纸面作业辅助学习系统、方法、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及教学辅助设备领域，具体地说，涉及纸面作业辅助学习系统、方法、设备及存储介质。


背景技术：

2.目前，在学生放学后到家长回到家之间有4个小时左右(下午3点到7点之间)的宝贵时间，这段时间是学生的主要学习时间，但是由于家长、老师都不在身边，没有人能进行辅导，所有存在以下问题：
3.(1)对于纸面作业，学生无法独立获得差错或者解答；如果请，家庭教师则代价昂贵。
4.(2)现有技术的基于平板的电子设备，需要学生做好题目后，放下手中的笔操作电子设备，拍摄需要检查的题目，获得正确与否的解答，然后再拿起笔继续做题，这个过程(放笔再拿起笔)经常打断了学生做题的自然体验，用户体验不佳。
5.(3)如果借住手机或者ipad显示答案或是解答过程，可操作的手机或者平板有可能会让学生受到玩游戏、看视频的诱惑，从而降低作业效率。
6.因此，本发明提供了一种纸面作业辅助学习系统、方法、设备及存储介质。


技术实现要素：

7.针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供纸面作业辅助学习系统、方法、设备及存储介质，克服了现有技术的困难，能够通过纸面作业进行图文识别，自动检测学生做错题中的错误，并及时显示正确解答，大大提高用户人性化体验，并且整个使用过程中，无需使用到手机和ipad等移动终端，防止学生因为移动终端而分心，更有利于提升学习效率。
8.本发明的实施例提供一种纸面作业辅助学习系统，包括：
9.一桌子，用于放置纸面作业；
10.一支撑臂，设置于桌子上；
11.一照明设备，设置于所述支撑臂，照射所述桌子上表面；
12.一摄像设备，设置于所述支撑臂，拍摄所述纸面作业；
13.一投影设备，设置于所述支撑臂，向所述纸面作业投影；
14.一处理单元，分别连接所述摄像设备和投影设备，所述处理单元对所述摄像设备采集的图像进行图文识别，自所述图像中定位至少一题目文本区域和与所述题目文本区域相关联的笔迹图案区域，并生成一相关联的解答投影区域，分别自所述题目文本区域中识别出题目文本信息，自笔迹图案区域识别出学生书写信息，基于每段所述题目文本信息在预设题库中查找对应的题目和预设答案，判断所述学生书写信息与所述预设答案是否匹配，若否，则将所述学生书写信息标记为错误解答，自将所述预设答案通过所述投影设备投影于所述错误解答相关联的解答投影区域。
15.优选地，所述照明设备包括灯罩和设置于所述灯罩中的灯泡；
16.所述摄像设备为一设置于灯罩中的摄像头，所述摄像头的进光方向垂直于所述桌子；
17.所述投影设备为一设置于灯罩中的投影仪，所述投影仪的出光方向垂直于所述桌子。
18.优选地，所述处理单元基于所述题目文本区域、笔迹图案区域、解答投影区域之间平面布局关系以及需要显示的所述预设答案生成一投影图案，所述预设答案仅位于所述解答投影区域中。
19.优选地，所述处理单元根据所述照明设备的图像中所述纸面作业的长宽尺寸和长宽比例关系，生成所述投影图案，当照射到所述纸面作业时，所述投影图案与所述纸面作业重叠，所述解答投影区域被投影于所述错误解答旁的空白区域。
20.优选地，基于所述题目文本区域和所述笔迹图案区域分别相邻的空白区域生成一相关联的解答投影区域；
21.所述解答投影区域位于所述题目文本区域的下方与下一题题目文本区域的上方之间，且所述解答投影区域位于所述笔迹图案区域的右侧。
22.优选地，通过基于印刷文字样本训练的第一神经网络模型自所述题目文本区域中识别出题目文本信息；
23.通过基于书写文字样本训练的第二神经网络模型自笔迹图案区域识别出学生书写信息。
24.优选地，所述处理单元通过图像识别确定笔在图像中的范围，并跟踪笔尖的位置，当所述笔尖离开所述笔迹图案区域之后，判断所述笔迹图案区域的学生书写信息与所述笔迹图案区域对应的题目文本区域的题目的预设答案是否匹配。
25.本发明的实施例还提供一种纸面作业辅助方法，采用上述的纸面作业辅助学习系统，包括：
26.s110、所述摄像头拍摄桌面上纸面作业的图像；
27.s120、对所述摄像头拍摄的所述图像进行图文识别，自所述图像中定位至少一题目文本区域和与所述题目文本区域相关联的笔迹图案区域，并生成一相关联的解答投影区域；
28.s130、自所述题目文本区域中识别出题目文本信息，自笔迹图案区域识别出学生书写信息；
29.s140、基于每段所述题目文本信息在预设题库中查找对应的题目和预设答案；
30.s170、判断所述学生书写信息与所述答案是否匹配，若是，则返回步骤s110，若否，则执行步骤s170；
31.s180、将所述学生书写信息标记为错误解答，自将所述预设答案通过所述投影设备投影于所述错误解答相关联的解答投影区域。
32.优选地，在步骤s140之后、步骤s170之前还包括：
33.s150、通过对所述图像进行图像识别确定笔在图像中的范围，并跟踪笔尖的位置；
