Luận văn thiết bị chấm trắc nghiệm tự động

SAIGON TECHNOLOGY UNIVERSITY BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ SÀI GỊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT BỊ CHẤM TRẮC NGHIỆM TỰ ĐỘNG GVHD: ThS ĐÀO DUY LIÊM SVTH: NGUYỄN HỮU BẢO ANH NGUYỄN QUỐC NGUYÊN Tp Hồ Chí Minh Tháng 07/2018 LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất quý thầy khoa Điện – Điện tử tận tình bảo, truyền đạt tri thức, kỹ năng, kinh nghiệm quý báu cho chúng em suốt năm giảng đường đại học Cảm ơn thầy Đào Duy Liêm trực tiếp hướng dẫn để chúng em hoàn thành luận văn Cảm ơn bạn lớp góp ý, giúp đỡ chúng tơi q trình hồn thành luận văn Kính mong nhận đóng góp ý kiến chân thành Thầy Cô bạn khoa Điện- điện tử ii TÓM TẮT ĐỀ TÀI Hình thức thi trắc nghiệm phổ biến, áp dụng cho hầu hết môn học kỳ thi, đặc biệt kỳ thi Đại học gần Với ưu điểm tính xác, khách quan, cơng bằng, tiết kiệm tốn thời gian thí sinh hình thức trắc nghiệm dần thay cho hinh thức thi truyền thống trước Ngồi ra, việc chấm thi tốn thời gian hơn, mang lại hiệu tốn chi phí cho việc chấm thi Tuy thời gian chấm điểm thi trắc nghiệm ngắn chấm thi tự luận, với phương pháp chấm điểm thủ cơng khơng tránh khỏi sai xót hay nhầm lẫn Để khắc phục hạn chế trên, Luận văn tốt nghiệp lần nhóm xin giới thiệu đề tài "Thiết bị chấm điểm thi trắc nghiệm tự động", thực việc chấm thi trắc nghiệm tự động, tăng tính hiệu tiết kiệm Thiêt sbij chấm điểm trắc nghiệm tự động gồm hai phần chính: - Phần 1: Thiết bị phần cứng làm nhiệm vụ chụp ảnh tự động, liên tục truyền ảnh liệu máy tính xử lý - Phần 2: Phần mềm xử lý chấm thi trắc nghiệm máy tính dựa phương pháp xử lý ảnh phần mềm Matlab iii MỤC LỤC CHƢƠNG 1: LỜI GIỚI THIỆU 1.1 MỞ ĐẦU 1.1.1 Đặt vấn đề: 1.1.2 Cách giải quyết: 1.2 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 1.3 PHẠM VI CỦA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN KIẾN THỨC 2.1 TỔNG QUAN 2.2 ẢNH SỐ 2.2.1 Khái niệm 2.2.2 Phân loại ảnh: 2.3 XỬ LÝ ẢNH 2.3.1 Khái niệm 2.3.2 Quy trình xử lý ảnh 10 2.3.3 Quy trình xử lý ảnh thi trắc nghiệm 11 2.3.4 Phiếu trả lời 13 2.4 THUẬT TỐN TÌM GĨC NGHIÊNG 16 2.4.1 Thuật toán dựa vào biến đổi Fourier (Fourier Transform) 17 2.4.2 Thuật toán dựa vào biến đổi Hough (Hough Transform) 18 2.5 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM HỖ TRỢ (MATLAB) 19 2.6 XÂY DỰNG THIẾT BỊ HỖ TRỢ QUÉT ẢNH BÀI THI 25 2.6.1 Nền tảng vi điều khiển AVR hãng ATMEL 20 2.6.2 Nền tảng lập trình Arduino 20 2.6.3 Các phƣơng pháp giấy liên tục 21 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP VÀ CÁCH TIẾN HÀNH 22 3.1 PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 22 3.2 TỔNG QUAN CÁC BƢỚC THỰC HIỆN XÂY DỰNG THIẾT BỊ 22 3.2.1 Thiết kế phần khung trên phần mềm thiết kế 3D 22 iv 3.2.1 Thiết kế board điều khiển thiết bị 24 3.3 TỔNG QUAN CÁC BƢỚC THỰC HIỆN CHẤM BÀI THI 22 3.3.1 Sơ đồ tóm tắt q trình chấm 25 3.3.2 Đƣa ảnh kích thƣớc chuẩn 26 3.3.3 Đọc mã số sinh viên, mã đề thi, phần trả lời 31 3.3.4 So sánh chấm điểm 34 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HẠN CHẾ 36 4.1 GIAO DIỆN PHẦN MỀM CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM 36 4.2 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI 44 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 45 5.1 KẾT LUẬN 45 5.