CN109509378A - 一种支持手写输入的在线考试方法 - Google Patents

Abstract

一种支持手写输入的在线考试方法，首先由考试组织方确定空白答题纸标准。考生按照考试组织方确定的空白答题纸标准自行准备空白答题纸。接着对考生准备好的空白答题纸进行校验，识别。考试中，对于需要需要手写输入的试题，考生利用空白答题纸进行手写作答，作答完成之后，考生将该试题的答题纸对准采集图像摄像头处，使用摄像头对作答后的答题纸进行图像采集、识别，如图像不符合要求，识别不成功，则提示考生调整答题纸位置、摄像机参数、环境光线等。如图像符合要求，识别成功，则进入考试下一题，直到完成所有考试题目。本发明有效地解决了在线考试不方便进行手写输入的问题，使得在线考试的作用能够充分发挥。

Description

一种支持手写输入的在线考试方法

技术领域

本发明涉及在线考试技术领域，具体涉及一种支持手写输入的在线考试方法。

背景技术

在线考试具有考试方便、考务组织简单等特点，受到了广大用户的普遍欢迎。在线考试系统，考生通过考试终端（如计算机）进入考试组织方的在线考试平台，同时利用现有的图像采集设备如手机摄像头、平板摄像头、电脑摄像头或高拍仪实现远程无人监考。

但是目前的在线考试系统均碰到了一个如何手写输入、特别作图与公式输入的问题。另外，对于需要大量写作的主观题，传统的电脑键盘输入等方法也不适应于一般人的写作习惯。因此，如果手写输入问题不能得到很好解决，则很大程度上制约了在线考试的发展。

传统在线考试系统中，也有采用手写板作为输入方式的，但手写板也存在分辨率低、鼠标移动不容易像笔一样方便控制的问题，同时还存在一定的成本问题，所以不是一种合适的解决办法。

实用新型专利《线下转线上的阅卷系统申请号：201520971718.5》与发明专利《电子阅卷的方法和装置 - 201710056451.0》提出了一种基于专用答题卡的输入方法，这种方式存在着答题卡的分发、收集的困难，将答案上传到阅卷系统中工作量大，同时成本也较大，也不适合于在线考试的手写输入。

与此同时，现有技术中的高分辨率摄像头技术也已经成熟，720P以上的摄像头完全可以拍摄清楚一整张试卷，价格也并不昂贵。通过摄像头拍摄纸质答题纸，手写输入并且上传到后台的基础条件已经具备。

发明内容

针对现有技术中在线考试不能解决作图或者符号输入，以及文字输入存在困难的缺陷，本发明提供一种支持手写输入的在线考试方法。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种支持手写输入的在线考试方法，包括以下步骤：

第一步，考试组织方确定空白答题纸标准。

确定标准空白答题纸的形状、尺寸以及确定标准空白答题纸上的答题区域。同时在标准空白答题纸上设计标识符，确定标识符的形状、标识符的数量N以及各标识符在标准空白答题纸上的位置信息。在标准空白答题纸上，各标识符均设有关键点，各标识符的关键点坐标已知，各标识符的关键点之间的连线可确定一个设定图形。一般将设定图形内区域设为答题区域。设定图形一般是矩形，也可以是圆形、椭圆形等其他规则或者不规则的形状。

第二步，考生按照考试组织方确定的空白答题纸标准准备空白答题纸。如考生自行上网下载打印考试组织方提供的空白答题纸。

在正式进入在线考试之前，为了避免考生准备好的空白答题纸不符合要求，如打印模糊、倾斜等情况，同时也为避免考生在准备好的空白答题纸上作弊，接下来的第三步会对考生准备好的空白答题纸进行校验。

