OCR bất kỳ PBM nào

Nhận dạng ký tự quang học (OCR) biến hình ảnh văn bản—bản quét, ảnh chụp từ điện thoại thông minh, PDF—thành các chuỗi máy có thể đọc được và, ngày càng nhiều, dữ liệu có cấu trúc. OCR hiện đại là một quy trình làm sạch hình ảnh, tìm văn bản, đọc nó và xuất siêu dữ liệu phong phú để các hệ thống hạ nguồn có thể tìm kiếm, lập chỉ mục hoặc trích xuất các trường. Hai tiêu chuẩn đầu ra được sử dụng rộng rãi là hOCR, một định dạng vi mô HTML cho văn bản và bố cục, và ALTO XML, một lược đồ hướng thư viện/lưu trữ; cả hai đều bảo toàn vị trí, thứ tự đọc và các tín hiệu bố cục khác và được hỗ trợ bởi các công cụ phổ biến như Tesseract.

Một chuyến tham quan nhanh về quy trình

Tiền xử lý. Chất lượng OCR bắt đầu bằng việc dọn dẹp hình ảnh: chuyển đổi thang độ xám, khử nhiễu, ngưỡng (nhị phân hóa), và chỉnh lệch. Các hướng dẫn OpenCV kinh điển bao gồm toàn cục, thích ứng và Otsu ngưỡng—những yếu tố chính cho các tài liệu có ánh sáng không đồng đều hoặc biểu đồ hai mode. Khi độ sáng thay đổi trong một trang (hãy nghĩ đến ảnh chụp bằng điện thoại), các phương pháp thích ứng thường hoạt động tốt hơn một ngưỡng toàn cục duy nhất; Otsu tự động chọn một ngưỡng bằng cách phân tích biểu đồ. Chỉnh sửa độ nghiêng cũng quan trọng không kém: chỉnh lệch dựa trên Hough (Biến đổi dòng Hough) kết hợp với nhị phân hóa Otsu là một công thức phổ biến và hiệu quả trong các quy trình tiền xử lý sản xuất.

Phát hiện và nhận dạng. OCR thường được chia thành phát hiện văn bản (văn bản ở đâu ?) và nhận dạng văn bản (nó nói gì?). Trong các cảnh tự nhiên và nhiều bản quét, các bộ phát hiện tích chập hoàn toàn như EAST dự đoán hiệu quả các tứ giác ở cấp độ từ hoặc dòng mà không cần các giai đoạn đề xuất nặng nề và được triển khai trong các bộ công cụ phổ biến (ví dụ: hướng dẫn phát hiện văn bản của OpenCV). Trên các trang phức tạp (báo, biểu mẫu, sách), việc phân đoạn các dòng/vùng và suy luận thứ tự đọc rất quan trọng:Kraken triển khai phân đoạn vùng/dòng truyền thống và phân đoạn đường cơ sở thần kinh, với sự hỗ trợ rõ ràng cho các tập lệnh và hướng khác nhau (LTR/RTL/dọc).

Mô hình nhận dạng. Công cụ mã nguồn mở cổ điển Tesseract (do Google mở nguồn, có nguồn gốc từ HP) đã phát triển từ một bộ phân loại ký tự thành một bộ nhận dạng chuỗi dựa trên LSTM và có thể phát hành các tệp PDF có thể tìm kiếm, đầu ra thân thiện với hOCR/ALTO, và nhiều hơn nữa từ CLI. Các bộ nhận dạng hiện đại dựa vào mô hình hóa chuỗi mà không cần các ký tự được phân đoạn trước. Phân loại thời gian kết nối (CTC) vẫn là nền tảng, học các sự sắp xếp giữa các chuỗi đặc trưng đầu vào và chuỗi nhãn đầu ra; nó được sử dụng rộng rãi trong các quy trình xử lý chữ viết tay và văn bản cảnh.

