OCR算法改进

Posted 2023-03-12

【中文标题】OCR算法改进

【英文标题】：OCR algorithm improvement

【发布时间】：2014-07-15 07:20:49

【问题描述】：

我正在创建一个基于 Java 的 OCR。我的目标是从视频文件中提取文本（后处理）。

这是一个艰难的搜索，试图找到完全适用于 Java 的免费、开源 OCR。我发现 Tess4J 是唯一流行的选项，但鉴于对本机界面的需求，我不知何故倾向于从头开始开发算法。

鉴于文本在视频帧中所在的区域是预先定义的，我需要创建一个可靠的 OCR，以合理的准确度正确识别英文字母（仅限计算机字体，而不是手写文本）。我们也可以假设文本的颜色是给定的。

到目前为止我做了什么：

（所有图像处理都使用 Java 绑定为 openCV 完成）

我提取了用于训练分类器的特征：

A.将字符图像下采样到 12 X 12 分辨率后的像素强度。 （144 个特征向量）

B. Gabor 小波变换跨越 8 个不同的角度（0、11.25、22.5 ...等），并使用所有这些角度的信号均方值计算能量。 （8个特征向量）

A+B 给了我图像的特征向量。 （共152个特征向量）

我有 62 个分类类，即。 0,1,2...9 | a,b,c,d...y,z | A,B,C,D...Y,Z

我使用 20 x 62 个样本（每个类 20 个）训练分类器。

对于分类，我使用了以下两种方法：

A.具有 1 个隐藏层（120 个节点）的 ANN。输入层有 152 个节点，输出有 62 个节点。隐藏层和输出层有 sigmoid 激活函数，网络使用弹性反向传播进行训练。

B.对整个 152 个维度进行 kNN 分类。

我的立场：

k-最近邻搜索被证明是比神经网络更好的分类器（到目前为止）。但是，即使使用 kNN，我也很难对以下字母进行分类： 或 。

此外，它将 归类为 Z... 仅举几例异常情况。

我在寻找什么：

我想了解以下内容：

为什么 ANN 表现不佳？我应该使用什么网络配置来提高性能？我们能否对 ANN 进行微调，使其性能优于 kNN 搜索？

我可以使用哪些其他特征向量来使 OCR 更加健壮？

欢迎任何其他性能优化建议。

【问题讨论】：

神经网络的性能应该优于 KNN 搜索，而且不会出汗！我可以推荐使用 R，一个常用的统计软件来找出哪些算法适用于你的数据集，然后才开始专注于你的实现。现在几乎不可能判断问题出在您的实施、训练数据还是决策者中。

好的。我应该使用什么类型的 ANN 来获得我的目标 (OCR) 的最佳结果？我已经使用 OpenCV 和 Encog 框架交叉检查了我的 ANN 实现，这两个 API 似乎都产生了相似的结果。因此，它归结为 1）我的 ANN 配置是次优的（这是我认为的）或 2）我用来训练 ANN 的特征向量不符合标准。请给我一个想法，我应该关注哪里？

可能是您的结果过拟合或欠拟合。您是否知道是否有某些字母失败了，或者是整个数据集表现不佳？

您是否在 NN 中使用任何卷积层？

【参考方案1】：

kNN 算法不需要太多的调整，不像神经网络，所以你可以很容易地获得良好的性能，但是多层感知器可能会优于 kNN。目前，我认为使用深度学习可以达到最好的效果，你应该看看卷积神经网络。

来自***：

CNN 由一个或多个卷积层组成，具有完全 连接层（匹配那些典型的人工神经 网络）在顶部。它还使用绑定权重和池化层。这 架构允许 CNNs 利用 2D 结构 输入数据。与其他深度架构相比，卷积 神经网络开始在两个图像中都显示出优异的结果 和语音应用。他们也可以接受标准培训 反向传播。 CNN 比其他常规、深度、 前馈神经网络，并且具有更少的参数 估计，使它们成为一种极具吸引力的架构。

谈到您的 MLP，有很多算法可以搜索更好的参数，例如网格搜索或群体优化。我喜欢使用遗传算法来调整神经网络的参数，它非常简单，并且性能很好。

我推荐你JGap，一个不错的java遗传算法框架，可以开箱即用:)

这是JGAP对遗传算法的介绍，比我的任何介绍都好：

遗传算法 (GA) 是通过 自然选择的过程。他们从一组样本开始 潜在的解决方案，然后朝着一组更优化的方向发展 解决方案。在样本集中，较差的解决方案往往会死亡 出局，而更好的解决方案配合并传播其优势 特征，从而在集合中引入更多的解决方案 更大的潜力（总集合大小保持不变；对于每个新的 添加解决方案，删除旧解决方案）。一点随机突变有帮助 保证一个集合不会停滞不前，只会填满无数 相同解决方案的副本。

一般来说，遗传算法往往比传统算法效果更好 优化算法，因为它们不太可能误入歧途 由局部最优。这是因为他们不使用单点 从解决方案中的单个实例移动的转换规则 空间到另一个。相反，GA 会利用一整套 解决方案遍布整个解决方案空间，所有这些都是 试验许多潜在的最佳方案。

但是，为了使遗传算法有效地工作，一些 必须满足条件：

评估潜在解决方案的“好”程度必须相对容易 是相对于其他潜在的解决方案。

必须可以将潜在的解决方案分解为离散的部分 可以独立变化。这些部分成为了“基因” 遗传算法。

最后，遗传算法最适合以下情况： “好”的答案就足够了，即使它不是绝对的最佳答案。

【讨论】：

JGAP 似乎很有趣。我查看了他们在其网站上提供的示例。您如何将其与梯度下降算法进行比较？

@Dien 梯度下降反向传播为您提供了一种优化网络权重的方法，用前馈神经网络逼近一个函数。遗传算法是一种通用优化器，它可以帮助您确定网络的最佳拓扑和/或网络的权重。您也可以混合使用这两种方法，使用 GA 找到一个好的拓扑，然后使用反向传播计算权重 :) 但是，它的计算成本可能会很高。

只是好奇，您认为 SVM 在 OCR 的分类部分会表现如何？我以前用过 GA，它们对程序员非常友好，你甚至可以“从头开始”实现。使用 GA 进行 OCR 的好建议，总有一天会尝试的！

@metsburg 实际上，我从不使用 SVM，所以我不想说废话 :P 但是如果你想测试其他方法，我真的推荐你卷积神经网络。我看过一个关于它的会议，看起来真的很酷 =) 它不需要特征向量：它自己学习特征！但是需要大量的训练数据（这对于 OCR 来说真的很容易找到）

【参考方案2】：

对于特征向量：您是否对强度进行了归一化？也许使用直方图均衡化。

分类：看t-SNE。它是一种将高维特征减少为更易于聚类的二维平面的随机方法。

【讨论】：

我对特征向量进行了归一化。所以输入值在 [0 1] 中。