电子内窥镜试卷点数仪

文 湖南师范大学附属中学肖汝宁

假期学校组织去企业实习，我看到制药厂流水线机器人能借助“眼睛”摄像头自动分辨药丸数量、剔除次品。联想到每次考试完协助老师手工清点试卷耗时耗力且时有遗漏，于是我想，能否用摄像头设计一种自动测量试卷数量的仪器？

通过咨询专家和上网搜索资料，我发现利用高清摄像头对码齐的试卷端面成像是一种可行方案。然而，试卷所用纸张厚度只有0.1mm左右，需要高倍放大镜头才能清晰成像。同时，工业相机体积较大，很难密集安装、实现超高叠层试卷数量的单次测量。

在医院工作的亲戚向我推荐了笔式电子内窥镜，它实际上是一种自带镜头和光源的一体化显微成像设备。以此为基础，我设计的试卷点数仪如图所示，设计原理与模块功能如下。

一、机械装置

以化学实验课所用升降台、试管架为原型，设计成像平台。载物台用于承载、固定被测试卷叠层，中间开槽为成像窗。电子内窥镜阵列安装于试管架上，用螺钉固定。成像窗覆盖石英玻璃，用于阻挡灰尘、保护相机镜头。载物台与试管架间的距离（即物距）可通过升降台的螺钉调节。

二、图像分析与线检测

在高倍电子内窥镜图像中，试卷叠层端面表现为明暗交错的条纹，每一条纹对应一张试卷。借助图像处理算法中的脊度测量和线检测算子，得到各试卷条纹红线标记。理论上，所检出的条纹数量就是纸张张数。

受成像噪声和纸张折叠等因素影响，实际图像中试卷条纹常常出现局部断裂。针对该问题，我引入垂直条纹方向的多抽样线模数统计（即中值滤波）进行弥补。

三、图像拼接

采用多个内窥镜相机线性排列的阵列模式实现超厚叠层的试卷成像。

为实现有效拼接，相邻相机图像间需保持100至200像素的局部区域重叠。多相机图像拼接的关键是计算相邻图像间旋转和平移坐标等参数。在上文试卷条纹线检测结果的基础上，采用极坐标（ρi，θi）表示重叠区域各检出直线，这样每一条纹对应极坐标空间的一个点。然后寻找相邻图像间极坐标点最优匹配结果，求得最终校正参数。多相机拼接后的二值图包含全部试卷叠层条纹，其条纹数量就是最终的测量结果。

未来，我将考虑采用振动装置实现试卷自动对齐，并用弯卷机构增加纸张叠层间隙，真正实现零误差测量。