本發(fā)明涉及教學(xué)輔助設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種能夠有效減輕教師重復(fù)勞動、提高工作效率、提升教學(xué)成果的嵌入式學(xué)情分析系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
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當前閱卷系統(tǒng)通常采用如下方式進行：針對答題卡可掃描后通過圖像分析進行自動批閱；針對主觀題通常采用圖像掃描方式，掃描完成后把各個題目分割成一張張圖片發(fā)送給老師進行批閱。通過這種方式可以集中多名老師進行同時進行批閱，提供了閱卷效率。這種批閱方式存在如下問題：(1)試卷上無法留下老師的批閱痕跡?，F(xiàn)有閱卷系統(tǒng)把試卷上各個試題通過掃描分割的方式形成一張張圖片發(fā)送給老師，老師批閱后在閱卷系統(tǒng)上直接打分，這種方式無法在紙質(zhì)試卷上留下批閱痕跡，學(xué)生不知道自己錯在哪里?，F(xiàn)有閱卷系統(tǒng)僅限于大型考試使用，平時周考及月考等小型考試無法使用。(2)沒有錯題歸納功能。對于學(xué)生答錯的題無法自動歸納統(tǒng)計，需要學(xué)生或者家長自己歸納。(3)造價成本高?，F(xiàn)有閱卷系統(tǒng)通常采用服務(wù)器加高速掃描儀的方式進行，因掃描出的圖像比較大，對服務(wù)器顯卡要求很高，導(dǎo)致服務(wù)器成本較高；同時閱卷用的掃描儀為專用設(shè)備，造價成本高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點和不足，提出了一種能夠有效減輕教師重復(fù)勞動、提高工作效率、提升教學(xué)成果的嵌入式學(xué)情分析系統(tǒng)。

本發(fā)明可以通過以下措施達到：

一種嵌入式學(xué)情分析系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有數(shù)據(jù)緩存模塊、總處理模塊、顯示模塊、內(nèi)部總線、分析單元、掃描儀接口模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、USB通信模塊以及數(shù)據(jù)存儲模塊，其中數(shù)據(jù)緩存模塊、總處理模塊、顯示模塊分別經(jīng)內(nèi)部總線與分析單元相連接，分析單元中包括習(xí)題標志確定模塊、試卷提頭確定模塊、評分模塊、錯題摘錄模塊、分數(shù)統(tǒng)計模塊；打印機接口模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、USB通信模塊以及數(shù)據(jù)存儲模塊也經(jīng)內(nèi)部總線與分析單元相連接；所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲試卷掃描后產(chǎn)生的圖片以及分析單元獲取的錯題數(shù)據(jù)/分析記錄；所述習(xí)題標識確定模塊用于確定試卷印刷時設(shè)置的定位標記，進而對客觀題答題區(qū)/主觀題打分區(qū)/各習(xí)題位置進行定位；所述試卷提頭確定模塊用于通過事先印刷在試卷上答題人信息處的定位標記的引導(dǎo)來確定答題人信息；所述評分模塊用于對經(jīng)習(xí)題標識確定模塊對進行確認后對各個習(xí)題打分區(qū)內(nèi)的分數(shù)標記進行圖像識別，并把識別的結(jié)果進行統(tǒng)計分析；所述錯題摘錄模塊在通過習(xí)題標志確定模塊對習(xí)題進行確認，并評分模塊對分數(shù)進行識別后，把錯題進行摘錄，將做錯的習(xí)題以圖片的方式進行存儲；所述分數(shù)統(tǒng)計模塊針對評分模塊產(chǎn)生的分數(shù)進行分析，并輸出圖表。

本發(fā)明所述數(shù)據(jù)緩存模塊采用閃存技術(shù)，用于存儲試卷在分析過程中產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)，該模塊的存儲為臨時性存儲，設(shè)備斷電后數(shù)據(jù)丟失。

