4. Kết quả đạt được
3.2. Kết quả của thuật toán
3.2.1. Dữ liệu ảnh đầu vào
Dữ liệu bài thi trắc nghiệm được lấy từ môn Hóa học, kỳ thi Đại học năm 2012, mỗi đề thi gồm có 60 câu hỏi. Mỗi đề thi sẽ có 6 mẫu phiếu trắc nghiệm, trong đó có 1 mẫu sẽ đúng hoàn toàn với đáp án, các mẫu khác có câu trả lời sai lệch với đáp án theo bảng 3.1. Phiếu thi SBD Mã đề Trả lời Điểm 1 041340 273 A,D,A,C,A,D,C,B,B,B,B,D,B,D,B,B,A,D,A,A,C,B,C,B,D,D,D,A,A,D,D,A,A,C,D,B,A,D,D,A,B,C,B,D,C,C,B,C,B,C,C,A,B,D,C,B,A,C,C,A,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 60 2 041341 273 A,D,A,C,A,B,A,B,B,C,B,D,B,D,B,B,A,D,A,D,C,B,C,B,D,A,D,A,A,D,D,A,B,C,D,B,A,D,D,A,B,C,A,D,C,D,B,C,B,C,C,A,B,D,C,B,A,C,C,A,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 52 3 041342 273 B,C,A,C,A,A,C,B,B,C,A,D,B,D,D,C,A,A,B,A,C,A,C,C,D,C,D,D,A,D,D,A,A,A,D,B,A,D,A,B,B,C,B,D,C,C,B,C,A,C,C,A,D,D,C,B,A,D,C,A,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 41 4 041343 273 A,B,A,D,A,C,A,B,A,C,A,A,B,A,B,A,B,A,C,A,C,A,A,C,C,C,D,B,A,B,D,A,B,C,D,A,A,D,B,A,D,C,C,D,A,C,C,C,D,C,D,C,A,D,A,D,A,D,C,D,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 25 5 041344 273 A,D,B,C,A,A,C,A,B,D,C,D,D,A,B,C,A,A,C,A,C,B,C,B,D,A,D,C,D,A, 38
56 D,C,A,C,B,B,B,D,A,A,B,B,B,D,C,B,B,C,B,C,C,A,B,D,C,B,B,C,C,B,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 6 041345 318 D,A,D,A,D,C,B,B,C,C,C,C,B,C,D,A,A,D,C,B,C,D,B,C,D,D,C,B,C,B,D,D,B,A,D,A,C,A,D,A,B,A,B,A,D,D,B,A,A,D,A,B,C,B,C,B,A,C,A,B,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 60 7 041346 318 D,A,D,B,D,C,B,B,C,C,A,C,B,C,D,A,B,D,C,B,C,D,C,C,D,D,C,B,D,B,D,D,B,A,A,B,C,A,D,A,B,A,B,A,D,D,B,C,A,D,D,B,C,B,C,B,A,C,A,B,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 51 8 041347 318 D,A,B,A,D,C,B,A,C,C,C,C,D,C,A,A,A,A,B,B,C,D,B,D,A,D,C,C,A,B,D,B,C,A,D,A,C,A,D,A,B,A,B,A,D,D,C,A,A,D,A,B,C,B,C,B,A,C,A,B,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 47 9 041348 318 A,B,D,A,C,C,B,D,C,A,C,A,B,C,B,A,B,D,C,B,D,D,B,A,D,A,A,C,C,B,B,D,B,B,A,A,B,D,B,C,A,D,B,A,D,D,B,A,A,D,A,C,C,B,C,B,A,C,C,B,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 36 10 041349 318 D,B,D,C,A,C,C,B,D,D,C,C,B,A,D,C,D,D,B,C,D,B,B,C,A,D,B,B,A,B,B,C,B,A,A,A,C,C,D,A,B,A,D,A,C,A,B,A,C,D,A,C,C,B,B,B,A,B,A,B,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 33 11 041350 482 D,A,A,A,B,C,B,B,C,D,D,D,D,D,A,C,C,A,D,B,C,B,B,B,C,D,D,B,C,A,C,A,A,C,B,C,A,B,C,C,A,C,B,A,A,D,D,B,D,A,A,A,D,C,D,C,B,D,B,B,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 60 12 041351 482 A,B,A,A,B,D,B,B,C,D,D,D,D,A,A,C,B,A,D,B,C,A,B,B,C,A,D,B,C,A,C,A,A,C,B,C,A,D,C,C,A,C,B,C,A,D,B,B,D,C,A,A,D,D,D,C,B,D,B,B,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 48 13 