CN114998262A - 一种基于八分教学法的课堂脱机书法教学与评价系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于八分教学法的课堂脱机书法教学与评价系统，涉及书法教学评价技术领域。该基于一种基于八分教学法的课堂脱机书法教学与评价系统，包括书法图像采集与预处理模块和书法水平评测模块，所述书法图像采集与预处理模块包含有摄像模块、图像预处理模块和照明与控制模块，所述图像预处理模块包含有图像降噪、图像仿射校正和书写格与字分离，所述书法评测模块包含有汉字语义分割位置特征、轮廓、位置、高度、宽度、汉字实例分割笔画特征与结构特征、汉字识别和综合评测，所述综合评测包含有核心点坐标标注、笔画评分、结构评分、和书法比例评分。通过该系统，实现书法教学与自动评价，使学习保持正确、良好的书写习惯。

Description

一种基于八分教学法的课堂脱机书法教学与评价系统

技术领域

本发明涉及书法教学评价技术领域，具体为一种基于八分教学法的课堂脱机书法教学与评价系统。

背景技术

中国书法有着多种持笔、运笔方法，笔画结构复杂，字体书写样式多种多样，现有的课堂书法教学与评价系统，需要高灵敏度触摸屏，或者多级触感笔的支持，才可以得到毛笔字的笔画特征，严重制约在线书法教学的推广，大幅度增加了书法教学的成本。同时，在触摸屏上书写，手感、观感与传统的纸上书写差异明显，虽然短期看学习效果明显，但是，离开教学平台后，学生仍需要进行大量的重复训练才能逐步摆脱屏上书写的影响，甚至养成不良的书写习惯。

本发明可保证学生可以在传统纸张上进行书法练习，掌握运笔方法，评价过程，采用计算机视觉技术，基于图像分割、深度学习算法和自主研究的八分教学法，设计脱机书法智能分析与评价方法，实现书法教学与自动评价。学生可以在本地远程提交书法作品照片，由系统远程服务器端或者本地服务器端完成书法作品的自动评价。本发明的优势明显，使学习保持正确、良好的书写习惯，同时，因为不需要特殊的专用设备，可以降低硬件投资，以较低的成本建设书法教学班，通过远程软件更新，不断完善评价功能。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于八分教学法的课堂脱机书法教学与评价系统，解决了离开教学平台后，学生仍需要进行大量的重复训练才能逐步摆脱屏上书写的影响，甚至养成不良的书写习惯的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于八分教学法的课堂脱机书法教学与评价系统，包括书法图像采集与预处理模块和书法水平评测模块，所述书法图像采集与预处理模块包含有摄像模块、图像预处理模块和照明与控制模块，所述图像预处理模块包含有图像降噪、图像仿射校正和书写格与字分离；

所述书法评测模块包含有汉字语义分割位置特征、轮廓、位置、高度、宽度、汉字实例分割笔画特征与结构特征、汉字识别和综合评测，所述综合评测包含有核心点坐标标注、笔画评分、结构评分、和书法比例评分。

一种基于八分教学法的课堂脱机书法教学与评价系统，所述书法图像采集与预处理模块的使用流程包含以下步骤：

S1、书法图像采集与预处理模块，即是图像采集模块，通过单目摄像头拍照采集书法图像；

S2、由于每次图像采集过程中，纸张放置角度、位置不完全相同，同时，手写楷书也很难保证纸张的洁净度和文字笔迹没有毛刺，都会对评测成绩产生影响，要求在采集模块中完成图像预处理；

S3、其预处理过程包括：图像降噪、仿射变换、前景字体与背景书写格分离。图像降噪，去掉图像的杂点、笔迹的毛刺；仿射变换，基于书写格边框，校正和调整书法笔迹的角度、高度和宽度；

S4、预处理后，分别得到前景字体图像和仿射变换后的书法图像，为后续评测方便，两种图像的变换都为256×256×1，即图像格式变换为分辨率256×256、深度是1的二维黑白图像。

一种基于八分教学法的课堂脱机书法教学与评价系统，所述书法水平评测模块为实现汉字书法评测主模块，其书法评测过程包含以下步骤：

1)评测准备阶段

S1、汉字目标识别，得到书法文字在书法格纸上的概要位置特征，其位置标注，即实际书写区，以包围汉字的方框表示，其特征包括：汉字在书写格纸上实际书写区在虚线框主书写区占比、汉字在书写格纸上实际书写区空间坐标、汉字重心在格纸上的位置坐标；

