本发明属于教育技术、模式识别和数据分析领域，涉及一种试卷成绩智能采集与分析系统及方法。
背景技术：
对于教师来说，批改试卷、合分、对试卷进行成绩分析等是必不可少的教学活动。在合分时，由于试卷量大、疲劳等因素的影响，合分效率非常低，并且不可避免地出现合分错误，从而影响了某些学生的成绩；在对试卷成绩进行分析时，也是一项比较繁琐的工作，需要计算平均分，以及学生的成绩分布等等，在试卷数量比较大的情况下，则需要花费大量的时间来对成绩进行处理与分析。因此，有必要采取一些技术手段来提高对试卷成绩处理与分析的效率和准确率。
对于合分，目前大多采用人工的方法，即人为的对每个大题的分数进行相加，如果试卷量比较大，经常会出现错误，例如，常会出现多加10分或少加10分的错误。对完成合分的试卷成绩进行分析，大都采用excel软件，利用软件中的函数得到平均分和成绩分布等分析结果，虽然excel可以方便地对数据进行处理，但是该项工作需要较多的人为操作，如需要将合好的每一位学生成绩总分录入到excel中，这一个环节由于人为的操作也有可能会出现输入错误。此外，成绩的录入通常情况下只录入成绩总分，不利于教师对学生每一个题目的答题情况进行分析。
综上所述，目前对试卷进行合分和成绩分析等教学活动，由于大都采用人工的方法，使得工作效率非常低，并且容易出现错误。再者，只对学生成绩总分进行分析，也不能全面了解学生对每个题目的答题情况，很难做到对题目的具体分析以及对学生的因材施教。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种试卷成绩智能采集与分析系统及方法，以便提高教师进行成绩合分和分析等教学活动时的效率和准确率。
其具体技术方案为：
一种试卷成绩智能采集与分析系统，包括成绩智能采集模块、成绩存储模块、成绩分析模块和报表生成模块；
所述成绩智能采集模块，用于对试卷成绩进行采集，即将试卷中的各题目的手写分数识别成具体的数字，并将其相加得到成绩总分，上传至成绩数据库。
所述成绩存储模块，用于存储教师、学生、课程及学生的课程成绩等内容。该模块接收来自成绩采集模块的成绩，存储到数据库中。其中教师、学生和课程的信息有助于后续的数据关联分析，有利于较全面的对学生进行了解。
所述成绩分析模块，用于对成绩进行分析的模块，如对某班级的某门课程的成绩求平均分，求成绩分布等，也可以对该门课程的某一题目进行难易分析。如果成绩数据库包含多门课程，还可以对某一位学生几年来的所有课程成绩进行分析，以得到学生多年来的学习情况等。
所述报表生成模块，用于将分析后的结果，按照用户所需内容格式形成报表文件，供用户分析决策。
进一步，成绩智能采集模块包括图像成绩采集模块和声音成绩识别模块：
所述图像成绩采集模块，用于对试卷中的手写数字分数进行识别。该模块包含以下子模块，首先是颜色过滤子模块，由于试卷分数大都是红色，该模块的功能就是过滤掉试卷中非红色的内容，只保留红色字体内容；其次是去噪子模块，用于对试卷中的教师签名等一些噪声进行去除；然后是手写数字分数识别与合分子模块，即将手写分数识别完成后，将各题目分数相加得到成绩总分。
所述声音成绩识别模块，如果用户没有摄像头或其它图像采集设备，可以通过语音识别的方式，将试卷中的分数识别出来，即用户按题目顺序朗读试卷中题目中的分数，通过语音识别技术将声音转换成数字，并自动相加得到成绩总分。
进一步，所述存储模块可以采用关系数据库方式存储，即根据用户需要，分别建立相关的表格及其关联，主要用于对于分析需求比较简单的情况。如果需要对存储的信息进行较为复杂的关系分析，该存储模块信息的存储可以采用图数据库来存储，这种存储方式是将信息中的所有数据形成一个网状结构，有利于复杂分析与推理。
进一步，所述成绩分析模块，主要包含以下分析子模块，求成绩平均分模块，求成绩分布模块，即某一分数段内学生数及所占比例，数据挖掘子模块，功能包括成绩的聚类、分类及关联分析等，如，用于对某一课程、某一班级或某一学生的成绩走势进行分析；结合学生爱好、是否党员等信息与成绩做关系分析等等。
一种试卷成绩智能采集与分析方法，包括以下步骤：
步骤1、在试卷成绩采集前，把教师、学生和课程等信息输入到系统中。建立好手写数字识别的分类模型，用于对分数进行识别；
步骤2、对试卷中各题目的手写分数进行智能采集；
步骤3、对采集得到的手写分数进行识别，并相加得到成绩总分；
步骤4、根据用户需求，选择不同的数据分析模块对成绩进行多角度分析。
进一步，步骤2中，采用图像采集，通过摄像头或其它图像采集设备获取试卷题目的手写分数，或者通过麦克风采集试卷题目分数的语音信息。
