Распознавание изогнутого текста

Материал из Викиконспекты
Версия от 14:26, 23 января 2021; 264269 (обсуждение | вклад)
(разн.) ← Предыдущая | Текущая версия (разн.) | Следующая → (разн.)
Перейти к: навигация, поиск


Распознавание текста — важная задача машинного обучения, решение которой позволит получать огромное количество информации из окружающего мира без участия человека. Распознавание изогнутого текста, в частности, одна из проблем, лежащих на пути решения данной задачи.

Введение[править]

В решении задачи распознавания текста двумя основными составляющими являются определение области текста и распознавание содержимого области. В сообществе исследователей выделяют три разных вида ориентации текста: горизонтальная (англ. horizontal), множественная (англ. multi-oriented), изогнутая (англ. curved). Очевидно, что правильность определения области текста напрямую влияет на качество работы распознающих моделей. Долгое время распознавание изогнутого текста казалось крайне сложной задачей — до тех пор, пока не появились способы весьма точно определять контуры объектов на изображениях (например, Mask R-CNN[1]). Использование методов сегментации изображения позволяет добиться хороших результатов на существующих наборах данных.
В этой статье будут описаны наборы данных, поспособствовавшие исследованиям, а также новейшие и наиболее удачные модели, которые показывают хорошие результаты вне зависимости от ориентации текста. Модели разделены на три категории:

  • модели, занимающиеся только детекцией (они находят группы букв на изображении, а распознавание непосредственно слов разработчики делегируют другим инструментам).
  • модели, которые занимаются только распознаванием.
  • модели, которые занимаются и детекцией, и распознаванием — сквозные модели (англ. end-to-end).

При дальнейшем чтении статьи могут возникнуть вопросы относительно методов измерения точности моделей. В качестве меры точности используется F-мера (совместно с precision и recall). В задаче распознавания текста precision — это количество правильно распознанных слов из общего числа слов, которые модель сумела найти на изображениях; recall — это количество правильно распознанных слов из всех слов, представленных в наборе данных. В задаче детекции текста для различных наборов данных используются различные протоколы оценки, с помощью которых определяется recall и precision, потом высчитывается F-мера.

Наборы данных[править]

TotalText (2017)[править]

Предшествующие TotalText'у наборы данных ICDAR'03[2], '11[3], '13[4] и MSRA-TD500[5] сыграли значимую роль в начале исследований в области распознавания текста. У наборов данных ICDAR[2][3][4][6] тексты встречались в единственной ориентации — горизонтальной, и на этом предположении были основаны многие ранние модели. Границы текста они определяли как прямоугольник. Это ограничивало возможности распознавания, и для привлечения внимания исследователей к этой проблеме в 2012 году был представлен набор данных MSRA-TD500[5], включавший в себя большое количество изображений с множественной ориентацией текста (от горизонтальной отличается тем, что область с текстом находится под наклоном или/и в перспективе). Модели были усовершенствованы, и теперь определяли границы как произвольных форм четырёхугольники. Текст же изогнутой формы, несмотря на частоту появления в реальном окружении, практически не появлялся в наборах данных (искл. COCO-text[7] и CUTE80[8], но они не привлекли особого внимания к проблеме). Поэтому справиться с произвольной формой текста многие модели попросту не могли.

Для привлечения внимания к этой проблеме в 2017 году был представлен набор данных TotalText, состоящий из 1555 изображений с текстом различной ориентации и содержащий в целом 9330 слов. Отличительной особенностью TotalText является эталон области (или же границ) текста. Так, в COCO-text[7] эталоном области текста являлся горизонтально ориентированный прямоугольник, а вот в TotalText это был многоугольник, состоящий из множества полигонов.

В качестве протокола оценки используется DetEval[9].

SCUT-CTW1500 (2017)[править]

SCUT-CTW1500 должен был привлечь внимание к той же проблеме, что и TotalText. Они были опубликованы практически одновременно (TotalText 27 октября 2017, а SCUT-CTW1500 6 декабря 2017). Вероятно, они разрабатывались независимо друг от друга — авторы SCUT-CTW1500 утверждали, что они являются первооткрывателями полигонального подхода, хотя TotalText был опубликован немного раньше. Позднее авторы TotalText добавили ссылку на SCUT-CTW1500 в качестве дополнения к своему набору данных. SCUT-CTW1500 включает в себя 1500 изображений (1000 для обучения, 500 для проверки), на которых содержится более 10 тысяч областей с текстом, и на каждом изображении как минимум один раз встречается изогнутый текст. Здесь, как и в TotalText, эталоном области является фигура, состоящая из нескольких полигонов. Оба этих набора данных (и модели, обученные на них) стали прорывом — они первые начали использовать полигональную форму.

