JP7234670B2 - 画像処理装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、答案用紙などに記入された解答の添削や採点を支援する技術に関する。

学校などの教育機関において実施されるテストを自動採点するシステムが提案されている。例えば、特許文献１に記載のシステムでは、教育用教材上における解答欄、解答者情報欄等のレイアウト（用紙上の位置）を特定するための位置情報を教育用教材の電子データに含めておき、この情報を参照して、教育用教材の解答欄などに手書き記入された記入内容を取得して自動採点を行う。

特開２００７－２３３８８８号公報

しかし、特許文献１の手法では、教育用教材ごとに、解答欄、解答者情報欄などの各記入欄の位置情報を記憶しておく必要があるため、個々の教育用教材のデータの作成に手間がかかるとともに、データ量が大きくなってしまうという課題がある。

本発明は、個々の答案用紙データのデータ量を増大させることなく、生徒などによる解答済の答案画像から、各解答欄に対する記入内容を取得することが可能な画像処理装置を提供することを主な目的とする。

本発明の１つの観点では、画像処理装置は、答案用紙の表題部の表記方法に関する表題部表記情報と、当該答案用紙に含まれる解答欄の形状を示す解答欄形状情報とを関連付けて記憶した記憶部と、前記答案用紙の画像データである答案画像を取得する答案画像取得手段と、前記答案画像に含まれる表題部の表記方法と一致する表題部表記情報を特定し、当該表題部表記情報に対応する解答欄形状情報を、前記記憶部から取得する形状情報取得手段と、前記解答欄形状情報に基づいて、前記答案画像から前記解答欄の部分の画像である解答欄画像を切り出す画像切り出し手段と、を備える。

上記の画像処理装置は、答案用紙の表題部の表記方法に関する表題部表記情報と、当該答案用紙に含まれる解答欄の形状を示す解答欄形状情報とを関連付けて記憶部に記憶している。画像処理装置は、答案用紙の画像データである答案画像を取得する。次に、画像処理装置は、答案画像に含まれる表題部の表記方法と一致する表題部表記情報を特定し、当該表題部表記情報に対応する解答欄形状情報を、記憶部から取得する。そして、画像処理装置は、解答欄形状情報に基づいて、答案画像から解答欄の部分の画像である解答欄画像を切り出す。これにより、解答欄の形状に基づいて、答案画像から解答欄画像を切り出すことができる。

上記の画像処理装置の一態様では、前記解答欄形状情報は前記解答欄のサイズ情報を含み、前記画像切り出し手段は、前記サイズ情報に基づいて前記解答欄画像を切り出す。この態様では、解答欄のサイズを考慮して解答欄画像を正確に切り出すことができる。

好適には、前記表題部表記情報は、前記答案用紙の表題部に含まれる数字もしくは記号の種類、又は、表題部中の文字列を修飾する形状を含む。

上記の画像処理装置の他の一態様では、前記記憶部は、答案用紙の製作関係者毎に、前記表題部表記情報と前記解答欄形状情報を記憶し、前記表題部表記情報は、前記製作関係者を示す情報を含む。この態様では、製作関係者毎の答案用紙の特徴に基づいて解答欄の形状を特定することができる。

上記の画像処理装置の他の一態様では、前記記憶部は、前記表題部表記情報と、前記答案用紙に含まれる問題番号の表記方法とを関連付けて記憶しており、前記画像切り出し手段は、前記問題番号の表記方法に基づいて、前記答案画像から問題番号の部分の画像を切り出す。この態様では、答案用紙に含まれる問題番号を抽出することができ、問題番号ごとに採点結果などを管理することができる。

上記の画像処理装置の他の一態様では、前記画像切り出し手段は、前記答案画像から配点情報の部分の画像を切り出す。この態様では、答案用紙から配点情報を抽出することができ、採点結果に基づいて得点を算出することが可能となる。

上記の画像処理装置の他の一態様は、前記画像切り出し手段によって複数の答案画像から切り出された、同一の解答欄についての解答欄画像を並べて表示する表示手段を備える。この態様では、複数の答案用紙における同一の問題についての解答を比較しながら閲覧することができる。

