マークリーダー（pythonのみ）※観点別あり 高校定期テスト向け

導入の経緯

観点別評価という面倒なものが導入されたので，観点別に配点を計算するようにプログラムを改良

環境

PCというかOS
macOS 14.4.1　←動作確認済
(pythonやOpen CVが使えれば何でもいい)

python
python 3.8.1

スキャナー
canonの自動送り(中古で2,3万？)

スキャナーソフト
CaptureOnTouch
　設定
　・グレースケール
　・200dpi
　・jpeg
　・3標準

詳細設定で連番にするのを忘れずに

この名前の付け方がおかしいと
プログラムをまわしたとき，エラーになります．

その他細かい設定

読み取ったやつ

必要なライブラリ

cv2
numpy
statistics
glob

もしなければ

$ pip install cv2

で適宜インストール

必要なもの

・記入済みマークシート用紙を含むディレクトリ（student）
・マーカー（maker.jpg）
　(スキャナで読み取ったマークシートの黒四角を切り抜いたもの)
・プログラム（mark35.py）
・空のディレクトリ（result）

これを同一ディレクトリ（上の図の場合l2）に入れて実行

$ python mark35.py

エラーがなければ，
結果出力用のディレクトリ（result）に
答案用紙が作成される．

あとはこれらをまとめてコピーして配布

プログラムソースコード

mark35.py

#ライブラリを取得
import numpy as np
import cv2
import statistics
import glob

#正解，配点記入欄
number  = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35] #番号
eanswer = [3, 7, 5, 4, 4, 6, 3, 6, 9,  3,  8,  3,  2,  3,  4,  4,  4,  6,  2,  2,  3,  6,  6,  2,  4,  7,  8,  1,  4,  2,  2,  2,  8,  6,  5] #正解
allo    = [3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3,  3,  3,  3,  3,  3,  3,  3,  3,  3,  3,  3,  3,  3,  3,  3,  3,  3,  2,  2,  2,  2,  2,  3,  3,  3,  3] #配点
kant    = [2, 2, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1,  1,  1,  1,  2,  2,  2,  1,  1,  1,  2,  2,  1,  2,  1,  2,  1,  2,  1,  2,  2,  1,  1,  1,  1,  2,  2] #観点1知識技能2思考判断
#観点合計計算
model_kan1 = []
model_kan2 = []
for al, ka in zip(allo, kant):
  if str(ka) == str(1):
   model_kan1.append(al)
  elif str(ka) == str(2):
   model_kan2.append(al)
model_total_kan1 = round(sum(model_kan1),1) #観点1の合計
model_total_kan2 = round(sum(model_kan2),1) #観点2の合計
  
#正解は1，不正解は2
T = "1"
F = "0"
E = "20" #マークミスエラー用

#画像認識の閾値
threshold1 = 0.5     #閾値
threshold2 = 255*500 #閾値

#マークシートの形式
n_col = 11 # マークの列数（左黒四角の左辺〜右黒四角の左辺）
n_row = 40 # マークの行数（マークする番号の開始〜終了までの行数）
margin_top = 3 # 上余白行数（上黒四角の上辺〜組番号までの行数）
margin_bottom = 0 # 下余白行数（下黒四角の上辺〜最後の問までの行数）
start = 5 #出席番号の分の列#百の位〜解答欄までの列の総計
n_row_total = n_row + margin_top + margin_bottom #行数(マーク行  + 上余白  + 下余白)
#グレースケール (mode = 0)でファイルを読み込む
marker=cv2.imread('marker.jpg',0)

#ここまでは自分で調節
########################################################################
#スキャナーで読み取ったシートのファイル数を取得
jpgcount = len(glob.glob1('student','*.jpg'))
print('読み込みファイル数',jpgcount)

matrix = [] #生徒x問題x各項目(正誤，正答率等)のリスト作成
studentnamelist  = [] #出席番号のリスト
studentnamelist3 = [] #数字のみのリスト

#######################################
#ここから各生徒の回答を読み込むループ
for k in range(jpgcount):
 print('####################')
 #スキャン画像を読み込む
 img = cv2.imread('student/student_%s.jpg' %str(k+1), 0)
 #マーカー検出
 res = cv2.matchTemplate(img, marker, cv2.TM_CCOEFF_NORMED)
 loc = np.where( res >= threshold1)
 #cv2.imwrite('resimg.jpg',img)