Сейчас TotalText и SCUT-CTW1500 все реже используются как два независимых набора данных. Набор данных ArT[10] объединил их в себе и стал самым большим набором данных изогнутого текста.

Протоколом оценки является PASCAL VOC[11] протокол, где используется метрика IoU (граничное значение для определения true или false positive — 0.5).

Модели для детекции[править]

TextSnake (2018)[править]

Рисунок 1. Как TextSnake представляет текст[12]

TextSnake отличается уникальным способом представления области с текстом (см. Рисунок 1). Математически, экземпляр текста [math]t[/math], состоящий из нескольких элементов, может быть представлен как упорядоченный список [math]S(t)[/math]. [math]S(t) = \{D_0, D_1, ... , D_i , ... , D_n\}[/math], где [math]D_i[/math] — это [math]i[/math]-й диск, а [math]n[/math] — количество дисков. Каждый диск [math]D[/math] обладает набором геометрических свойств [math](c, r, θ)[/math], где [math]c, r, θ[/math] — это центр, радиус и ориентация диска [math]D[/math] соответственно. Радиус [math]r[/math] определён как половина от локальной высоты [math]t[/math], а ориентация [math]θ[/math] — это тангенциальное направление центральной линии относительно центра [math]c[/math]. Таким образом, текстовая область [math]t[/math] может быть легко представлена с помощью вычисления объединения дисков в [math]S(t)[/math]. Важно, что сами диски никак не связаны с символами, принадлежащими [math]t[/math]. Такое представление [math]t[/math] даёт возможность "выпрямить" текстовую область, что облегчит распознавание её содержимого.
Статья о модели доступна по ссылке. Реализацию этой модели можно найти в открытом доступе.



Архитектура[править]

Рисунок 2. Схема работы TextSnake[12]

Схема работы TextSnake представлена справа (см. Рисунок 2). TextSnake использует свёрточную нейронную сеть. Чтобы определять текст произвольной формы, используется FCN (Fully Convolutional Network)[13] модель для предсказывания геометрических атрибутов текстовых областей. С помощью FCN[13] и FPN (Feature Pyramid Network)[14] предсказываются вероятностные карты центральной линии (text center line, TCL) и текстовых областей (text regions, TR), вместе с геометрическими атрибутами [math]r, cosθ, sinθ[/math]. Карта TCL в дальнейшем маскируется картой TR (TCL, по сути, является частью TR). Для сегментации используется непересекающийся набор, так как центральные линии не перекрывают друг друга. Далее извлекаются списки точек центральной оси и восстанавливаются экземпляры текста. Детальная архитектура представлена ниже (см. Рисунок 3):

Рисунок 3. Архитектура TextSnake[12]


Точность[править]

F-мера:

  • TotalText: 78.4%
  • CTW1500: 75.6%


TextFuseNet (2020)[править]

Основной особенностью TextFuseNet является выделение бóльшего количества признаков и их слияние для более точного определения текстовых областей. TextFuseNet опирается на Mask R-CNN[1] и Mask TextSpotter, рассматривая детекцию текста как задачу сегментации. Выделение признаков происходит на трёх уровнях: символьном, словесном и глобальном.
Статья о модели доступна по ссылке. Реализацию этой модели можно найти в открытом доступе.

Архитектура[править]

Рисунок 4. Архитектура TextFuseNet[15]


Общая архитектура TextFuseNet представлена выше (см. Рисунок 4). В качестве основы для FPN[14] используется ResNet50[16], на этом этапе извлекаются общие признаки. Выходные данные используются RPN (Region Proposal Network)[17] и ветвью Semantic Segmentation. RPN[17] используется для генерации предполагаемых текстовых областей, что используется в последующих ветках Detection и Mask.

  • Сначала в ветви Semantic Segmentation с помощью сегментации определяются признаки на глобальном уровне.
  • Далее в ветви Detection, извлекаются признаки на словесном уровне и объединяются с признаками глобального уровня. Полученное представление используется для регрессии окружающей рамки и классификации объектов (текста/букв).
  • Потом в ветви Mask извлекаются признаки на символьном уровне. Все три уровня признаков (символьный, словесный и глобальный) объединяются, и полученное представление используется при сегментации экземпляров (instance segmentation) для объектов, полученных в ветви Detection.

