[发明专利]一种算术作业批改系统及方法

说明书

本发明公开了一种算术作业批改系统及方法，该系统包括：图像预处理和分割模块，字符识别模块以及计算验证模块；图像预处理和分割模块会对原始图片进行去噪、二值化等预处理然后将其分割为单个数字或符号；字符识别模块使用卷积神经网络对分割的单个字符进行识别；计算验证模块将识别出来的字符重组为算术并计算验证答案的正确性。本发明通过常见的智能手机等智能电子设备实现作业拍照识别，并能在本地运行完成算术作业的自动批改，适用于小学低年级数学计算作业的批改，帮助老师提高教学效率。

技术领域

本发明属于图片处理和字符识别技术领域，具体指代一种基于智能手机拍照且能在本地运行的自动算术作业批改系统及方法。

背景技术

一直以来，家庭作业在学生教育中起着十分重要的作用。对于老师来说，通过批改学生的家庭作业可以进一步了解学生对知识的掌握情况；另一方面，对于学生来说，批改家庭作业对于他们进一步掌握知识是很有帮助的。然而批改家庭作业是一件十分耗费时间精力的事情，尤其是对于那些题目简单明了但是题量很大的作业，比如：小学四则运算题。所以，通过技术的手段来帮助老师减轻批改家庭作业的负担是很有必要的。

目前针对小学四则运算题的技术主要通过移动智能设备(智能手机，平板等)拍摄图片并将图片通过网络发送给服务器进行处理识别，并将识别结果通过网络返回给移动智能设备。这样的工作方式依赖于网络连接，并且上传用户数据会存在隐私泄露的风险。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种算术作业批改系统及方法，以解决现有技术中批改家庭作业的方法依赖于网络连接，且上传用户数据会存在隐私泄露的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种算术作业批改系统，包括：图像预处理和分割模块，字符识别模块以及计算验证模块；其中，

图像预处理和分割模块，用于对输入的初始包含作业内容的图片进行灰度化、降噪、二值化处理转化为二值图，对该二值图使用水平投影方法切割成若干个行图，各行图中含有一个或若干个四则运算算式，然后再对各行图使用垂直投影的方法分割成包含单个算式的图片，对各四则运算算式使用垂直投影的方法分割成包含单个字符的图片；

字符识别模块，通过卷积神经网络模型完成对上述包含单个字符的图片的识别；

计算验证模块，通过分治的方法完成对上述算式等号左侧计算式的计算，并对计算的结果与算式等号右侧结果比较，并输出比较结果。

进一步地，所述图像预处理和分割模块对输入的图片进行预处理具体包括：

(11)将输入图片每一像素的RGB分量设为同一个值来完成对图片的灰度化；

(12)对灰度化后的图片使用双边滤波进行降噪，双边滤波公式表示如下：

其中，i，j表示模板窗口的其他像素坐标，k，l表示模板窗口的中心坐标，σ_d，σ_r表示高斯函数的标准差，f(i，j)和f(k，l)分别表示坐标(i，j)和(k，l)处的像素值；

(13)使用自适应阈值方法对处理后的图片进行处理，像素值高于阈值置为1，低于阈值置为0，从而获得二值图。

进一步地，所述图像预处理和分割模块对二值图进行分割的过程具体包括：

(21)对上述得到的二值图进行水平投影，统计图片每一行的黑色像素点个数，记录在数组P中，第i行黑色像素点个数用P[i]表示，随后将数组P中存储的每一个满足如下条件的区间[i，j]所对应的二值图的部分分割出来：

从而得到行图，每个行图在水平方向有一个或多个算式；