CRNN——文本识别算法

常用文字识别算法主要有两个框架:

  1. CNN+RNN+CTC(CRNN+CTC)
  2. CNN+Seq2Seq+Attention

文章认为文字识别是对序列的预测方法,所以采用了对序列预测的RNN网络。通过CNN将图片的特征提取出来后采用RNN对序列进行预测,最后通过一个CTC的翻译层得到最终结果。说白了就是CNN+RNN+CTC的结构。

CRNN 全称为 Convolutional Recurrent Neural Network,主要用于端到端地对不定长的文本序列进行识别,不用先对单个文字进行切割,而是将文本识别转化为时序依赖的序列学习问题,就是基于图像的序列识别。

 整个CRNN网络结构包含三部分,从下到上依次为:

CNN(卷积层),使用深度CNN,对输入图像提取特征,得到特征图;

RNN(循环层),使用双向RNN(BLSTM)对特征序列进行预测,对序列中的每个特征向量进行学习,并输出预测标签(真实值)分布;

因为 RNN 有梯度消失的问题,不能获取更多上下文信息,所以 CRNN 中使用的是 LSTM,LSTM 的特殊设计允许它捕获长距离依赖。

LSTM 是单向的,它只使用过去的信息。然而,在基于图像的序列中,两个方向的上下文是相互有用且互补的。将两个LSTM,一个向前和一个向后组合到一个双向LSTM中。此外,可以堆叠多层双向LSTM,深层结构允许比浅层抽象更高层次的抽象

这里采用的是两层各256单元的双向 LSTM 网络:

CTC loss(转录层),使用 CTC 损失,把从循环层获取的一系列标签分布转换成最终的标签序列。

LSTM是一种特核事故的RNN,主要是解决长序列的训练过程中的梯度消失和梯度爆炸问题,简单来说,LSTM在更长序列表现好。

  • 创新点
  1. 使用双向BLSTM来提取图像特征,对序列特征识别效果明显
  2. 将语音识别领域的CTC—LOSS引入图像,这是质的飞越
  • 不足点
  1. 网络复杂,尤其是BLSTMCTC很难理解,且很难计算。
  2. 由于使用序列特征,对于角度很大的值很难识别。

CTC的核心思路主要分为以下几部分:

  • 它扩展了RNN的输出层,在输出序列和最终标签之间增加了多对一的空间映射,并在此基础上定义了CTC Loss函数
  • 它借鉴了HMMHidden Markov Model)的Forward-Backward算法思路,利用动态规划算法有效地计算CTC Loss函数及其导数,从而解决了RNN端到端训练的问题
  • 最后,结合CTC Decoding算法RNN可以有效地对序列数据进行端到端的预测

CTC的特征

  • 条件独立:CTC的一个非常不合理的假设是其假设每个时间片都是相互独立的,这是一个非常不好的假设。在OCR或者语音识别中,各个时间片之间是含有一些语义信息的,所以如果能够在CTC中加入语言模型的话效果应该会有提升。
  • 单调对齐:CTC的另外一个约束是输入X XX与输出Y YY之间的单调对齐,在OCR和语音识别中,这种约束是成立的。但是在一些场景中例如机器翻译,这个约束便无效了。
### 头歌实验平台上的 CRNN 文本识别项目 在头歌实验平台上,CRNN(Convolutional Recurrent Neural Network)作为一种高效的文本识别算法,已经被广泛应用于各种场景下的文字序列识别任务。以下是关于如何利用头歌实验平台实现基于 CRNN文本识别项目的详细介绍。 #### 1. CRNN 算法概述 CRNN 是一种结合了卷积神经网络(CNN)、循环神经网络(RNN/LSTM),以及连接时序分类(CTC)技术的深度学习框架。它主要用于处理具有时间序列特性的图像数据,例如手写数字识别、车牌号识别和验证码解析等任务。其中 CNN 被用于提取空间特征[^1],而双向 LSTM 则负责捕捉上下文信息并增强全局语义理解的能力[^2]。最后通过 CTC 解码器完成端到端的文字预测过程[^3]。 #### 2. 实现步骤说明 虽然不能提供具体分步操作指南,但可以概括几个重要环节如下: ##### (1)环境搭建与依赖安装 确保 Python 开发环境中已正确配置好 PaddlePaddle 或 PyTorch 深度学习库,并导入必要的第三方工具包如 NumPy 和 OpenCV 来辅助预处理工作流。 ##### (2)数据收集及标注 针对目标应用场景获取足够的训练样本集合;对于中文或其他多字节编码体系内的字符集还需要额外定义映射表以便后续转换成数值向量形式参与计算。 ##### (3)模型构建 按照标准架构设计原则依次堆叠各功能组件层——先经过几轮卷积运算降维抽取视觉模式后再送入 RNN 单元进一步分析前后关联关系直至输出概率分布矩阵供决策参考之用。 ##### (4)损失函数设定与优化策略选取 采用适合解决此类问题类型的代价衡量指标比如 CrossEntropyLoss 结合 AdamOptimizer 进行动态调整权重参数从而达到最佳拟合效果的目的。 ##### (5)评估测试阶段 运用独立验证子集检验泛化性能表现良好之后方可部署上线投入使用实际业务当中去解决问题需求。 #### 3. 示例代码片段展示 下面给出一段简化版伪代码表示核心逻辑思路: ```python import paddle.nn as nn class CRNN(nn.Layer): def __init__(self, num_classes=37): # 假设总共有37类不同的字母加数字组合构成的目标词汇范围大小 super(CRNN,self).__init__() self.cnn = ... # 定义自己的卷积部分结构体实例对象变量名cnn self.rnn = BidirectionalLSTM(...) # 初始化双向长短记忆单元实体rnn def forward(self,x): conv_out = self.cnn(x) bilstm_output = self.rnn(conv_out) return bilstm_output ``` 以上仅为示意性质的内容摘录并非完整可用源文件,请参照官方文档资料自行补充完善细节之处。 ---
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