При объединении признаков используется модуль Multi-Path Fusion, общая схема работы которого представлена ниже (Рис. 5):


Рисунок 5. Работа модуля multi-path fusion[15]


Точность[править]

F-мера:

  • Total-Text: 87.1%
  • CTW1500: 86.6%


PolyPRNet (2020)[править]

Отличительной чертой PolyPRNet является способ представления текста. Для области с текстом модель определяет центральную линию как полином степени [math]n[/math]. Эта центральная линия определяет общую форму и плавность текста. Для её построения используется набор [math]k[/math] путевых точек, расположенных на медиальной оси текстовой области (полиномиальная центральная линия должна максимально точно проходить путевые точки). Для описания таких локальных свойств, как ширина линии (то есть высота текста) и ориентация, используется набор [math]m[/math] линий широты. Линия широты пересекается с центральной линией, и описывается с помощью параметров [math]x_i, y_i, l_a, l_b[/math] и [math]θ_i[/math], где [math]x_i[/math] и [math]y_i[/math] — координаты начала линии широты, [math]l_a[/math] и [math]l_b[/math] — длина различных частей линии, [math]θ_i[/math] — угол линии широты относительно оси [math]y[/math]. Геометрическая модель текстовой области состоит из центральной линии [math]\{a_n, a_{n-1},.. a_0\}[/math] и параметров [math]\{x_i, y_i, l_{ai}, l_{bi}, θ_i\}[/math] линий широты (см. Рисунок 6).
Статья о модели доступна по ссылке.

Рисунок 6. Геометрическая модель текстовой области PolyPRNet[18]


Архитектура[править]

PolyPRNet использует двухступенчатую структуру на основе R-CNN[1]. Схема архитектуры представлена ниже (см. Рисунок 7). На первой стадии используется ResNet50 (Residual Network)[16] и FPN[14], чтобы получить карты признаков из исходного изображения. Далее используется сеть RPN[17] для формирования набора предложенных областей текста. На второй стадии используется модуль R-CNN[1] с ветками регрессии границы (bounding box regression) и классификации, чтобы точнее локализовать предложенные области. Так же используется модуль Polynomialbased shape Parameter Regression (PPR), чтобы вывести форму и направление потенциального текстового кандидата.

Рисунок 7. Архитектура PolyPRNet[18]


Точность[править]

F-мера:

  • Total-Text: 84.6%
  • CTW1500: 83.4%


Модели для распознавания[править]

Распознающие текст модели в качестве входных данных принимают изображение, где должна находиться одна строка текста. Точность распознавания этих моделей тестировалась на наборах данных, где за эталон принимается прямоугольная окружающая рамка (например, CUTE80[8], ICDAR'15[6]).

ESIR: End-to-end Scene Text Recognition via Iterative Image Rectification (2018)[править]

Рисунок 8. Повторяющая линия[19]

ESIR использует итеративное выпрямление изображения, которое исправляет искажения, связанные с перспективой и кривизной. Для этого с помощью полинома моделируется средняя линия текстовой области. В дополнение, определяются направление и высота области текста на множестве сегментов линии. Среднюю линию с дополнительными параметрами назовём "повторяющей линией" (см. Рисунок 8).

Представление центральной линии: [math]y = a_K ∗ x^K + a_{K−1} ∗ x^{K−1} + ... + a_1 ∗ x + a_0[/math], где [math]K[/math] — степень полинома.

Дополнительные параметры представлены в виде линии: [math]y = b_{1,l} ∗ x + b_{0,l} | r_l, l = 1, 2, ... , L[/math], где [math]L[/math] — количество линий.
Статья о модели доступна по ссылке.

Архитектура[править]

ESIR состоит из двух частей:

Рисунок 9. Сеть локализации[19]
  • Iterative Rectification Network (сеть итеративного выравнивания) (см. Рисунок 9). Сначала просчитываются параметры повторяющей линии, для чего используется сеть локализации вместе со свёртками изображений. После, основываясь на полученных параметрах, изображение выравнивается, и снова передаётся в сеть выравнивания. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет достигнуто заранее установленное количество итераций. На схеме ниже (см. Рисунок 9) представлена общая схема работы Iterative Rectification Network. Детальная структура сети локализации представлена в таблице (см. Рисунок 10).
Рисунок 10. Iterative Rectification Network[19]


  • Recognition Network (сеть распознавания). Используется sequence-to-sequence модель с механизмом внимания. Система состоит из кодера и декодера. В кодировщик поступает выпрямленное изображение текста размером 32x100 пикселей. Используется 53-слойная ResNet[16] для извлечения признаков, за ResNet следует два слоя двунаправленной LSTM. Декодер использует LuongAttention[20] механизм. На этапе вывода используется алгоритм поиск луча[21] (англ. beam search).

