嵌入式学情分析系统的制作方法
本发明涉及教学辅助设备技术领域，具体的说是一种能够有效减轻教师重复劳动、提高工作效率、提升教学成果的嵌入式学情分析系统。
背景技术：
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当前阅卷系统通常采用如下方式进行：针对答题卡可扫描后通过图像分析进行自动批阅；针对主观题通常采用图像扫描方式，扫描完成后把各个题目分割成一张张图片发送给老师进行批阅。通过这种方式可以集中多名老师进行同时进行批阅，提供了阅卷效率。这种批阅方式存在如下问题：(1)试卷上无法留下老师的批阅痕迹。现有阅卷系统把试卷上各个试题通过扫描分割的方式形成一张张图片发送给老师，老师批阅后在阅卷系统上直接打分，这种方式无法在纸质试卷上留下批阅痕迹，学生不知道自己错在哪里。现有阅卷系统仅限于大型考试使用，平时周考及月考等小型考试无法使用。(2)没有错题归纳功能。对于学生答错的题无法自动归纳统计，需要学生或者家长自己归纳。(3)造价成本高。现有阅卷系统通常采用服务器加高速扫描仪的方式进行，因扫描出的图像比较大，对服务器显卡要求很高，导致服务器成本较高；同时阅卷用的扫描仪为专用设备，造价成本高。
技术实现要素：
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本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种能够有效减轻教师重复劳动、提高工作效率、提升教学成果的嵌入式学情分析系统。
本发明可以通过以下措施达到：
一种嵌入式学情分析系统，其特征在于设有数据缓存模块、总处理模块、显示模块、内部总线、分析单元、扫描仪接口模块、网络通信模块、USB通信模块以及数据存储模块，其中数据缓存模块、总处理模块、显示模块分别经内部总线与分析单元相连接，分析单元中包括习题标志确定模块、试卷提头确定模块、评分模块、错题摘录模块、分数统计模块；打印机接口模块、网络通信模块、USB通信模块以及数据存储模块也经内部总线与分析单元相连接；所述数据存储模块用于存储试卷扫描后产生的图片以及分析单元获取的错题数据/分析记录；所述习题标识确定模块用于确定试卷印刷时设置的定位标记，进而对客观题答题区/主观题打分区/各习题位置进行定位；所述试卷提头确定模块用于通过事先印刷在试卷上答题人信息处的定位标记的引导来确定答题人信息；所述评分模块用于对经习题标识确定模块对进行确认后对各个习题打分区内的分数标记进行图像识别，并把识别的结果进行统计分析；所述错题摘录模块在通过习题标志确定模块对习题进行确认，并评分模块对分数进行识别后，把错题进行摘录，将做错的习题以图片的方式进行存储；所述分数统计模块针对评分模块产生的分数进行分析，并输出图表。
本发明所述数据缓存模块采用闪存技术，用于存储试卷在分析过程中产生的中间数据，该模块的存储为临时性存储，设备断电后数据丢失。
本发明所述总处理模块用于对系统各个模块和单元进行协调管理。
本发明所述显示模块采用带触摸的液晶屏，用于显示网络连接情况，打印机连接情况，U盘连接情况，试卷处理进度，数据存储情况等。
本发明所述网络通信模块用于网络通信，可以通过网路通信模块中的接口电路获取分数统计信息，错题记录等内容。
本发明所述USB通信模块主要用于外接U盘，方便从系统中导出分析统计信息等内容。
本发明所述打印机接口模块用于外接打印机，用于输出分析结果的打印数据。
本发明所述分析单元中还设有用于提高图像清晰度的图像处理单元，所述图像处理单元对于读取到的图像进行以下处理：
步骤1：读取原始图像I；
步骤2：求原始图像I中每个像素点的R、G、B三个通道的最小值，并赋值给当前像素点，得到的灰度图像记为Ig，若I为灰度图像，则Ig＝I；
步骤3：利用公式(1)对第二步得到的Ig图像进行滤波，定义Ω(x，y)为以坐标(x，y)的像素点为中心的大小为N*N的模版区域，其中取N∈(9，21)，N越大求得的大气参数越小，得到无雾图像的整体亮度相对越亮；
