字符识别模型理解

1、CNN介绍

卷积神经网络(简称CNN)是一类特殊的人工神经网络,是深度学习中重要的一个分支。CNN在很多领域都表现优异,精度和速度比传统计算学习算法高很多。特别是在计算机视觉领域,CNN是解决图像分类、图像检索、物体检测和语义分割的主流模型。
CNN每一层由众多的卷积核组成,每个卷积核对输入的像素进行卷积操作,得到下一次的输入。随着网络层的增加卷积核会逐渐扩大感受野,并缩减图像的尺寸。
在这里插入图片描述
CNN是一种层次模型,输入的是原始的像素数据。CNN通过卷积(convolution)、池化(pooling)、非线性激活函数(non-linear activation function)和全连接层(fully connected layer)构成。
如下图所示为LeNet网络结构,是非常经典的字符识别模型。两个卷积层,两个池化层,两个全连接层组成。卷积核都是5×5,stride=1,池化层使用最大池化。
在这里插入图片描述
通过多次卷积和池化,CNN的最后一层将输入的图像像素映射为具体的输出。如在分类任务中会转换为不同类别的概率输出,然后计算真实标签与CNN模型的预测结果的差异,并通过反向传播更新每层的参数,并在更新完成后再次前向传播,如此反复直到训练完成 。
与传统机器学习模型相比,CNN具有一种端到端(End to End)的思路。在CNN训练的过程中是直接从图像像素到最终的输出,并不涉及到具体的特征提取和构建模型的过程,也不需要人工的参与。

2、CNN发展

随着网络结构的发展,研究发现网络模型结构越深、网络参数越多模型的精度更优。比较典型的有AlexNet、VGG、InceptionV3和ResNet的发展脉络。
在这里插入图片描述
LeNet-5(1998):
在这里插入图片描述
AlexNet(2012):
在这里插入图片描述
VGG-16(2014):
在这里插入图片描述
Inception-v1 (2014):
在这里插入图片描述
ResNet-50 (2015):
在这里插入图片描述

3、Pytorch构建CNN模型

在Pytorch中构建CNN模型非常简单,只需定义好模型的参数和正向传播即可,Pytorch会根据正向传播自动计算反向传播。
我们会构建一个非常简单的CNN,然后进行训练。这个CNN模型包括两个卷积层,最后并联6个全连接层进行分类。

import torch
torch.manual_seed(0)
torch.backends.cudnn.deterministic = False
torch.backends.cudnn.benchmark = True

import torchvision.models as models
import torchvision.transforms as transforms
import torchvision.datasets as datasets
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F
import torch.optim as optim
from torch.autograd import Variable
from torch.utils.data.dataset import Dataset

# 定义模型
class SVHN_Model1(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(SVHN_Model1, self).__init__()
        # CNN提取特征模块
        self.cnn = nn.Sequential(
            nn.Conv2d(3, 16, kernel_size=(3, 3), stride=(2, 2)),
            nn.ReLU(),  
            nn.MaxPool2d(2),
            nn.Conv2d(16, 32, kernel_size=(3, 3), stride=(2, 2)),
            nn.ReLU(), 
            nn.MaxPool2d(2),
        )
        # 
        self.fc1 = nn.Linear(32*3*7, 11)
        self.fc2 = nn.Linear(32*3*7, 11)
        self.fc3 = nn.Linear(32*3*7, 11)
        self.fc4 = nn.Linear(32*3*7, 11)
        self.fc5 = nn.Linear(32*3*7, 11)
        self.fc6 = nn.Linear(32*3*7, 11)
    
    def forward(self, img):        
        feat = self.cnn(img)
        feat = feat.view(feat.shape[0], -1)
        c1 = self.fc1(feat)
        c2 = self.fc2(feat)
        c3 = self.fc3(feat)
        c4 = self.fc4(feat)
        c5 = self.fc5(feat)
        c6 = self.fc6(feat)
        return c1, c2, c3, c4, c5, c6
    
model = SVHN_Model1()

训练代码:

# 损失函数
criterion = nn.CrossEntropyLoss()
# 优化器
optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), 0.005)

loss_plot, c0_plot = [], []
# 迭代10个Epoch
for epoch in range(10):
    for data in train_loader:
        c0, c1, c2, c3, c4, c5 = model(data[0])
        loss = criterion(c0, data[1][:, 0]) + \
                criterion(c1, data[1][:, 1]) + \
                criterion(c2, data[1][:, 2]) + \
                criterion(c3, data[1][:, 3]) + \
                criterion(c4, data[1][:, 4]) + \
                criterion(c5, data[1][:, 5])
        loss /= 6
        optimizer.zero_grad()
        loss.backward()
        optimizer.step()
        
        loss_plot.append(loss.item())
        c0_plot.append((c0.argmax(1) == data[1][:, 0]).sum().item()*1.0 / c0.shape[0])
        
    print(epoch)