本發(fā)明所述總處理模塊用于對系統(tǒng)各個模塊和單元進行協(xié)調(diào)管理。

本發(fā)明所述顯示模塊采用帶觸摸的液晶屏，用于顯示網(wǎng)絡(luò)連接情況，打印機連接情況，U盤連接情況，試卷處理進度，數(shù)據(jù)存儲情況等。

本發(fā)明所述網(wǎng)絡(luò)通信模塊用于網(wǎng)絡(luò)通信，可以通過網(wǎng)路通信模塊中的接口電路獲取分數(shù)統(tǒng)計信息，錯題記錄等內(nèi)容。

本發(fā)明所述USB通信模塊主要用于外接U盤，方便從系統(tǒng)中導(dǎo)出分析統(tǒng)計信息等內(nèi)容。

本發(fā)明所述打印機接口模塊用于外接打印機，用于輸出分析結(jié)果的打印數(shù)據(jù)。

本發(fā)明所述分析單元中還設(shè)有用于提高圖像清晰度的圖像處理單元，所述圖像處理單元對于讀取到的圖像進行以下處理：

步驟1：讀取原始圖像I；

步驟2：求原始圖像I中每個像素點的R、G、B三個通道的最小值，并賦值給當前像素點，得到的灰度圖像記為I_g，若I為灰度圖像，則I_g＝I；

步驟3：利用公式(1)對第二步得到的I_g圖像進行濾波，定義Ω(x，y)為以坐標(x，y)的像素點為中心的大小為N*N的模版區(qū)域，其中取N∈(9，21)，N越大求得的大氣參數(shù)越小，得到無霧圖像的整體亮度相對越亮；

步驟4：得到I_g^dark圖像中強度最大的像素點的位置坐標(x_max，y_max)，若I為彩色圖像，則大氣參數(shù)A_R＝I_R(x_max，y_max)、A_G＝I_G(x_max，y_max)和A_B＝I_B(x_max，y_max)，其中I_B、I_G和I_B分別為彩色圖像I的R、G和B通道，若I為灰度圖像，其大氣參數(shù)A_gray＝I(x_max，y_max)；

步驟5：求取圖像的長度h和寬度w，然后利用公式(2)對I_g^dark圖像中滿足坐標條件的像素點求其透射率的值，坐標(x，y)的取值滿足以下條件中x和y的所有組合：x＝1、1+S、1+2*S、…、h，y＝1、1+S、1+2*S、…、w，步長S∈(40，100)，S越大，第六步的處理速度越快，但是估計的回歸方程的系數(shù)相對不太準確，去霧效果相對差些，若I為彩色圖像，則式(2)中若I為灰度圖像，則式(2)中A＝A_gray，ω0為調(diào)節(jié)參數(shù)，其中ω0∈(0，1)，ω0越大去霧效果越好；

步驟6：利用二元二次線性回歸分析對第五步涉及的像素點及對應(yīng)的透射率進行回歸分析，得到如式(3)的方程的系數(shù)b₀、b₁、b₂、b₃、b₄和b₅；

t＝b₀+b₁*x+b₂*y+b₃*xy+b₄*x²+b₅*y² (3)

步驟7：利用公式(3)得到所有像素點的透射率t；

步驟8：利用公式(4)恢復(fù)無霧圖像，若I為彩色圖像，則分別在R、G、B三個通道利用公式(4)恢復(fù)無霧圖像J(x)，其中A分別取A_R、A_G和A_B，I分別取I_R、I_G和I_B，則分別得到J的三個通道J_R、J_G和J_B，若I為灰度圖像，則A＝A_gray；

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：(1)不改變老師批卷流程。本發(fā)明針對老師批閱完的試卷進行深入分析，協(xié)助老師對分數(shù)進行分析，對各個試題的答題情況、正確率進行分析。實現(xiàn)了分數(shù)的自動分析，自動統(tǒng)計，減輕了老師的負擔(dān)。(2)提升教學(xué)質(zhì)量。通過對試卷的分析，老師能夠知道各知識點有多少學(xué)生答對，有多少學(xué)生答錯，從而清楚的知道學(xué)生對各個知識點的掌握情況，對掌握不好的知識點能夠及時進行補充講解，提高教學(xué)效率，提升教學(xué)質(zhì)量；(3)針對學(xué)生答錯的試題自動生產(chǎn)錯題本。學(xué)生對考試中出現(xiàn)的錯題進行針對性的鞏固練習(xí)。(4)設(shè)備成本低。嵌入式學(xué)情分析設(shè)備硬件采用嵌入式操作系統(tǒng)，設(shè)備整體成本較通用系統(tǒng)能夠降低50％以上。同時本設(shè)備對于配套掃描儀無特殊要求，市場常見掃描儀都可配套使用。

