PHẦN MỀM THIẾT KẾ VÀ CHẤM ĐIỂM TỰ ĐỘNG BIỂU MẪU THI TRẮC NGHIỆM - 3 pptx

Phần mềm thiết kế chấm điểm tự động biểu mẫu thi trắc nghiệm b) Phần trả lời câu hỏi: Đây nơi thí sinh đánh dấu câu trả lời Nó có dạng hình sau: Hình 2-8: Phần trả lời câu hỏi thí sinh đề thi mẫu c) Các phần khác: Qua hình minh họa ta nhận thấy biểu mẫu có thêm đường viền đen Các đối tượng đóng vai trị lề biểu mẫu, điều giúp ích nhiều cho q trình chấm điểm xác Ngồi thành phần nêu cịn thấy đề cịn có số đối tượng đồ hoạ như: đường thẳng, hình chữ nhật, hình trịn… 2.1.2 Tổ chức liệu để biểu diễn lưu trữ biểu mẫu Thiết kế biểu mẫu phần hệ thống, khơng có nhiệm vụ tạo mẫu thi trắc nghiệm mà cịn có nhiệm vụ cung cấp thơng tin mẫu thi cho q trình nhận dạng sau Do việc tổ chức lưu trữ - 22 - Phần mềm thiết kế chấm điểm tự động biểu mẫu thi trắc nghiệm vấn đề quan trọng Ngày công nghệ XML phát triển mạnh áp dụng rộng rãi Ngoài việc giúp cho định nghĩa đối tượng có cấu trúc rõ ràng, cịn có khả chuyển đổi sang hệ thống khác cách dễ dàng Và lý mà chương trình chọn cách lưu trữ có sử dụng XML [5] Mỗi biểu mẫu xem “Document” gồm nhiều trang “Page” Mỗi trang lại gồm đối tượng khác Dựa theo phân tích đối tượng ta lưu trữ biểu mẫu theo cấu trúc sau (chi tiết đề cập sau) … … - 23 - Phần mềm thiết kế chấm điểm tự động biểu mẫu thi trắc nghiệm 2.2 Lý thuyết cho phần chấm điểm tự động: 2.2.1 Tóm tắt q trình thực phần chấm điểm tự động Chương trình chấm điểm thực q trình tóm tắt sau: Đầu tiên, thi sau làm xong, quét đưa vào máy tính xử lý Ảnh lúc ảnh màu chiếm nhiều thông tin không cần thiết cho việc chấm điểm, trước chấm cần làm xám chuyển thành ảnh nhị phân (tức ảnh trắng đen) để loại bỏ bớt thông tin dư thừa Vì máy scan hầu hết khơng có vị trí canh chuẩn, nên ảnh thi đầu vào cho việc chấm điểm bị lệch, nghĩa vị trí cần chấm ảnh khơng xác so với mẫu chấm bài, dẫn đến chấm bị sai Dựa vào đánh dấu có sẵn góc thi xác định thuật tốn Hough Transform, máy tính góc lệch thi (Tuy nhiên, ban đầu việc scan bị lệch nên phần rìa thi bị vùng đen Nên để nhận dạng góc đựơc xác, trước chương trình cần chuyển vùng rìa đen sang trắng, tức loại bỏ vùng đen thuật tốn tơ màu Để cải tiến tốc độ, thuật tốn tơ màu dựa theo dịng qt cải tiến sử dụng) Sau tính góc lệch ảnh thi so với mẫu chấm bài, chương trình áp dụng phép xoay ảnh, lý thuyết xử lý ảnh, để chuyển thi trạng thái đúng, tức ảnh thi không bị lệch Lúc này, vị trí đánh dấu thi thay đổi, bị xoay góc ảnh thi, chương trình thực phép tính xoay để xác định lại vị trí đánh dấu góc Tiếp đó, chương trình thực cắt bỏ phần thừa vùng đánh dấu thi, lấy toàn phần bên vùng đánh dấu Kết ta có đựơc ảnh thi hồn chỉnh có vị trí chấm xác định theo mẫu - 24 - Phần mềm thiết kế chấm điểm tự động biểu mẫu thi trắc nghiệm chấm chuẩn Các bước giai đoạn làm chuẩn ảnh đầu vào để việc chấm thi xác Cơng việc chấm điểm ảnh thi chuẩn hoá theo mẫu chấm tương ứng Dựa vào thông tin vị trí cần thiết (cho