训练完成后我们可以将训练过程中的损失和准确率进行绘制,如下图所示。从图中可以看出模型的损失在迭代过程中逐渐减小,字符预测的准确率逐渐升高。
在这里插入图片描述
为了追求精度,也可以使用在ImageNet数据集上的预训练模型,具体方法如下:

class SVHN_Model2(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(SVHN_Model1, self).__init__()
                
        model_conv = models.resnet18(pretrained=True)
        model_conv.avgpool = nn.AdaptiveAvgPool2d(1)
        model_conv = nn.Sequential(*list(model_conv.children())[:-1])
        self.cnn = model_conv
        
        self.fc1 = nn.Linear(512, 11)
        self.fc2 = nn.Linear(512, 11)
        self.fc3 = nn.Linear(512, 11)
        self.fc4 = nn.Linear(512, 11)
        self.fc5 = nn.Linear(512, 11)
    
    def forward(self, img):        
        feat = self.cnn(img)
        # print(feat.shape)
        feat = feat.view(feat.shape[0], -1)
        c1 = self.fc1(feat)
        c2 = self.fc2(feat)
        c3 = self.fc3(feat)
        c4 = self.fc4(feat)
        c5 = self.fc5(feat)
        return c1, c2, c3, c4, c5

4、总结

总体来说本次任务比较简单,最主要就是使用Pytorch构建构建了一个简易的CNN模型来完成字符分类任务。

### 非传统字符识别模型的替代方案和方法 光学字符识别(OCR)技术的核心在于将图像中的文本转换为可编辑和可搜索的数据。尽管传统的基于模板匹配或深度学习字符识别模型已经取得了显著进展,但仍有其他非传统的方法可以作为补充或替代方案。以下是一些值得注意的替代模型和方法: #### 1. 基于规则的方法 基于规则的OCR方法依赖于预定义的规则来解析文本内容。这种方法通常适用于特定领域或格式化的文档。例如,在处理银行支票时,可以通过预先设定的规则来定位金额字段的位置并提取相关信息[^1]。虽然这种方法对复杂场景的适应性较差,但在结构化数据中表现良好。 #### 2. 结合自然语言处理(NLP)的技术 将NLP技术与OCR结合是一种有效的替代方案。例如,在中医医案的结构化处理中,通过构建症状词典并结合改进的N-gram模型,可以更准确地提取医案中的关键信息[^3]。这种方法不仅能够识别字符,还能理解上下文语义,从而提高整体识别精度。 #### 3. 图像分割与特征提取 图像分割技术可以帮助OCR系统更好地处理复杂的背景或重叠字符。通过先分割出单个字符或单词区域,再进行识别,可以显著提升识别效果。此外,特征提取方法如HOG(方向梯度直方图)或SIFT(尺度不变特征变换)也可以作为深度学习模型的补充,用于增强对特定特征的捕捉能力[^1]。 #### 4. 表格识别与结构化 针对表格类文档,OCR技术需要结合表格识别算法来实现结构化输出。这通常涉及检测表格边界、单元格位置以及内容布局等步骤。相比传统的逐字符识别,这种方法更能反映表格的整体结构,适合处理财务报表、调查问卷等复杂文档[^1]。 #### 5. 半监督与自监督学习 在标注数据有限的情况下,半监督和自监督学习方法可以有效提升OCR系统的性能。通过利用大量未标注数据训练模型,使其具备更强的泛化能力。例如,可以设计一个自监督任务让模型预测被遮挡部分的字符形状,从而间接优化其识别能力[^2]。 ```python # 示例代码:使用自监督学习框架进行OCR预训练 import torch from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForMaskedLM tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained("bert-base-uncased") model = AutoModelForMaskedLM.from_pretrained("bert-base-uncased") text = "The [MASK] of the document is important for OCR." inputs = tokenizer(text, return_tensors="pt") outputs = model(**inputs) predicted_token_id = torch.argmax(outputs.logits[0, 4]).item() print(tokenizer.decode(predicted_token_id)) ``` #### 6. 多模态融合 多模态融合技术将视觉信息与其他模态(如音频、触觉)相结合,以提高OCR系统的鲁棒性。例如,在手写体识别中,除了分析笔迹外,还可以参考书写时的压力变化或速度信息,从而获得更全面的理解[^3]。 ---
评论 1
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值