师之友和SheetReader阅卷软件阅卷原理

师之友阅卷软件和SheetReader手机阅卷软件的答题卡识别原理基本是一样的，都是属于基于图片识别的原理。

今天写这篇文章目的在于让用户能够大概知晓软件阅卷原理，然后能够自行地，相对较好地判断或者推断在软件使用过程中识别成功率低、准确率低问题的原因所在，从而去避免导致这些问题的出现，达到提高软件识别准确率的最终目的。

先来介绍一下软件的识别原理。

当软件每获取一张包含答题卡的图片（这些图片可能是取出USB摄像头设备，或者存储在电脑中的图片，或者是取自手机摄像头拍摄），首先就是试图从图片中找到只包含答题卡的区域（本质上应该为矩形，但由于拍摄角度等问题可能是梯形，甚至不规则四边形），然后通过一定的算法，软件会将答题卡区域恢复为矩形图片。

得到答题卡区域的矩形图片了，接下来相对就好解决一些了。具体是怎么解决的呢？简单讲，就是切割，很机械的切割。我们看下边的答题卡图片，软件识别出答题卡区域后，对答题卡区域进行切割，然后每一个小矩形都是一个“数据格”，这些数据格就可以去表示一个“涂点”是否被填涂。当然，并非每一个数据格都实际表示一个涂点（因为可能没用着），只是说能够表示一个涂点。

如何去判断一个“涂点”是否被填涂了呢？答案就是：涂点覆盖率。这个概念展开来讲，就是一个数据格的黑色像素总数（也可理解为黑色区域面积，因为在图片上讲，面积就是一些图片像素的和）与数据格的总的像素数的比值。

如果软件在识别过程中，我们把这个值设置为20%，那么针对一个具体的数据格来说，如果这个数据格的黑色像素总数与总像素数的值大于20%，那么软件就会判定这个数据格，也就是涂点是涂了的，反之就是没涂。这是软件判断一个涂点是否涂的了的基本原理。

之后，软件都会依据这个基本原理去判断答题卡上的所有信息，包括考号，各题目选项，主观分等信息，从而完整的得出这个卡的所有填涂信息，所以其他后续处理的具体细节就就没必要多说了。而且，也因为其他后续的处理基本不会影响阅卷准确率。

稍微总结一下，软件识别原理就是找答题卡区域，接着拟合为矩形，然后机械地（注意：是机械地，就是傻傻地，不够明智地）进行数据格切割，然后根据答题卡的格式依次进行相应位置数据格是否填涂的判断，最后完成一张卡的识别。

细心的你可能会发现问题。在这里，我们也直接抛出这两个重要细节：

一是如何保证在软件识别并拟合为矩形图片，在切割后数据格没有错位？

直接点回答就是切割现在只能是机械地，傻傻地，因为目前没有别的好的办法。所以我们就应该回退一步，去考虑：如何才能使这个拟合后的区域就恰好是我们想要的答题卡区域。

这个的实现我们其实可以类比，如何才能用摄像头（无论是电脑摄像头还是手机摄像头）拍出像扫描仪扫描出来的图片一样，使图片中的答题卡区域尽量保持为“标准的矩形”，从而让软件识别出来答题卡区域后，在切割后尽量保持数据格不错位。

所以你应该知道摄像头阅卷以下两个要求的原因了：

阅卷时使用的摄像头不能有明显的变形（普通电脑摄像头由于成本的原因，导致图片或多或少有一定变形，通常为桶状变形）。

答题卡一定要完全平铺于桌面阅卷，不能有褶皱。千万不要一只手拿着答题卡进行阅卷啊，千万不要，已经有很多用户这样阅卷操作，然后来质疑说软件识别效果不好了。

下边上一个就是用手拿着答题卡进行阅卷的不正确例子。会发现左侧的数据格许多是错乱了的，这样也就导致识别极不准确。

所以为什么手机阅卷（SheetReader）要比电脑摄像头阅卷要好？因为现在智能手机摄像头质量要高的多，基本不会有形变。

为什么师之友扫描版的阅卷（特指处理扫描仪扫描出来的高质量无形变答题卡图片）要比摄像头的阅卷效果要好，原因不用多说了吧。

二是在数据格没有错位的前提下，如何去准确的确定数据格的“涂点覆盖率”的值？

判定原理其实很简单，就是软件会把灰度图片转换成二值化图片（也就是呈现要么纯黑，要么纯白，而没有灰色层次感的图片），然后就可以简单的统记黑色像素的数量了，从而得到涂点覆盖率的值。