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN 45 v CHƢƠNG LỜI GIỚI THIỆU 1.1 MỞ ĐẦU Hình thức thi trắc nghiệm ngày áp dụng rộng rãi không trường đại học mà cịn trường phổ thơng, hình thức khơng đảm bảo tính khách quan, xác cho kỳ thi mà giúp tiết kiệm thời gian cho việc chấm thi Bên cạnh đó, phạm vi đào tạo trường ngày mở rộng, việc tổ chức thi cử cho tốn kinh phí, nhân lực đồng thời phải đảm bảo tính xác khách quan vấn đề cần quan tâm So với hình thức thi tự luận hình thức thi trắc nghiệm giúp tiết kiệm tối đa thời gian, chi phí đảm bảo yêu cầu nêu Tuy nhiên, chấm thi trắc nghiệm với số lượng nhiều việc xảy sai sót q trình chấm nhập điểm điều dễ xảy 1.1.1 Đặt vấn đề: Hiện nay, có hai hình thức kiểm tra trắc nghiệm sử dụng:  Phương pháp (Kiểm tra máy tính): Các thí sinh nhập họ tên, mã số tiến hành làm máy tính Phần mềm thi trắc nghiệm tính thời gian cho kết chỗ, đồng thời cập nhật điểm vào sở liệu  Phương pháp (Kiểm tra giấy): Thí sinh làm giấy, sau giám khảo chấm cho điểm kiểm tra viết Với phương pháp 1:  Ưu điểm : Thí sinh có kết sau làm bài, điểm số cập nhật tự động tránh sai sót việc chấm thi sai sót khâu nhập điểm  Nhược điểm : Cần số lượng máy tính lớn (mỗi thí sinh máy ) phát sinh vấn đề máy tính kiểm tra bị trục trặc, khởi động lại cố điện Cách thường áp dụng cho kỳ thi có số lượng thí sinh hạn chế Với phương pháp tránh hạn chế cách thứ Tuy nhiên dùng cách chấm thi thơng thường gặp hạn chế thi viết Đó thời gian chấm lâu nảy sinh sai sót khâu nhập điểm 1.1.2 Cách giải quyết: Từ phân tích trên, ta thấy kết hợp hai phương pháp nghĩa cho kiểm tra giấy theo hình thức trắc nghiệm thiết kế phần mềm chấm thi trắc nghiệm mà kết tự động lưu vào sở liệu sinh viên 1.2 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Từ kiến thức học trường năm qua với hướng dẫn tận tình GVHD, chúng em chọn đề tài thiết kế xây dựng Thiết bị chấm điểm thi trắc nghiệm tự động Với mong muốn thực sản phẩm hoàn chỉnh dựa kiến thức học tìm hiểu Trong q trình làm luận văn có hội tìm hiểu thêm phương pháp xử lý ảnh Matlab Qua đó, giúp chúng em xác định kiến thức cịn thiếu sót bổ sung kịp thời, góp phần hồn thiện hệ thống kiến thức Từ làm luận văn hoàn thiện Mục tiêu Luận văn là: Xây dựng hệ thống chấm thi trắc nghiệm có tính như:  Cấu trúc nhỏ, gọn, giá thành rẻ, áp dụng vào thực tế  Chụp ảnh thi tự động liên tục  Có thể chấm điểm dựa ảnh thi trắc nghiệm ảnh đáp án  Điểm thi sau chấm lưu vào bảng điểm giúp giáo viên quản lý thơng tin điểm thi dễ dàng 1.3 PHẠM VI CỦA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thực hệ thống chấm điểm trắc nghiệm có tính Trong đó:  Các đáp án thi lưu máy tính dạng file ảnh  Danh sách lớp tạo lập dạng file excel  Điểm sau chấm lưu vào danh sách lớp tương ứng với mã số sinh viên CHƢƠNG TỔNG QUAN KIẾN THỨC 2.1 TỔNG QUAN Máy chấm điểm thi trắc nghiệm bao gồm hai phần: - Phần cứng: Thực xây dựng cấu hỗ trợ chụp ảnh thi chuẩn xác nhanh chóng Sau ảnh chụp truyền gửi máy tính lưu trữ lại phục vụ cho công tác chấm điểm tự động