第三步，对第二步中考生准备好的空白答题纸进行校验。

（1）考试前，考生将空白答题纸与采集图像摄像头相互对准，使用摄像头对空白答题纸进行图像采集。

（2）对采集到的空白答题纸图像进行识别。

通过与第一步确定的空白答题纸标准进行对比，判断当前采集到的空白答题纸是否符合要求，如不符合要求，要求考生重新准备空白答题纸或者调整空白答题纸位置、摄像机参数、环境光线等，如符合要求，进行下一步。

第四步，考试中，对于试题中的客观题，考生直接在考试终端上作答；对于需要手写输入的试题，考生利用空白答题纸进行手写作答得到该试题作答后的答题纸，考生将该试题作答后的答题纸与采集图像摄像头相互对准，使用摄像头对该试题作答后的答题纸进行图像采集。然后对采集到的该试题作答后的答题纸图像进行识别，识别方法与第三步（2）中的方法相同，包括对采集到的该试题作答后的答题纸图像中的全部标识符的数量、形状或/和清晰度进行识别。进一步地还可以对该试题作答后的答题纸图像中的标志符的倾斜度、标识符所带的方向标识方向等进行识别判断，如该试题作答后的答题纸图像不符合要求，识别不成功，则提示考生调整该试题作答后的答题纸位置、摄像机参数、环境光线等。如该试题作答后的答题纸图像符合要求，则识别成功，然后进入考试下一题的作答或者进入下一试题作答后的答题纸的采集以及识别，直到完成所有考试题目。本发明中对于需要手写输入的试题，考生利用空白答题纸进行手写作答，然后对各试题作答后的答题纸进行图像采集以及识别。

本发明中所述的采集图像用的摄像头可以是手机摄像头、平板摄像头、电脑摄像头、高拍仪等具有采集图像功能的摄像设备。

本发明第三步(2)的实现方法如下：

S1：输入当前采集到的空白答题纸图像；

S2：采用图像匹配方法（如归一化灰度匹配方法、形状特征匹配方法、边界特征匹配等通用图像匹配方法，或综合使用几种常用的图像匹配方法）对当前采集到的空白答题纸图像中的所有标识符进行识别，获得当前采集到的空白答题纸图像中标识符的数量和位置信息。

S3：判断当前采集到的空白答题纸图像中标识符的数量是否为N，若不是，图像质量不符合要求，系统将提示考生重新准备空白答题纸或者调整答题纸位置、摄像机参数或环境光线，使用摄像头重新对空白答题纸进行图像采集，然后转入S1；若是，执行S4；

S4：确定当前采集到的空白答题纸图像中各标识符的关键点坐标，判断各标识符的关键点之间的连线所确定的图形是否为为设定图形，如不是，图像质量不符合要求，系统将提示考生重新准备空白答题纸或者调整答题纸位置、摄像机参数或环境光线，使用摄像头重新对空白答题纸进行图像采集，然后转入S1；若是，则执行S5；

S5：采用sobel算子、LoG算子、Laplacian算子或高斯算子等通用计算聚焦度方法（或者综合使用sobel算子、LoG算子、Laplacian算子、高斯算子等几种通用计算聚焦度方法）验证当前采集到的空白答题纸图像中标识符的清晰度，将当前采集到的空白答题纸图像中标识符的清晰度与设定阈值比较，若当前采集到的空白答题纸图像中标识符的清晰度小于设定阈值即清晰度不符合要求，系统将提示考生重新调整空白答题纸与摄像头之间的拍摄距离或摄像机清晰度后重新采集空白答题纸图像，若当前采集到的空白答题纸图像中标识符的清晰度大于或等于设定阈值即清晰度符合要求，则完成对当前采集到的空白答题纸图像的识别。

根据后续阅卷等对图形倾斜度与方向的需要，由考试组织方决定是否对第三步(2)中所采集的空白答题纸图像以及第四步中作答后的答题纸图像中的设定图形的倾斜度和标识符所带的方向进行检测和提示。如果需要检测和提示，则检测并且根据检测结果提示考生调整答题纸倾斜度或方向。如不需提示，则由系统直接自动对采集到的答题纸图像进行反方向旋转，使其恢复正常水平位置。此处是防止别人略微修改，不提示倾斜度或方向，系统直接自动检测后对采集到的答题纸图像的倾斜度进行纠正，使其恢复正常水平位置。