附圖說明：

附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。

附圖標記：打印機接口模塊1、網(wǎng)絡(luò)通信模塊2、USB通信模塊3、數(shù)據(jù)存儲模塊4、習(xí)題標志確定模塊5、試卷提頭確定模塊6、評分模塊7、錯題摘錄模塊8、分數(shù)統(tǒng)計模塊9、數(shù)據(jù)緩存模塊10、總處理模塊11、顯示模塊12、內(nèi)部總線13。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

如附圖所示，本發(fā)明提出了一種嵌入式學(xué)情分析系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有數(shù)據(jù)緩存模塊10、總處理模塊11、顯示模塊12、內(nèi)部總線13、分析單元、打印機接口模塊1、網(wǎng)絡(luò)通信模塊2、USB通信模塊3以及數(shù)據(jù)存儲模塊4，其中數(shù)據(jù)緩存模塊10、總處理模塊11、顯示模塊12分別經(jīng)內(nèi)部總線13與分析單元相連接，分析單元中包括習(xí)題標志確定模塊5、試卷提頭確定模塊6、評分模塊7、錯題摘錄模塊8、分數(shù)統(tǒng)計模塊9；打印機接口模塊1、網(wǎng)絡(luò)通信模塊2、USB通信模塊3以及數(shù)據(jù)存儲模塊4也經(jīng)內(nèi)部總線與分析單元相連接；所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲試卷掃描后產(chǎn)生的圖片以及分析單元獲取的錯題數(shù)據(jù)/分析記錄；所述習(xí)題標識確定模塊用于確定試卷印刷時設(shè)置的定位標記，進而對客觀題答題區(qū)/主觀題打分區(qū)/各習(xí)題位置進行定位；所述試卷提頭確定模塊用于通過事先印刷在試卷上答題人信息處的定位標記的引導(dǎo)來確定答題人信息；所述評分模塊用于對經(jīng)習(xí)題標識確定模塊對進行確認后對各個習(xí)題打分區(qū)內(nèi)的分數(shù)標記進行圖像識別，并把識別的結(jié)果進行統(tǒng)計分析；所述錯題摘錄模塊在通過習(xí)題標志確定模塊對習(xí)題進行確認，并評分模塊對分數(shù)進行識別后，把錯題進行摘錄，將做錯的習(xí)題以圖片的方式進行存儲；所述分數(shù)統(tǒng)計模塊針對評分模塊產(chǎn)生的分數(shù)進行分析，并輸出圖表。

本發(fā)明所述數(shù)據(jù)緩存模塊10采用閃存技術(shù)，用于存儲試卷在分析過程中產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)，該模塊的存儲為臨時性存儲，設(shè)備斷電后數(shù)據(jù)丟失。

本發(fā)明所述總處理模塊11用于對系統(tǒng)各個模塊和單元進行協(xié)調(diào)管理。

本發(fā)明所述顯示模塊12采用帶觸摸的液晶屏，用于顯示網(wǎng)絡(luò)連接情況，打印機連接情況，U盤連接情況，試卷處理進度，數(shù)據(jù)存儲情況等。

本發(fā)明所述網(wǎng)絡(luò)通信模塊2用于網(wǎng)絡(luò)通信，可以通過網(wǎng)路通信模塊中的接口電路獲取分數(shù)統(tǒng)計信息，錯題記錄等內(nèi)容。