步骤4：得到Igdark图像中强度最大的像素点的位置坐标(xmax，ymax)，若I为彩色图像，则大气参数AR＝IR(xmax，ymax)、AG＝IG(xmax，ymax)和AB＝IB(xmax，ymax)，其中IB、IG和IB分别为彩色图像I的R、G和B通道，若I为灰度图像，其大气参数Agray＝I(xmax，ymax)；
步骤5：求取图像的长度h和宽度w，然后利用公式(2)对Igdark图像中满足坐标条件的像素点求其透射率的值，坐标(x，y)的取值满足以下条件中x和y的所有组合：x＝1、1+S、1+2*S、…、h，y＝1、1+S、1+2*S、…、w，步长S∈(40，100)，S越大，第六步的处理速度越快，但是估计的回归方程的系数相对不太准确，去雾效果相对差些，若I为彩色图像，则式(2)中若I为灰度图像，则式(2)中A＝Agray，ω0为调节参数，其中ω0∈(0，1)，ω0越大去雾效果越好；
步骤6：利用二元二次线性回归分析对第五步涉及的像素点及对应的透射率进行回归分析，得到如式(3)的方程的系数b0、b1、b2、b3、b4和b5；
t＝b0+b1*x+b2*y+b3*xy+b4*x2+b5*y2 (3)
步骤7：利用公式(3)得到所有像素点的透射率t；
步骤8：利用公式(4)恢复无雾图像，若I为彩色图像，则分别在R、G、B三个通道利用公式(4)恢复无雾图像J(x)，其中A分别取AR、AG和AB，I分别取IR、IG和IB，则分别得到J的三个通道JR、JG和JB，若I为灰度图像，则A＝Agray；
本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)不改变老师批卷流程。本发明针对老师批阅完的试卷进行深入分析，协助老师对分数进行分析，对各个试题的答题情况、正确率进行分析。实现了分数的自动分析，自动统计，减轻了老师的负担。(2)提升教学质量。通过对试卷的分析，老师能够知道各知识点有多少学生答对，有多少学生答错，从而清楚的知道学生对各个知识点的掌握情况，对掌握不好的知识点能够及时进行补充讲解，提高教学效率，提升教学质量；(3)针对学生答错的试题自动生产错题本。学生对考试中出现的错题进行针对性的巩固练习。(4)设备成本低。嵌入式学情分析设备硬件采用嵌入式操作系统，设备整体成本较通用系统能够降低50％以上。同时本设备对于配套扫描仪无特殊要求，市场常见扫描仪都可配套使用。
附图说明：
附图1是本发明的结构框图。
附图标记：打印机接口模块1、网络通信模块2、USB通信模块3、数据存储模块4、习题标志确定模块5、试卷提头确定模块6、评分模块7、错题摘录模块8、分数统计模块9、数据缓存模块10、总处理模块11、显示模块12、内部总线13。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如附图所示，本发明提出了一种嵌入式学情分析系统，其特征在于设有数据缓存模块10、总处理模块11、显示模块12、内部总线13、分析单元、打印机接口模块1、网络通信模块2、USB通信模块3以及数据存储模块4，其中数据缓存模块10、总处理模块11、显示模块12分别经内部总线13与分析单元相连接，分析单元中包括习题标志确定模块5、试卷提头确定模块6、评分模块7、错题摘录模块8、分数统计模块9；打印机接口模块1、网络通信模块2、USB通信模块3以及数据存储模块4也经内部总线与分析单元相连接；所述数据存储模块用于存储试卷扫描后产生的图片以及分析单元获取的错题数据/分析记录；所述习题标识确定模块用于确定试卷印刷时设置的定位标记，进而对客观题答题区/主观题打分区/各习题位置进行定位；所述试卷提头确定模块用于通过事先印刷在试卷上答题人信息处的定位标记的引导来确定答题人信息；所述评分模块用于对经习题标识确定模块对进行确认后对各个习题打分区内的分数标记进行图像识别，并把识别的结果进行统计分析；所述错题摘录模块在通过习题标志确定模块对习题进行确认，并评分模块对分数进行识别后，把错题进行摘录，将做错的习题以图片的方式进行存储；所述分数统计模块针对评分模块产生的分数进行分析，并输出图表。