本発明の他の観点は、コンピュータ及び記憶部を備える画像処理装置により実行されるプログラムであって、前記記憶部は、答案用紙の表題部の表記に関する表題部表記情報と、当該答案用紙に含まれる解答欄の形状を示す解答欄形状情報とを関連付けて記憶しており、前記プログラムは、前記答案用紙の画像データである答案画像を取得する答案画像取得手段、前記答案画像に含まれる表題部の表記方法と一致する表題部表記情報を特定し、当該表題部表記情報に対応する解答欄形状情報を、前記記憶部から取得する形状情報取得手段、前記解答欄形状情報に基づいて、前記答案画像から前記解答欄の部分の画像である解答欄画像を切り出す画像切り出し手段、として前記コンピュータを機能させる。このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記の画像処理装置を実現することができる。

実施形態に係る添削支援装置の構成を示す。 答案用紙の例を示す。 答案用紙の他の例を示す。 答案用紙特徴情報の例を示す。 教師用端末の内部構成を示すブロック図である。 表示処理のフローチャートである。 一覧表示画面の例を示す。 採点後の一覧表示画面の例を示す。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
［全体構成］
図１は、本発明を適用した添削支援装置を示す。添削支援装置は、教師などにより使用されるものであり、スキャナ２０と、教師用端末３０とを備える。学校や塾などの教育機関におけるテストや演習の際、生徒には答案用紙５０が渡される。生徒は、自分のペン１０を用いて答案用紙に解答を記入する。生徒による解答が終了すると、解答済の答案用紙５０はスキャナ２０により読み取られ、答案用紙の画像（以下、「答案画像」と呼ぶ。）Ｄ１が生成されて教師用端末３０へ提供される。教師用端末３０は、答案画像Ｄ１を用いて、生徒による解答の表示や添削・採点などの処理を行う。

［答案用紙］
教育機関で行われるテストや演習では、複数の出版社などの製作関係者により製作された答案用紙が使用される。なお、答案用紙は、問題文も一緒に印刷されているものでもよく、問題用紙と別個に用意され、解答のみを記入するためのものでもよい。一般的に、各出版社により製作された答案用紙は、表題部の表記方法や各解答欄の形状などに独自の特徴を有する。

図２は、答案用紙の一例を示す。この答案用紙５０ａは、ある出版社Ａが製作した算数のテストに使用されるものであり、表題部５１ａと、それ以外の、解答を記入するための領域（以下、「解答領域」とも呼ぶ。）とを含む。表題部５１ａは、その答案用紙の表題（タイトル）を示す部分であり、テストの科目である「算数」と、その科目における分野（テーマ）である「７．図形の面積」とが印刷されている。ここで、図２に示す答案用紙５０ａでは、表題部５１ａの科目「算数」は楕円の枠５２ａによる装飾がなされている。また、テーマ「７．図形の面積」において、「７」は複数のテーマに対して個別に割り当てられた整理番号（以下、「テーマ番号」と呼ぶ。）であり、英数字で示されている。

解答領域には、２つの設問（大問）として大問１、２が印刷されており、各大問は、それぞれ２つの小問（１）、（２）を含んでいる。ここで、２つの大問の問題番号５４ａは、いずれも四角形による装飾がなされている。また、大問１の２つの小問（１）、（２）の解答欄５５ａは、複数文字の解答が記入される解答欄であり、大括弧の形状となっている。一方、大問２の２つの小問（１）、（２）の解答欄５６ａは、数字１文字が記入される解答欄であり、四角形（正方形）の形状となっている。

図３は、答案用紙の他の一例を示す。この答案用紙５０ｂは、ある出版社Ｂが製作した算数のテストに使用されるものであり、表題部５１ｂと、解答領域とを含む。なお、説明の便宜上、各設問の内容は図２に示す答案用紙５０ａと同一としている。表題部５１ｂは、その答案用紙の表題（タイトル）を示す部分であり、テストの科目である「小５算数」と、その科目における分野（テーマ）である「ＶＩＩ．図形の面積」とが印刷されている。ここで、図３に示す答案用紙５０ｂでは、表題部５１ｂの科目は「小５算数」となっており、学年（小学５年生）を示す「小５」の文字が含まれている。また、科目「小５算数」は四角形の枠５２ｂによる装飾がなされている。また、テーマ「ＶＩＩ．図形の面積」においては、テーマ番号「ＶＩＩ」はローマ数字で示されている。さらに、答案用紙５０ｂでは、表題部５１ｂ内に出版社名５７ｂが印刷されている。

