，得到所述样本试卷图像对应的二值图像；对所述样本试卷二值图像进行仿射变换，得到多个试卷模板图像；检测所述每一个试卷模板图像中像素值不为0的像素点，确定所述像素点在所述试卷模板图像中的坐标；根据所述像素点的坐标，调整所述试卷模板图像的坐标系，更新所述像素点在新坐标系中的坐标。

优选地，所述根据所述像素点的坐标，调整所述试卷模板图像的坐标系，更新所述像素点在新坐标系中的坐标的步骤，具体为：计算所述每一个试卷模板图像中所有像素值不为0的像素点的重心坐标，以所述重心坐标为原点坐标建立新的坐标系，更新所述试卷模板图像中像素值不为0的像素点在新坐标系中的坐标。

优选地，所述计算所述每一个试卷模板图像中所有像素值不为0的像素点的重心坐标，以所述重心坐标为原点坐标建立新的坐标系，更新所述试卷模板图像中像素值不为0的像素点在新坐标系中的坐标的步骤之后，还包括：记录所述每一个试卷模板图像中像素值不为0的像素点的坐标及所述坐标系原点坐标。

优选地，所述将待评阅试卷图像与所述试卷模板图像进行匹配，提取所述待评阅试卷图像的内容区域的步骤，具体为：对待评阅试卷图像进行二值化处理，得到所述待评阅试卷图像对应的二值图像；将所述待评阅试卷二值图像分别与所述每一个试卷模板图像进行匹配，选取与所述待评阅试卷二值图像匹配度最高的试卷模板图像；根据所述与所述待评阅试卷二值图像匹配度最高的试卷模板图像提取所述待评阅试卷图像的内容区域。

优选地，所述将所述待评阅试卷二值图像分别与所述每一个试卷模板图像进行匹配，选取与所述待评阅试卷二值图像匹配度最高的试卷模板图像的步骤，具体为：根据所述每一个试卷模板图像中的坐标系原点坐标及像素值不为0的像素点的坐标，分别在所述待评阅试卷二值图像中选取与所述试卷模板图像中像素值不为0的像素点对应的像素点，判断所述像素点及与所述像素点相邻的8个像素点中，是否包含2个以上像素值不为0的像素点，若是，则所述像素点符合匹配条件，统计所述待评阅试卷二值图像中符合匹配条件的像素点数量；选取当所述符合匹配条件的像素点数量最多时所述待评阅试卷二值图像所匹配的试卷模板图像。

优选地，所述根据所述与所述待评阅试卷二值图像匹配度最高的试卷模板图像提取所述待评阅试卷的内容区域的步骤，具体为：根据与所述待评阅试卷二值图像匹配度最高的试卷模板图像中的内容区域坐标，在待评阅试卷图像中选取相同的坐标区域。

优选地，所述将待评阅试卷图像与所述试卷模板图像进行匹配，提取所述待评阅试卷图像的内容区域的步骤之前，还包括：获取待评阅的试卷图像，调整所述待评阅的试卷图像至预设的尺寸。

优选地，所述将待评阅试卷图像与所述试卷模板图像进行匹配，提取所述待评阅试卷图像的内容区域的步骤之前，还包括：检测待评阅试卷图像中的预设区域，获取所述试卷的标识信息；根据所述试卷的标识信息，获取所述待评阅试卷图像对应的试卷模板图像。

优选地，所述试卷的标识信息为字符编码、条码和/或二维码。

本发明基于模板匹配的试卷内容区域提取方法，根据样本试卷图像生成与试卷标识信息关联的试卷模板图像，阅卷过程中，通过拍照或扫描得到待评阅试卷的图像，将待评阅试卷图像与对应的试卷模板图像进行匹配，根据匹配结果确定并提取待评阅试卷中的内容区域，识别并统计内容区域中的内容，进而获得试卷评阅结果。本发明基于模板匹配的试卷内容区域提取方法对试卷图像中内容区域进行识别的稳定性强、准确性高、适用范围广，能够应用于多种类型的试卷，实现试卷的自动评阅和结果统计，有效地降低了人工阅卷的工作负荷，显著地提高了试卷评阅的效率与准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1示出了本发明第一实施例的基于模板匹配的试卷内容区域提取方法的流程图；

