關(guān)于使用高清攝像頭進(jìn)行自學(xué)考試電子檔案采集的研究

陳漢華

關(guān)于使用高清攝像頭進(jìn)行自學(xué)考試電子檔案采集的研究

陳漢華

本文主要介紹了當(dāng)前電子檔案圖像管理的方法，分析了舊的電子檔案圖像管理模式的缺陷，具體闡述了如何將電子檔案圖像存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中并通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)電子檔案圖像進(jìn)行管理。介紹了這種新的電子檔案圖像管理模式的優(yōu)點(diǎn)、對(duì)軟硬件的要求，以及具體的應(yīng)用策略。

電子檔案；高清攝像頭；條形碼

1 自學(xué)考試電子檔案管理系統(tǒng)介紹

自學(xué)考試電子檔案管理系統(tǒng)是將考生的紙質(zhì)檔案材料通過(guò)掃描的方式轉(zhuǎn)為電子圖像的形式，通過(guò)磁盤(pán)的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，并在此之上進(jìn)行開(kāi)發(fā)相應(yīng)的系統(tǒng)進(jìn)行管理。福建省于2000年上半年開(kāi)始在福州試點(diǎn)考生考籍檔案管理的電子化改革，經(jīng)過(guò)近3年的探索和實(shí)驗(yàn)，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，不斷完善，于2003年下半年開(kāi)始在全省推廣該項(xiàng)改革，時(shí)至今日，已經(jīng)基本將全省所有在籍考生的紙質(zhì)檔案掃描成電子圖像格式的文件，基本實(shí)現(xiàn)了考生考籍檔案的電子化管理。并在此基礎(chǔ)上建立了省級(jí)的考籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)和電子檔案圖像庫(kù)，自行研制開(kāi)發(fā)了一系列相關(guān)的考籍管理軟件，搭建起從省自考辦到各市、縣（區(qū)）自考辦的考籍管理工作平臺(tái)。

1.1 目前自學(xué)考試電子檔案圖像的采集方式

目前考生的紙質(zhì)檔案采集是分四步：首先對(duì)每張要掃描的紙質(zhì)材料打印條形碼；整理紙質(zhì)檔案材料并貼上條形碼；由掃描人員在客戶(hù)端使用高速掃描儀掃描紙質(zhì)檔案，掃描儀在掃描的同時(shí)識(shí)別條形碼；最后由分發(fā)人員在管理端對(duì)掃描生成的圖像進(jìn)行校驗(yàn)，根據(jù)條形碼識(shí)別結(jié)果對(duì)圖像文件進(jìn)行命名后再分發(fā)入庫(kù)。

1.2 目前自學(xué)考試電子檔案圖像采集方式的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)

目前自學(xué)考試電子檔案的圖像采集設(shè)別主要是高速掃描儀，用該設(shè)備采集電子檔案圖像具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）采集速度快。普通高速掃描儀以柯達(dá)I260為例，在采集A4幅面的紙質(zhì)材料時(shí)能達(dá)到30張/分的掃描速度。

2）生成的圖像文件小。同樣以A4幅面的紙質(zhì)材料為例，在黑白模式、200DPI精度掃描生成的TIF格式圖像一般在80K以下。

3）條形碼識(shí)別率高。

4）軟硬件技術(shù)成熟，應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)、范圍廣，方便進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

但是，福建省在多年的掃描實(shí)踐過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)使用高速掃描儀采集電子檔案存在以下缺點(diǎn)：

1）高速掃描儀價(jià)格昂貴，維護(hù)成本高。普通高速掃描儀價(jià)格均在10萬(wàn)元左右，每年的維護(hù)費(fèi)為1萬(wàn)元/臺(tái)。

2）掃描儀容易損壞。高速掃描儀一般是采用進(jìn)紙的方式進(jìn)行掃描，容易吸入各種雜物，引起損壞。而且長(zhǎng)期使用容易造成機(jī)器過(guò)熱，需要定時(shí)關(guān)機(jī)冷卻。

2 使用攝像頭進(jìn)行自學(xué)考試電子檔案采集的設(shè)想

考慮到電子檔案采集實(shí)際上就是一個(gè)紙質(zhì)檔案電子化的過(guò)程，如果我們使用攝像頭，對(duì)準(zhǔn)固定的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以一定的時(shí)間間隔對(duì)監(jiān)控畫(huà)面進(jìn)行采樣，對(duì)采樣的畫(huà)面進(jìn)行分析（識(shí)別條形碼），如果識(shí)別出條形碼則說(shuō)明當(dāng)前位置上是一張?jiān)嚲恚缓笪覀兙涂梢詫?duì)采樣的畫(huà)面進(jìn)行相應(yīng)的圖像處理（如糾正、去黑邊、二值化等）后保存。這樣電子檔案的采集就可以由一人在固定位置不斷放置試卷，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行識(shí)別并保存。