本发明所述数据缓存模块10采用闪存技术，用于存储试卷在分析过程中产生的中间数据，该模块的存储为临时性存储，设备断电后数据丢失。
本发明所述总处理模块11用于对系统各个模块和单元进行协调管理。
本发明所述显示模块12采用带触摸的液晶屏，用于显示网络连接情况，打印机连接情况，U盘连接情况，试卷处理进度，数据存储情况等。
本发明所述网络通信模块2用于网络通信，可以通过网路通信模块中的接口电路获取分数统计信息，错题记录等内容。
本发明所述USB通信模块3主要用于外接U盘，方便从系统中导出分析统计信息等内容。
本发明所述打印机接口模块用于外接打印机，用于输出分析结果的打印数据。
本发明所述分析单元中还设有用于提高图像清晰度的图像处理单元，所述图像处理单元对于读取到的图像进行以下处理：
步骤1：读取原始图像I；
步骤2：求原始图像I中每个像素点的R、G、B三个通道的最小值，并赋值给当前像素点，得到的灰度图像记为Ig，若I为灰度图像，则Ig＝I；
步骤3：利用公式(1)对第二步得到的Ig图像进行滤波，定义Ω(x，y)为以坐标(x，y)的像素点为中心的大小为N*N的模版区域，其中取N∈(9，21)，N越大求得的大气参数越小，得到无雾图像的整体亮度相对越亮；
步骤4：得到Igdark图像中强度最大的像素点的位置坐标(xmax，ymax)，若I为彩色图像，则大气参数AR＝IR(xmax，ymax)、AG＝IG(xmax，ymax)和AB＝IB(xmax，ymax)，其中IB、IG和IB分别为彩色图像I的R、G和B通道，若I为灰度图像，其大气参数Agray＝I(xmax，ymax)；
步骤5：求取图像的长度h和宽度w，然后利用公式(2)对Igdark图像中满足坐标条件的像素点求其透射率的值，坐标(x，y)的取值满足以下条件中x和y的所有组合：x＝1、1+S、1+2*S、…、h，y＝1、1+S、1+2*S、…、w，步长S∈(40，100)，S越大，第六步的处理速度越快，但是估计的回归方程的系数相对不太准确，去雾效果相对差些，若I为彩色图像，则式(2)中若I为灰度图像，则式(2)中A＝Agray，ω0为调节参数，其中ω0∈(0，1)，ω0越大去雾效果越好；
步骤6：利用二元二次线性回归分析对第五步涉及的像素点及对应的透射率进行回归分析，得到如式(3)的方程的系数b0、b1、b2、b3、b4和b5；
t＝b0+b1*x+b2*y+b3*xy+b4*x2+b5*y2 (3)
步骤7：利用公式(3)得到所有像素点的透射率t；
步骤8：利用公式(4)恢复无雾图像，若I为彩色图像，则分别在R、G、B三个通道利用公式(4)恢复无雾图像J(x)，其中A分别取AR、AG和AB，I分别取IR、IG和IB，则分别得到J的三个通道JR、JG和JB，若I为灰度图像，则A＝Agray；
本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)不改变老师批卷流程。本发明针对老师批阅完的试卷进行深入分析，协助老师对分数进行分析，对各个试题的答题情况、正确率进行分析。实现了分数的自动分析，自动统计，减轻了老师的负担。(2)提升教学质量。通过对试卷的分析，老师能够知道各知识点有多少学生答对，有多少学生答错，从而清楚的知道学生对各个知识点的掌握情况，对掌握不好的知识点能够及时进行补充讲解，提高教学效率，提升教学质量；(3)针对学生答错的试题自动生产错题本。学生对考试中出现的错题进行针对性的巩固练习。(4)设备成本低。嵌入式学情分析设备硬件采用嵌入式操作系统，设备整体成本较通用系统能够降低50％以上。同时本设备对于配套扫描仪无特殊要求，市场常见扫描仪都可配套使用。
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