深度学习-文档检测方案整理

红太狼 2022-01-11 23:43 501阅读 0赞

# 概述 #

这里梳理一下之前收集的几篇关于文档检测的文章，由于一些特殊的原因，最近可能都没机会去实践这些知识了，只能略读归纳一下。

在识别纸质文档的第一步，一般首先要识别文档区域，也就是定位出文档4个角的坐标，然后拉伸文档区域，还原宽高比，接着后续的OCR流程。本文主要记录一些文档区域检测方面的文章。

# 网易的方案 #

网易的有道笔记用到了文档检测技术，主要信息披露自以下两篇博客：

*  [有道云笔记是如何使用TensorFlow Lite的？][TensorFlow Lite]
 *  [文档扫描：深度神经网络在移动端的实践][Link 1]

上面两篇文章，第一篇讲工程，第二篇讲算法。从两篇博文中大概能还原出这些信息：1.作者使用了语义分割的算法检测文档边缘；2.利用HED论文里的思想改进了LOSS函数。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1YW5sdWx1_size_16_color_FFFFFF_t_70]

根据作者的配图，我觉得检测边缘和进行拉伸之间，可能还有一个寻找矩形的步骤，这一步可以采用类似OpenCV里的findContours函数，这也是很多OCR进行文档检测的基本思路。

# 腾讯的文章 #

[基于 TensorFlow 在手机端实现文档检测][TensorFlow]

这篇文章是腾讯Bugly的，我觉得比较可贵的是把他们产品的演进思路写出来了，也就是把采坑经验给出来了。我这里会摘抄原文里的部分文字略作改动。

他们刚开始也是调试各种传统算法，总结起来就是：

*  改进 canny 算法的效果，增加额外的步骤，得到效果更好的边缘检测图
 *  针对 canny 步骤得到的边缘图，建立一套数学算法，从边缘图中寻找出一个合理的矩形区域

但是算法越来越复杂，代码实现难度很大。算法的鲁棒性也不够好，很容易遇到边缘检测效果不理想的场景。他们感觉传统的算法手段已经到极限了，那不如试试机器学习/神经网络。

首先想到的，就是仿照人脸对齐(face alignment)的思路，构建一个端到端(end-to-end)的网络，直接回归拟合，也就是让这个神经网络直接输出 4 个顶点的坐标，但是，经过尝试后发现，根本拟合不出来。

后来还尝试过用 YOLO 网络做 Object Detection，用 FCN 网络做像素级的 Semantic Segmentation，但是结果都很不理想，比如：

*  达不到文档检测功能想要的精确度
 *  网络结构复杂，运算量大，在手机上无法做到实时检测

前面尝试的几种神经网络算法，都不能得到想要的效果，后来换了一种思路，既然传统的技术手段里包含了两个关键的步骤，那能不能用神经网络来分别改善这两个步骤呢，经过分析发现，可以尝试用神经网络来替换 canny 算法，也就是用神经网络来对图像中的矩形区域进行边缘检测，只要这个边缘检测能够去除更多的干扰因素，那第二个步骤里面的算法也就可以变得更简单了。

最终，作者采用HED边缘检测算法来做文档边缘检测。效果见下方第二列，可以看到其比传统算法鲁棒的多。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1YW5sdWx1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
总结下来，这个方案和网易的思路应该是基本一致的，只是网易没有把中间坎坷的选型过程记录下来。

# 票据检测 #

[深度学习实践文档检测][Link 2]

这篇文章的作者也想到类似腾讯的那种方案，但是觉得pipeline太长，想尝试真正端到端的检测方案。

作者也尝试直接对4个关键点的坐标做regression，发现能收敛但精度很低。这个结论和腾讯的结论一致。

最终作者参考人体姿态估计的一般做法，采用高斯热图回归的方法得到4个坐标点。作者认为热图回归方法还不完美，期待有更好的idea。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1YW5sdWx1_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

# 参考资料 #

这里有一个来自美团的OCR方案介绍，这里没有文档检测部分，直接从文字区域检测开始了，但是贴近实战，可以参考下：

[美团-深度学习在OCR中的应用][-_OCR]

[TensorFlow Lite]: http://techblog.youdao.com/?p=1335
[Link 1]: http://techblog.youdao.com/?p=1237
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1YW5sdWx1_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220110/8b82ba8fa0f941da9210ee1e2f8526a6.png
[TensorFlow]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/27191354?utm_source=com.tencent.tim&utm_medium=social&utm_oi=722819296425701376
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1YW5sdWx1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220110/126acb8846da47099c3c5eb607808520.png
[Link 2]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/56336225?utm_source=com.tencent.tim&utm_medium=social&utm_oi=722819296425701376
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[-_OCR]: https://cloud.tencent.com/developer/news/315295