041352 482 D,B,C,D,D,C,A,C,C,A,B,D,C,A,C,D,C,D,A,A,B,C,A,B,C,C,D,C,B,A,C,B,A,D,C,D,B,A,B,C,A,A,D,C,B,D,A,C,C,C,A,A,B,C,D,A,C,D,B,A,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 20 14 041353 482 A,A,D,B,B,C,C,A,C,B,D,D,B,C,A,C,A,A,D,B,D,D,B,B,D,D,B,B,C,D,C,B,A,C,A,C,A,B,D,C,B,C,B,A,B,D,D,B,A,B,A,A,C,C,D,C,C,D,A,A,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 35 15 041354 482 D,B,C,D,B,C,A,B,C,A,B,D,D,A,A,D,C,A,A,B,B,B,A,B,C,C,D,B,B,A,C,B,A,C,B,C,B,B,B,C,A,A,D,C,A,D,D,B,D,A,A,A,B,C,D,C,C,D,B,B,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 39 16 041355 641 A,A,A,D,B,D,A,B,B,B,C,A,D,B,C,B,B,A,D,D,C,A,C,B,A,C,A,A,C,C,C,D,B,D,C,D,B,B,A,B,C,D,B,C,D,C,D,D,B,B,C,D,A,A,D,A,A,C,C,D,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 60 17 041356 641 A,B,A,D,B,D,A,A,C,D,C,B,D,B,D,B,A,A,B,D,C,C,D,B,A,C,A,A,C,B,D,A,B,D,C,D,B,B,A,B,C,D,C,D,D,B,D,A,B,A,C,D,B,C,D,B,D,A,A,D,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 36 18 041357 641 A,A,C,D,B,D,A,A,B,B,D,A,D,B,D,B,B,A,D,D,A,A,C,B,C,C,C,A,C,C,C,D,B,D,C,D,D,C,A,B,C,D,B,C,A,C,D,B,C,B,C,D,A,A,D,C,D,C,C,D,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 46 19 041358 641 A,A,A,D,D,D,A,A,B,A,C,A,D,B,C,B,C,A,C,B,C,A,C,C,A,C,B,B,C,C,D,D,B,D,C,D,B,B,A,B,C,D,B,C,D,C,D,D,B,B,C,D,A,A,D,A,A,C,C,D,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 50 20 041359 641 D,A,C,D,B,D,A,A,B,B,D,A,D,B,D,B,B,A,D,D,A,A,C,B,C,C,C,A,C,C,C,D,B,D,C,D,D,C,A,B,C,D,B,C,A,C,D,B,C,B,C,D,A,A,D,C,D,C,C,D,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 45 21 041360 758 D,D,B,C,D,D,D,A,B,C,C,B,C,C,B,D,B,C,B,D,A,A,C,C,C,B,A,A,D,B,B,C,D,B,A,B,D,B,A,D,B,A,A,C,B,D,C,D,A,B,A,D,D,C,A,A,A,C,A,C,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 60 22 041361 758 B,C,B,C,D,B,B,A,B,C,D,A,A,C,B,D,C,C,B,B,A,B,D,A,C,B,A,D,D,D,A,C,D,C,A,B,A,B,A,D,C,A,A,D,B,A,C,D,A,B,A,D,C,C,A,A,B,C,A,A,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 37 23 041362 758 A,D,B,A,D,D,D,A,B,D,C,B,C,C,B,D,B,D,C,D,A,A,D,C,D,A,A,A,D,B,C,C,D,B,D,B,D,B,A,D,A,A,A,C,B,C,D,D,A,D,A,D,D,C,B,B,C,C,A,C,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 43
57
Bảng 3.1 Dữ liệu bài thi
Các phiếu thi sẽ được in màu trên loại giấy thông dụng và được tô theo dữ liệu đã chuẩn bị trước này. Sau đó lấy mẫu các phiếu thi bằng máy ảnh Sony Cyber-shot DCS-90. Ảnh có độ phân giải 1944x2592.
Song song với việc lấy mẫu, đề thi và phần trả lời tương ứng sẽ được tạo ra bằng module “Quản lý kỳ thi” trên phần mềm đã xây dựng. Phần mềm được xây dựng trên phiếu thi cho phép có 100 câu hỏi - đáp án. Vì vậy, để chương trình tính điểm đúng thì cần phải cấu hình số câu hỏi tại tag <numberofquestion> trong file config.xml như hình 3.10.