Точность[править]

F-мера:


MORAN: A Multi-Object Rectified Attention Network (2019)[править]

Рисунок 11. Схема выпрямления[22]

Текст на изображениях часто оказывается не просто изогнут, а деформирован разными способами и в нескольких направлениях (например, изогнутый текст + перспектива). Это учитывалось при разработке выпрямляющего модуля MORAN, что и является отличительной особенностью этой модели (см. Рисунок 11).
Статья о модели доступна по ссылке. Реализацию этой модели можно найти в открытом доступе.

Архитектура[править]

Рисунок 12. Архитектура всей модели MORAN[22]

MORAN состоит из двух частей: MORN (Multi-Object Rectification Network) и ASRN (Attention-based Sequence Recognition Network) (см. Рисунок 12):

  • MORN отвечает за выпрямление. Архитектура MORN представлена ниже (см. Рисунок 13). За каждым (за исключением последнего) свёрточным слоем следует слой батчевой нормализации и слой ReLU. MORN делит изображение на несколько частей, после чего предсказывает смещение для каждой части. Предсказанное смещение используется для выпрямления.
  • ASRN отвечает за распознавание. Архитектура ASRN представлена ниже (см. Рисунок 14). Основной структурой ASRN является фреймворк CNN-BLSTM (архитектура, в которой используется CNN для извлечения признаков и двунаправленная LSTM для предсказания последовательностей)[23]. В верхних слоях CRNN[24] применяется одномерный механизм внимания. Далее используется attention-based декодер (GRU) [25], основанный на RNN.
Рисунок 13. Архитектура MORN[22]
Рисунок 14. Архитектура ASRN[22]


Точность[править]

F-мера:

Сквозные (end-to-end) модели[править]

Mask TextSpotter (2018)[править]

Mask TextSpotter является одной из первых E2E (end-to-end) моделей, тренированных на наборе данных TotalText. Она не была призвана распознавать именно изогнутый текст, но отличительной чертой модели Mask TextSpotter являлось как раз то, что она сравнительно неплохо с ним справлялась. Разработчики Mask TextSpotter применили недавно опубликованную нейронную сеть с архитектурой Mask R-CNN[1] для выделения контуров объектов на изображении, которая и позволила сделать шаг вперед в распознавании изогнутого текста.
Статья о модели доступна по ссылке. Реализацию этой модели можно найти в открытом доступе.

Архитектура[править]

Для первичной обработки изображения Mask TextSpotter использует ResNet50[16] остаточную свёрточную нейронную сеть.

Затем над изображением работает RPN[17] нейронная сеть, которая выполняет базовый поиск областей текста на изображении. RPN[17] может выявлять символы разных форм и размеров. Уже размеченный текст более детально обрабатывается Fast R-CNN[1] нейронной сетью. Её задачи принципиально ничем не отличаются от задач RPN[17], Fast R-CNN[1] лишь доводит дело до конца. Завершает работу этап детекции по маске. Сначала он разбивает полученные области текста на слова, а затем внутри слов распознает отдельные символы. На этом этапе можно настраивать локализацию. Затем данные проходят небольшой пост-процессинг перед достижением итогового результата. Примерная визуализация архитектуры представлена ниже (см. Рисунок 15).

Рисунок 15. Архитектура Mask TextSpotter[26]


Точность[править]

F-мера:

  • TotalText (Detection): 61.3%
  • TotalText (E2E, без словаря): 52.9%
  • TotalText (E2E, со словарём): 71.8%


CRAFTS (2020)[править]

CRAFTS — это полноценный end-to-end фреймворк, способный не только к детекции, но и к распознаванию. Его часть, отвечающая за детекцию, показывает наилучшие результаты, так же, как и часть, отвечающая за распознавание без словаря.
Статья о модели доступна по ссылке. Реализацию этой модели можно найти в открытом доступе.