要使用攝像頭采集電子檔案圖像，必須具備以下幾點(diǎn)要求。

硬件方面：

1）攝像頭必須具備高清錄制的功能，以保證能采集到足夠大幅面的圖像并保證采集圖像的清晰度。

2）攝像頭必須能夠自動(dòng)對(duì)焦，以減少手工對(duì)焦的操作。

軟件方面：

1）程序能夠控制攝像頭以一定時(shí)間頻率進(jìn)行采樣，一般通用的攝像頭開(kāi)發(fā)控件無(wú)法提供這項(xiàng)功能，必須自行開(kāi)發(fā)。

2）程序要求對(duì)圖像中的條形碼有較高的識(shí)別率，這樣才能保證電子檔案圖像采集的速度。

3）程序應(yīng)控制好采集圖像文件的大小，以免圖像文件過(guò)大影響存儲(chǔ)及查詢(xún)的性能。

使用攝像頭采集電子檔案圖像，相對(duì)于掃描儀具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）成本低廉。普通高清攝像頭成本在500元以下，且基本上無(wú)須維護(hù)。

2）體積小，方便攜帶。

3）持久耐用。攝像頭可以進(jìn)行長(zhǎng)期視頻監(jiān)控，不會(huì)發(fā)生設(shè)備過(guò)熱的情況。

4）操作方便。由于高清攝像頭具有自動(dòng)對(duì)焦的功能，因此我們僅需要固定好攝像頭和被采集物體即可，其余操作有程序在計(jì)算機(jī)后臺(tái)進(jìn)行。

3 使用高清攝像頭采集電子檔案圖像的具體解決方案

為使攝像頭能夠以較高的頻率采集的足夠清晰的電子檔案圖像，我們采用了目前市面上通用的高清攝像頭，具體產(chǎn)品規(guī)格如下：

品牌:達(dá)見(jiàn)faceVsion

傳感器:CMOS

核心光學(xué)鏡頭:1G4P+IR,視角:78.1°

視頻分辨率:最大分辨率1280×800(MAX)

內(nèi)置H.264壓碼智能芯片

最大幀數(shù):16:9 HD(1280×720)為22幀,其他分辨率下(WVGA,VGA,QVGA,CIF)為30幀

3.1 攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控并按時(shí)間頻率采樣的實(shí)現(xiàn)

由于目前的攝像頭驅(qū)動(dòng)程序只能實(shí)現(xiàn)WVGA（640×480）模式的視頻采集，因此我們以WVGA模式對(duì)電子檔案圖像進(jìn)行采集，該模式下攝像頭最大幀數(shù)為30幀/秒，所以只要我們將采樣時(shí)間間隔控制在1/30秒以上就能保證圖像采集速度。

通過(guò)程序調(diào)用WINDOWS API函數(shù)，以TIMER控件控制采樣頻率，我們實(shí)現(xiàn)了控制高清攝像頭實(shí)施監(jiān)控并采樣。

3.2 采樣圖像的條形碼識(shí)別

首先，我們要能夠?qū)D像中的條形碼進(jìn)行識(shí)別。目前流行的條形碼種類(lèi)繁多，為方便描述，本文我們以CODE128碼為例，CODE128分三類(lèi)，即128A,128B,128C，以黑白間隔不同寬度的線(xiàn)條進(jìn)行編碼。我們必須先在圖像中找到條形碼，然后識(shí)別出黑白線(xiàn)條的寬度，并與標(biāo)準(zhǔn)CODE128字符表進(jìn)行比對(duì)，找出對(duì)應(yīng)的字符。具體事項(xiàng)方法如下：

1）首先，我們要對(duì)圖片進(jìn)行處理，把它轉(zhuǎn)換成黑白圖。Y=0.299×r+0.587×g+0.114×b這個(gè)公式是RGB色彩中亮度的貢獻(xiàn)參數(shù)計(jì)算方法。也是常用的RGB轉(zhuǎn)灰度圖片的計(jì)算公式。我們定義一個(gè)閾值來(lái)判定到底是黑還是白，經(jīng)過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)192這個(gè)值比較合適。所有Y小于192的判斷為黑，其余為白。