 #マークシート部分の切り抜き
 mark_area={}
 mark_area['top_x']= min(loc[1])
 mark_area['top_y']= min(loc[0])
 mark_area['bottom_x']= max(loc[1])
 mark_area['bottom_y']= max(loc[0])
 img = img[mark_area['top_y']:mark_area['bottom_y'],\
           mark_area['top_x']:mark_area['bottom_x']]
 #cv2.imwrite('kiri.jpg',img)

 #リサイズ
 #Answer = cv2.imread('kiri.jpg', 0)
 Answer_Resize = cv2.resize(img, (n_col*100, n_row_total*100))
 #cv2.imwrite('kiri.jpg', Answer_Resize)

 #ぼかし
 Answer_Blur = cv2.GaussianBlur(Answer_Resize, (5,5), 0)
 #cv2.imwrite('Answer_Blur.jpg',Answer_Blur)

 #2値化
 RetVal, Answer_Binarization = \
  cv2.threshold(Answer_Blur, 50, 255, cv2.THRESH_BINARY+cv2.THRESH_OTSU)
 #cv2.imwrite('Answer_Binarization.jpg',Answer_Binarization)

 #白黒反転
 Answer_Reverse = 255 - Answer_Binarization
 #cv2.imwrite('Answer_Reverse.jpg',Answer_Reverse)

 #行と列に分解して各場所の階調の合計値を計算
 Result = []
 for row in range(margin_top+1, margin_top+1+n_row):
  tmp_Answer = Answer_Reverse [(row-1)*100:row*100,]#
  cv2.imwrite("PNG/Answer_Tmp%d.png" % row, tmp_Answer)#
  tmp_Answer = Answer_Reverse [(row-1)*100:row*100,]
  Area_sum = []  
  for col in range(n_col):
   Area_sum.append(np.sum(tmp_Answer[:,col*100:(col+1)*100]))
  Result.append(Area_sum > np.median(threshold2))#閾値
    
 #ここから番号の読み取り#########
 #組番号の読み取り
 cl = np.where(Result[0]==True)[0]#+1
 if len(cl)>1:
  print("ダブルマーク")
  print("組番号読取失敗x")
  continue
 elif len(cl)==1:
  cla = str(cl[0])
 else:
  print("ノーマーク")
  print("組番号読取失敗x")
  continue

 #出席番号の読み取り
 num = []
 #一桁目読み取り
 re = np.where(Result[1]==True)[0]#+1
 if len(re)>1:
  print("ダブルマーク")
  print("出席番号読取失敗x")
  continue
 elif len(re)==1:
  num.append(int(re))
 else:
  print("ノーマーク")
  print("出席番号読取失敗x")
  continue   
 #二桁目読み取り
 re = np.where(Result[2]==True)[0]#+1
 if len(re)>1:
  print("ダブルマーク")
  print("出席番号読取失敗x")
  continue
 elif len(re)==1:
  num.append(int(re))
 else:
  print("ノーマーク")
  print("出席番号読取失敗x")
  continue
      
 #出席番号読み取り成功後
 nu = str(num[0])+ str(num[1])
 code = str(cla) + str(nu)

 #ターミナルに表示
 print('出席番号%s' % code)

 #各生徒の空の配列をつくる
 exec_hako = 'student_' + str(code) + '=[]'
 exec(exec_hako)

 #出力ファイル作成(生徒に配るやつ)##################################
 #回答番号の読み取り
 answer = []
 for x in range(start,len(Result)):
  res = np.where(Result[x]==True)[0]#+1
  if len(res)>1:
   res = 20
   print("問%sダブルマーク" % (x-start+1))
   answer.append(res)
  elif len(res)==1:
   answer.append(int(res[0]))#リスト化
  else:
   res = 20
   print("問%sノーマーク" % (x-start+1))
   answer.append(res)#リスト化

 s_answer=[]
 r_or_w = []
 kant1 = []
 kant2 = []
 for nu, an, ea, al, ka in zip(number, answer, eanswer, allo, kant):
  if str(an) == str(20):
   s_answer.append(int(E))
   r_or_w.append(int(F))
   kant1.append(int(F))
   kant2.append(int(F))   
  elif str(an) == str(ea):
   s_answer.append(an)
   r_or_w.append(int(T))
   if str(ka) == str(1):
    kant1.append(int(T))#
    kant2.append(int(F))#
   else:
    kant1.append(int(F))#
    kant2.append(int(T))#
  else:
   s_answer.append(an)
   r_or_w.append(int(F))
   kant1.append(int(F))
   kant2.append(int(F))
   