Архитектура[править]

CRAFTS состоит из трех слоев: слоя детекции, коммуникации и распознавания. Данные, проходя через три этих этапа, на выходе представляют собой готовый end-to-end результат в качестве распознанных слов (см. Рисунок 16).

Рисунок 16. Архитектура CRAFTS[27]


На этапе детекции CRAFTS использует ResNet50[16] остаточную свёрточную нейронную сеть для первичной обработки изображения. На основе полученного результата определяется направление и границы сначала областей текста, а затем отдельных символов в них. На выходе получается изображение с размеченными областями текста, а внутри них размеченные ориентированные конейнеры с символами (см. Рисунок 17). Данные представляются в виде таблицы признаков.

Рисунок 17. Подробная схема работы слоя детекции[27]


Слой коммуникации принимает таблицу признаков, сгенерированную на этапе детекции, и преобразовывает ее для дальнейшей передачи в слой распознавания. Это происходит в два этапа: сначала очищение текста, потом корректировка признаков.

Очищение текста по сути своей является корректировкой символьных полигонов. Они выпрямляются и сглаживаются, обтекая символы. Эти преобразования происходят в три этапа трансформации сплайнов с малой шириной. Для трансформации используется 20 контрольных точек. Также на этом этапе при необходимости применяется 2D-полиномиальное сглаживание для достижения еще более точной формы полигона.

После очищения текста производится корректировка признаков: на каждый символ устанавливается точка внимания. Этот этап является ключевым по двум причинам. Во-первых, скорректированная таблица сама по себе облегчает работу слою распознавания, что значительно повышает его эффективность. Во-вторых, на данном этапе через откорректированную таблицу слой детекции и слой распознавания становятся зависимыми друг от друга. Это позволяет ошибке распознавания повлиять на работу слоя детекции (см. Рисунок 18). Такая связь оказывает внушительное влияние на качество обучения и, как следствие, на качество модели.

Рисунок 18. Диаграмма распространения ошибки в CRAFTS[27]


Процесс распознавания состоит из трех частей: извлечение признаков, моделирование последовательности и непосредственно распознавание (см. Рисунок 19). Успех этапа распознавания во многом зависит от правильно расставленных точек внимания. Если они смещены или утеряны, то корректное распознавание практически невозможно.

Рисунок 19. Архитектура слоя распознавания[27]


Точность[править]

F-мера:

  • Total-Text (Detection): 87.4%
  • Total-Text (E2E, без словаря): 78.7%


TextPerceptron (2020)[править]

Text Perceptron — это E2E модель, состоящая из трёх частей: модуль детекции, Shape Transform Module (STM, "модуль трансформации формы") и модуль распознавания текста. Модуль детекции описывает текстовую область с помощью четырёх субобластей: центр, начало, конец и вертикальная (верх/низ) область (см. Рисунок 20). Это сделано для упрощения определения направления чтения. STM необходим для устранения несовместимости между модулем детекции и модулем распознавания. Модуль распознавания генерирует итоговую символьную последовательность. Каждый этап может влиять на предшествующий ему этап, сигнализируя соответствующему модулю о необходимости дополнительной настройки.
Статья о модели доступна по ссылке.

Рисунок 20. Схема работы TextPerceptron[28]


Архитектура:[править]

Детектор текста использует ResNet[16] и FPN[14] как основу, и реализуется путем одновременного изучения трех задач: многоклассовой семантической сегментации с учетом порядка, регрессии угла и регрессии смещения границ. STM отвечает за объединение детекции и распознания. Для этого STM генерирует доверительные точки и настраивает их позиции, на основе чего "выпрямляет" текст с помощью TPS (Thin-plate splines) для дальнейшего распознавания. В модуле распознавания может использоваться любой sequence-based метод. Примерная визуализация архитектуры представлена ниже (см. Рисунок 21).

Рисунок 21. Архитектура TextPerceptron[28]


Точность[править]

F-мера:

  • Total-Text (Detection): 85.2%
  • Total-Text (E2E, без словаря): 69.7%
  • Total-Text (E2E, со словарём): 78.3%


Boundary (2020)[править]

Рисунок 22. Стадии работы Boundary[29]

Boundary при детекции использует граничные точки, чтобы максимально точно повторить контуры текстовой области. После, используя граничные точки, текст приводится к виду, подходящему для распознающего модуля. Перед определением граничных точек заранее определяются "коробки", в которых может находиться текст (см. Рисунок 22).
Статья о модели доступна по ссылке.