2）獲取條形碼的粗細(xì)信息。一個(gè)縱向的循環(huán)，計(jì)算出每一條豎線(xiàn)到底是黑線(xiàn)還是白線(xiàn)，同時(shí)記錄出連續(xù)有多少黑線(xiàn)和白線(xiàn)，單位是像素。這樣，我們就可以把圖像轉(zhuǎn)換成我們需要的特征數(shù)據(jù)了。

3）將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成我們要的結(jié)果。我們可以采取一種基于對(duì)比的匹配算法，這種方法可以容許較大的誤差。我們只要將采用的結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行對(duì)比，取方差最小的為結(jié)果就可以了。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，此算法的確有較高的識(shí)別能力。

然后，我們要對(duì)采樣圖像進(jìn)行測(cè)試，判斷攝像頭能夠在多遠(yuǎn)的距離識(shí)別出條形碼。經(jīng)過(guò)測(cè)試我們發(fā)現(xiàn)，攝像頭對(duì)距離10cm左右的試卷進(jìn)行監(jiān)控采樣時(shí)，能夠比較準(zhǔn)確的識(shí)別出條形碼。這個(gè)距離下采樣的圖像如圖1。

圖1

我們可以看到，該距離下攝像頭僅能采集到試卷圖像的一小部分，無(wú)法達(dá)到電子檔案圖像采集的要求。考慮到目前的試卷均為A3幅面，如果我們能夠?qū)^小幅面的筆跡卡（一般為B5幅面）進(jìn)行圖像采集，并增大條形碼的幅面，這樣攝像頭采集到的圖像就能夠達(dá)到電子檔案圖像的要求。

4 使用高清攝像頭采集電子檔案圖像的程序?qū)崿F(xiàn)方法

在進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)時(shí)，我們開(kāi)發(fā)了三個(gè)類(lèi)模塊：classImage Process、 class Video Capture、 class BCRead，分別實(shí)現(xiàn)圖像處理、攝像頭控制、條形碼識(shí)別。具體程序界面如圖2。

圖2

5 高清攝像頭在自學(xué)考試管理系統(tǒng)中的應(yīng)用前景

隨著圖像識(shí)別技術(shù)的不斷發(fā)展和日益成熟，高清攝像頭的應(yīng)用前景也越來(lái)越廣泛。如面部定位，面部識(shí)別，笑臉快拍等，這些技術(shù)目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)中，我們也可以將它移植到高清攝像頭中，并應(yīng)用到自學(xué)考試管理。如在新生報(bào)名攝像時(shí)，我們可以預(yù)先設(shè)置好背景，打開(kāi)攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并以一定時(shí)間頻率開(kāi)始圖像采樣，當(dāng)有考生進(jìn)入監(jiān)控范圍并將面部對(duì)準(zhǔn)攝像頭時(shí)，程序就可以在采樣圖像中定位到面部圖像，并對(duì)該圖像進(jìn)行一定處理后保存下來(lái)。這樣就可以實(shí)現(xiàn)新生報(bào)名時(shí)自動(dòng)采集相片，大大提高了報(bào)名的速度。我們還可以將高清攝像頭應(yīng)用于考場(chǎng)，利用面部識(shí)別技術(shù)對(duì)考生進(jìn)行識(shí)別，通過(guò)與考生相片庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，以防止替考情況的發(fā)生。

[1]Kalen Delaney.SQL Server 2000技術(shù)內(nèi)幕[M].北京：電子工業(yè)出版社.2005：206-300.

[2]微軟公司.Programming a Microsoft SQL Server 2000 Database[M].北京：清華大學(xué)出版社.2002：300-350.

[3]微軟公司.創(chuàng)建和管理WEB服務(wù)器[M].北京：北京希望電子出版社.1999：110-190.

The Research of Store Electronic Documentary Image Files with Database

CHEN Hanhua

This article mainly describes the current method of the electronic documentary image management,analysis the shortcomings of old electronic documentary image management model,describes in detail how to save the electronic documentary image in database and manages the electronic documentary image through database.It describes the merits of this new model of electronic documentary image management,demands of software and hardware,and its material application strategy.

Electronic Documentary；Image；Database

G405

B

1005-8427(2012)04-0039-4

福建省高等教育自學(xué)考試委員會(huì)辦公室