[发明专利]一种物理凸透镜成像实验操作考试的自动评判系统及方法

权利要求书

1.一种物理凸透镜成像实验操作考试的自动评判系统，其特征在于：包括终端系统和服务器系统，所述终端系统包括由非线性光学传感器阵列组成的成像光屏，所述成像光屏包括光学传感器阵列采集模块、信号处理模块和无线发送模块，所述服务器系统包括无线接收模块、成像特征模块和自动评判模块，所述光学传感器阵列采集模块用于采集不同背景环境、不同物距情况下凸透镜成像实验中上的成像图像数据，将采集的成像图像数据发送至信号处理模块进行信号处理，之后通过无线发送模块发送至服务器系统；

所述成像光屏分为成像核心区域、成像临近区域和成像边缘区域，成像核心区域为正确实验操作情况下凸透镜成像主要区域，成像临近区域为靠近成像核心区域部分，成像边缘区域为正确实验操作情况下凸透镜成像较少区域；

所述服务器系统通过无线接收模块接收成像图像数据，通过成像特征模块对采集的成像图像数据进行分析，判断其位于成像光屏的哪个区域，并与标准正确操作数据和典型错误操作数据进行对比，最后通过自动评判模块中的置信度对学生实验操作进行评判。

2.根据权利要求1所述的一种物理凸透镜成像实验操作考试的自动评判系统，其特征在于：所述成像光屏上每个区域传感器节点布置采用非均匀方式，其中成像核心区域采用密集方式布置光学传感器节点，成像边缘区域采用稀疏方式布置光学传感器节点，成像临近区域采用较稀疏方式布置光学传感器节点。

3.根据权利要求1所述的一种物理凸透镜成像实验操作考试的自动评判系统，其特征在于：所述信号处理模块包括模数转换电路和单片机控制模块和电源模块，所述电源模块一部分是为模数转换电路供电，另一部分为单片机控制模块供电，整个系统由锂电池供电。

4.根据权利要求1所述的一种物理凸透镜成像实验操作考试的自动评判系统，其特征在于：所述成像特征模块内置有在不同背景环境下、不同物距下凸透镜成像实验的正确操作成像特征以及典型错误操作成像特征数据。

5.一种物理凸透镜成像实验操作考试的自动评判方法，采用如权利要求1-4任一项所述的物理凸透镜成像实验操作考试的自动评判系统，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：搭建凸透镜成像数据的采集装置，凸透镜成像实验器材包括光具座、蜡烛、凸透镜和由非均匀光学传感器阵列组成的成像光屏，光学传感器阵列的数据输出到信号处理模块，处理后经无线发送模块传输出去；

步骤二：在不同背景环境下、不同物距情况下按照正确操作步骤和典型错误操作步骤完成凸透镜成像实验数据的采集、处理和无线传输；

步骤三：服务器系统的无线接收模块接收凸透镜成像正确实验操作和典型错误实验操作成像数据，成像特征模块对正确实验操作和典型错误实验操作成像数据进行特征提取；

步骤四：利用搭建好凸透镜成像终端系统和服务器系统对学生实验操作数据进行采集、传输和特征提取，特征提取包括提取背景区域和成像区域分布特征、成像区域残差均方根和成像边缘区域高频分量特征；

步骤五：将学生操作特征和不同背景环境、不同物距情况下正确操作和典型错误操作进行匹配，根据匹配结果判断学生操作是否正确以及错误操作情况下典型错误操作类型。

6.根据权利要求5所述的一种物理凸透镜成像实验操作考试的自动评判方法，其特征在于：步骤一中，非线性光学传感器阵列的光屏，将非线性光学传感器阵列的光屏分为成像核心区域、成像临近区域和成像边缘区域，成像核心区域为正确实验操作情况下凸透镜成像主要区域，成像临近区域为靠近成像核心区域部分，成像边缘区域为正确实验操作情况下凸透镜成像较少区域。每个区域传感器节点布置采用非均匀方式，即每个区域光学传感器节点布置密度不同，成像核心区域采用密集方式布置光学传感器节点，成像边缘区域采用稀疏方式布置光学传感器节点，成像临近区域采用较稀疏方式布置光学传感器节点。