attention文字识别算法_OCR算法（上篇）

总体上分为两部分&＃xff0c;detection和recognition&＃xff0c;前者的代表是CTPN等一系列模型&＃xff0c;后者则主要为CRNN&＃43;CTC

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Detection

CTPN&＃xff08;1609&＃xff09;

https://arxiv.org/pdf/1609.03605.pdf​arxiv.org

想法&＃xff1a;

文本不同于一般物体&＃xff0c;是个Sequence&＃xff0c;因而要在CNN后面加上RNN获取上下文信息。

固定宽度&＃xff0c;找到不同高度的文字&＃xff0c;因为文中认为预测文本竖直边界比较容易。

这是Top-down的方法。

网络结构&＃xff1a;

Feature Map是CVGG16的conv5&＃xff0c;每个点提出10个anchor&＃xff0c;长和高分别为

然后过BiDirectionLSTM&＃xff0c;过FC之后得到5k个输出&＃xff08;分别为2k纵坐标修正&＃xff0c;2k预测概率[相加为1]&＃xff0c;1k边界修正[在一些复现里将这里换为2k横坐标修正]&＃xff09;

后处理很繁琐

• score阈值设置&＃xff1a;0.7 &＃xff08;&＃43;NMS&＃xff09;
• 与真值IoU大于0.7的anchor作为正样本&＃xff0c;与真值IoU最大的那个anchor也定义为正样本&＃xff0c;这个时候不考虑IoU大小有没有到0.7&＃xff0c;这样做有助于检测出小文本。
• 与真值IoU小于0.5的anchor定义为负样本。
• 只保留score大于0.7的proposal

损失函数为

具体的可见 白裳&＃xff1a;场景文字检测—CTPN原理与实现

EAST&＃xff08;1704&＃xff09;

https://arxiv.org/pdf/1704.03155.pdf​arxiv.org

想法&＃xff1a;是一个简单快速的模型&＃xff0c;只有two-stage 其实主要优势只是速度....

模型结构&＃xff1a;

前一部分和FPN一样&＃xff0c;后面根据不同label生成5维&＃xff08;有角度的长方形&＃xff09;或8维&＃xff08;四边形&＃xff09;的文本框

Label的生成&＃xff1a;

对于不同的scale&＃xff0c;生成不同的label&＃xff1b;对于QUAR提出了一种shrink的方式

损失函数&＃xff1a;

其中score map loss由下式计算

Geometry loss 分为RBOX和QUAD两种情况

RBOX情况下Loss &＃61; -log&＃xff08;IOU&＃xff09;&＃43;λ&＃xff08;1-cos&＃xff08;θ-θ‘&＃xff09;&＃xff09;

QUAD情况下&＃xff0c;N_Q是最短边长度

后处理用来一种改良的NMS&＃xff1a;先通过相近的WeightedMerge再通过标准的NMS

PSENet&＃xff08;1806&＃xff09;

https://arxiv.org/pdf/1806.02559.pdf​arxiv.org

想法&＃xff1a;指出两个问题&＃xff1a;1、原始方法只能处理长方形的文字&＃xff1b;2、现有语义分割方法难以区分相临近的文字块

通过语义分割做文本检测&＃xff0c;具体预测多个分割结果&＃xff0c;然后用小的进行Progressive Scale&＃xff08;基于BFS&＃xff09;扩张到正常文本大小。

网络结构&＃xff1a;

左边就是FPN&＃xff0c;右边是PSE。PSE的具体算法如下

即先找到连通域&＃xff0c;然后对连通域进行扩张&＃xff0c;由此区分临近文字。

Label生成&＃xff1a;

对于不同scale生成不同的ground truth&＃xff0c;具体而言就是进行shrink

图中

损失函数&＃xff1a;

其中

这个距离D用的是DiceDistance

实验结果&＃xff1a;

hypermeter&＃xff1a;lambda&＃61;0.7,OHEM&＃61;3

Augment&＃xff1a;rescale&flip&rotation&crop

FPN的效果

关于n和m的取值

总体而言相比之前有较大提升&＃xff08;-4s 是指output 大小为原图1/4&＃xff09;

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Recognition

https://arxiv.org/pdf/1507.05717v1.pdf​arxiv.org

任务的输入就是识别出的文字区域&＃xff0c;因此可以认为resize到固定高度之后&＃xff0c;文字大小相差不大

CRNN&＃43;CTC&＃xff08;1507&＃xff09;

CRNN首先把图像resize到32*W*3&＃xff0c;然后通过CNN后变为1*W/4*512&＃xff0c;concat之后经过深层双向LSTM得到结果。

模型结构&＃xff1a;

注意最后一个卷积 padding&＃61;0相当于高度2->1&＃xff0c;Map-to-Seq就是concatenate。

CTC:

CTC是可以认为是一种Loss function。考虑到字之间宽度不定&＃xff0c;所以先构建函数B将预测结果转换为最终输出&＃xff0c;比如

B maps “--hh-e-l-ll-oo--” (’-’ represents ’blank’) onto “hello"。

然后可以计算得分(y为上面的输出&＃xff0c;D*W/4&＃xff0c;D为要识别的字符数量&＃xff09;

CTC运用了backward-forward加速这一计算。

如果是lexicon-based CTC&＃xff0c;考虑BK Tree来获得

SAR &＃xff08;1811&＃xff09;

https://arxiv.org/pdf/1811.00751.pdf​arxiv.org

想法&＃xff1a;想要识别irregular文本

已有的方法分为三类&＃xff1a;rectification-based&＃xff0c;难以处理复杂形状&＃xff1b;attention-based&＃xff0c;需要字符级的标注来训练&＃xff1b; multi-direction 需要encode arbitrarily-oriented text in four directions

主要贡献&＃xff1a;1、easy and strong recognization&＃xff1b;2、not rely on sophisticated designs to handle text distortions; 3、保证了regular text的效果

网络结构&＃xff1a;

height 设定为 48 pixel&＃xff0c; width限定48-160 pixel

31层ResNet &＃43; LSTM encoder-decoder &＃43; 2d attention

注意这里有个1*2的max-pooling是为了更好地处理i和l之类的

然后按列max-pooling输入LSTM&＃xff08;大哥&＃xff1a;为什么能work&＃xff1f;&＃xff09;

如上&＃xff0c;encoder是2-layer 512-hidden-state LSTM

如上&＃xff0c;decoder是另一个2-layer 512-hidden-state LSTM&＃xff0c;

LSTM的输入为 one-hot

LSTM输出之后

output为94个class&＃xff0c;包括10个数字、52个字母和31个标点

训练中input 的y被ground truth代替&＃xff08;能保证1-1对应&＃xff1f;&＃xff09;

上图中的attention是“tailored attention” 具体流程如下

其中

&＃xff08;其实相当于是个卷积&＃xff09;

实验结果&＃xff1a;

使用cross-entropy loss&＃xff0c;(大哥&＃xff1a;这里和CRNN的CTC完全&＃xff09;

使用几个数据集randomly sample构建distinct data groups训练

结果在irregular text方面提升较大

ablation study: Tailored Attention比传统Attention提高了约2个点

&＃xff08;怎么inference&＃xff1f;&＃xff09;