また、解答領域には、２つの大問１、２が印刷されており、各大問は、２つの小問（１）、（２）を含んでいる。ここで、２つの大問の問題番号５４ｂは、いずれも大括弧の装飾がなされている。また、大問１の２つの小問（１）、（２）の解答欄５５ｂは、複数文字の解答が記入される記入欄であり、四角形の形状となっている。一方、大問２の２つの小問（１）、（２）の解答欄５６ｂは、数字１文字が記入される記入欄であり、小括弧の形状となっている。

このように、答案用紙５０の紙面上における表題部５１の表記方法や解答欄５５、５６の形状は出版社毎に異なるので、これらを各出版社を識別する情報として利用することができる。具体的に本実施形態では、出版社毎にその出版社により製作されたテストの答案用紙に含まれる表題部５１の表記や解答欄の形状などに関する特徴を規定した答案用紙特徴情報を予め作成し、データベースなどに記憶しておく。

図４は、答案用紙特徴情報の一例を示す。答案用紙特徴情報は、出版社名毎に記憶されており、大別して「表題部表記情報」と、「解答欄形状情報」とを含む。ここで、「出版社名」は、そのテストの答案用紙を製作した出版社の名称である。なお、出版社名の代わりに、出版社の識別情報などを用いても良い。

まず、表題部表記情報は、表題部５１の表記方法における特徴を示す情報であり、「科目名の装飾」、「学年の表記」、「科目内のテーマの数字」、「出版社名の表記」を含む。「科目名の装飾」は、答案用紙５０の表題部５１内に印刷された科目名を装飾する方法を示し、図２の答案用紙５０ａでは楕円５２ａによる装飾であり、図３の答案用紙５０ｂでは長方形５２ｂによる装飾である。この他に、大括弧などによる装飾もある。

「学年の表記」は、表題部５１に学年の表記があるか否かを示す。図２の答案用紙５０ａでは学年の表記は無く、図３の答案用紙５０ｂでは学年の表記（「小５」）がある。「科目内のテーマの数字」は、表題部５１内に示されたテーマ番号を示す数字の表記方法を示す。図２の答案用紙５０ａでは符号５３ａで示すように英数字の「７」が使用されており、図３の答案用紙５０ｂでは符号５３ｂで示すようにローマ数字の「ＶＩＩ」が使用されている。「出版社名の表記」は、表題部５１内に出版社名の表記があるか否かを示す。図２の答案用紙５０ａでは出版社名の表記は無く、図３の答案用紙５０ｂでは出版社名の表記５７ｂがある。

一方、解答欄形状情報は、解答欄の形状を示す情報であり、「解答欄（文字列）」、「解答欄（１文字）」、「問題番号の装飾」を含む。ここで、「解答欄（文字列）」は、解答として複数の文字や数字からなる文字列が記入される解答欄の枠の形状を示す。図２の解答用紙５０ａでは大括弧５５ａが使用され、図３の解答用紙５０ｂでは長方形５５ｂが使用されている。「解答欄（１文字）」は、解答として１文字の文字や数字が記入される解答欄の枠の形状を示す。図２の解答用紙５０ａでは正方形５６ａが使用され、図３の解答用紙５０ｂでは小括弧５６ｂが使用されている。なお、「解答欄（１文字）」は、補足的な情報としてその形状のサイズ情報を含むことが望ましい。所定以上のサイズを示すサイズ情報を含めることにより、図２における実際の解答欄５６ａと、問題文中に登場する四角形（□）５６ｘとを区別し、問題文中に登場する四角形５６ｘを解答欄５６ａと誤認識することが防止できる。