34.s160、判断所述笔尖是否离开所述笔迹图案区域，若是，则返回步骤s170，若否，则执行步骤s110。
35.本发明的实施例还提供一种纸面作业辅助设备，包括：
36.处理器；
37.存储器，其中存储有所述处理器的可执行指令；
38.其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行上述纸面作业辅助方法的步骤。
39.本发明的实施例还提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，所述程序被执行时实现上述纸面作业辅助方法的步骤。
40.本发明的目的在于提供纸面作业辅助学习系统、方法、设备及存储介质，能够通过纸面作业进行图文识别，自动检测学生做错题中的错误，并及时显示正确解答，大大提高用户人性化体验，并且整个使用过程中，无需使用到手机和ipad等移动终端，防止学生因为移动终端而分心，更有利于提升学习效率。
附图说明
41.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
42.图1是本发明的纸面作业辅助学习系统的结构示意图。
43.图2至4是本发明的纸面作业辅助学习系统的实施过程示意图。
44.图5是实施本发明的纸面作业辅助方法的流程示意图。
45.图6是本发明的纸面作业辅助设备的结构示意图。
46.图7是本发明一实施例的计算机可读存储介质的结构示意图。
47.附图标记
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桌子
[0049]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
支撑臂
[0050]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
照明设备
[0051]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
摄像设备
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投影设备
[0053]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
纸面作业
[0054]
60
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纸面作业照片
[0055]
60
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基于图文识别后区域化的纸面作业照片
[0056]
611
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第一题的题目文本区域
[0057]
612
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第二题的题目文本区域
[0058]
613
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第三题的题目文本区域
[0059]
621
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第一题的笔迹图案区域
[0060]
622
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第二题的笔迹图案区域
[0061]
623
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第三题的笔迹图案区域
[0062]
631
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第一题的解答投影区域
[0063]
632
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第二题的解答投影区域
[0064]
633
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第三题的解答投影区域
[0065]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
笔尖
具体实施方式
[0066]
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
[0067]