phầm mềm - Phần mềm: Xây dựng chương trình Matlab, thuật toán xử lý ảnh Matlab xử lý ảnh thi dạng ảnh số so sánh đáp án, đáp án c ng dạng ảnh lưu s n điểm thí sinh Hệ thống xử lý ảnh chụp thi qua công đoạn xoay ảnh, chuyển ảnh kích thước chuẩn Sau cắt phần cần thiết mã số sinh viên, mã đề, phần trả lời so sánh với đáp án lưu sẫn, cho điểm Điểm số cập nhật dựa mã số sinh viên bảng điểm dạng file excel 2.2 ẢNH SỐ 2.2.1 Khái niệm Ảnh số tập hợp hữu hạn điểm ảnh với mức xám phù hợp dùng để mô tả ảnh gần với ảnh thật Số điểm ảnh xác định độ phân giải ảnh Ảnh có độ phân giải cao thể rõ nét đặc điểm hình làm cho ảnh trở nên thực sắc nét Ảnh số tạo nên từ hàng trăm ngàn hàng triệu điểm ảnh nhỏ coi thành tố ảnh thường biết tên gọi pixels Điểm ảnh (pixel) phần tử nhỏ ảnh số toạ độ f(x,y), điểm ảnh tương ứng với điểm ma trận với hàng x cột y Kích thước khoảng cách điểm ảnh chọn thích hợp cho mắt người cảm nhận liên tục không gian mức xám (hoặc màu) ảnh số gần ảnh thật Mức xám điểm ảnh cường độ sáng gán giá trị số điểm Các thang giá trị xám thơng thường 16,32,64,128,256 Hình 2.1: Biểu diễn điểm ảnh f(x,y) Có thể mường tượng ảnh số giống tranh tạo nên từ vô số hạt đậu nhuộm màu Mỗi hạt đậu coi pixel Hình 3.11: Vùng câu trả lời cắt Đây sơ đồ giải thuật cho công đoạn đọc mã sinh viên, mã đề, phần trả lời 32 Bắt đầu Cắt vùng mã số sinh viên, mã đề phần trả lời Đọc mã số sinh viên, mã đề Cắt vùng “phần trả lời” thi So sánh phần trả lời với đáp án Kết thúc Hình 3.12: Sơ đồ giải thuật đọc mã số sinh viên, mã đề câu trả lời 33 3.3.4 So sánh chấm điểm Bắt đầu i = : n (n số câu) So sánh ảnh câu trả lời thứ i với ảnh đáp án thứ i Đ Điểm = điểm + điểm cộng Đã đủ số câu chưa ? i=i+1 Xuất điểm Kết thúc Hình 3.13: Sơ đồ giải thuật chấm điểm thi 34 Điểm sau chấm lưu vào bảng điểm có s n Bảng điểm bao gồm thông tin: Họ tên sinh viên, lớp, số báo danh hay mã số sinh viên, ngày sinh, môn thi, mã đề điểm thi Dựa vào đáp án có mã đề ứng với mã đề thi lưu dạng file ảnh, so sánh ảnh đáp án với ảnh thi, sau chấm điểm kết lưu vào bảng điểm Hình 3.14: Bảng điểm tạo sẵn Hình 3.15: Lƣu điểm vào bảng điểm tạo sẵn 35 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ HẠN CHẾ 4.1 KẾT QUẢ THIẾT BỊ CHẤM TRẮC NGHIỆM Sau thời gian nghiên cứu Nhóm đạt kết sau cấu trúc phần cứng: - Có buồng chụp ảnh đảm bảo độ sáng phù hợp cho camera, với cường độ sáng thay đổi phù hợp với nhiều loại camera khác - Thiết bị có tốc độ vừa chụp vừa chấm điểm vào khoảng 25-30 thi/phút - Đối với liệu thi có s n phần mềm chấm 50-60 thi/phút 36 4.2 GIAO DIỆN PHẦN MỀM CHẤM ĐIỂM TRẮC NGHIỆM Kết hiển thị ứng dụng giao diện GUIDE xây dựng Matlab Hình 4.4: Giao diện chấm thi liên tục Hình 4.1: Giao diện chƣơng trình Chương trình có ứng dụng là: - Lấy thi: giúp người dùng dễ dàng lấy làm thí sinh nhanh chóng Ngồi ra, cịn giúp người dùng xem rõ diễn bên máy thơng qua tính xem trực tiếp camera lúc chụp ảnh - Chấm thi: chức hỗ trợ khả chấm thi liên tục số lượng lớn tự động lưu vào sở liệu thí sinh có s n Chức chấm thi từ nguồn ảnh thi khác máy scan, - Chấm 1:1 chức giúp hiểu rõ cách thức hoạt động phần mềm Các giai đoạn chấm bài, cách xử lý thi