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26 Jun

OCR技术浅探:9. 代码共享(完)

文件说明:

1. image.py——图像处理函数,主要是特征提取;

2. model_training.py——训练CNN单字识别模型(需要较高性能的服务器,最好有GPU加速,否则真是慢得要死);

3. ocr.py——识别函数,包括单字分割、前面训练好的模型进行单字识别、动态规划提升效果;

4. main.py——主文件,用来调用1、3两个文件。

5、我们的模型中包含的字.txt(UTF-8编码)

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26 Jun

OCR技术浅探:8. 综合评估

数据验证

尽管在测试环境下模型工作良好,但是实践是检验真理的唯一标准. 在本节中,我们通过自己的模型,与京东的测试数据进行比较验证.

衡量OCR系统的好坏有两部分内容:(1)是否成功地圈出了文字;(2)对于圈出来的文字,有没有成功识别. 我们采用评分的方法,对每一张图片的识别效果进行评分. 评分规则如下:

如果圈出的文字区域能够跟京东提供的检测样本的box文件中匹配,那么加1分,如果正确识别出文字来,另外加1分,最后每张图片的分数是前面总分除以文字总数.

按照这个规则,每张图片的评分最多是2分,最少是0分. 如果评分超过1,说明识别效果比较好了. 经过京东的测试数据比较,我们的模型平均评分大约是0.84,效果差强人意。

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26 Jun

OCR技术浅探:7. 语言模型

由于图像质量等原因,性能再好的识别模型,都会有识别错误的可能性,为了减少识别错误率,可以将识别问题跟统计语言模型结合起来,通过动态规划的方法给出最优的识别结果.这是改进OCR识别效果的重要方法之一.

转移概率

在我们分析实验结果的过程中,有出现这一案例.由于图像不清晰等可能的原因,导致“电视”一词被识别为“电柳”,仅用图像模型是不能很好地解决这个问题的,因为从图像模型来看,识别为“电柳”是最优的选择.但是语言模型却可以很巧妙地解决这个问题.原因很简单,基于大量的文本数据我们可以统计“电视”一词和“电柳”一词的概率,可以发现“电视”一词的概率远远大于“电柳”,因此我们会认为这个词是“电视”而不是“电柳”.

从概率的角度来看,就是对于第一个字的区域的识别结果$s_1$,我们前面的卷积神经网络给出了“电”、“宙”两个候选字(仅仅选了前两个,后面的概率太小),每个候选字的概率$W(s_1)$分别为0.99996、0.00004;第二个字的区域的识别结果$s_2$,我们前面的卷积神经网络给出了“柳”、“视”、“规”(仅仅选了前三个,后面的概率太小),每个候选字的概率$W(s_2)$分别为0.87838、0.12148、0.00012,因此,它们事实上有六种组合:“电柳”、“电视”、“电规”、“宙柳”、“宙视”、“宙规”.

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25 Jun

OCR技术浅探:6. 光学识别

经过第一、二步,我们已经能够找出图像中单个文字的区域,接下来可以建立相应的模型对单字进行识别.

模型选择

在模型方面,我们选择了深度学习中的卷积神经网络模型,通过多层卷积神经网络,构建了单字的识别模型.

卷积神经网络是人工神经网络的一种,已成为当前图像识别领域的主流模型. 它通过局部感知野权值共享方法,降低了网络模型的复杂度,减少了权值的数量,在网络结构上更类似于生物神经网络,这也预示着它必然具有更优秀的效果. 事实上,我们选择卷积神经网络的主要原因有:

1. 对原始图像自动提取特征 卷积神经网络模型可以直接将原始图像进行输入,免除了传统模型的人工提取特征这一比较困难的核心部分;

2. 比传统模型更高的精度 比如在MNIST手写数字识别任务中,可以达到99%以上的精度,这远高于传统模型的精度;

3. 比传统模型更好的泛化能力 这意味着图像本身的形变(伸缩、旋转)以及图像上的噪音对识别的结果影响不明显,这正是一个良好的OCR系统所必需的.