 exec_append = 'student_' + str(code) + '.append(number)'#matrix0
 exec(exec_append)
 exec_append = 'student_' + str(code) + '.append(eanswer)'#1
 exec(exec_append)
 exec_append = 'student_' + str(code) + '.append(s_answer)'#2
 exec(exec_append)
 exec_append = 'student_' + str(code) + '.append(r_or_w)'#3
 exec(exec_append)
 exec_append = 'student_' + str(code) + '.append(allo)'#4
 exec(exec_append)
#観点別
 exec_append = 'student_' + str(code) + '.append(kant1)'#matrix5
 exec(exec_append)
 exec_append = 'student_' + str(code) + '.append(kant2)'#matrix6
 exec(exec_append)
#観点別合計
 exec_append = 'student_' + str(code) + '.append(kant)'#matrix7
 exec(exec_append)
 
 print("読取完了o")

 #リスト作成
 studentnamelist.append('%s.txt' % code)
 studentnamelist3.append(code)
 #おわり

#正答率などの計算#####################
#各生徒の問題x各項目(二次元)を連結して生徒x問題x各項目(三次元)
for i in range(len(studentnamelist)):
 exec_append = 'matrix.append(student_' + str(studentnamelist3[i]) + ')'
 exec(exec_append)

#合計点
total=[]
totalkan1=[]
totalkan2=[]
#生徒方向のループ
for i in range(len(studentnamelist)):
 #配列の作成
 exec_append = 'qu' + str(i+1) + '=[]'
 exec(exec_append)
 #配列の作成観点1
 exec_append = 'k1' + str(i+1) + '=[]'
 exec(exec_append)
 #配列の作成観点2
 exec_append = 'k2' + str(i+1) + '=[]'
 exec(exec_append)

 #問方向のループ
 for j in range(len(matrix[0][0])):
  exec_append = 'qu' + str(i+1) + '.append((matrix['+ str(i) + '][3][' + str(j) + '])\
  *(matrix[' + str(i) + '][4][' + str(j) + ']))'
  exec(exec_append)
  #観点1
  exec_append = 'k1' + str(i+1) + '.append((matrix['+ str(i) + '][5][' + str(j) + '])\
  *(matrix[' + str(i) + '][4][' + str(j) + ']))'
  exec(exec_append)
  #観点2
  exec_append = 'k2' + str(i+1) + '.append((matrix['+ str(i) + '][6][' + str(j) + '])\
  *(matrix[' + str(i) + '][4][' + str(j) + ']))'
  exec(exec_append)
#合計計算
 exec_append = 'total.append(sum(qu' + str(i+1) + '))'
 exec(exec_append)
#観点合計計算
 exec_append = 'totalkan1.append(sum(k1' + str(i+1) + '))'
 exec(exec_append)
 exec_append = 'totalkan2.append(sum(k2' + str(i+1) + '))'
 exec(exec_append)
 
#平均点
av = sum(total)/len(studentnamelist)
#観点1平均
av_kan1 = sum(totalkan1)/len(studentnamelist)
#観点2平均
av_kan2 = sum(totalkan2)/len(studentnamelist)
#標準偏差
std = statistics.stdev(total)
#中央値
med = statistics.median(total)
#偏差値
dv = []
for i in range(len(studentnamelist)):
 dvi = round(50 + ((total[i]-av)/std)*10,1)
 dv.append(dvi)

#度数分布
f00_04 = 0
f05_09 = 0
f10_14 = 0
f15_19 = 0
f20_24 = 0
f25_29 = 0
f30_34 = 0
f35_39 = 0
f40_44 = 0
f45_49 = 0
f50_54 = 0
f55_59 = 0
f60_64 = 0
f65_69 = 0
f70_74 = 0
f75_79 = 0
f80_84 = 0
f85_89 = 0
f90_94 = 0
f95_99 = 0
f100   = 0