S2、汉字语义分割，得到书法文字在书法格纸上的详细位置特征，包括，汉字实际轮廓、汉字实际的高度与宽度，并计算得到汉字的字体比例；

S3、汉字实例分割，实现：识别汉字，采用深度学习骨架，以常见3755个汉字为最终识别目标，从而为查询汉字书法表达坐标系及汉字坐标评价特征提供索引；对汉字的笔画进行分割，得到书法汉字具体的笔画特征。

2)综合评测阶段

S1、汉字确认，从汉字识别结果中确认书法汉字，向汉字楷书书法表达坐标系统输入评测系统汉字确认结果；

S2、书法表达坐标系统调用，通过汉字确认，依据得到的待评测书法确认信息，从书法表达坐标系统中检索出该字楷书的笔画、结构、比例、位置在格纸上的平面直角坐标与极坐标特征参数，包括优秀楷书手写书法作品汉字的各笔画长度、角度、距离、重心位置、汉字比例关系、汉字在书写格中的相对占比；

S3、书法综合测评，以评测准备阶段得到的参数为基础，以从书法坐标系统得到的参数为对照，进行对比计算，按照评测准备阶段参数与对照参数的差异、笔画坐标与倾斜角，完成评测。

(三)有益效果

本发明提供了一种基于八分教学法的课堂脱机书法教学与评价系统。具备以下有益效果：

1、本发明可保证学生可以在传统纸张上进行书法练习，掌握运笔方法，评价过程，采用计算机视觉技术，基于图像分割、深度学习算法和自主研究的八分教学法，设计脱机书法智能分析与评价方法，实现书法教学与自动评价。学生可以在本地远程提交书法作品照片，由系统远程服务器端或者本地服务器端完成书法作品的自动评价。

2、本发明的优势明显，使学习保持正确、良好的书写习惯，同时，因为不需要特殊的专用设备，可以降低硬件投资，以较低的成本建设书法教学班，通过远程软件更新，不断完善评价功能。

附图说明

图1为本发明的书法书写格式图；

图2为本发明的书法评测模块框图；

图3为本发明的书法评测准备结果举例示意图；

图4为本发明的书法评测处理流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1-4所示，本发明实施例提供一种基于八分教学法的课堂脱机书法教学与评价系统，包括书法图像采集与预处理模块和书法水平评测模块，其中书法图像采集与预处理模块包含有摄像模块、图像预处理模块和照明与控制模块，其中图像预处理模块包含有图像降噪、图像仿射校正和书写格与字分离；

其中书法评测模块包含有汉字语义分割位置特征、轮廓、位置、高度、宽度、汉字实例分割笔画特征与结构特征、汉字识别和综合评测，其中综合评测包含有核心点坐标标注、笔画评分、结构评分、和书法比例评分。

一种基于八分教学法的课堂脱机书法教学与评价系统，其中书法图像采集与预处理模块的使用流程包含以下步骤：

S1、书法图像采集与预处理模块，即是图像采集模块，通过单目摄像头拍照采集书法图像；

S2、由于每次图像采集过程中，纸张放置角度、位置不完全相同，同时，手写楷书也很难保证纸张的洁净度和文字笔迹没有毛刺，都会对评测成绩产生影响，要求在采集模块中完成图像预处理；

S3、其预处理过程包括：图像降噪、仿射变换、前景字体与背景书写格分离。图像降噪，去掉图像的杂点、笔迹的毛刺；仿射变换，基于书写格边框，校正和调整书法笔迹的角度、高度和宽度；

S4、预处理后，分别得到前景字体图像和仿射变换后的书法图像，为后续评测方便，两种图像的变换都为256×256×1，即图像格式变换为分辨率256×256、深度是1的二维黑白图像。

一种基于八分教学法的课堂脱机书法教学与评价系统，其中书法水平评测模块为实现汉字书法评测主模块，其书法评测过程包含以下步骤：

1)评测准备阶段

S1、汉字目标识别，得到书法文字在书法格纸上的概要位置特征，其位置标注，即实际书写区，以包围汉字的方框表示，其特征包括：汉字在书写格纸上实际书写区在虚线框主书写区占比、汉字在书写格纸上实际书写区空间坐标、汉字重心在格纸上的位置坐标；