việc rút trích thơng tin thí sinh chấm điểm cho thi) từ mẫu thi phần thiết kế, ta lấy vùng ảnh cần xử lý (crop) Tuỳ theo thông tin từ mẫu chấm, ta biết vùng ảnh lấy cần thực việc xem xét có tơ hay khơng, phức tạp nhận dạng chữ viết tay in có vùng ảnh Đối với trường hợp xét vùng ảnh có tơ hay khơng cơng việc đơn giản xét xem mật độ điểm đen vùng ảnh có lớn hay nhỏ ngưỡng ta quy định sẵn từ trước Tuy nhiên, trường hợp vùng ảnh chứa chữ viết tay in, cơng việc tương đối phức tạp hơn, địi hỏi phải áp dụng lý thuyết mạng nơron để nhận dạng ký tự chứa vùng ảnh xét Do mạng nơron có số đầu vào xác định cụ thể, nên vùng ảnh cần nhận dạng phải biến đổi tỉ lệ (scale) lại cho phù hợp với đầu vào mạng Chi tiết việc ứng dụng mạng nơ ron bàn rõ phần “Mạng nơ ron ứng dụng vào nhận dạng chữ viết tay in” Sau chấm xong, thông tin làm vừa có so với đáp án kết quả, đưa vào danh sách thi chấm Người dùng lưu lại danh sách kết vào sở liệu để tiện việc xem xét lại sau Sau sơ đồ mơ tả tóm tắt q trình chấm thi: - 25 - Phần mềm thiết kế chấm điểm tự động biểu mẫu thi trắc nghiệm - 26 - Phần mềm thiết kế chấm điểm tự động biểu mẫu thi trắc nghiệm Hình 2-9: Sơ đồ tóm tắt trình chấm thi 2.2.2 Sơ Lược Các Lý Thuyết Về Xử Lý Ảnh Và Nhận Dạng 2.2.2.1 Xử lý ảnh: 2.2.2.1.1 Các thao tác xử lý ảnh bản: Trong phần chấm điểm tự động này, thao tác xử lý ảnh ứng dụng bao gồm: làm xám ảnh (greyscale), chuyển ảnh sang ảnh nhị phân (threshold), xoay ảnh, biển đổi tỉ lệ ảnh Ta nhận thấy, đề tài nhận dạng thi trắc nghiệm cụ thể yêu cầu, màu sắc ảnh thi khơng cần thiết Do đó, thực việc chuyển - 27 - Phần mềm thiết kế chấm điểm tự động biểu mẫu thi trắc nghiệm đổi từ ảnh màu sang ảnh xám sang ảnh nhị phân nhằm đơn giản hố, loại bỏ thơng tin dư thừa chuẩn hố đầu vào chương trình, giúp trình xử lý chương trình gọn nhẹ nhanh Tiếp đến, thi thí sinh quét vào máy để chấm xảy trường hợp thi bị đặt nghiêng máy scan, dẫn đến thi ảnh đầu vào khơng vng góc thiết kế mà bị nghiêng góc Việc ứng dụng xoay ảnh nhằm xoay thi lại cho vng góc mẫu thiết kế Cuối cùng, chương trình cho phép file ảnh đầu vào có kích thước bất kỳ, nên việc biến đổi tỉ lệ ảnh cần thiết nhằm giúp chuyển vùng cần nhận dạng hay xử lý chuẩn chung, cụ thể kích thước chung (chẳng hạn vùng viết chữ tay cần nhận dạng scale lại thành ảnh có kích thước 16x16 để phù hợp với đầu vào mạng nơrôn ứng dụng cho việc nhận dạng chữ viết tay xem phần nhận dạng chữ viết tay) Chi tiết thao tác bàn rõ phần phụ lục 2.2.2.1.2 Tô màu thuật tốn dựa theo dịng qt cải tiến Các định nghĩa: Một vùng tô bao gồm đường biên vùng bên Đường biên đường khép kín, ví dụ đa giác Tơ màu thao tác tìm điểm sáng “nằm bên trong” vùng tô Tô dựa theo dịng qt (scan line) tơ màu theo dịng điểm sáng hình Cách thực hiện: Thuật tốn tơ màu dựa theo đường biên: [2] Đường biên thuật tốn mơ tả giá trị màu tất điểm thuộc đường biên Bắt đầu từ điểm nằm bên vùng tô, ta kiểm tra điểm lân cận tơ màu hay có phải