图1是本发明的纸面作业辅助学习系统的结构示意图。如图1所示，本发明的纸面作业辅助学习系统1包括：桌子1、支撑臂2、照明设备3、摄像设备4、投影设备5以及处理单元。桌子1用于放置纸面作业6。支撑臂2设置于桌子1上。照明设备3设置于支撑臂2，照射桌子上表面。摄像设备4设置于支撑臂2，拍摄纸面作业6。投影设备5设置于支撑臂2，向纸面作业6投影。处理单元分别连接摄像设备4和投影设备5，处理单元对摄像设备4采集的图像进行图文识别，自图像中定位至少一题目文本区域和与题目文本区域相关联的笔迹图案区域，并生成一相关联的解答投影区域，分别自题目文本区域中识别出题目文本信息，自笔迹图案区域识别出学生书写信息，基于每段题目文本信息在预设题库中查找对应的题目和预设答案，判断学生书写信息与预设答案是否匹配，若否，则将学生书写信息标记为错误解答，自将预设答案通过投影设备5投影于错误解答相关联的解答投影区域。本发明能够通过纸面作业进行图文识别，自动检测学生做错题中的错误，并及时显示正确解答，大大提高用户人性化体验，并且整个使用过程中，无需使用到手机和ipad等移动终端，防止学生因为移动终端而分心，更有利于提升学习效率。
[0068]
在一个优选实施例中，照明设备3包括灯罩和设置于灯罩中的灯泡。
[0069]
在一个优选实施例中，摄像设备4为一设置于灯罩中的摄像头，摄像头的进光方向垂直于桌子1。
[0070]
在一个优选实施例中，投影设备5为一设置于灯罩中的投影仪，投影仪的出光方向垂直于桌子1。
[0071]
在一个优选实施例中，处理单元基于题目文本区域、笔迹图案区域、解答投影区域之间平面布局关系以及需要显示的预设答案生成一投影图案，预设答案仅位于解答投影区域中。
[0072]
在一个优选实施例中，处理单元根据照明设备3的图像中纸面作业6的长宽尺寸和长宽比例关系，生成投影图案，当照射到纸面作业6时，投影图案与纸面作业6重叠，解答投影区域被投影于错误解答旁的空白区域。
[0073]
在一个优选实施例中，基于题目文本区域和笔迹图案区域分别相邻的空白区域生成一相关联的解答投影区域。解答投影区域位于题目文本区域的下方与下一题题目文本区域的上方之间，且解答投影区域位于笔迹图案区域的右侧。
[0074]
在一个优选实施例中，通过基于印刷文字样本训练的第一神经网络模型自题目文本区域中识别出题目文本信息，从而能够更准确地对印刷的题目文本进行识别。通过基于书写文字样本训练的第二神经网络模型自笔迹图案区域识别出学生书写信息，从而能够更准确地对用户手写的学生书写信息进行识别。
[0075]
在一个优选实施例中，处理单元通过图像识别确定笔在图像中的范围，并跟踪笔尖7的位置，当笔尖7离开笔迹图案区域之后，判断笔迹图案区域的学生书写信息与笔迹图案区域对应的题目文本区域的题目的预设答案是否匹配。本发明通过对于笔尖的追踪，避
免了用户还没有完成解答的时候去比对答案，而是，在用户完成答题后，自动进行答案比对，简化了检查题目的操作动作(现有技术需要1放下笔，拿起手机拍照以后发送照片到服务服务器进行比对)，从而优化了用户体验。
[0076]
图2至4是本发明的纸面作业辅助学习系统的实施过程示意图。如图2、3所示，当用户使用本发明的学习桌时，照明设备3对纸面作业6进行照明，通过摄像设备4拍摄放在桌子1的桌面上纸面作业6的图像，传输到处理单元。
[0077]
然后，处理单元对摄像设备4拍摄的图像进行图文识别，自图像中定位题目文本区域和与题目文本区域相关联的笔迹图案区域，本实施例中的摄像设备4拍摄设到的图像(纸面作业照片60)中采用图文识别后，获得基于图文识别后区域化的纸面作业照片60’，包括了第一题的题目文本区域611、第一题的笔迹图案区域621、第二题的题目文本区域612、第二题的笔迹图案区域622、第三题的题目文本区域613、第三题的笔迹图案区域623。并基于第一题的题目文本区域611、第一题的笔迹图案区域621的位置关系生成第一题的解答投影区域631。基于第二题的题目文本区域612、第二题的笔迹图案区域622生成第二题的解答投影区域632。基于第三题的题目文本区域613、第三题的笔迹图案区域623生成第三题的解答投影区域633。
[0078]
通过基于印刷文字样本训练的第一神经网络模型自题目文本区域中识别出题目文本信息，例如，自第一题的题目文本区域611获得题目文本信息“xxxxxxxxxx”。通过基于书写文字样本训练的第二神经网络模型自笔迹图案区域识别出学生书写信息，例如，自第一题的笔迹图案区域621获得学生书写信息“yyyyyy”。基于第一题的题目文本信息“xxxxxxxxxx”在预设题库中查找对应的题目和预设答案“zzzzzzzzzz”。通过对图像进行图像识别确定笔在纸面作业照片60中的范围(位于第一题的笔迹图案区域621中)，并跟踪笔尖7的位置。
[0079]