图2示出了本发明第二实施例的基于模板匹配的试卷内容区域提取方法的流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，这仅仅是本发明的一些实施例，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图1示出了本发明第一实施例的基于模板匹配的试卷内容区域提取方法的流程图。

本发明实施例的基于模板匹配的试卷内容区域提取方法，包括：步骤101，根据样本试卷图像生成试卷模板图像；步骤102，将待评阅试卷图像与所述试卷模板图像进行匹配，提取所述待评阅试卷图像的内容区域。

在该技术方案中，优选地，所述步骤101，还包括：检测样本试卷图像中的预设区域，获取试卷的标识信息，所述标识信息为试卷编码、条码和/或二维码。根据样本试卷图像生成试卷模板图像后，将生成的试卷模板图像与试卷标识信息关联。

在上述技术方案中，优选地，所述步骤102之前，还包括：检测待评阅试卷图像中的预设区域，获取所述试卷的标识信息；根据所述试卷的标识信息，获取所述待评阅试卷图像对应的试卷模板图像。

在上述技术方案中，所述步骤102之前，还包括：获取待评阅的试卷图像，调整所述待评阅的试卷图像至预设的尺寸。

在该技术方案中，通过拍照或扫描获得待评阅试卷的图像后，可以对试卷图像进行尺寸调整，使试卷图像具有统一的尺寸。例如，将原始试卷图像压缩至预设的尺寸，或者在原始试卷图像中截取预设尺寸的图像。

本发明实施例的基于模板匹配的试卷内容区域提取方法，当选用某一套试卷进行考试时，首先获取该套试卷的样本试卷图像，其中，样本试卷图像可以直接通过电子版试卷转换得到，也可以通过对纸质样本试卷进行拍照或扫描后得到规范格式的样本试卷图像，根据样本试卷图像，生成该套试卷对应的试卷模板图像。试卷评阅时，将待评阅的试卷图像与试卷模板图像进行匹配，根据匹配结果结合试卷模板图像中内容区域的位置，确定待评阅试卷中的内容区域对应的位置，对待评阅试卷中内容区域的图像进行提取后，通过检测并识别该内容区域中的内容，统计分析后得到该试卷的阅卷结果。

图2示出了本发明第二实施例的基于模板匹配的试卷内容区域提取方法的流程图。

本发明实施例的基于模板匹配的试卷内容区域提取方法，包括：步骤201，对样本试卷图像进行二值化处理，得到所述样本试卷图像对应的二值图像；步骤202，对所述样本试卷二值图像进行仿射变换，得到多个试卷模板图像；步骤203，检测所述每一个试卷模板图像中像素值不为0的像素点，确定所述像素点在所述试卷模板图像中的坐标；步骤204，根据所述像素点的坐标，调整所述试卷模板图像的坐标系，更新所述像素点在新坐标系中的坐标。步骤205，对待评阅试卷图像进行二值化处理，得到所述待评阅试卷图像对应的二值图像；步骤206，将所述待评阅试卷二值图像分别与所述每一个试卷模板图像进行匹配，选取与所述待评阅试卷二值图像匹配度最高的试卷模板图像；步骤207，根据所述与所述待评阅试卷二值图像匹配度最高的试卷模板图像提取待评阅试卷的内容区域。

在该技术方案中，优选地，所述步骤201，具体为：调整样本试卷图像至预设尺寸，对尺寸调整后的样本试卷图像进行二值化处理，得到样本试卷图像对应的二值图像。

在该技术方案中，获取样本试卷的图像后，可以对样本试卷图像进行尺寸调整，使样本试卷图像符合预设的尺寸。例如，将样本试卷图像压缩至预设的尺寸，或者在样本试卷图像中截取预设尺寸的图像。对尺寸调整后的样本试卷图像进行二值化处理，得到样本试卷图像对应的二值图像。