进一步，步骤3中，采用图像识别方式，首先通过颜色过滤得到某一颜色的图像内容，其次是将教师签字等噪声去除，然后将处理后的数据送到分类模型，识别后的数据还要根据手写成绩间距判断是一位数还是两位数，最后得到识别后的数字分数，并相加得到成绩总分，送到成绩存储模块；或者借助语音识别算法将分数的语音信息转换成分数的数字信息，并求和得到成绩总分，送到成绩存储模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
（1）系统通过图像识别和声音识别两种方式对试卷成绩进行智能采集，可以很大程度地提高合分效率，同时可以大大降低合分错误率。
（2）成绩采集的是每个题目的分数，因此可以通过题目成绩来分析题目的难易程度等，便于了解学生对课程知识点掌握的情况。
（3）随着系统的普及，系统中的教师、课程、学生以及成绩等数据会逐渐丰富，不只是某一班级，有可能是某一学校，某一地区的所有信息都存储到系统中，借助系统中的数据挖掘技术，可以方便地对教师和学生情况等进行了解，有助于教育部门作出教育决策。
（4）系统的实现可以采用bs架构，终端只需通过手机、平板电脑或计算机借助浏览器即可登录操作。数据分析也可以通过浏览器来操作与报表生成。
附图说明
图1为本发明试卷成绩采集与分析系统的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方案对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
如图1所示，一种试卷成绩智能采集与分析系统，包括成绩智能采集模块、成绩存储模块、成绩分析模块和报表生成模块；
试卷成绩智能采集与识别模块，用于对试卷中的手写成绩进行智能采集与识别。该模块包含了两种成绩的采集方式，一种是成绩的图像采集，借助摄像头或其它成像设备对试卷分数部分进行拍摄，通过颜色过滤和手写数据识别对分数进行识别；另一种是语音识别模块，用于将分数的语音信息识别成计算机所能认识的数字。数字识别成功后相加得到成绩总分。
成绩存储模块，用于对教师、课程以及学生成绩或其它信息进行存储的模块。根据用户需求，可以采用两种存储方式，一种是基于目前常用的关系数据库存储；另一种方式是采用图数据库存储，有利于用户的复杂关系查询与分析。
成绩数据分析模块，用于对成绩数据库中的数据进行具体的分析，包括成绩的关键值求解模块（如对平均值，最大值、最小值等求解），成绩分布分析模块（对不同分数段学生人数的分布情况进行分析），成绩分类和聚类模块（如根据成绩对学生进行分类或聚类）以及成绩的关系分析模块（如分析学生、教师相关信息对成绩的影响等）。
报表生成模块，用于将成绩分析的结果形成某一格式的文件，如excel文件、pdf文件或word文件等。
一种试卷成绩智能采集与分析方法，具体实施步骤如下：
（1）首先教师登录系统，将教师信息、课程信息和学生信息输入到系统中；
（2）教师在系统中选择某一课程，并选择采集与识别方式，是图像采集识别还是声音采集识别。对于图像采集识别，首先，要对试卷进行颜色过滤（如过滤得到红色内容）与去噪（如去掉教师签名等内容）操作，得到手字分数信息，送入到识别分类器（可以采用最近邻、svm或深度学习识别算法，事先建立好分类模型），然后，将分类器的识别结果通过字距计算出是一位数还是二位数（如，对于第一题是12分，确定是识别成1分和2分，还是识别成12分），最后，将识别后的题目分数相加得到成绩总分。对于语音识别，首先由麦克风获取得到分数的语音信息，然后将其送到语音识别模块（如，可以采用语音识别硬件设备，或采用语音识别api（百度语音api，讯飞语音识别api等）），然后将识别后的分数相加得到成绩总分。
（3）由第（2）步得到的成绩信息发送到成绩存储模块，其中包含每个题目的分数和总分，因为学生信息已事先输入，所以在识别和信息发送时要注意成绩和学生的对应关系。
（4）根据成绩数据库中的数据，可以对其做具体的数据分析，如可以求解某一班级的某一课程的平均成绩，分析一些分数段中学生的人数分布，再复杂一些，可以通过数据挖掘中的分类算法（如决策树方法、最近邻方法、svm方法等等）对学生的成绩情况进行分类等，还可以将学生、教师甚至课程的其它信息，如学生的兴趣爱好、教师的科研、课程的性质等信息与学生成绩关联起来分析，以获取得隐含的数据内容。
（5）将第（4）步分析得到的数据结果，按照一定的格式（如排版格式、文件存储格式）等形成具体的文件。供教师或教育相关部分分析，为教育决策提供辅助。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。