如图4所示，当笔尖离开笔迹图案区域则说明用户已经完成了解答，比对第一题、第二题、第三题各自的学生书写信息与预设答案是否匹配。本实施例中，第一题的解答错误，学生书写信息“yyyyyy”与预设答案“zzzzzzzzzz”是否匹配，不匹配，第二题和第三题的解答正确，则处理单元基于题目文本区域、笔迹图案区域、解答投影区域之间平面布局关系以及需要显示的预设答案生成一投影图案，预设答案仅位于解答投影区域中。处理单元根据照明设备3的图像中纸面作业6的长宽尺寸和长宽比例关系，生成投影图案，当照射到纸面作业6时，投影图案与纸面作业6重叠，解答投影区域被投影于错误解答旁的空白区域，使得对应第一题的预设答案“zzzzzzzzzz”以及解题过程等被准确地投影到第一题的笔迹图案区域621旁边的第一题的解答投影区域631中，并且，由于第二题和第三题的解答正确，所以，不需要向第二题的解答投影区域632和第三题的解答投影区域633投影任何内容。通过上述过程，可以确保学生可以在同一操作界面(纸面作业上)同时看到自己的错误解答和预设答案以及解题过程，更直观地了解错误原因，从而优化学习效果。通过上述过程，只要学生做错题后，本发明就能自动检测到错误，并投影正确解答到学生做错的解答过程的旁边(这个过程中不需要学生任何操作，便于学生进行解题过程的对比)，尽可能维持学生的答题自然节奏，并且大大提高用户人性化体验，并且整个使用过程中，无需使用到手机和ipad等移动终端，防止学生因为移动终端而分心，更有利于提升学习效率。
[0080]
图5是实施本发明的纸面作业辅助方法的流程示意图。如图5所示，本发明的实施
例提供一种纸面作业辅助方法，采用上述的纸面作业辅助学习系统，包括以下步骤：
[0081]
s110、上述摄像头拍摄桌面上纸面作业的图像。周期可以是0.1秒、1秒、3秒、5秒、10秒等等。
[0082]
s120、对上述摄像头拍摄的上述图像进行图文识别，自上述图像中定位至少一题目文本区域和与上述题目文本区域相关联的笔迹图案区域，并生成一相关联的解答投影区域。
[0083]
s130、自上述题目文本区域中识别出题目文本信息，自笔迹图案区域识别出学生书写信息。
[0084]
s140、基于每段上述题目文本信息在预设题库中查找对应的题目和预设答案。
[0085]
s150、通过对上述图像进行图像识别确定笔在图像中的范围，并跟踪笔尖的位置。
[0086]
s160、判断上述笔尖是否离开上述笔迹图案区域，若是，则返回步骤s170，若否，则执行步骤s110。
[0087]
s170、判断上述学生书写信息与上述答案是否匹配，若是，则返回步骤s110，若否，则执行步骤s170。
[0088]
s180、将上述学生书写信息标记为错误解答，自将上述预设答案通过上述投影设备投影于上述错误解答相关联的解答投影区域。
[0089]
在一个优选实施例中，上述处理单元基于上述题目文本区域、笔迹图案区域、解答投影区域之间平面布局关系以及需要显示的上述预设答案生成一投影图案，上述预设答案仅位于上述解答投影区域中。
[0090]
在一个优选实施例中，上述处理单元根据上述照明设备的图像中上述纸面作业的长宽尺寸和长宽比例关系，生成上述投影图案，当照射到上述纸面作业时，上述投影图案与上述纸面作业重叠，上述解答投影区域被投影于上述错误解答旁的空白区域。
[0091]
在一个优选实施例中，基于上述题目文本区域和上述笔迹图案区域分别相邻的空白区域生成一相关联的解答投影区域；
[0092]
上述解答投影区域位于上述题目文本区域的下方与下一题题目文本区域的上方之间，且上述解答投影区域位于上述笔迹图案区域的右侧。
[0093]
在一个优选实施例中，通过基于印刷文字样本训练的第一神经网络模型自上述题目文本区域中识别出题目文本信息；
[0094]
通过基于书写文字样本训练的第二神经网络模型自笔迹图案区域识别出学生书写信息。
[0095]
在一个优选实施例中，上述处理单元通过图像识别确定笔在图像中的范围，并跟踪笔尖的位置，当上述笔尖离开上述笔迹图案区域之后，判断上述笔迹图案区域的学生书写信息与上述笔迹图案区域对应的题目文本区域的题目的预设答案是否匹配。
[0096]
本发明的纸面作业辅助方法能够通过纸面作业进行图文识别，自动检测学生做错题中的错误，并及时显示正确解答，大大提高用户人性化体验，并且整个使用过程中，无需使用到手机和ipad等移动终端，防止学生因为移动终端而分心，更有利于提升学习效率。
[0097]
本发明实施例还提供一种纸面作业辅助设备，包括处理器。存储器，其中存储有处理器的可执行指令。其中，处理器配置为经由执行可执行指令来执行的纸面作业辅助方法的步骤。
[0098]
如上所示，该实施例本发明的纸面作业辅助学习系统能够通过纸面作业进行图文识别，自动检测学生做错题中的错误，并及时显示正确解答，大大提高用户人性化体验，并且整个使用过程中，无需使用到手机和ipad等移动终端，防止学生因为移动终端而分心，更有利于提升学习效率。
[0099]
所属技术领域的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“平台”。
[0100]
图6是本发明的纸面作业辅助设备的结构示意图。下面参照图6来描述根据本发明的这种实施方式的电子设备600。图6显示的电子设备600仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