điểm biên hay không, - 28 - Phần mềm thiết kế chấm điểm tự động biểu mẫu thi trắc nghiệm điểm tô khơng phải điểm biên, ta tơ màu Quá trình lặp lặp lại khơng cịn tơ điểm dừng Bằng cách này, toàn điểm thuộc vùng tơ kiểm tra tơ hết Hình 2-10: q trình thực thuật tốn tơ màu dựa theo đường biên Tuy nhiên, thuật toán cài đặt có tính đệ quy, thường dẫn đến tràn nhớ vùng tô lớn Cho nên, để cải tiến, ta tiến hành loang dần tơ đoạn giao theo dịng qt ngang thay tơ theo điểm lân cận (chẳng hạn điểm lân cận) Đó thuật tốn tơ màu dựa theo dịng qt cải tiến trình bày sau Thuật tốn tơ màu theo dịng quét cải tiến: Giới thiệu ý tưởng: Lưu lại thông tin điểm bắt đầu đoạn giao dịng qt ngang thay phải lưu hết tất điểm lân cận chưa tô xung quanh điểm hành Việc tô màu thực loang theo dòng quét từ điểm bắt đầu hướng lên biên trên, sau tô xong, lại theo hướng xuống biên Ứng với dòng quét ngang, ta loang tìm pixel trái để lưu lại Chi tiết thuật toán: Từ điểm nằm vùng cần tô: - 29 - Phần mềm thiết kế chấm điểm tự động biểu mẫu thi trắc nghiệm B1: ta tìm điểm bên trái vùng cần tơ dòng kề dòng kề điểm xét tính từ vị trí điểm xét (miễn dòng kề dòng kề nằm vùng cần tơ) Các điểm trái đó, ta đưa vào danh sách chờ theo thứ tự định sẵn (chẳng hạn điểm nằm trước điểm nằm sau) miễn điểm khơng trùng với điểm có danh sách chờ B2: Ta lại tiếp tục xét cho điểm kề bên phải điểm xét Nếu đến đường biên nhảy sang B3, cịn ko quay lại B1 B3: Ta lấy phần tử đưa vào sau danh sách chờ lại quay trở B1 làm tương tự Nếu danh sách chờ hết phần tử tơ xong vùng cần tơ, thuật tốn kết thúc Ví dụ minh hoạ: Trong hình 2.10 sau, đoạn giao chứa điểm bắt đầu (tô màu trắng) tơ trước) Sau vị trí 1, ứng với đoạn giao dòng quét lưu lại Hình 2-11 Bước (hình 2.11), điểm ứng với vị trí lấy tiến hành tô màu cách loang từ điểm theo chiều ngang, sau pixel ứng vị trí dịng qt lưu lại - 30 - Phần mềm thiết kế chấm điểm tự động biểu mẫu thi trắc nghiệm Hình 2-12 Sau dịng qt ứng với điểm xử lý tương tự xong, stack lưu vị trí điểm “hạt giống” cho dịng qt hình 2.12 Hình 2-13 Hình 2.13 minh hoạ thuật tốn tơ tồn phần vùng phía bên phải vùng tơ Khi pixel ứng với vị trí xử lý xong, ta có phần cịn lại phía bên trái tơ Sau pixel ứng với vị trí xử lý, dịng qt phía tơ - 31 - Phần mềm thiết kế chấm điểm tự động biểu mẫu thi trắc nghiệm Hình 2-14 Ý nghĩa: Thuật tốn tơ màu dựa theo dịng qt cải tiến dùng để tơ màu góc ảnh thi vừa đưa vào chấm Vì ảnh thi ban đầu có phần rìa xung quanh mày đen, mà để nhận dạng ký hiệu định sẵn bốn góc dẫn đến nhận dạng sai vị trí ký hiệu Vì vậy, ta phải dùng thuật tốn tơ màu để tơ trắng vùng đen bốn góc giúp việc nhận dạng đựơc xác Để giúp giảm bớt thời gian thực chương trình, tình cụ thể này, ta áp dụng thuật tốn tơ màu qt dịng cải tiến giúp việc tơ màu nhanh hơn, không tốn nhiều tài nguyên 2.2.2.2 Nhận dạng: 2.2.2.2.1 Nhận dạng bốn góc thi thuật toán Hough Transform Thuật toán Hough Transform [3] : Dẫn nhập: - 32 - Phần