设定图形的倾斜度检测方法是：计算当前各标识符的关键点之间的连线所确定的设定图形的倾斜度，将当前计算得到的设定图形的倾斜度与设定倾斜度阈值比较（设定倾斜度阈值为普通人查看图片时，能够容忍的倾斜角度。设定倾斜度阈值一般取15度。），若当前计算得到的设定图形的倾斜度大于设定倾斜度阈值，系统将提示考生重新调整空白答题纸的角度后重新采集空白答题纸图像。若当前计算得到的设定图形的倾斜度小于设定倾斜度阈值，则执行第四步。

标识符所带的方向标识的检测方法是，验证当前采集到的空白答题纸图像中每个标识符所带的方向标识，判断标识符所带的方向标识与第一步确定的标准中方向标识的方向是否一致，若不一致，答题纸摆放方向有误，提示考生进行调整，若一致，则执行第四步。

如果主考单位决定不需要提示，可以用同上的检测方法，对采集采集到的空白答题纸图像进行倾斜度与方向检测，然后自动对采集到的空白答题纸图像进行反方向旋转，使其恢复正常水平位置。

相对于现有技术，本发明产生了以下有益技术效果：

本发明有效地解决了在线考试不方便进行手写输入和作图的问题，结合了传统在线考试与纸质考试各自的优点，使得在线考试的作用能够充分发挥。

附图说明

图1是几种形式的空白答题纸模板。

图2是一实施例提供的一种具有典型标识符的空白答题纸模板。

图3是图2中所具有的典型标识符。

图4是图像校验识别的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例图中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，做进一步详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

一种支持手写输入的在线考试系统，包括用于考生考试的考试终端，用于拍照采集图像的摄像头以及后台服务器。摄像头与考试终端进行数据连接。摄像头的分辨率应该在720P以上。考试终端与后台服务器通过网络连接。摄像头可以布置在考试终端其显示器的正上方居中位置，便于拍摄。在线考试系统包括图像识别模块、在线考试模块、阅卷模块，其中图像识别模块可以加载在考试终端，也可以加载在后台服务器。阅卷模块与在线考试模块加载在后台服务器。

本发明提供一种支持手写输入的在线考试方法，包括以下步骤：

第一步，考试组织方确定空白答题纸标准。

确定标准空白答题纸的形状、尺寸以及确定标准空白答题纸上的答题区域。同时在标准空白答题纸上设计标识符，确定标识符的形状、标识符的数量N以及各标识符在标准空白答题纸上的位置信息。在标准空白答题纸上，各标识符均设有关键点，各标识符的关键点坐标已知，各标识符的关键点之间的连线可确定一个设定图形，本实施例中设定图像为矩形。进一步地，标识符均具有方向标识，方向标识使得标识符具有方向性。

标准空白答题纸可以为长方形，在标准空白答题纸的四个角的对角位置，或者中间位置、或者四边两两相对位置预先设计好标识符（见图2所示）。由标识符连线所决定的长方形区域即是答题区域，答题内容可以书写在答题区域范围之内。

标识符采用通常考题答案中不可能出现的符号或图案，以避免图形识别模块把答案内容误识为标识符。利用特殊符号作为标识符，其特征明显，不易与答题内容混淆。一般而言，考试组织者可以预先定义好统一的包含标识符的空白答题纸模板，由考生自行下载打印，参照图1为几种形式的空白答题纸模板。

参照图2，为本实施例提供的一种具有典型标识符的空白答题纸模板。其中的典型标识符如图3所示。标识符均具有方向标识，方向标识使得标识符具有方向性，而且标识符要求比较容易识别，所有具有方向性且容易识别的、在答题内容中不常见的标志均符合要求。该标识符具有方向性，可用于检测答题纸摆放方向是否正确。

