目前，我国大多数的标准化考试都会使用答题卡及其匹配的阅卷系统，而自动化阅卷技术是阅卷系统中最为关键的一环。这种技术已经解决了自动化阅卷的数据录入问题，为自动化阅卷提供了一个基本的解决方案。但是，答题卡中存在的一些不合理的填涂方式，对自动化阅卷技术中答题卡识别的准确率产生了较大的干扰，一度成为行业的痛点。

图1 智能阅卷图示

      为了进一步优化自动化阅卷技术，解决其中的核心问题，智能算法研究中心运用启发式优化抠图算法进行创新技术研发，提出了基于图像综合特征的答题卡填涂信息自动识别方法[1]以及基于二值图像连通域统计的答题卡自动评分方法[2]，为自动化阅卷提供了一个便捷、高效、可靠的方法。

图2 答题卡分解和自动评分系统的软件界面截图[1]

      答题卡分解和自动评分技术主要采用精确抠图方法来排除答题卡填涂不规范带来的干扰，从而增强自动阅卷的准确性和鲁棒性。系统首先获取答题卡中填涂区域的图像数据，对其进行形态学处理，然后使用启发式优化抠图算法提取考生填涂，利用计算出来的评价指标和全局一致性阈值进行填涂结果判断，最后更新全局一致性阈值并返回识别结果。

图3 答题卡分解和自动评分技术流程图

      与传统的图像分割相比，精确抠图方法能够从前景中获取更加丰富的信息，有效区分答题卡中擦除与填涂两种情况，且不易受到答题卡背景及选项标识的影响，对印刷和扫描的质量要求较低，完善了传统的OMR自动阅卷技术的不足。

图4 精确抠图方法与一般图像分割技术的算法功能与性能对比情况

      智能算法研究中心长期致力于抠图算法的研究，在应用上成功地“抠图无数”。这些年来，我们的算法抠过人脸，实现了人物肖像照的自动换底功能：

图5 人脸抠像

      我们的算法抠过红外行人成像，可以用于红外行人分类，是汽车夜间行驶的“哨兵”：

图6 红外行人抠像[3]

      我们的算法也抠过车，为AI进行车辆分类提供了更丰富的细节：

图7 车辆抠像

      我们的算法还抠过眼球毛细血管、舌像、禽蛋胚胎循环结构、机动车安全带等等，在医学与交通等领域发挥着关键作用：

图8 眼球毛细血管抠像[4]

图9 舌苔抠像[5]

图10 禽蛋胚胎循环结构抠像[6]

图11 机动车安全带抠像[7]

      由于人们对于从图像或视频中抠取感兴趣的目标的需求日益迫切，精确抠图方法的应用前景愈加广泛。近来，2021年央视春晚中刘德华老师“亲临现场”的场景，就是利用相对简单的绿幕抠像技术实现的。

图12 2021年央视春晚中刘德华老师云录制场景

      如今，智能算法研究中心研发的答题卡分解和自动评分技术已经投入实际应用近10年。针对复杂情况下答题卡识别准确率低的技术困难，答题卡分解和自动评分技术已将识别准确率从原来的94.5%提升至99.5%以上。与此同时，为了让答题卡分解和自动评分技术在保证准确性的同时，提高工作效率，我们通过微搜索算法将单答题卡识别耗时降到了30ms以下。

      由于我们的算法具有识别准确率高、识别速度快的技术优势，目前被多家国内教育龙头企业与知名大学所采用，广受好评。路漫漫其修远兮，吾将上下而求索……

图13 答题卡分解和自动评分技术在大学考试系统的应用举例

参考文献

[1] 基于图像综合特征的答题卡填涂信息自动识别方法（201410338618.9） 授权公告号：CN104239850B 发明人：黄翰、刘志方、梁椅辉

[2] 基于二值图像连通域统计的答题卡自动评分方法（201310473334.6）授权公告号：CN103559490B 发明人：黄翰、梁椅辉（已转让所有权）

[3] Liang Y, Huang H, Cai Z, et al. Deep infrared pedestrian classification basedon automatic image matting. Applied Soft Computing, 2019, 77: 484-496.

[4] Fan Z, Lu J, Wei C, Huang H, et al. A hierarchical image matting model for blood vessel segmentation in fundus images. IEEE Transactions on Image Processing, 2019, 28(5): 2367-2377.

[5] 基于舌体分区颜色特征的智能图像分类方法（201510059796.2） 授权公告号：CN104636754B 发明人：黄翰、姬马婧雯、梁椅辉

[6] 数字图像的细长型连通区域提取方法（201711047952.9） 发明人：黄翰、梁椅辉、郝志峰

[7] 机动车前排就坐者是否扣带安全带的自动检测方法（201210233380.4） 授权公布号：CN103268468B 发明人：黄翰、周剑斌、刘远一、林镇泽

总编：黄翰

文字：何宛睿、袁中锦

图片：何宛睿

校稿：袁中锦

时间：2021年02月16日