本發(fā)明所述USB通信模塊3主要用于外接U盤，方便從系統(tǒng)中導(dǎo)出分析統(tǒng)計信息等內(nèi)容。

本發(fā)明所述打印機接口模塊用于外接打印機，用于輸出分析結(jié)果的打印數(shù)據(jù)。

本發(fā)明所述分析單元中還設(shè)有用于提高圖像清晰度的圖像處理單元，所述圖像處理單元對于讀取到的圖像進行以下處理：

步驟1：讀取原始圖像I；

步驟2：求原始圖像I中每個像素點的R、G、B三個通道的最小值，并賦值給當前像素點，得到的灰度圖像記為I_g，若I為灰度圖像，則I_g＝I；

步驟3：利用公式(1)對第二步得到的I_g圖像進行濾波，定義Ω(x，y)為以坐標(x，y)的像素點為中心的大小為N*N的模版區(qū)域，其中取N∈(9，21)，N越大求得的大氣參數(shù)越小，得到無霧圖像的整體亮度相對越亮；

步驟4：得到I_g^dark圖像中強度最大的像素點的位置坐標(x_max，y_max)，若I為彩色圖像，則大氣參數(shù)A_R＝I_R(x_max，y_max)、A_G＝I_G(x_max，y_max)和A_B＝I_B(x_max，y_max)，其中I_B、I_G和I_B分別為彩色圖像I的R、G和B通道，若I為灰度圖像，其大氣參數(shù)A_gray＝I(x_max，y_max)；

步驟5：求取圖像的長度h和寬度w，然后利用公式(2)對I_g^dark圖像中滿足坐標條件的像素點求其透射率的值，坐標(x，y)的取值滿足以下條件中x和y的所有組合：x＝1、1+S、1+2*S、…、h，y＝1、1+S、1+2*S、…、w，步長S∈(40，100)，S越大，第六步的處理速度越快，但是估計的回歸方程的系數(shù)相對不太準確，去霧效果相對差些，若I為彩色圖像，則式(2)中若I為灰度圖像，則式(2)中A＝A_gray，ω0為調(diào)節(jié)參數(shù)，其中ω0∈(0，1)，ω0越大去霧效果越好；

步驟6：利用二元二次線性回歸分析對第五步涉及的像素點及對應(yīng)的透射率進行回歸分析，得到如式(3)的方程的系數(shù)b₀、b₁、b₂、b₃、b₄和b₅；

t＝b₀+b₁*x+b₂*y+b₃*xy+b₄*x²+b₅*y² (3)

步驟7：利用公式(3)得到所有像素點的透射率t；

步驟8：利用公式(4)恢復(fù)無霧圖像，若I為彩色圖像，則分別在R、G、B三個通道利用公式(4)恢復(fù)無霧圖像J(x)，其中A分別取A_R、A_G和A_B，I分別取I_R、I_G和I_B，則分別得到J的三個通道J_R、J_G和J_B，若I為灰度圖像，則A＝A_gray；

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：(1)不改變老師批卷流程。本發(fā)明針對老師批閱完的試卷進行深入分析，協(xié)助老師對分數(shù)進行分析，對各個試題的答題情況、正確率進行分析。實現(xiàn)了分數(shù)的自動分析，自動統(tǒng)計，減輕了老師的負擔(dān)。(2)提升教學(xué)質(zhì)量。通過對試卷的分析，老師能夠知道各知識點有多少學(xué)生答對，有多少學(xué)生答錯，從而清楚的知道學(xué)生對各個知識點的掌握情況，對掌握不好的知識點能夠及時進行補充講解，提高教學(xué)效率，提升教學(xué)質(zhì)量；(3)針對學(xué)生答錯的試題自動生產(chǎn)錯題本。學(xué)生對考試中出現(xiàn)的錯題進行針對性的鞏固練習(xí)。(4)設(shè)備成本低。嵌入式學(xué)情分析設(shè)備硬件采用嵌入式操作系統(tǒng)，設(shè)備整體成本較通用系統(tǒng)能夠降低50％以上。同時本設(shè)備對于配套掃描儀無特殊要求，市場常見掃描儀都可配套使用。