在该技术方案中，由于试卷评阅过程中，需要通过扫描仪扫描待评阅的纸质试卷得到待评阅试卷的图像，由于纸质试卷放置的位置或角度等原因会造成扫描得到的待评阅试卷图像存在一定角度的水平旋转，从而与样本试卷图像存在一定的水平夹角，因此为了在模板匹配过程中能够更加快速准确地完成匹配，在生成试卷模板图像时，通过对所述样本试卷二值图像进行仿射变换，得到多个所述试卷对应的试卷模板图像，每个试卷模板图像与样本试卷二值图像存在不同的水平角度。具体地，可以以样本试卷二值图像为基准，通过仿射变换得到与样本试卷二值图像存在不同夹角的多个试卷模板图像，例如，将试卷二值图像沿中心点水平向左旋转，每旋转3度得到一个新的二值图像，经四次旋转后得到四个新的二值图像；同样的，以样本试卷二值图像为基准，通过仿射变换将试卷二值图像沿中心点水平向右旋转，每旋转3度得到一个新的二值图像，经四次旋转后得到四个新的二值图像。从而得到样本试卷对应的九个二值图像，分别记作A1、A2、A3……A9，作为试卷模板图像，记录每个试卷模板图像中内容区域的位置坐标。

在该技术方案中，选取每一个试卷模板图像，以试卷模板图像A1为例，统计试卷模板图像A1中所有像素值不为0的像素点，记录像素点的坐标值Point[i]＝(X_i，Y_i)，计算所有像素值不为0的像素点的X坐标之和SumX和Y坐标之和SumY，得到所有像素值不为0的像素点X坐标均值MeanX和Y坐标均值MeanY。以所有像素值不为0的像素点的重心坐标(MeanX，MeanY)为坐标原点，建立新的坐标系，更新所述试卷模板图像中像素值不为0的像素点在新坐标系中的坐标，即Point[i]＝(X_i－MeanX，Y_i－MeanY)。记录试卷模板图像A1中新的坐标系原点坐标及像素值不为0的像素点的坐标。同样地，对每一个试卷模板图像执行相同的操作，记录试卷模板图像A1-A9中每一个试卷模板图像中新的坐标系原点坐标及像素值不为0的像素点的坐标。

在该技术方案中，进行试卷评阅时，将待评阅的纸质试卷进行扫描得到待评阅试卷的图像，将待评阅试卷图像进行二值化处理，得到待评阅试卷的二值图像。

在上述技术方案中，优选地，所述步骤205之前，还包括：调整所述待评阅试卷图像至预设的尺寸。

在该技术方案中，通过拍照或扫描获得待评阅试卷的图像后，可以对试卷图像进行尺寸调整，使试卷图像具有统一的尺寸。例如，将原始试卷图像压缩至预设的尺寸，或者在原始试卷图像中截取预设尺寸的图像。

在该技术方案中，将当前待评阅试卷二值图像分别与试卷模板图像A1-A9进行匹配，以试卷模板图像A1为例，选取试卷模板图像A1中坐标系的原点坐标(MeanX，MeanY)及所有像素值不为0的像素点的坐标Point[i]。在所述待评阅试卷二值图像中，以(MeanX，MeanY)为假定的重心坐标，选取与所述试卷模板图像A1中像素值不为0的像素点坐标对应的像素点，判断所述像素点及与所述像素点相邻的8个像素点中，是否包含2个以上像素值不为0的像素点，若是，则所述像素点符合匹配条件，统计所述待评阅试卷二值图像中符合匹配条件的像素点数量。同样地，分别将试卷模板图像A1-A9与当前待评阅试卷二值图像进行匹配，对应统计所述待评阅试卷二值图像中符合匹配条件的像素点数量。