Trong vài năm qua, Transformers đã định hình lại OCR. TrOCR sử dụng một bộ mã hóa Vision Transformer cộng với một bộ giải mã Text Transformer, được đào tạo trên các kho ngữ liệu tổng hợp lớn sau đó được tinh chỉnh trên dữ liệu thực, với hiệu suất mạnh mẽ trên các tiêu chuẩn văn bản in, viết tay và cảnh (xem thêm tài liệu Hugging Face). Song song đó, một số hệ thống bỏ qua OCR để hiểu biết hạ nguồn: Donut (Document Understanding Transformer) là một bộ mã hóa-giải mã không có OCR, trực tiếp xuất ra các câu trả lời có cấu trúc (như JSON khóa-giá trị) từ tài liệu hình ảnh (repo, thẻ mô hình), tránh tích lũy lỗi khi một bước OCR riêng biệt cung cấp cho một hệ thống IE.

Công cụ và thư viện

Nếu bạn muốn đọc văn bản có sẵn trên nhiều tập lệnh, EasyOCR cung cấp một API đơn giản với hơn 80 mô hình ngôn ngữ, trả về các hộp, văn bản và độ tin cậy—tiện dụng cho các nguyên mẫu và các tập lệnh không phải tiếng Latinh. Đối với các tài liệu lịch sử, Kraken tỏa sáng với phân đoạn đường cơ sở và thứ tự đọc nhận biết tập lệnh; để đào tạo cấp dòng linh hoạt, Calamari xây dựng trên dòng dõi Ocropy (Ocropy) với các bộ nhận dạng (đa)LSTM+CTC và một CLI để tinh chỉnh các mô hình tùy chỉnh.

Bộ dữ liệu và tiêu chuẩn

Sự khái quát hóa phụ thuộc vào dữ liệu. Đối với chữ viết tay, Cơ sở dữ liệu chữ viết tay IAM cung cấp các câu tiếng Anh đa dạng về người viết để đào tạo và đánh giá; đó là một bộ tham chiếu lâu đời cho nhận dạng dòng và từ. Đối với văn bản cảnh, COCO-Text đã xếp lớp các chú thích mở rộng trên MS-COCO, với các nhãn cho văn bản in/viết tay, dễ đọc/khó đọc, tập lệnh và bản ghi đầy đủ (xem thêm trang dự án ban đầu). Lĩnh vực này cũng phụ thuộc nhiều vào việc đào tạo trước tổng hợp: SynthText in the Wild kết xuất văn bản thành các bức ảnh với hình học và ánh sáng thực tế, cung cấp khối lượng dữ liệu khổng lồ để đào tạo trước các bộ phát hiện và nhận dạng (tham khảo mã và dữ liệu).

Các cuộc thi dưới chiếc ô Đọc mạnh mẽ của ICDAR giữ cho việc đánh giá có cơ sở. Các nhiệm vụ gần đây nhấn mạnh việc phát hiện/đọc từ đầu đến cuối và bao gồm việc liên kết các từ thành các cụm từ, với mã chính thức báo cáo độ chính xác/độ thu hồi/F-score, giao nhau trên hợp nhất (IoU), và các số liệu khoảng cách chỉnh sửa cấp ký tự—phản ánh những gì các nhà thực hành nên theo dõi.

Định dạng đầu ra và sử dụng hạ nguồn

OCR hiếm khi kết thúc ở văn bản thuần túy. Các kho lưu trữ và thư viện số thích ALTO XML vì nó mã hóa bố cục vật lý (các khối/dòng/từ có tọa độ) cùng với nội dung, và nó kết hợp tốt với bao bì METS. hOCR định dạng vi mô, ngược lại, nhúng cùng một ý tưởng vào HTML/CSS bằng cách sử dụng các lớp như ocr_line và ocrx_word, giúp dễ dàng hiển thị, chỉnh sửa và chuyển đổi bằng các công cụ web. Tesseract phơi bày cả hai—ví dụ: tạo hOCR hoặc PDF có thể tìm kiếm trực tiếp từ CLI (hướng dẫn xuất PDF); Các trình bao bọc Python như pytesseract thêm sự tiện lợi. Các bộ chuyển đổi tồn tại để dịch giữa hOCR và ALTO khi các kho lưu trữ có các tiêu chuẩn nhập liệu cố định —xem danh sách được tuyển chọn này của công cụ định dạng tệp OCR.