3.2.2. Kết quả xây dựng thuật toán 3.2.2.1. Tìm phiếu thi 3.2.2.1. Tìm phiếu thi
Yêu cầu ảnh đầu vào ở bước này là phiếu thi và nền phải có độ tương phản cao, tốt nhất là nền màu đen hoặc xanh đậm và đồng nhất. Đây là yêu cầu tiên quyết và quan trọng để thực hiện các bước nhận dạng tiếp theo, nếu biên của phiếu thi bị nhiễu thì sẽ không nhận dạng được phiếu thi.
24 041363 758 B,C,B,C,D,B,B,A,C,C,D,A,A,B,C,D,C,C,B,B,A,B,D,A,C,A,A,D,D,D,A,C,D,C,A,B,A,B,B,D,C,A,A,D,B,A,C,C,C,B,A,A,C,C,A,A,B,C,A,A,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 29 25 041364 758 A,D,B,A,D,D,B,A,B,D,A,B,A,C,B,D,C,D,C,C,A,A,D,C,D,A,A,A,D,B,C,C,D,B,D,B,A,C,A,D,A,A,D,C,B,C,D,D,A,D,D,D,D,C,B,B,C,C,A,B,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 33 26 041365 925 C,C,B,D,D,D,A,C,C,D,C,C,C,A,B,B,A,B,A,A,B,C,A,A,C,D,B,D,C,A,A,C,C,B,B,D,B,B,D,C,D,B,A,D,C,D,B,C,B,A,D,D,C,A,A,D,C,A,D,A,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 60 27 041366 925 C,C,B,D,D,D,A,C,C,D,C,C,C,A,B,B,A,B,A,A,B,C,A,A,C,A,B,D,C,A,A,C,C,B,B,D,B,B,D,C,D,B,A,D,C,D,B,C,B,A,D,D,C,A,A,D,C,A,D,A,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 59 28 041367 925 C,C,B,D,D,D,A,C,D,D,C,C,C,C,B,B,A,C,A,A,B,A,A,A,C,D,B,D,B,B,A,C,C,B,C,D,D,B,D,A,D,B,A,D,C,D,B,C,D,C,C,D,C,A,B,D,C,A,D,A,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 47 29 041368 925 D,A,B,D,D,A,D,C,D,D,C,C,C,B,B,B,A,D,A,A,B,A,C,A,D,D,B,C,B,B,A,C,C,B,C,D,D,B,D,A,D,B,B,D,C,D,B,C,D,C,C,D,C,A,B,D,C,A,D,A,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 39 30 041369 925 D,A,B,D,D,A,D,C,D,C,D,C,C,B,C,B,A,D,A,A,B,A,C,A,D,D,B,C,B,B,A,D,C,B,C,D,D,B,D,A,D,B,B,B,D,D,B,C,D,C,C,D,C,A,B,D,C,A,D,D,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 32
58
Hình 3.14 Mẫu không nhận dạng được vùng phiếu thi
Với điều kiện lấy mẫu ở tập CSDL ảnh ở mục 3.2.1, ta sẽ thấy ảnh nhị phân sau khi thực hiện thuật toán lấy ngưỡng tự động Otsu phân biệt rõ ràng giữa vùng phiếu thi (trắng) và nền (đen):
59
Kết quả sau khi thực hiện thuật toán tìm biên, xác định và sắp xếp 4 góc của phiếu thi:
Hình 3.16 Biên và 4 góc của phiếu thi Ảnh đầu ra của thuật toán tìm phiếu thi:
60
3.2.2.2. Tìm vùng chứa thông tin trên phiếu thi
Ảnh phiếu thi sau khi chuyển sang ảnh xám và lọc nhiễu:
Hình 3.18 Ảnh phiếu thi sau khi chuyển mức xám và lọc nhiễu Ảnh phiếu thi sau khi tăng độ sáng và thực hiện phép mở (opening):
Hình 3.19 Ảnh phiếu thi sau khi tăng độ sáng
61
Hình 3.20 Ảnh phiếu thi sau khi thực hiện phép mở Kết quả tìm các vùng trên phiếu thi:
62
Ảnh đầu ra của thuật toán tìm vùng chứa thông tin trên phiếu thi
Hình 3.22 Vùng số báo danh và vùng mã đề
Hình 3.23 Các vùng trả lời
3.2.2.3. Nhận dạng thông tin trên từng vùng
Áp dụng thuật toán đã đề xuất ở mục 2.3.3 ta có kết quả nhận dạng cho từng vùng:
63
Hình 3.24 Kết quả nhận dạng thông tin vùng số báo danh
Hình 3.25 Kết quả nhận dạng thông tin vùng mã đề
Đối với vùng trả lời, nội dung thông tin 1, 2, 3, 4 sẽ lần lượt tương ứng với các lựa chọn A, B, C, D
64
65
3.2.3. Kết quả của thuật toán chấm thi trắc nghiệm đã đề xuất
Đưa tập ảnh đầu vào đã chuẩn bị ở mục 3.2.1 (gồm 30 mẫu) vào chương trình và chấm thi. Kết quả hoàn toàn trùng khớp với dữ liệu bài thi đã chuẩn bị (bảng 3.1), độ chính xác đạt 100%.