Рисунок 23. Архитектура Boundary[29]

Архитектура[править]

Boundary состоит из трёх частей: определение ориентированной "коробки" текста, определение граничных точек и распознавание текста (см. Рисунок 23). Сначала строится карта признаков с помощью ResNet50[16] и FPN[14]. После используется RPN[17] чтобы сгенерировать предполагаемые горизонтально-ориентированные области. После этого для каждой области генерируется ориентированная "коробка" через предсказывание её центральной точки, высоты, ширины и направления. Далее для каждой ориентированной коробки ищутся граничные точки, для чего используется Boundary Point Detection Network (BPDN). Опираясь на полученные граничные точки, предполагаемые области выравнивают, после чего для распознавания текста используется CRNN[24].

Точность[править]

F-мера:

  • Total-Text (Detection): 87.0%
  • Total-Text (E2E, без словаря): 64.1%


MANGO (2021)[править]

MANGO — один из самых удачных end-to-end фреймворков. Вероятно, такого успеха его авторы добились благодаря необычной для таких моделей внутренней архитектуре. Обычно E2E модели работают в два этапа: детекция и распознавание. Слой детекции выделяет и выпрямляет области текста, которые затем передаются в слой распознавания. Такой подход вызывает трудности в обучении, так как результат распознавания сильно зависит от результата детекции, но обучать два этих слоя одновременно и взаимно — сложная задача. Ученые ищут способы решения этой проблемы. Разработчики MANGO отказались от подобной архитектуры и делегировали обе задачи одному единственному слою. Именно поэтому MANGO невозможно протестировать на качество детекции — в этой модели этап детекции неразделим с этапом распознавания. MANGO является одним из первооткрывателей такой архитектуры и доказывает, что она не просто жизнеспособна, но и весьма успешна — среди всех существующих на данный момент E2E моделей MANGO показывает второй результат F-меры как по распознаванию без словаря, так и со словарем.
Статья о модели доступна по ссылке.

Архитектура[править]

Итак, MANGO имеет однослойную архитектуру (см. Рисунок 24). Но это вовсе не значит, что работу этой модели нельзя разделить на этапы. В действительности MANGO, как и другие модели, не может выполнить сразу оба этапа каким-то одним инструментом. MANGO все еще разделяет свою работу на детекцию и распознавание. Особенность этой модели в том, что данные, спустя этап детекции, имеют такой вид, что код на этапе распознавания представляет собой легковесный инструмент. Это достигается тем, что этап детекции уже включает в себя элементы распознавания. Разберемся как это происходит.

На вход инструменту распознавания подается так называемая позиционно-ориентированная маска внимания. Она представляет собой конкатенацию двух других масок: маски областей текста и многослойной маски точек внимания символов. Каждый слой маски символов сопоставлен с соответствующим слоем маски областей текста. Данные, представленные в таком виде (особенно важно сопоставление между двумя масками), сильно облегчают распознавание (выполняя часть работы по распознаванию заранее). Поэтому на данном этапе можно оставить лишь легковесный инструмент и не писать для распознавания отдельный слой.

Первоначальная обработка изображения происходит с помощью ResNet50[16] остаточной свёрточной нейронной сети.

Рисунок 24. Архитектура MANGO[30]


Точность[править]

F-мера:

  • Total-Text (E2E, без словаря): 72.9%
  • Total-Text (E2E, со словарём): 83.6%
  • CTW1500 (E2E, без словаря): 58.9%
  • CTW1500 (E2E, со словарём): 78.7%


Сводные таблицы[править]

Общие данные[править]

Сводная таблица моделей для детекции
Модель Особенности Использованные методы

TextSnake (2018)

Представление области текста с помощью центральной линии и множества дисков.

Ts textreg.png

FCN[13] + FPN[14]

TextFuseNet (2020)

Выделение признаков на глобальном, словесном и символьном уровнях. Представление области текста с помощью маски.

Tfn textreg.png

ResNet50[16] + FPN[14] + Mask R-CNN[1]

PolyPRNet (2020)

Представление текста с помощью скелета из полиномиальной центральной линии и линий широты.

Polyprn textreg.png

ResNet50[16] + FPN[14] + RPN[17] + R-CNN[1]


Сводная таблица моделей E2E
Модель Особенности Использованные методы

Mask TextSpotter (2018)

Одна из первых моделей, способных определить и распознать изогнутый текст. Представление области текста с помощью маски.