Hướng dẫn thực hành

• Bắt đầu với dữ liệu và sự sạch sẽ. Nếu hình ảnh của bạn là ảnh chụp từ điện thoại hoặc bản quét chất lượng hỗn hợp, hãy đầu tư vào việc xác định ngưỡng (thích ứng & Otsu) và chỉnh lệch (Hough) trước khi điều chỉnh bất kỳ mô hình nào. Bạn thường sẽ thu được nhiều lợi ích hơn từ một công thức tiền xử lý mạnh mẽ hơn là từ việc hoán đổi các bộ nhận dạng.
• Chọn đúng bộ phát hiện. Đối với các trang được quét có các cột thông thường, một bộ phân đoạn trang (vùng → dòng) có thể là đủ; đối với hình ảnh tự nhiên, các bộ phát hiện một lần như EAST là các đường cơ sở mạnh mẽ và cắm vào nhiều bộ công cụ (Ví dụ OpenCV).
• Chọn một bộ nhận dạng phù hợp với văn bản của bạn. Đối với tiếng Latinh in, Tesseract (LSTM/OEM) chắc chắn và nhanh chóng; đối với nhiều tập lệnh hoặc nguyên mẫu nhanh, EasyOCR hiệu quả; đối với chữ viết tay hoặc các kiểu chữ lịch sử, hãy xem xét Kraken hoặc Calamari và có kế hoạch tinh chỉnh. Nếu bạn cần kết hợp chặt chẽ với việc hiểu tài liệu (trích xuất khóa-giá trị, VQA), hãy đánh giá TrOCR (OCR) so với Donut (không có OCR) trên lược đồ của bạn—Donut có thể loại bỏ toàn bộ một bước tích hợp.
• Đo lường những gì quan trọng. Đối với các hệ thống từ đầu đến cuối, hãy báo cáo phát hiện F-score và nhận dạng CER/WER (cả hai đều dựa trên khoảng cách chỉnh sửa Levenshtein ; xem CTC); đối với các tác vụ nặng về bố cục, hãy theo dõi IoU/độ chặt và khoảng cách chỉnh sửa được chuẩn hóa ở cấp ký tự như trong bộ đánh giá ICDAR RRC .
• Xuất các đầu ra phong phú. Ưu tiên hOCR /ALTO (hoặc cả hai) để bạn giữ lại tọa độ và thứ tự đọc—rất quan trọng để làm nổi bật kết quả tìm kiếm, trích xuất bảng/trường , và nguồn gốc. CLI của Tesseract và pytesseract làm cho điều này trở thành một dòng lệnh.

Hướng tới tương lai

Xu hướng mạnh mẽ nhất là sự hội tụ: phát hiện, nhận dạng, mô hình hóa ngôn ngữ và thậm chí cả giải mã cho tác vụ cụ thể đang hợp nhất thành các ngăn xếp Transformer thống nhất. Đào tạo trước trên các kho ngữ liệu tổng hợp lớn vẫn là một hệ số nhân. Các mô hình không có OCR sẽ cạnh tranh quyết liệt ở bất cứ đâu mục tiêu là các đầu ra có cấu trúc thay vì các bản ghi nguyên văn. Cũng mong đợi các triển khai kết hợp: một bộ phát hiện nhẹ cộng với một bộ nhận dạng kiểu TrOCR cho văn bản dạng dài, và một mô hình kiểu Donut cho các biểu mẫu và biên lai.

Đọc thêm và công cụ

Tesseract (GitHub) · Tài liệu Tesseract · Thông số kỹ thuật hOCR · Nền tảng ALTO · Bộ phát hiện EAST · Phát hiện văn bản OpenCV · TrOCR · Donut · COCO-Text · SynthText · Kraken · Calamari OCR · ICDAR RRC · pytesseract · Chữ viết tay IAM · Công cụ định dạng tệp OCR · EasyOCR