Hình 3.27 Kết quả chấm thi trên các mẫu đã chuẩn bị
Thời gian xử lý là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ hoạt động của hệ thống. Thực nghiệm chấm thi trên máy tính DELL Optiplex 380, bộ vi xử lý Intel Core 2 Duo E7500 tốc độ 2,93Ghz, RAM 4Gb tại các thời điểm khác nhau với 30 mẫu trên, tốc độ chấm thi nằm trong khoảng 13 - 16s. Như vậy tốc độ nhận dạng khoảng 433 - 533ms/bài thi.
3.3. Đánh giá kết quả
Sau khi hoàn thiện thuật toán nhận dạng thông tin trên phiếu thi, qua thực nghiệm trên phần mềm chấm thi trắc nghiệm với các module: quản lý kỳ thi, chấm điểm từ file, chấm điểm trực tiếp từ camera, tôi có nhận xét:
66
Với quy mô của luận văn này, module quản lý kỳ thi đạt được yêu cầu đề ra là quản lý các tham số của một kỳ thi, giúp người dùng tạo, sửa, xóa: kỳ thi, môn thi, đề thi, đáp áp bằng giao diện trực quan. Tuy nhiên, để phát triển thành một ứng dụng thực sự, module này cần phải phát triển thêm một số chức năng khác để có thể quản lý tham số như:
o Quản lý ngân hàng đề thi, trộn và tạo đề thi.
o Thông tin chi tiết của thí sinh, lưu trữ bài thi của thí sinh để thực hiện việc lưu trữ và phúc khảo lại bài thi.
o Hội đồng thi, phòng thi.
o Quản lý điểm, điểm ưu tiên, điểm khu vực.
o Tìm kiếm, tạo và xuất các loại báo cáo.
o Tạo CSDL để lưu trữ, thuận tiện trong việc chia sẻ, sử dụng ứng dụng từ xa, đảm bảo tính bảo mật dữ liệu.
Module chấm điểm từ file đã cho thấy độ chính xác, độ tin cậy và tốc độ hoạt động của chương trình với các mẫu đầu vào được in trên giấy thông thường, các mẫu có chất lượng không quá cao. Đây là module cơ bản và quan trọng nhất của phần mềm OMR.
Module chấm điểm bằng camera: mô phỏng khả năng giao tiếp giữa máy tính và camera, tạo tiền đề cho việc phát triển giao tiếp giữa máy tính với hệ thống tời giấy, điều khiển tốc độ của hệ thống tời giấy, phối hợp đồng bộ với camera để việc thu nhận ảnh, lấy mẫu đạt kết quả tốt nhất.
Như vậy khả năng ứng dụng vào thực tế của hệ thống chấm thi trắc nghiệm bằng camera đề xuất là rất khả quan. Hướng phát triển trong tương lai chủ yếu đó là hoàn thiện và tối ưu hóa bộ phận cơ khí, bao gồm cơ cấu tời giấy và chụp ảnh. Mục tiêu hướng đến là phát triển thêm các tính năng mà luận văn này chưa hoàn thiện được và tích hợp toàn bộ hệ thống thành một khối thống nhất, ổn định, linh động, đảm bảo tính tự động, tốc độ chấm thi càng nhanh càng tốt, đồng thời giảm thiểu chi phí đầu tư, chi phí vận hành, bảo trì. Có như vậy thì hệ thống mới có tính khả dụng cũng như tính cạnh tranh của hệ thống trong thực tế.