Mts textreg.png

ResNet50[16] + RPN[17] + Fast R-CNN[1]

CRAFTS (2020)

Состоит из трех слоев: детекции, коммуникации и распознавания. Слой коммуникации связывает слой детекции и распознавания и позволяет ошибке распознавания распространиться до слоя детекции. Текст представляется в трех видах: границы областей текста, границы символов и ориентированные границы символов.

CraftsText.png

ResNet50[16]

TextPerceptron (2020)

Shape Transform Module, использующий для выпрямления доверительные точки на границах текстовых областей. Взаимодействие модулей друг с другом в обе стороны.

Textperc textreg.png

ResNet50[16] + FPN[14]

Boundary (2020)

Нанесение граничных точек при представлении текста. Использование граничных точек для выпрямления.

Boundary.png

ResNet50[16] + FPN[14] + RPN[17] + CRNN[24]

MANGO (2021)

Однослойная архитектура, сочетающая детекцию и распознавание. Элементы распознавания частично присутствуют уже на этапе детекции. На этапе распознавания остался лишь легковесный инструмент вместо полноценного слоя.

ResNet50[16] + FPN[14]


Сводная таблица моделей распознавания
Модель Особенности Использованные методы

ESIR (2018)

Представление области текста с помощью скелета из полиномиальной центральной линии и дополнительных параметров (высота, ориентация). Итеративное выпрямление текста на основе просчитанных параметров.

Esir line.png

ResNet53[16] + BiLSTM

MORAN (2019)

Разбиение изображения на части, определение смещения каждой части изображения. Выпрямление изображения на основе предсказанных смещений.

Moran morn.png

CNN + BiLSTM + GRU[25]


Результаты[править]

Общие результаты детекции на наборе данных Total-Text
Модель Precision Recall F-мера
CRAFTS (E2E) 89.5 85.4 87.4
TextFuseNet 89.0 85.3 87.1
Boundary (E2E) 88.9 85.0 87.0
PolyPRNet 88.1 85.3 86.7
Text Perceptron (E2E) 88.8 81.8 85.2
TextSnake 82.7 74.5 78.4
Mask TextSpotter (E2E) 69.0 55.0 61.3


Общие результаты E2E моделей на наборе данных Total-Text
Модель F-мера без словаря F-мера со словарем
CRAFTS 78.7 -
MANGO 72.9 83.6
Text Perceptron 69.7 78.3
Boundary 65.0 76.1
Mask TextSpotter 52.9 71.8


Общие результаты моделей распознавания
Модель F-мера на наборе ICDAR'15[6] F-мера на наборе данных CUTE80[8]
ESIR 76.9 83.3
MORAN 68.8 77.4

См. также[править]

Примечания[править]