[0101]
如图6所示，电子设备600以通用计算设备的形式表现。电子设备600的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元610、至少一个存储单元620、连接不同平台组件(包括存储单元620和处理单元610)的总线630、显示单元640等。
[0102]
其中，存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元610执行，使得处理单元610执行本说明书上述电子处方流转处理方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。例如，处理单元610可以执行如图1中所示的步骤。
[0103]
存储单元620可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(ram)6201和/或高速缓存存储单元6202，还可以进一步包括只读存储单元(rom)6203。
[0104]
存储单元620还可以包括具有一组(至少一个)程序模块6205的程序/实用工具6204，这样的程序模块6205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
[0105]
总线630可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
[0106]
电子设备600也可以与一个或多个外部设备700(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备600交互的设备通信，和/或与使得该电子设备600能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口650进行。并且，电子设备600还可以通过网络适配器660与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器660可以通过总线630与电子设备600的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备600使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储平台等。
[0107]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，程序被执行时实现的纸面作业辅助方法的步骤。在一些可能的实施方式中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在终端设备上运行时，程序代码用于使终端设备执行本说明书上述电子处方流转处理方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。
[0108]
如上所示，该实施例本发明的纸面作业辅助学习系统能够通过纸面作业进行图文识别，自动检测学生做错题中的错误，并及时显示正确解答，大大提高用户人性化体验，并且整个使用过程中，无需使用到手机和ipad等移动终端，防止学生因为移动终端而分心，更有利于提升学习效率。
[0109]
图7是本发明的计算机可读存储介质的结构示意图。参考图7所示，描述了根据本发明的实施方式的用于实现上述方法的程序产品800，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(cd
‑
rom)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0110]
程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd
‑
rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
[0111]
计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
[0112]
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、c 等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0113]
综上，本发明的目的在于提供纸面作业辅助学习系统、方法、设备及存储介质，本发明的纸面作业辅助学习系统能够通过纸面作业进行图文识别，自动检测学生做错题中的错误，并及时显示正确解答，大大提高用户人性化体验，并且整个使用过程中，无需使用到手机和ipad等移动终端，防止学生因为移动终端而分心，更有利于提升学习效率。
[0114]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。