第二步，考生按照考试组织方确定的空白答题纸标准准备空白答题纸。

第三步，对考生准备好的空白答题纸进行校验。

（1）考试前，考生将空白答题纸与采集图像摄像头相互对准，使用摄像头对空白答题纸进行图像采集。

（2）对采集到的空白答题纸图像进行识别。首先检测空白答题纸上的全部标识符，对其数量、形状、清晰度进行识别，进一步地还可以对标志符的倾斜度、方向等进行识别判断，符合要求则继续后续流程，反之则提示考生调整空白答题纸重新采集识别。

通过与第一步确定的空白答题纸标准进行对比，判断当前采集到的空白答题纸是否符合要求，如不符合要求，要求考生重新准备空白答题纸或者调整答题纸位置、摄像机参数、环境光线等，如符合要求，进行下一步。

参照图4，识别的具体流程如下：

S1：输入当前采集到的空白答题纸图像。

S2：采用图像匹配方法（如归一化灰度匹配方法、形状特征匹配方法、边界特征匹配等通用图像匹配方法）对当前采集到的空白答题纸图像中的所有标识符进行识别，获得当前采集到的空白答题纸图像中标识符的数量和位置信息。

S3：判断当前采集到的空白答题纸图像中标识符的数量是否为N，若不是，图像质量不符合要求，系统将提示考生重新准备空白答题纸或者调整答题纸位置、摄像机参数或环境光线，使用摄像头重新对空白答题纸进行图像采集，然后转入S1；若是，执行S4。

S4：确定当前采集到的空白答题纸图像中各标识符的关键点坐标，判断各标识符的关键点之间的连线所确定的图形是否为设定图形即矩形，如不是，图像质量不符合要求，系统将提示考生重新准备空白答题纸或者调整答题纸位置、摄像机参数或环境光线，使用摄像头重新对空白答题纸进行图像采集，然后转入S1；若是，则执行后续步骤。

S5：采用sobel算子、LoG算子、Laplacian算子或高斯算子等通用计算聚焦度方法验证当前采集到的空白答题纸图像中标识符的清晰度，将当前采集到的空白答题纸图像中标识符的清晰度与设定阈值比较，若当前采集到的空白答题纸图像中标识符的清晰度小于设定阈值即清晰度不符合要求，系统将提示考生重新调整空白答题纸与摄像头之间的拍摄距离或/和摄像机清晰度后重新采集空白答题纸图像，若当前采集到的空白答题纸图像中标识符的清晰度大于或等于设定阈值即清晰度符合要求，则执行后续步骤。

S6：根据后续阅卷等对图形倾斜度与方向的需要，由考试组织方决定是否对第三步(2)中所采集的空白答题纸图像中的设定图形的倾斜度和标识符所带的方向标识进行检测和提示，如果需要检测和提示，则检测并且根据检测结果提示考生调整答题纸倾斜度或方向，如不需提示，则由系统直接自动对采集到的答题纸图像进行反方向旋转，使其恢复正常水平位置。其中设定图形的倾斜度检测方法是：计算当前各标识符的关键点之间的连线所确定的设定图形的倾斜度，将当前计算得到的设定图形的倾斜度与设定倾斜度阈值比较（设定倾斜度阈值为普通人查看图片时，能够容忍的倾斜角度，一般取15度。），若当前计算得到的设定图形的倾斜度大于设定倾斜度阈值，系统将提示考生重新调整空白答题纸的角度后重新采集空白答题纸图像。若当前计算得到的设定图形的倾斜度小于设定倾斜度阈值，则执行第四步。

S7：验证当前采集到的空白答题纸图像中每个标识符所带的方向标识，判断标识符所带的方向标识与第一步确定的标准中方向标识的方向是否一致，若不一致，空白答题纸摆放方向有误，提示考生进行调整，若一致，则完成对当前采集到的空白答题纸图像的识别。