「問題番号の装飾」は、各設問（図４の例では大問）の問題番号を示す数字の装飾方法を示す。図２の答案用紙５０ａでは問題番号を四角形５４ａにより装飾しており、図３の答案用紙５０ｂでは問題番号を大括弧５４ｂで装飾している。

上記のような答案用紙特徴情報を利用すると、答案画像Ｄ１に含まれる表題部５１の表記方法である表題部表記情報、具体的には、「科目名の装飾」、「学年の表記」、「科目内のテーマの数字」、「出版社名の表記」などに基づいて、その答案用紙５０がどの出版社の製作によるものかを判別することができる。そして、その出版社の答案用紙５０における解答欄形状情報、具体的には、「解答欄（文字列）」、「解答欄（１文字）」に基づいて、解答欄の部分を検出し、答案画像Ｄ１から解答欄の部分の画像（以下、解答欄画像」と呼ぶ。）を切り出すことができる。また、「問題番号の装飾」に基づいて、問題番号を検出することができる。

［教師用端末の構成］
図５は、教師用端末３０の内部構成を示すブロック図である。教師用端末３０は、スキャナＩＦ（ＩｎｔｅｒＦａｃｅ）３１と、ＯＣＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ）部３２と、入力部３３と、テスト情報データベース（以下、「データベース」を「ＤＢ」と記す。）３４と、画像切り出し部３５と、添削部３６と、制御部３７と、表示部３８とを備える。なお、これらの構成要素は、バス３９を介して相互に接続されている。

スキャナＩＦ３１は、図１に示すスキャナ２０に接続されるインターフェースであり、スキャナ２０により生成された答案画像Ｄ１を受信する。ＯＣＲ部３２は、答案画像Ｄ１の必要なエリアに対してＯＣＲ処理を施し、答案画像Ｄ１に含まれる文字列を抽出する。

入力部３３は、教師などの添削や採点を行う者（以下、「添削担当者」と呼ぶ。）により操作される入力デバイスであり、例えばキーボード、マウス、タッチパネルなどが挙げられる。添削担当者は、入力部３３を操作することにより、後述するように答案画像Ｄ１に含まれる解答欄画像を選択して表示部３８に表示させることができる。

テスト情報ＤＢ３４は、生徒に実施させるテストに関する情報であるテスト情報を記憶している。テスト情報は、テストの問題情報、正答情報、前述の答案用紙特徴情報、テスト結果情報などを含む。

画像切り出し部３５は、答案用紙特徴情報を参照して、答案画像Ｄ１から解答欄画像を切り出す。なお、解答欄画像は、答案画像Ｄ１における解答欄の領域を、解答欄を示す枠などを含めて切り取った画像であり、生徒により解答が記入されていない解答欄については、解答欄画像は解答欄を示す枠などの形状のみを含むことになる。

添削部３６は、ＯＣＲ部３２が生成した文字列に基づいて、生徒が記入した解答を認識し、テスト情報ＤＢ３４に記憶されている正答情報と照合するなどして、解答の添削・採点を自動で行う。また、答案画像Ｄ１の解答領域において、問題番号が検出でき、かつ、ＯＣＲ部３２により配点情報（図２における符号５８ａ参照）を取得できた場合には、採点結果と配点情報に基づいて得点を算出してもよい。

制御部３７は、予め用意されたプログラムを実行することにより、教師用端末３０の全体を制御する。具体的には、制御部３７は、画像切り出し部３５が複数の生徒の答案画像Ｄ１から切り出した解答欄画像を並べて一覧表示画面を生成する。表示部３８は、例えば液晶ディスプレイなどであり、制御部３７により生成された一覧表示画面を表示する。

上記の構成において、スキャナＩＦ３１は本発明の答案画像取得手段の一例であり、テスト情報ＤＢ３４は本発明の記憶部の一例であり、画像切り出し部３５は本発明の画像切り出し手段の一例であり、制御部３７は本発明の形状情報取得手段の一例であり、表示部３８は本発明の表示手段の一例である。