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 Mask R-CNN, Kaiming He, Georgia Gkioxari, Piotr Dollar, Ross Girshick
  2. 2,0 2,1 S.M. Lucas et al, "ICDAR 2003 Robust Reading Competition"
  3. 3,0 3,1 D. Karatzas, S. Robles Mestre, J. Mas, F. Nourbakhsh, P. Pratim Roy, "ICDAR 2011 Robust Reading Competition"
  4. 4,0 4,1 D. Karatzas, F. Shafait, S. Uchida, M. Iwamura, L. Gomez, S. Robles, J. Mas, D. Fernandez, J. Almazan, L.P. de las Heras, "ICDAR 2013 Robust Reading Competition"
  5. 5,0 5,1 C. Yao, X. Bai, W. Liu, Y. Ma and Z. Tu, "Detecting Texts of Arbitrary Orientations in Natural Images"
  6. 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 D. Karatzas, L. Gomez-Bigorda, A. Nicolaou, S. Ghosh, A. Bagdanov, M. Iwamura, J. Matas, L. Neumann, V. Ramaseshan Chandrasekhar, S. Lu, F. Shafait, S. Uchida, E. Valveny, "ICDAR 2015 Competition on Robust Reading"
  7. 7,0 7,1 A. Veit, T. Matera, L. Neumann, J. Matas, S. Belongie, "COCO-Text: Dataset and Benchmark for Text Detection and Recognition in Natural Images"
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 A. Risnumawan, P. Shivakumara, C.S. Chan and C.L. Tan, "A Robust Arbitrary Text Detection System for Natural Scene Images"
  9. C. Wolf and J.-M. Jolion, “Object count/area graphs for the evaluation of object detection and segmentation algorithms” (2006)
  10. "ICDAR2019 Robust Reading Challenge on Arbitrary-Shaped Text — RRC-ArT"
  11. M. Everingham, L. Van Gool, C. K. Williams, J. Winn, and A. Zisserman, "The pascal visual object classes (voc) challenge" (2010)
  12. 12,0 12,1 12,2 Shangbang Long, Jiaqiang Ruan, Wenjie Zhang, Xin He, Wenhao Wu, Cong Yao, "TextSnake: A Flexible Representation for Detecting Text of Arbitrary Shapes" (2018)
  13. 13,0 13,1 13,2 Jonathan Long, Evan Shelhamer, Trevor Darrell, "Fully Convolutional Networks for Semantic Segmentation" (2015)
  14. 14,00 14,01 14,02 14,03 14,04 14,05 14,06 14,07 14,08 14,09 14,10 Lin, T.Y., Dollar, P., Girshick, R., He, K., Hariharan, B., Belongie, S., "Feature pyramid networks for object detection"
  15. 15,0 15,1 Jian Ye, Zhe Chen, Juhua Liu, Bo Du, "TextFuseNet: Scene Text Detection with Richer Fused Features" (2020)
  16. 16,00 16,01 16,02 16,03 16,04 16,05 16,06 16,07 16,08 16,09 16,10 16,11 16,12 16,13 16,14 16,15 He, K., Zhang, X., Ren, S., Sun, J., "Deep residual learning for image recognition" (2016)
  17. 17,0 17,1 17,2 17,3 17,4 17,5 17,6 17,7 17,8 17,9 Ren, S., He, K., Girshick, R.B., Sun, J., "Faster R-CNN: towards real-time object detection with region proposal networks" (2015)
  18. 18,0 18,1 Jiahao Shi, Long Chen, Feng Su, "Accurate Arbitrary-Shaped Scene Text Detection via Iterative Polynomial Parameter Regression" (2020)
  19. 19,0 19,1 19,2 Fangneng Zhan, Shijian Lu, "ESIR: End-to-end Scene Text Recognition via Iterative Image Rectification" (2018)
  20. Minh-Thang Luong, Hieu Pham, and Christopher D. Manning, "Effective approaches to attention-based neural machine translation" (2015)
  21. Beam Search - Wikipedia
  22. 22,0 22,1 22,2 22,3 Canjie Luo, Lianwen Jin, Zenghui Sun, "MORAN: A Multi-Object Rectified Attention Network for Scene Text Recognition" (2019)
  23. J. Donahue, L. A. Hendricks, M. Rohrbach, S. Venugopalan, S. Guadarrama, K. Saenko, T. Darrell "Long-term Recurrent Convolutional Networks for Visual Recognition and Description" (2016)
  24. 24,0 24,1 24,2 B. Shi, X. Bai, and C. Yao, "An end-to-end trainable neural network for image-based sequence recognition and its application to scene text recognition" (2017)
  25. 25,0 25,1 K. Cho, B. van Merrienboer, C. Gulcehre, D. Bahdanau, F. Bougares, H. Schwenk, Y. Bengio, "Learning phrase representations using RNN encoderdecoder for statistical machine translation" (2014)
  26. Pengyuan Lyu, Minghui Liao, Cong Yao, Wenhao Wu, Xiang Bai, "Mask TextSpotter: An End-to-End Trainable Neural Network for Spotting Text with Arbitrary Shapes" (2018)
  27. 27,0 27,1 27,2 27,3 Youngmin Baek, Seung Shin, Jeonghun Baek, Sungrae Park, Junyeop Lee, Daehyun Nam, Hwalsuk Lee, "Character Region Attention For Text Spotting" (2020)
  28. 28,0 28,1 Liang Qiao, Sanli Tang, Zhanzhan Cheng, Yunlu Xu, Yi Niu, Shiliang Pu, Fei Wu, "Text Perceptron: Towards End-to-End Arbitrary-Shaped Text Spotting" (2020)
  29. 29,0 29,1 Hao Wang, Pu Lu, Hui Zhang, Mingkun Yang, Xiang Bai, Yongchao Xu, Mengchao He, Yongpan Wang, Wenyu Liu, "All You Need Is Boundary: Toward Arbitrary-Shaped Text Spotting" (2020)
  30. Liang Qiao, Ying Chen, Zhanzhan Cheng, Xunlu Xu, Yi Niu, Shiliang Pu, Fei Wu, "MANGO: A Mask Attention Guided One-Stage Scene Text Spotter" (2021)

Источники информации[править]