在S6和S7中，如果主考单位决定不需要提示，可以用同上的检测方法，对采集到的空白答题纸图像进行倾斜度与方向检测，然后自动对采集到的空白答题纸图像进行反方向旋转，使其恢复正常水平位置。

第四步，考试中，对于试题中的客观题，考生直接在考试终端上作答；对于需要手写输入的试题，考生利用空白答题纸进行手写作答之后得到该试题作答后的答题纸，考生将该试题作答后的答题纸对准采集图像摄像头处，使用摄像头对该试题作答后的答题纸进行图像采集。然后对采集到的该试题作答后的答题纸图像进行识别，如图像不符合要求，识别不成功，则提示考生调整答题纸位置、摄像机参数、环境光线等。如图像符合要求，则识别成功，然后进入考试下一题的作答或者进入下一试题作答后的答题纸的采集以及识别，直到完成所有考试题目。其中，对采集到的该试题作答后的答题纸图像进行识别，包括对采集到的该试题作答后的答题纸图像中的全部标识符的数量、形状或/和清晰度进行识别，识别方法与第三步（2）中的方法相同。进一步地，由考试组织方决定是否对该试题作答后的答题纸图像中的设定图形的倾斜度和标识符所带的方向标识进行检测和提示，如果需要检测和提示，则检测并且根据检测结果提示考生调整答题纸倾斜度或方向，如不需提示，则由系统直接自动对采集到的答题纸图像进行反方向旋转，使其恢复正常水平位置。其中对该试题作答后的答题纸图像中的设定图形的倾斜度检测方法与第三步中S6中的方法相同。对该试题作答后的答题纸图像中的标识符所带的方向标识进行检测的方法，与第三步中S7中的方法相同。

本发明融合了标识符检测和数量、形状、位置、清晰度约束，确保答题纸定位效果更准确。在实际应用中，各检测项目的先后顺序不限。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种支持手写输入的在线考试方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，考试组织方确定空白答题纸标准；

确定标准空白答题纸的形状、尺寸以及确定标准空白答题纸上的答题区域；同时在标准空白答题纸上设计标识符，确定标识符的形状、标识符的数量N以及各标识符在标准空白答题纸上的位置信息；各标识符均设有关键点，各标识符的关键点坐标已知，各标识符的关键点之间的连线可确定一个设定图形;

第二步，考生按照考试组织方确定的空白答题纸标准准备空白答题纸；

第三步，对第二步中准备好的空白答题纸进行校验；

（1）考试前，考生将空白答题纸与采集图像摄像头相互对准，使用摄像头对空白答题纸进行图像采集；

（2）对采集到的空白答题纸图像进行识别；

通过与第一步确定的空白答题纸标准进行对比，判断当前采集到的空白答题纸是否符合要求，如不符合要求，要求考生重新准备空白答题纸或者调整空白答题纸位置、摄像机参数或环境光线，如符合要求，进行下一步；

第四步，考试中，对于试题中的客观题，考生直接在考试终端上作答；对于需要手写输入的试题，考生利用空白答题纸进行手写作答之后得到该试题作答后的答题纸，考生将该试题作答后的答题纸与采集图像摄像头相互对准，使用摄像头对该试题作答后的答题纸进行图像采集；然后对采集到的该试题作答后的答题纸图像进行识别，如该试题作答后的答题纸图像不符合要求，识别不成功，则提示考生调整该试题作答后的答题纸位置、摄像机参数或环境光线;如该试题作答后的答题纸图像符合要求则识别成功，然后进入考试下一题的作答或者进入下一试题作答后的答题纸的采集以及识别，直到完成所有考试题目。