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24 Jun

OCR技术浅探:5. 文本切割

经过上一步,得到单行的文本区域之后,我们就可以想办法将单行的文本切割为单个的字符了. 因为第三步的模型师针对单个的字符建立的,因此这一步也是必须的.

均匀切割

基于方块汉字的假设,事实上最简单的切割方法是均匀切割,也就是说不加任何判断,直接按照高度来将单行文本切割为一个个的正方形图片. 这种思路可以应对大部分的单行文本,如下图上.

均匀切割成功.png
均匀切割失效.png
均匀切割成单字

当然,均匀切割的弊端也是很明显的. 大多数汉字都是方块汉字,但多数英语和数字都不是,因此如果出现中英文混排的时候,均匀切割就失效了,如上图下.

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24 Jun

OCR技术浅探:4. 文字定位

经过第一部分,我们已经较好地提取了图像的文本特征,下面进行文字定位. 主要过程分两步:1、邻近搜索,目的是圈出单行文字;2、文本切割,目的是将单行文本切割为单字.

邻近搜索

我们可以对提取的特征图进行连通区域搜索,得到的每个连通区域视为一个汉字. 这对于大多数汉字来说是适用,但是对于一些比较简单的汉字却不适用,比如“小”、“旦”、“八”、“元”这些字,由于不具有连通性,所以就被分拆开了,如图13. 因此,我们需要通过邻近搜索算法,来整合可能成字的区域,得到单行的文本区域.

直接搜索连通区域,会把诸如“元”之类的字分拆开.png
图13 直接搜索连通区域,会把诸如“元”之类的字分拆开

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18 Jun

OCR技术浅探:3. 特征提取(2)

逐层识别

当图像有效地进行分层后,我们就可以根据前面的假设,进一步设计相应的模型,通过逐层处理的方式找出图像中的文字区域.

连通性

8邻接.png可以看到,每一层的图像是由若干连通区域组成的,文字本身是由笔画较为密集组成的,因此往往文字也能够组成一个连通区域. 这里的连通定义为8邻接,即某个像素周围的8个像素都定义为邻接像素,邻接的像素则被定义为同一个连通区域.

定义了连通区域后,每个图层被分割为若干个连通区域,也就是说,我们逐步地将原始图像进行分解,如图9.

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18 Jun

OCR技术浅探:3. 特征提取(1)

作为OCR系统的第一步,特征提取是希望找出图像中候选的文字区域特征,以便我们在第二步进行文字定位和第三步进行识别. 在这部分内容中,我们集中精力模仿肉眼对图像与汉字的处理过程,在图像的处理和汉字的定位方面走了一条创新的道路. 这部分工作是整个OCR系统最核心的部分,也是我们工作中最核心的部分.

传统的文本分割思路大多数是“边缘检测 + 腐蚀膨胀 + 联通区域检测”,如论文[1]. 然而,在复杂背景的图像下进行边缘检测会导致背景部分的边缘过多(即噪音增加),同时文字部分的边缘信息则容易被忽略,从而导致效果变差. 如果在此时进行腐蚀或膨胀,那么将会使得背景区域跟文字区域粘合,效果进一步恶化.(事实上,我们在这条路上已经走得足够远了,我们甚至自己写过边缘检测函数来做这个事情,经过很多测试,最终我们决定放弃这种思路。)

因此,在本文中,我们放弃了边缘检测和腐蚀膨胀,通过聚类、分割、去噪、池化等步骤,得到了比较良好的文字部分的特征,整个流程大致如图2,这些特征甚至可以直接输入到文字识别模型中进行识别,而不用做额外的处理.由于我们每一部分结果都有相应的理论基础作为支撑,因此能够模型的可靠性得到保证.

特征提取大概流程.png
图2:特征提取大概流程

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