for  i in range(len(total)):
 if total[i] >= 0 and total[i] < 5:
  f00_04 = f00_04 + 1
 elif total[i] >= 5 and total[i] < 10:
  f05_09 = f05_09 + 1
 elif total[i] >= 10 and total[i] < 15: 
   f10_14 = f10_14 + 1
 elif total[i] >= 15 and total[i] < 20:
  f15_19 = f15_19 + 1
 elif total[i] >= 20 and total[i] < 25: 
  f20_24 = f20_24 + 1
 elif total[i] >= 25 and total[i] < 30: 
  f25_29 = f25_29 + 1
 elif total[i] >= 30 and total[i] < 35:
  f30_34 = f30_34 + 1
 elif total[i] >= 35 and total[i] < 40:
  f35_39 = f35_39 + 1
 elif total[i] >= 40 and total[i] < 45:
  f40_44 = f40_44 + 1
 elif total[i] >= 45 and total[i] < 50:
  f45_49 = f45_49 + 1
 elif total[i] >= 50 and total[i] < 55:
  f50_54 = f50_54 + 1
 elif total[i] >= 55 and total[i] < 60: 
  f55_59 = f55_59 + 1
 elif total[i] >= 60 and total[i] < 65: 
  f60_64 = f60_64 + 1
 elif total[i] >= 65 and total[i] < 70:
  f65_69 = f65_69 + 1
 elif total[i] >= 70 and total[i] < 75:
  f70_74 = f70_74 + 1
 elif total[i] >= 75 and total[i] < 80:
  f75_79 = f75_79 + 1
 elif total[i] >= 80 and total[i] < 85:
  f80_84 = f80_84 + 1
 elif total[i] >= 85 and total[i] < 90:
  f85_89 = f85_89 + 1
 elif total[i] >= 90 and total[i] < 95:
  f90_94 = f90_94 + 1
 elif total[i] >= 95 and total[i] < 100:
  f95_99 = f95_99 + 1
 elif total[i] == 100:
  f100   = f100 + 1

#正答率の計算
#matrixからの切り出しright and wrong(raw)
for i in range(len(matrix[0][0])):
 exec_append = 'raw' + str(i+1) + '=[]'
 exec(exec_append)

#生徒方向へのループ
for i in range(len(studentnamelist)):
 #問題方向へのループ
 for j in range(len(matrix[0][0])):
  exec_append2 = 'raw' + str(j+1) + '.append(matrix[' + str(i) + \
  '][3][' + str(j) + '])'#[3]は正答率を書き込む列によって変更
  exec(exec_append2)

#Correct answer rate(car)
car = []
for i in range(len(matrix[0][0])):
 exec_append  = 'car.append(sum(raw' + str(i+1) + ')/len(raw' + str(i+1) + ')*100)'#正答率
 exec(exec_append)
#少数第二位まで四捨五入
car = [round(car[n], 1) for n in range(len(car))] 

#正答率をmatrixの列の端っこにくっつける
#つまり正答率はmatrix8
for row in matrix:
     row.append(car)

#正誤をoとxに置き換え
for i in range(len(studentnamelist)):
 matrix[i][3] = ['o' if j ==  1  else j for j in matrix[i][3]]
 matrix[i][3] = ['x' if j ==  0  else j for j in matrix[i][3]]
 matrix[i][2] = ['?' if j ==  20 else j for j in matrix[i][2]]
 #観点別の方も置き換え
 matrix[i][7] = ['基' if j ==  1 else j for j in matrix[i][7]] 
 matrix[i][7] = ['応' if j ==  2 else j for j in matrix[i][7]]
#平均，標準偏差を四捨五入
av      = round(av,1)
av_kan1 = round(av_kan1,1)
av_kan2 = round(av_kan2,1)
std     = round(std,1)

