OCR（Optical Character Recognition，光學(xué)字符識(shí)別）的概念早于1920年代便被提出，一直是模式識(shí)別領(lǐng)域中重要的研究方向。隨著電子設(shè)備的快速更新迭代，以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，OCR有了更為廣泛應(yīng)用，從以前的掃描字符識(shí)別，到現(xiàn)在場(chǎng)景識(shí)別。
隨著深度學(xué)習(xí)的崛起，基于這一技術(shù)的OCR識(shí)別框架以另外一種新的思路迅速突破了原有的技術(shù)瓶頸（如文字定位、二值化和文字分割等），并已在工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用。
傳統(tǒng)OCR技術(shù)框架主要分為五個(gè)步驟：
第一步：文本定位，接著進(jìn)行傾斜文本矯正；
第二步：分割出單字后，并對(duì)單字識(shí)別；
第三步：基于統(tǒng)計(jì)模型（如隱馬爾科夫鏈，HMM）進(jìn)行語(yǔ)義糾錯(cuò)。
按處理方式劃分為三個(gè)階段：預(yù)處理階段、識(shí)別階段和后處理階段。其中關(guān)鍵在于預(yù)處理階段，預(yù)處理階段的質(zhì)量直接決定了最終的識(shí)別效果，因此這里詳細(xì)介紹下預(yù)處理階段。
預(yù)處理階段中包含了三步：
1、定位圖片中的文字區(qū)域，而文字檢測(cè)主要基于連通域分析的方法，主要是利用文字顏色、亮度、邊緣信息進(jìn)行聚類的方式來(lái)快速分離文字區(qū)域與非文字區(qū)域，較為流行的兩個(gè)算法分別是：
最大極值穩(wěn)定區(qū)域(MSER)算法及筆畫寬度變換(SWT)算法，而在自然場(chǎng)景中因受到光照強(qiáng)度、圖片拍攝質(zhì)量和類文字背景的干擾，使得檢測(cè)結(jié)果中包含非常多的非文字區(qū)域，而目前從候選區(qū)域區(qū)分出真正文字區(qū)域主要兩種方法，用規(guī)則判斷或輕量級(jí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行區(qū)分；
2、文本區(qū)域圖像矯正，主要基于旋轉(zhuǎn)變換和仿射變換；
3、行列分割提取出單字，這一步利用文字在行列間存在間隙的特征，通過(guò)二值化并在投影后找出行列分割點(diǎn)，當(dāng)在文字與背景的區(qū)分度較好時(shí)，效果很好，而拍攝的圖片中光照、攝像質(zhì)量的影響，并且文字背景難以區(qū)分時(shí)，常造成錯(cuò)誤分割的情況。
目標(biāo)物體定位并矯正。基于現(xiàn)有的先驗(yàn)信息，定位最后的方法為采用模板關(guān)鍵點(diǎn)特征匹配的方法，并利用模板上特征點(diǎn)及目標(biāo)圖像特征點(diǎn)坐標(biāo)之間的關(guān)系進(jìn)行透視變換，以定位目標(biāo)物體。接著，基于四角的坐標(biāo)，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、仿射、尺寸的變換，并提取出目標(biāo)物體的俯視圖。
因文字位置相對(duì)固定，接著便分割出文字區(qū)域，二值化后，行列分割出單個(gè)字符。這里的技術(shù)難點(diǎn)在于二值化，二值化效果的好壞直接影響字符分割，并最終影響識(shí)別結(jié)果。受光照和拍攝質(zhì)量的影響，全局二值化難以設(shè)置統(tǒng)一的閾值，而自適應(yīng)二值化算法易受到陰影及模糊邊界的干擾。所以在這邊嘗試過(guò)許多方法，測(cè)試下來(lái)未發(fā)現(xiàn)在任何情形下效果都滿足要求的方法。
分割出單字后接著用分類器進(jìn)行識(shí)別，并在這步基于統(tǒng)計(jì)上的先驗(yàn)信息定義了一個(gè)簡(jiǎn)單的優(yōu)化函數(shù)，可看做1-gram語(yǔ)言模型。先驗(yàn)信息為：2400（總共660273）漢字的使用頻率之和為99%以上。定義的優(yōu)化函數(shù)為：
傳統(tǒng)OCR冗長(zhǎng)的處理流程以及大量人工規(guī)則的存在，使得每步的錯(cuò)誤不斷累積，而使得最終識(shí)別結(jié)果難以滿足實(shí)際需求。接下來(lái)討論基于深度學(xué)習(xí)的OCR。
基于深度學(xué)習(xí)的OCR識(shí)別框架
目前，從技術(shù)流程上來(lái)說(shuō)，主要分為兩步，首先是檢測(cè)出圖像中的文本行，接著進(jìn)行序列識(shí)別。可見(jiàn)，基于深度學(xué)習(xí)的OCR識(shí)別框架相比于傳統(tǒng)OCR識(shí)別框架，減少了三個(gè)步驟，降低了因誤差累積對(duì)最終識(shí)別結(jié)果的影響。
文本行檢測(cè)，其又可分為水平行文字檢測(cè)算法與傾斜文字行檢測(cè)算法。這里主要介紹下Tian提出算法CTPN。主要思路是將文本行識(shí)別看做一個(gè)序列識(shí)別問(wèn)題，不同于一般的目標(biāo)檢測(cè)問(wèn)題，引入RNN來(lái)利用上下文的信息。
具體流程為：
1、用VGG16的5個(gè)卷積層得到特征圖（feature map，W*H*C）；
2、 在Conv5的feature map的每個(gè)位置上取3*3*C的窗口的特征，這些特征將用于預(yù)測(cè)該位置k個(gè)anchor（anchor的定義和Faster RCNN類似）對(duì)應(yīng)的類別信息，位置信息；
3、將每一行的所有窗口對(duì)應(yīng)的3*3*C的特征（W*3*3*C）輸入到RNN（BLSTM）中，得到W*256的輸出；
4、將RNN的W*256輸入到512維的fc層；
5、fc層特征輸入到三個(gè)分類或者回歸層中。第二個(gè)2k scores 表示的是k個(gè)anchor的類別信息（是字符或不是字符）。第一個(gè)2k vertical coordinate和第三個(gè)k side-refinement是用來(lái)回歸k個(gè)anchor的位置信息。2k vertical coordinate表示的是bounding box的高度和中心的y軸坐標(biāo)（可以決定上下邊界），k個(gè)side-refinement表示的bounding box的水平平移量。
這邊注意，只用了3個(gè)參數(shù)表示回歸的bounding box，因?yàn)檫@里默認(rèn)了每個(gè)anchor的width是16，且不再變化（VGG16的conv5的stride是16）?；貧w出來(lái)的box如Fig.1中那些紅色的細(xì)長(zhǎng)矩形，它們的寬度是一定的；
6、用簡(jiǎn)單的文本線構(gòu)造算法，把分類得到的文字的proposal（圖Fig.1（b）中的細(xì)長(zhǎng)的矩形）合并成文本線。
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