67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trên đây, tôi đã trình bày toàn bộ nội dung luận văn tốt nghiệp “Xây dựng hệ thống chấm điểm trắc nghiệm sử dụng camera”. Luận văn đã đề cập tới một số kỹ thuật xử lý ảnh cơ bản và nâng cao nhằm nâng cao chất lượng, xử lý và nhận dạng các đặc trưng ảnh ứng dụng trong việc chấm thi trắc nghiệm. Thuật toán đề xuất và phần mềm chấm điểm chính xác trên các mẫu khác nhau về kích thước, góc nghiêng và sự ảnh hưởng bởi nhiễu. Từ kết quả thực nghiệm có thể thấy rằng, hệ thống sẽ đạt độ chính xác 100% với điều kiện lấy mẫu tốt.
Tuy nhiên, trong điều kiện thời gian hạn chế với khối lượng công việc lớn, nên hệ thống vẫn còn nhiều tính năng chưa phát triển được.
Mẫu phiếu thi sử dụng trong thuật toán đề xuất là mẫu phiếu thi đại học, cao đẳng đang được áp dụng hiện nay. Các các mẫu khác có những đặc điểm tương tự như mẫu này thì vẫn có thể áp dụng được thuật toán đã đề xuất để chấm điểm. Tuy nhiên, với các mẫu khác, chẳng hạn như mẫu phiếu thi TOELF, TOEIC,... thì không thể nhận dạng bằng thuật toán trên được. Hiện nay, có một số phần mềm OMR cho phép tạo mẫu chấm thi bất kỳ bằng cách định nghĩa các vùng thông tin trên phiếu thi trước, sau đó sẽ áp dụng với hàng loạt các phiếu thi khác. Tuy nhiên, cách này chỉ hoạt động đúng với điều kiện:
Độ chính xác khi in ấn gần như là tuyệt đối.
Lấy mẫu phiếu thi ở điều kiện tốt, độ phân giải cao, ít nhiễu.
Với điều kiện như vậy thì giá thành ở khâu in ấn, hệ thống tời giấy sẽ rất cao. Vì vậy, phương pháp tốt nhất vẫn là phải phát triển thuật toán nhận dạng dựa trên các đặc trưng riêng của từng mẫu.
Một cách làm khác đơn giản hơn là tạo ra mẫu phiếu thi có các đặc trưng tương tự với mẫu phiếu thi trắc nghiệm Đại học:
Có các vùng chứa thông tin nằm trong các khung hình chữ nhật Các vùng tô có kích thước bằng nhau, phân bố đều trong các vùng đó.
68
Với cách này thì ta chỉ việc thay đổi khoảng cách tương quan giữa các vùng chứa thông tin trên phiếu thi (bước 4 trong thuật toán tìm vùng chứa thông tin trên phiếu thi, mục 2.3.2). Như vậy vẫn sử dụng được hệ thống đã đề xuất để chấm điểm.
69
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Markus Kuhn, “Digital Signal processing”, University of Cambridge, September 09, 2009
[2] Abdul J.Jerri, “The Shannon Sampling Theorem - Its Various Extensions anh Applications: A Tutorial review”, November 11, 1977
[3] TS. Nguyễn Văn Ngọ, “Giáo trình Xử Lý Ảnh”, NXB Đại học Quốc gia, 2001 [4] PGS.TS. Nguyễn Quang Hoan, “Giáo Trình Xử Lý Ảnh”, HV Bưu Chính Viễn Thông, 12/2006
[5]http://stackoverflow.com/questions/10196198/how-to-remove-convexity-defects- in-sudoku-square/10226971#10226971, truy cập lần cuối ngày 29/05/2013
[6] http://stackoverflow.com/questions/13639336/threshold-of-blurry-image-part- 2?lq=1, truy cập lần cuối ngày 29/05/2013
[7] http://androidflip.com/how-to-use-android-webcam-pc-usb-wireless/, truy cập lần cuối ngày 29/05/2013
[8]http://www.dientuvietnam.net/forums/camera-va-xu-ly-anh-114/su-dung-
opencv-trong-visual-c-2008-a-41925/index4.html#post3316, truy cập lần cuối ngày 29/05/2013
[9]http://opencv-code.com/tutorials/automatic-perspective-correction-for- quadrilateral-objects/, truy cập lần cuối ngày 29/05/2013
[10] http://opencv.willowgarage.com/documentation/c/index.html, truy cập lần cuối ngày 29/05/2013