S2、汉字语义分割，得到书法文字在书法格纸上的详细位置特征，包括，汉字实际轮廓、汉字实际的高度与宽度，并计算得到汉字的字体比例；

S3、汉字实例分割，实现：识别汉字，采用深度学习骨架，以常见3755个汉字为最终识别目标，从而为查询汉字书法表达坐标系及汉字坐标评价特征提供索引；对汉字的笔画进行分割，得到书法汉字具体的笔画特征。

2)综合评测阶段

S1、汉字确认，从汉字识别结果中确认书法汉字，向汉字楷书书法表达坐标系统输入评测系统汉字确认结果；

S2、书法表达坐标系统调用，通过汉字确认，依据得到的待评测书法确认信息，从书法表达坐标系统中检索出该字楷书的笔画、结构、比例、位置在格纸上的平面直角坐标与极坐标特征参数，包括优秀楷书手写书法作品汉字的各笔画长度、角度、距离、重心位置、汉字比例关系、汉字在书写格中的相对占比；

S3、书法综合测评，以评测准备阶段得到的参数为基础，以从书法坐标系统得到的参数为对照，进行对比计算，按照评测准备阶段参数与对照参数的差异、笔画坐标与倾斜角，完成评测。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种基于八分教学法的课堂脱机书法教学与评价系统，包括书法图像采集与预处理模块和书法水平评测模块，其特征在于：所述书法图像采集与预处理模块包含有摄像模块、图像预处理模块和照明与控制模块，所述图像预处理模块包含有图像降噪、图像仿射校正和书写格与字分离；

所述书法评测模块包含有汉字语义分割位置特征、轮廓、位置、高度、宽度、汉字实例分割笔画特征与结构特征、汉字识别和综合评测，所述综合评测包含有核心点坐标标注、笔画评分、结构评分、和书法比例评分。

2.根据权利要求1所述的一种基于八分教学法的课堂脱机书法教学与评价系统，其特征在于：所述书法图像采集与预处理模块的使用流程包含以下步骤：

S1、书法图像采集与预处理模块，即是图像采集模块，通过单目摄像头拍照采集书法图像；

S2、由于每次图像采集过程中，纸张放置角度、位置不完全相同，同时，手写楷书也很难保证纸张的洁净度和文字笔迹没有毛刺，都会对评测成绩产生影响，要求在采集模块中完成图像预处理；

S3、其预处理过程包括：图像降噪、仿射变换、前景字体与背景书写格分离。图像降噪，去掉图像的杂点、笔迹的毛刺；仿射变换，基于书写格边框，校正和调整书法笔迹的角度、高度和宽度；

S4、预处理后，分别得到前景字体图像和仿射变换后的书法图像，为后续评测方便，两种图像的变换都为256×256×1，即图像格式变换为分辨率256×256、深度是1的二维黑白图像。

3.根据权利要求1所述的一种基于八分教学法的课堂脱机书法教学与评价系统，其特征在于：所述书法水平评测模块为实现汉字书法评测主模块，其书法评测过程包含以下步骤：

1)评测准备阶段

S1、汉字目标识别，得到书法文字在书法格纸上的概要位置特征，其位置标注，即实际书写区，以包围汉字的方框表示，其特征包括：汉字在书写格纸上实际书写区在虚线框主书写区占比、汉字在书写格纸上实际书写区空间坐标、汉字重心在格纸上的位置坐标；

S2、汉字语义分割，得到书法文字在书法格纸上的详细位置特征，包括，汉字实际轮廓、汉字实际的高度与宽度，并计算得到汉字的字体比例；

S3、汉字实例分割，实现：识别汉字，采用深度学习骨架，以常见3755个汉字为最终识别目标，从而为查询汉字书法表达坐标系及汉字坐标评价特征提供索引；对汉字的笔画进行分割，得到书法汉字具体的笔画特征。

2)综合评测阶段

S1、汉字确认，从汉字识别结果中确认书法汉字，向汉字楷书书法表达坐标系统输入评测系统汉字确认结果；

S2、书法表达坐标系统调用，通过汉字确认，依据得到的待评测书法确认信息，从书法表达坐标系统中检索出该字楷书的笔画、结构、比例、位置在格纸上的平面直角坐标与极坐标特征参数，包括优秀楷书手写书法作品汉字的各笔画长度、角度、距离、重心位置、汉字比例关系、汉字在书写格中的相对占比；

S3、书法综合测评，以评测准备阶段得到的参数为基础，以从书法坐标系统得到的参数为对照，进行对比计算，按照评测准备阶段参数与对照参数的差异、笔画坐标与倾斜角，完成评测。

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