在该技术方案中，优选地，为了更加准确地进行对待评阅的试卷图像进行模板匹配，以试卷模板图像A1为例，可以根据试卷模板图像A1中的坐标原点(MeanX，MeanY)，在当前待评阅试卷的二值图像中，以坐标点(MeanX，MeanY)为中心，分别选取X坐标与Y坐标的偏移量在(-10，10)的坐标区域内的每一个坐标点作为假定的重心坐标，在所述待评阅试卷二值图像中选取与所述试卷模板图像A1中像素值不为0的像素点坐标对应的像素点，判断所述像素点及与所述像素点相邻的8个像素点中，是否包含2个以上像素值不为0的像素点，若是，则所述像素点符合匹配条件，统计所述待评阅试卷二值图像中符合匹配条件的像素点数量。进一步地，确定当选定不同的重心坐标时，所述待评阅试卷二值图像中符合匹配条件的像素点数量最多时的重心坐标，以及记录符合匹配条件的像素点数量最大值作为当前待评阅试卷二值图像与试卷模板图像A1匹配的像素点数量。同样地，分别将试卷模板图像A1-A9与当前待评阅试卷二值图像进行匹配，确定当选定不同的重心坐标时，所述待评阅试卷二值图像中符合匹配条件的像素点数量最多时的重心坐标，以及记录符合匹配条件的像素点数量最大值作为当前待评阅试卷二值图像分别与对应的试卷模板图像匹配的像素点数量。

在该技术方案中，确定当前待评阅试卷图像与分别与试卷模板图像A1-A9匹配后，所述待评阅的试卷图像中匹配的像素点数量最多时的试卷模板图像，作为与当前待评阅试卷的匹配度最高的试卷模板图像。选取所述与当前待评阅试卷的匹配度最高的试卷模板图像，根据试卷模板图像中内容区域的坐标，在当前待评阅的试卷图像中提取相同的坐标区域。

上述技术方案中，优选地，通过检测待评阅试卷的预设区域，获取所述试卷的标识信息，根据所述标识信息，获取对应的试卷模板图像。所述试卷的标识信息为字符编码、条码和/或二维码。

本发明实施例的基于模板匹配的试卷内容区域提取方法，当选用某一套试卷进行考试时，首先获取该套试卷的样本试卷图像，根据样本试卷图像，生成该套试卷对应的多个试卷模板图像。试卷评阅时，将待评阅的试卷图像与每个试卷模板图像进行匹配，确定匹配度最高的试卷模板图像，根据匹配度最高的试卷模板图像确定待评阅试卷中的内容区域对应的位置区域，对待评阅试卷中内容区域的图像进行提取后，通过检测并识别该内容区域中的内容，统计分析后得到该试卷的阅卷结果。本发明实施例的基于模板匹配的试卷内容区域提取方法使试卷的排版和设计具有更高的自由度，同时在待评阅试卷的图像不具备较高的图像质量的情况下，通过试卷模板匹配也能够稳定准确地识别并输出各个内容区域的内容，统计得到试卷评阅结果。

再次声明，本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明可以扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种基于模板匹配的试卷内容区域提取方法，其特征在于，包括：

根据样本试卷图像生成试卷模板图像；

将待评阅试卷图像与所述试卷模板图像进行匹配，提取所述待评阅试卷图像的内容区域。

2.根据权利要求1所述的基于模板匹配的试卷内容区域提取方法，其特征在于，所述根据样本试卷图像生成试卷模板图像的步骤，具体为：

对样本试卷图像进行二值化处理，得到所述样本试卷图像对应的二值图像；

对所述样本试卷二值图像进行仿射变换，得到多个试卷模板图像；

检测所述每一个试卷模板图像中像素值不为0的像素点，确定所述像素点在所述试卷模板图像中的坐标；

根据所述像素点的坐标，调整所述试卷模板图像的坐标系，更新所述像素点在新坐标系中的坐标。

3.根据权利要求2所述的基于模板匹配的试卷内容区域提取方法，其特征在于，所述根据所述像素点的坐标，调整所述试卷模板图像的坐标系，更新所述像素点在新坐标系中的坐标的步骤，具体为：