［表示処理］
次に、答案画像Ｄ１から切り出された解答欄画像を表示する表示処理について説明する。図６は、表示処理のフローチャートである。この処理は、図５に示す教師用端末３０の制御部３７が予め用意されたプログラムを実行することにより行われる。

まず、生徒が解答を記入し終わった答案を採点担当者などがスキャナ２０にセットして読み取ると、制御部３７は、スキャナＩＦ３１を介してスキャナ２０から答案画像Ｄ１を受信する（ステップＳ１０）。

次に、制御部３７は、テスト情報ＤＢ３４に記憶されている答案用紙特徴情報を参照し、答案画像Ｄ１中の表題部５１の内容に基づいて、その答案用紙の出版社を特定する（ステップＳ１１）。具体的には、制御部３７は、ＯＣＲ部３２により答案画像Ｄ１の表題部５１の内容を文字認識するとともに、表題部５１に含まれる記号、図形などを認識し、表題部表記情報に含まれる「科目名の装飾」、「学年の表記」、「科目内のテーマの数字」、「出版社名の表記」などを判定する。そして、これらの情報に基づいて、その答案用紙の出版社を特定する。具体的に、図２に示す答案用紙５０ａの例では、「科目名の装飾」は楕円５２ａであり、「学年の表記」は無しであり、「科目内のテーマの数字」は英数字５３ａであり、「出版社名の表記」は無しである。よって、図４に示す答案用紙特徴情報を参照し、制御部３７はこの答案用紙を出版社Ａの製作によるものであると判定する。

次に、制御部３７は、答案用紙特徴情報に基づいて、特定した出版社に対応する解答欄の特徴を取得する（ステップＳ１２）。具体的には、制御部３７は、答案用紙特徴情報を参照し、その出版社の解答欄特徴情報として、「解答欄（文字列）」、「解答欄（１文字）」、「問題番号の装飾」などを取得する。具体的に、図２に示す答案用紙５０ａの場合、制御部３７はステップＳ１１で上述のように出版社Ａの答案用紙と判定するため、解答欄特徴情報として、「解答欄（文字列）」は大括弧、「解答欄（１文字）」は正方形、「問題番号の装飾」は四角との情報を取得する。そして、制御部３７は、取得した解答欄特徴情報に基づいて、答案画像Ｄ１に含まれる解答欄を特定し、解答欄画像を切り出す（ステップＳ１３）。

次に、制御部３７は、ステップＳ１０～Ｓ１３の処理を所定数の答案用紙について行ったか否かを判定する（ステップＳ１４）。所定数の答案用紙について行っていない場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、処理はステップＳ１０へ戻る。こうして、所定数の答案用紙、即ち、複数の生徒の答案用紙についてステップＳ１０～Ｓ１３の処理が完了すると（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、制御部３７は、各生徒の答案用紙における解答欄画像を表示部３８に一覧表示する（ステップＳ１５）。こうして、表示処理は終了する。

図７は、ステップＳ１５で表示部３８に表示される一覧表示画面の例を示す。一覧表示画面７０では、左上のエリアに科目「算数」、科目内のテーマ「７．面積」、問題番号「［１］（１）」などが表示される。また、解答欄画像表示エリア７１には、同一の設問に対する所定数（本例では１２人）の生徒の解答欄画像が並べて表示される。これにより、採点担当者は、同一の問題に対する複数の生徒の解答欄画像を比較しながら添削、採点することができる。

一覧表示画面７０の下方のエリアにはボタン７６～７８が設けられている。ボタン７６は、解答欄画像表示エリア７１に表示する各解答欄画像を、１つ前の問題（設問）の解答欄画像に変更するためのボタンである。ボタン７７は、解答欄画像表示エリア７１に表示する各解答欄画像を、次の問題の解答欄画像に変更するためのボタンである。

ボタン７８は、採点担当者による採点モードへ移行するためのボタンである。採点担当者がボタン７８を押すと、採点モードへ移行し、採点担当者が採点結果を入力することができるようになる。図８は、採点モードにおいて、採点担当者が採点結果を入力した状態の一覧表示画面の例を示す。各解答欄画像に重ねて、採点担当者による採点結果を示す画像７５が表示されている。なお、採点モードに移行すると、ボタン７８の代わりにボタン７９が表示される。採点担当者は、採点結果の入力後にボタン７９を押すと、採点結果を保存することができる。