mềm thiết kế chấm điểm tự động biểu mẫu thi trắc nghiệm Xét trường hợp cần nhận dạng đường thẳng ảnh nhị phân (với hình ảnh hình quy định có màu đen): - Ta biết với điểm đen không gian ảnh có vơ số đường thẳng qua điểm - Ta lại biết đường thẳng biểu diễn phương trình sau: y = mx + b với m b số thực bất kỳ, m xác định góc đường thẳng so với trục hồnh b xác định vị trí đường thẳng cắt với trục tung Do đó, với cặp điểm đen (x1,y1) xác định bất kỳ, ta tìm vơ số cặp (m,b) ứng với đường thẳng qua điểm (x1,y1) đó, cho m b thoả điều kiện sau: b = y1 – mx1 Thuật toán Hough Transform thực dựa ý tưởng sau: Mỗi cặp điểm (x,y) ảnh xác định không gian (m,b) đường thẳng tương ứng với cặp điểm (x,y) Đường thẳng giúp xác định cặp điểm (m,b) mà giá trị chúng giúp tạo nên đường thẳng ảnh mà qua cặp điểm (x,y) Với nhiều cặp điểm (x,y) xác định nhiều đường thẳng tương ứng không gian (m,b) Như vậy, khơng gian (m,b), điểm (m,b) mà có số đường thẳng qua vị trí khơng gian (m,b) lớn giá trị cụ thể (tuỳ theo quy định chiều dài đường thẳng lớn cho đường thẳng), cặp giá trị (m,b) điểm giá trị xác định nên đường thẳng cần tìm thấy ảnh Các bước thực hiện: - 33 - Phần mềm thiết kế chấm điểm tự động biểu mẫu thi trắc nghiệm Cho mảng chiều (m,b) Giá trị vị trí mảng cho biết số lần đường thẳng tạo cặp giá trị (m,b) tương ứng với vị trí xuất ảnh B1: quét qua tất điểm cần xét ảnh B2: với điểm xét, ta tính cặp giá trị (m,b) thoả đừơng thẳng qua điểm Từ đó, ta tăng giá trị vị trí (m,b) tương ứng mảng chiều mơ tả khơng gian (m,b) lên đơn vị B3: sau xét tất phần tử mảng chiều mô tả không gian (m,b) đó, phần tử mà có giá trị lớn chiều dài quy định cần thiết để tạo nên đường thẳng ta nhận dạng đường thẳng y = mx + b m,b xác định nhờ vào vị trí phần tử Cải tiến cho thuật tốn Hough Transform áp dụng cho việc nhận dạng đường thẳng: Trong phần trên, ta thấy m, b công thức b = y – mx không bị giới hạn Điều có nghĩa rằng, m đến lên vơ cực b tương ứng đến vơ cực Do đó, việc sử dụng mảng chiều (là có giới hạn) để mơ tả khơng gian (m,b) (khơng có giới hạn), điều khơng tưởng việc lập trình Ngồi ra, theo quy định, số mảng không âm Do đó, ta cần cơng thức thay cho công thức biễu diễn đường thẳng: y = mx + b cho việc xác định tham số (như m b chẳng hạn) nằm khoảng giới hạn xác định Và cơng thức là: x*cosA + y*sinA = B - 34 - ... trình chấm thi: - 25 - Phần mềm thi? ??t kế chấm điểm tự động biểu mẫu thi trắc nghiệm - 26 - Phần mềm thi? ??t kế chấm điểm tự động biểu mẫu thi trắc nghiệm Hình 2-9 : Sơ đồ tóm tắt trình chấm thi 2.2.2... - 23 - Phần mềm thi? ??t kế chấm điểm tự động biểu mẫu thi trắc nghiệm 2.2 Lý thuyết cho phần chấm điểm tự động: 2.2.1 Tóm tắt q trình thực phần chấm điểm tự động Chương trình chấm điểm thực... trí chấm xác định theo mẫu - 24 - Phần mềm thi? ??t kế chấm điểm tự động biểu mẫu thi trắc nghiệm chấm chuẩn Các bước giai đoạn làm chuẩn ảnh đầu vào để việc chấm thi xác Cơng việc chấm điểm ảnh thi