小白综述：深度学习 OCR 图片文字识别

news2024/11/15 18:34:58

1. OCR 算法流程

OCR (Optical Character Recognition,光学字符识别) 是指提取图像中的文字信息。

传统 OCR 方法一般包含预处理、版面处理、字符切分、字符识别、后处理等五个步骤：

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传统 ORC 方法的缺点有：

总体来讲，受传统算法的局限性，传统 OCR 仅在比较规整的印刷文档上表现比较好，但在复杂场景（图像模糊、低分辨率、干扰信息）中，文字检测和识别性能都不够理想。

深度学习时代的 OCR 算法更为简洁，主要可以分为两种思路：

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二阶段 OCR 是目前主流的，也是效果较好的方法，一般包括文字检测和文字识别两部分：

这篇博客主要研究 two-stage 方法。

近几年也有统一了文字检测检测和识别的端到端的 OCR 方法，如 STN-COR，FOTS 和 ABCNet。

STN-COR 由定位网络和识别网络两部分组成。定位网络的输入是场景文本图片，输出是Ｎ个变换矩阵，每个矩阵经网格后形成一个采样网格，每个采样网格代表一个文本区域。识别网络是单字符识别网络的改进，可以识别多个字符。

但端到端的模型仍有几个问题等待解决：

特征共享问题：
文字检测和识别需要的特征的粒度不同，文本检测只需要区分出当前区域是否包含文本即可，使用粗粒度的特征即可满足要求。但识别需要区分不同文字的差别，需要细粒度的特征。检测和识别分支的特征如何有效共享是个仍待解决的问题。
模型训练的问题：
识别分支的收敛速度远慢于检测分支，需要的数据量远大于检测分支。因此端到端训练时数据量和收敛速度问题如何平衡仍需关注。

本节参考硕士论文：苗文强. 基于深度学习的文本识别算法研究与实现[D].北京邮电大学,2022.DOI:10.26969/d.cnki.gbydu.2022.002445.

文本检测算法可以分为两大类：基于回归和基于分割

文本识别算法可分为两类：基于分割的单字符识别方法，基于序列标注的文本行识别方法。

基于分割的单字符识别方法：通常包含字符分割和字符识别两个步骤。首先从输入文本实例图像中定位每个字符的位置，该过程通常使用分割网络如 FCN 实现；然后将分割后的字符输入字符分类器进行分类；最后再组合字符得到字符串作为最终识别结果。
基于序列标注的文本行识别方法：通过 Encoder-Decoder 框架将整个文本行图片直接映射为目标字符串序列，从而避免了字符分割带来的误差。

其中基于序列标注的文本行识别方法是目前的主流方法。

基于分割的单字符识别方法通常包含字符分割和字符识别两个步骤。该方法尝试从输入文本实例图像中定位每个字符的位置，该过程通常使用分割网络如 FCN 实现，然后将分割后的字符输入字符分类器进行分类，最后再组合字符得到字符串作为最终识别结果。

因为这种方法已经取得了重大进展，但仍然存在一些明显的缺陷：

场景文本中字符分割的难度极大，而字符分割不准确会影响后续的字符分类。
该方法串联了一个分割子网络和一个字符识别子网络，导致误差累积，造成整体识别效果不佳。
该方法无法结合字符的上下文信息辅助识别当前字符，导致识别难度增大。如小写字母 “l” 和数字 “1” 难以区分，如果有前后文信息，比如字符前后都是数字，那么是数字 “1” 的可能性更大。