for i in range(len(studentnamelist)):
 temp = 0
 temp = 'result/' + str(studentnamelist[i])
 with open(temp, 'w') as f:
  print('出席番号%s' % (studentnamelist[i])[0:3], file=f)
  print('\n番号'.rjust(2),'正解'.rjust(2),'回答'.rjust(2),'正誤'.rjust(2),'配点'.rjust(2),'正答率'.rjust(2),'観点'.rjust(2),file=f)
  for j in range(len(matrix[0][0])):
   print(str(matrix[i][0][j]).rjust(4),str(matrix[i][1][j]).rjust(4),\
         str(matrix[i][2][j]).rjust(4),str(matrix[i][3][j]).rjust(4),\
         str(matrix[i][4][j]).rjust(4),' ',str(matrix[i][8][j]).rjust(4),str(matrix[i][7][j]).rjust(4),file=f)
  print('\n合計点',str(total[i]).rjust(3),'　　偏差値',str(dv[i]).rjust(3),file=f)
  print('（基',str(totalkan1[i]).rjust(3) ,'　応',str(totalkan2[i]).rjust(3),'）',file=f)
  print('------------------------------',file=f)
  print('平均点',str(av).rjust(3),'  標準偏差',str(std).rjust(3),file=f)
  print('(基',str(av_kan1).rjust(3),'　応',str(av_kan2).rjust(3),'）',file=f) 
  print('\n度数分布',file=f)
  print('100        ',str(f100).rjust(2),  ' |             '       ,file=f)
  print('95 ~ 99    ',str(f95_99).rjust(2),' |  45 ~ 49    ',str(f45_49).rjust(2),file=f)
  print('90 ~ 94    ',str(f90_94).rjust(2),' |  40 ~ 44    ',str(f40_44).rjust(2),file=f)
  print('85 ~ 89    ',str(f85_89).rjust(2),' |  35 ~ 39    ',str(f35_39).rjust(2),file=f)
  print('80 ~ 84    ',str(f80_84).rjust(2),' |  30 ~ 34    ',str(f30_34).rjust(2),file=f)
  print('75 ~ 79    ',str(f75_79).rjust(2),' |  25 ~ 29    ',str(f25_29).rjust(2),file=f)
  print('70 ~ 74    ',str(f70_74).rjust(2),' |  20 ~ 24    ',str(f20_24).rjust(2),file=f)
  print('65 ~ 99    ',str(f65_69).rjust(2),' |  15 ~ 19    ',str(f15_19).rjust(2),file=f)
  print('60 ~ 64    ',str(f60_64).rjust(2),' |  10 ~ 14    ',str(f10_14).rjust(2),file=f)
  print('55 ~ 59    ',str(f55_59).rjust(2),' |   5 ~  9    ',str(f05_09).rjust(2),file=f)
  print('50 ~ 54    ',str(f50_54).rjust(2),' |   0 ~  4    ',str(f00_04).rjust(2),file=f)

#模範解答作成
model_dv         = round(50 + ((sum(matrix[0][4])-av)/std)*10,1)#偏差値
model_total      = round(sum(matrix[0][4]),1)

with open('result/model_answer.txt', 'w') as f:
  print('模範解答', file=f)
  print('\n番号'.rjust(2),'正解'.rjust(2),'回答'.rjust(2),'正誤'.rjust(2),'配点'.rjust(2),'正答率'.rjust(2),'観点'.rjust(2),file=f)
  for j in range(len(matrix[0][0])):
   print(str(matrix[i][0][j]).rjust(4),str(matrix[i][1][j]).rjust(4),str(matrix[i][1][j]).rjust(4),'o'.rjust(4),\
         str(matrix[i][4][j]).rjust(4),' ',str(matrix[i][8][j]).rjust(4),str(matrix[i][7][j]).rjust(4),file=f)
  print('\n合計点',str(model_total).rjust(3),'　　偏差値',str(model_dv).rjust(3),file=f)
  print('（基',str(model_total_kan1).rjust(3) ,'　応',str(model_total_kan2).rjust(3),'）',file=f)
  print('------------------------------',file=f)
  print('平均点',str(av).rjust(3),'  標準偏差',str(std).rjust(3),file=f)
  print('(基',str(av_kan1).rjust(3),'　応',str(av_kan2).rjust(3),'）',file=f) 
  print('\n度数分布',file=f)
  print('100        ',str(f100).rjust(2),  ' |             '       ,file=f)
  print('95 ~ 99    ',str(f95_99).rjust(2),' |  45 ~ 49    ',str(f45_49).rjust(2),file=f)
  print('90 ~ 94    ',str(f90_94).rjust(2),' |  40 ~ 44    ',str(f40_44).rjust(2),file=f)
  print('85 ~ 89    ',str(f85_89).rjust(2),' |  35 ~ 39    ',str(f35_39).rjust(2),file=f)
  print('80 ~ 84    ',str(f80_84).rjust(2),' |  30 ~ 34    ',str(f30_34).rjust(2),file=f)
  print('75 ~ 79    ',str(f75_79).rjust(2),' |  25 ~ 29    ',str(f25_29).rjust(2),file=f)
  print('70 ~ 74    ',str(f70_74).rjust(2),' |  20 ~ 24    ',str(f20_24).rjust(2),file=f)
  print('65 ~ 99    ',str(f65_69).rjust(2),' |  15 ~ 19    ',str(f15_19).rjust(2),file=f)
  print('60 ~ 64    ',str(f60_64).rjust(2),' |  10 ~ 14    ',str(f10_14).rjust(2),file=f)
  print('55 ~ 59    ',str(f55_59).rjust(2),' |   5 ~  9    ',str(f05_09).rjust(2),file=f)
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