这里也会有一个问题就是：依据什么样的原则去把不同的灰色转化为或者纯白或者纯黑呢？

不往深了讲，简单讲就是颜色越深的就很有可能会转换为黑色，颜色越浅的就很有可能转换为白色。所以，铅笔涂的答题卡效果不如用油性Mark笔涂的答题卡的识别效果好。主要是因为铅笔涂的通常颜色较浅，而且比较不好的是铅笔涂的卡有可能造成涂点的镜面反光效果，导致在摄像头拍照时，这样的涂点完全呈白色，从而造成识别准确率的降低。所以如果答题卡多是用铅笔填涂的，那么在阅卷时对光线环境有一定要求（主要是指附近不能有强光源）。

但扫描仪在扫描答题卡时，由于扫描环境是相对封闭的，所以不会出现反光效果，所以用扫描仪阅卷时，铅笔的填涂效果也是可以接受的（但，仍然不如用油性Mark笔涂的好）。

我们看下图，就是铅笔涂的效果与用Mark笔涂的效果对比，显然Mark笔更黑，在二值化时，转化效果更佳（但：注意，图中的铅笔填涂也是可以很好的识别的）

再看下图，我们在答题卡上方打开了一个手机LED灯，会明显发现铅笔填涂的答题卡的1-20题多数填涂因为反光，导致涂点的黑色信息丢失了。这样就会造成识别错误，造成漏选。但mark笔填涂的不受影响！

我们再来看一下经过软件二值化后（就是将图片进行绝对的黑白化，要是纯黑，要么纯白，就是没有了“灰度”这个样子。这样方便软件处理，当然，软件也是必须会经过这样的处理的），图片是什么样的呢？

显然，反光严重的区域的涂点信息就丢失了，自然也会导致软件出现较明显的识别错误。但是，务必请知道：这不是软件的问题，和软件没有任何关系，因为我们在给软件的原材料之前，材料即图片信息已经丢失了！！

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啰啰嗦嗦，现在总结一下，本文是想说明两点：

• 摄像头阅卷时，拍摄的答题卡没有明显形变，对阅卷准确率提高有很大作用。
• 如果让学生填涂时涂点颜色要深，对阅卷准确率提高有很大作用。

还有通过本文，也希望用户能够对涂点覆盖率这个值的调节有一定的认识。很多用户反应说为什么有时读同一张卡，分数不一样（注意：以后不要问这样的问题了，因为软件会勾勒出涂点，看两次勾勒的不同就知道识别出错在哪个涂点了）？

我们假定两次读卡的图片都非常标准，也就是说答题卡数据格没有错乱。一个学生的某个数据格的实际覆盖率刚好是20%。那么由于两次拍照造成的微小误差，导致第一次覆盖率为21%，第二次为19%，这样就导致了两次识别结果的不一样。这样的情况是很有可能存在的。

如何避免，让学生在涂黑的前提下涂满啊，尽量远离我们软件限定的值啊：他的实际覆盖率为35%的话，你拍一万次他也不可能识别错误嘛。

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初次使用软件时，师之友阅卷系统软件可以在摄像头阅卷界面，勾选上【显示识别详情图片】；SheetReader用户可以在阅卷界面，点击【菜单】-》【参数设置】-》【总是显示阅卷详情图片】。

这样每当软件阅卷成功一张答题卡时，都会弹出一个类似如下的图片界面：

软件会把“软件通过算法判断、认为的所有涂点”都会用红色小矩形勾勒出来，这样用户就能清晰的知道软件的阅卷情况，更加有助于用户理解阅卷原理、分析问题。绿色是软件判断这个题目没有任何选项填涂的意思，即该题目漏选。

复习题：

简述一下阅卷的软件识别过程？（难度：难）

手机摄像头阅卷效果为什么要优于电脑摄像头阅卷？为什么次于扫描版阅卷？（难度：中等）

摄像头阅卷中，为什么光线可能会对阅卷准确率有影响？（难度：易）

涂点覆盖率参数调得过高会有什么影响？调得过低会有什么影响（黑白答题卡）？（难度：中等）

涂点覆盖率什么情况下才能调得比较低，比如：10%，5%，仍不会影响阅卷准确率？（难度：易）

怎么才能知道每张答题卡的阅卷情况，是否准确呢？（难度：易）

本文肯定对师之友用户和SheetReader用户有帮助。