以上のように、本実施形態では、答案画像Ｄ１の表題部表記情報に基づいて答案用紙の出版社を特定し、それに対応する解答欄形状情報に基づいて答案画像から解答欄画像を切り出すことができる。この方法では、答案画像から解答欄画像を切り出す際に、答案用紙上における各解答欄の位置情報を予め記憶しておく必要が無いので、予め用意する答案用紙データのデータ量を低減できる。また、答案画像から、解答欄形状情報が示す形状の部分を見つけてその部分を切り出せばよいので、解答欄画像の切り出し処理も単純化することができる。

［変形例］
（変形例１）
上記の実施形態では、図４の例において、答案用紙特徴情報は出版社毎に用意されているが、本発明の適用はこれには限られず、表題部表記情報や解答欄形状情報が共通する答案用紙のグループ毎に答案用紙特徴情報を用意すればよい。

（変形例２）
上記の実施形態では、表題部表記情報や解答欄形状情報において、長方形、楕円、括弧などの形状及びサイズを考慮しているが、これに加えて、各形状の色を考慮してもよい。

５ ネットワーク
１０ 記入デバイス
１１ａ デジタルペン
１１ｂ タブレット
１１ｃ タッチペン
１２ 接続デバイス
２０ 管理サーバ
３０ 教師用端末
５０ 答案用紙
１００ 遠隔授業システム

Claims (8)

1. 答案用紙の表題部の表記方法に関する表題部表記情報と、当該答案用紙に含まれる解答欄の形状を示す解答欄形状情報とを関連付けて記憶した記憶部と、
   前記答案用紙の画像データである答案画像を取得する答案画像取得手段と、
   前記答案画像に含まれる表題部の表記方法と一致する表題部表記情報を特定し、当該表題部表記情報に対応する解答欄形状情報を、前記記憶部から取得する形状情報取得手段と、
   前記解答欄形状情報に基づいて、前記答案画像から前記解答欄の部分の画像である解答欄画像を切り出す画像切り出し手段と、
   を備えることを特徴とする画像処理装置。
2. 前記解答欄形状情報は前記解答欄のサイズ情報を含み、
   前記画像切り出し手段は、前記サイズ情報に基づいて前記解答欄画像を切り出すことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記表題部表記情報は、前記答案用紙の表題部に含まれる数字もしくは記号の種類、又は、表題部中の文字列を修飾する形状を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像処理装置。
4. 前記記憶部は、答案用紙の製作関係者毎に、前記表題部表記情報と前記解答欄形状情報を記憶し、
   前記表題部表記情報は、前記製作関係者を示す情報を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像処理装置。
5. 前記記憶部は、前記表題部表記情報と、前記答案用紙に含まれる問題番号の表記方法とを関連付けて記憶しており、
   前記画像切り出し手段は、前記問題番号の表記方法に基づいて、前記答案画像から問題番号の部分の画像を切り出すことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の画像処理装置。
6. 前記画像切り出し手段は、前記答案画像から配点情報の部分の画像を切り出すことを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
7. 前記画像切り出し手段によって複数の答案画像から切り出された、同一の解答欄についての解答欄画像を並べて表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の画像処理装置。
8. コンピュータ及び記憶部を備える画像処理装置により実行されるプログラムであって、
   前記記憶部は、答案用紙の表題部の表記に関する表題部表記情報と、当該答案用紙に含まれる解答欄の形状を示す解答欄形状情報とを関連付けて記憶しており、
   前記答案用紙の画像データである答案画像を取得する答案画像取得手段、
   前記答案画像に含まれる表題部の表記方法と一致する表題部表記情報を特定し、当該表題部表記情報に対応する解答欄形状情報を、前記記憶部から取得する形状情報取得手段、
   前記解答欄形状情報に基づいて、前記答案画像から前記解答欄の部分の画像である解答欄画像を切り出す画像切り出し手段、
   として前記コンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。

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