2.根据权利要求1所述的支持手写输入的在线考试方法，其特征在于，第一步中，设定图形为矩形。

3.根据权利要求1所述的支持手写输入的在线考试方法，其特征在于，第一步中，标识符均具有方向标识，方向标识使得标识符具有方向性，用于检测答题纸摆放方向是否正确。

4.根据权利要求1所述的支持手写输入的在线考试方法，其特征在于，第三步(2)的实现方法如下：

S1：输入当前采集到的空白答题纸图像；

S2：采用图像匹配方法对当前采集到的空白答题纸图像中的所有标识符进行识别，获得当前采集到的空白答题纸图像中标识符的数量和位置信息；

S3：判断当前采集到的空白答题纸图像中标识符的数量是否为N，若不是，图像质量不符合要求，系统将提示考生重新准备空白答题纸或者调整答题纸位置、摄像机参数或环境光线，使用摄像头重新对空白答题纸进行图像采集，然后转入S1；若是，执行S4；

S4：确定当前采集到的空白答题纸图像中各标识符的关键点坐标，判断各标识符的关键点之间的连线所确定的图形是否为为设定图形，如不是，图像质量不符合要求，系统将提示考生重新准备空白答题纸或者调整答题纸位置、摄像机参数或环境光线，使用摄像头重新对空白答题纸进行图像采集，然后转入S1；若是，则执行S5；

S5：采用计算聚焦度方法验证当前采集到的空白答题纸图像中标识符的清晰度，将当前采集到的空白答题纸图像中标识符的清晰度与设定阈值比较，若当前采集到的空白答题纸图像中标识符的清晰度小于设定阈值即清晰度不符合要求，系统将提示考生重新调整空白答题纸与摄像头之间的拍摄距离或摄像机清晰度后重新采集空白答题纸图像，若当前采集到的空白答题纸图像中标识符的清晰度大于或等于设定阈值即清晰度符合要求。

5.根据权利要求4所述的支持手写输入的在线考试方法，其特征在于，由考试组织方决定是否对第三步(2)中所采集的空白答题纸图像以及第四步中作答后的答题纸图像中的设定图形的倾斜度和标识符所带的方向标识进行检测和提示，如果需要检测和提示，则检测并且根据检测结果提示考生调整答题纸倾斜度或方向，如不需提示，则由系统直接自动对采集到的答题纸图像进行反方向旋转，使其恢复正常水平位置。

6.根据权利要求5所述的支持手写输入的在线考试方法，其特征在于，在第三步（2）中，设定图形的倾斜度检测方法是：计算当前各标识符的关键点之间的连线所确定的设定图形的倾斜度，将当前计算得到的设定图形的倾斜度与设定倾斜度阈值比较，若当前计算得到的设定图形的倾斜度大于设定倾斜度阈值，系统将提示考生重新调整空白答题纸的角度后重新采集空白答题纸图像；若当前计算得到的设定图形的倾斜度小于设定倾斜度阈值，则执行第四步。

7.根据权利要求6所述的支持手写输入的在线考试方法，其特征在于，在第三步（2）中，设定倾斜度阈值取15度。

8.根据权利要求5所述的支持手写输入的在线考试方法，其特征在于，在第三步（2）中，标识符所带的方向标识的检测方法是，验证当前采集到的空白答题纸图像中每个标识符所带的方向标识，判断标识符所带的方向标识与第一步确定的标准中方向标识的方向是否一致，若不一致，答题纸摆放方向有误，提示考生进行调整，若一致，则执行第四步。

9.根据权利要求8所述的支持手写输入的在线考试方法，其特征在于，第四步中，对采集到的该试题作答后的答题纸图像进行识别，包括对采集到的该试题作答后的答题纸图像中的全部标识符的数量、形状或/和清晰度进行识别，识别方法与第三步（2）中的方法相同。

10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的支持手写输入的在线考试方法，其特征在于，所述采集图像用的摄像头是手机摄像头、平板摄像头、电脑摄像头或高拍仪。