thể rõ nét chức 37 Hình 4.2: Giao diện chấm 1-1 Hình 4.3: Giao diện lấy thi 38 Hình 4.4: Giao diện chấm điểm thi Hƣớng dẫn sử dụng chức phần mềm: - Chấm điểm 1:1 Đầu tiên bấm vào nút chấm 1:1 giao diện phần mềm Để chấm thi phải lấy liệu để đưa vào phầm mềm Hình 4.5: truy cập đến nơi chứa file ảnh 39 Ở mục “Chọn thi”, nhấn vào phím tìm hộp thoại để truy cập vào file ảnh thi Nhấn chọn thi cần chấm chọn “Open” Tương tự cho mục đáp án, nhấn “Tìm: truy cập đến file ảnh đáp án thi Hình 4.6: Ảnh thi đáp án sau tải Nhấn vào nút “Chấm Điểm” phần mềm tự động chấm điểm thi đưa kết sau vài giây Hình 4.7: Kết chấm cuối Sau chấm xong phần mềm hiễn thị rõ thông tin số báo danh, mã đề, làm mã hóa, cuối điểm số hiển thị phần “Chấm điểm” 40 - Lấy thi: Nhấn vào “Lấy thi” giao diện xuất hộp thoại Hình 4.3 Để bắt đầu lấy ảnh thi bấm vào nút “Mở Camera” Bấm vào nút “Lấy thi” thiết bị tự động chụp ảnh thi liên tục Hình 4.8: Giao diện lấy thi Đến chụp xong chương trình tự động đếm số thi chụp hình ảnh thi chụp dễ dàng xem lại Cuối lưu thi lại cách chức “Lưu thi” 41 - Chấm điểm thi: Truy cập vào chức “ Chấm thi” giao diện Hình 4.9: Giao diện chấm điểm thi Để chấm bài, nhấn vào nút “Tìm” để truy cập đến thi thí sinh đáp án thi có s n, danh sách phòng thi theo định dạng bảng biểu excel 42 Sau lựa chọn file thi, đáp án, phòng thi Bấm vào nút “đọc” để phần mềm đọc đáp án thi trước Bấm vào “ chấm điểm” chờ đợi phần mềm chấm điểm Cuối cùng, lưu lại kết chấm nút “Lưu điểm”, chương trình tự động đưa kết làm vào file danh sách phòng thi 43 4.2 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI Đề tài vướng mắc số hạn chế sau đây: - Có tình trạng kẹt giấy thi máy - Vẫn có trường hợp lúc 2-3 thi lần - Giao diện phần mềm đơn điệu - Chưa đưa vấn đề bảo mật liệu thi kết sau chấm xong vào chương trình 44 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT LUẬN Tìm hiểu lý thuyết ảnh số, cách phân loại ảnh trình xử lý ảnh Ứng dụng để xây dựng phần mềm chấm điểm trắc nghiệm với đặc điểm:  Cấu trúc nhỏ gọn, giá thành rẻ, áp dụng vào trường học  Điểm tự động lưu vào bảng điểm sau chấm, giúp giảm sai sót trình nhập điểm  Giúp cho giáo viên dễ dàng quản lý điểm tra cứu thông tin thí sinh 5.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN Đưa thêm kỹ thuật xử lý mã hóa thơng tin vào kết thi vào chương trình để tăng độ an toàn bảo mật Thiết kế nâng cấp cấu trúc giúp giảm kích thước thiết bị, tăng hiệu năng, tốc độ hạn chế lỗi phát sinh Xây dựng máy chấm thi độc lập, tự động mà khơng phụ thuộc vào phần mềm máy tính 45 Tài liệu tham khảo [1] "Xử lý ảnh " PGS.TS NGUYỄN CÔNG HOAN Bill Mason, Introduction to Matlab, Northeastern University - College of Computer and Information Science – USA, 2003 Nguyễn Hồng Hải & Nguyễn Việt Anh, Lập trình Matlab ứng dụng, NXB Khoa học Kỹ thuật – Hà Nội, 2005 Nguyễn Phương Thảo, Programming in Matlab, handouts, 2007 Knight A., Basics of MatLab® and beyond, CRC Press, 2000 www.mathworks.com Amin Sarafraz (2004), “Detects lines in a binary image using common computer vision operation known as the Hough Transform”, University of Tehran, Iran www.arduino.cc ATmega328p datasheet 46