计算所述每一个试卷模板图像中所有像素值不为0的像素点的重心坐标，以所述重心坐标为原点坐标建立新的坐标系，更新所述试卷模板图像中像素值不为0的像素点在新坐标系中的坐标。

4.根据权利要求3所述的基于模板匹配的试卷内容区域提取方法，其特征在于，所述计算所述每一个试卷模板图像中所有像素值不为0的像素点的重心坐标，以所述重心坐标为原点坐标建立新的坐标系，更新所述试卷模板图像中像素值不为0的像素点在新坐标系中的坐标的步骤之后，还包括：

记录所述每一个试卷模板图像中像素值不为0的像素点的坐标及所述坐标系原点坐标。

5.根据权利要求4所述的基于模板匹配的试卷内容区域提取方法，其特征在于，所述将待评阅试卷图像与所述试卷模板图像进行匹配，提取所述待评阅试卷图像的内容区域的步骤，具体为：

对待评阅试卷图像进行二值化处理，得到所述待评阅试卷图像对应的二值图像；

将所述待评阅试卷二值图像分别与所述每一个试卷模板图像进行匹配，选取与所述待评阅试卷二值图像匹配度最高的试卷模板图像；

根据所述与所述待评阅试卷二值图像匹配度最高的试卷模板图像提取所述待评阅试卷图像的内容区域。

6.根据权利要求5所述的基于模板匹配的试卷内容区域提取方法，其特征在于，所述将所述待评阅试卷二值图像分别与所述每一个试卷模板图像进行匹配，选取与所述待评阅试卷二值图像匹配度最高的试卷模板图像的步骤，具体为：

根据所述每一个试卷模板图像中的坐标系原点坐标及像素值不为0的像素点的坐标，分别在所述待评阅试卷二值图像中选取与所述试卷模板图像中像素值不为0的像素点对应的像素点，判断所述像素点及与所述像素点相邻的8个像素点中，是否包含2个以上像素值不为0的像素点，若是，则所述像素点符合匹配条件，统计所述待评阅试卷二值图像中符合匹配条件的像素点数量；

选取当所述符合匹配条件的像素点数量最多时所述待评阅试卷二值图像所匹配的试卷模板图像。

7.根据权利要求6所述的基于模板匹配的试卷内容区域提取方法，其特征在于，所述根据所述与所述待评阅试卷二值图像匹配度最高的试卷模板图像提取所述待评阅试卷的内容区域的步骤，具体为：

根据与所述待评阅试卷二值图像匹配度最高的试卷模板图像中的内容区域坐标，在待评阅试卷图像中选取相同的坐标区域。

8.根据权利要求2所述的基于模板匹配的试卷内容区域提取方法，其特征在于，所述将待评阅试卷图像与所述试卷模板图像进行匹配，提取所述待评阅试卷图像的内容区域的步骤之前，还包括：

获取待评阅的试卷图像，调整所述待评阅的试卷图像至预设的尺寸。

9.根据权利要求2所述的基于模板匹配的试卷内容区域提取方法，其特征在于，所述将待评阅试卷图像与所述试卷模板图像进行匹配，提取所述待评阅试卷图像的内容区域的步骤之前，还包括：

检测待评阅试卷图像中的预设区域，获取所述试卷的标识信息；

根据所述试卷的标识信息，获取所述待评阅试卷图像对应的试卷模板图像。

10.根据权利要求9所述的基于模板匹配的试卷内容区域提取方法，其特征在于，所述试卷的标识信息为字符编码、条码和/或二维码。