PaddleOCR详解

• 2021 年 4 月 7 日
• 筆記
• PaddleOCR, 文本检测, 文本识别, 机器学习, 深度学习

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PaddleOCR简介

PaddleOCR分为文本检测、文本识别和方向分类器三部分，其中文本检测有三个模型，分别是MobileNetV3、ResNet18_vd和ResNet50，其中最常使用的是MobileNetV3模型，整体比较小，适合应用于手机端。文本识别只有一个MobileNetV3预训练模型。方向分类器使用默认的模型。

环境配置

PaddleOCR2.0的配置环境

PaddleOCR2.0的配置环境为:

• PaddlePaddle 2.0.0
• Python 3.7
• glibc 2.23
• cuDNN 7.6+(GPU)

其中，PaddlePaddle可以使用2.0.*

Docker

如果使用docker运行，可以直接使用 paddlepaddle/paddle:2.0.1-gpu-cuda11.0-cudnn8镜像，根据个人使用习惯，可以更换，但是paddlepaddle的版本和cudnn版本不能低于PaddleOCR2.0的配置环境。

数据集

其中，文本检测和文本识别使用的都是icdar2015数据集，方向分类器的数据集需自备

icdar2015数据集可以从官网下载，首次下载需注册。

文本检测

文本检测的icdar2015数据集的标注文件下载:

wget -P ./train_data/  //paddleocr.bj.bcebos.com/dataset/train_icdar2015_label.txt
wget -P ./train_data/  //paddleocr.bj.bcebos.com/dataset/test_icdar2015_label.txt

也可以使用PaddleOCR提供的数据格式转换脚本，将官网的label转换为支持的数据格式。转换数据工具为ppocr/utils/gen_label.py

# 将官网下载的标签文件转换为 train_icdar2015_label.txt
python gen_label.py --mode="det" --root_path="icdar_c4_train_imgs/"  \
                    --input_path="ch4_training_localization_transcription_gt" \
                    --output_label="train_icdar2015_label.txt"

解压数据集和下载标注文件后，放在PaddleOCR/train_data文件中，文件目录为:

/PaddleOCR/train_data/icdar2015/text_localization/
  └─ icdar_c4_train_imgs/         icdar数据集的训练数据
  └─ ch4_test_images/             icdar数据集的测试数据
  └─ train_icdar2015_label.txt    icdar数据集的训练标注
  └─ test_icdar2015_label.txt     icdar数据集的测试标注

如果不按照这个格式，需要在后面的配置文件中配置

使用自己的数据集

标注文件格式如下，中间用”\t”分隔:

" 图像文件名                    json.dumps编码的图像标注信息"
ch4_test_images/img_61.jpg    [{"transcription": "MASA", "points": [[310, 104], [416, 141], [418, 216], [312, 179]]}, {...}]

json.dumps编码前的图像标注信息是包含多个字典的list，字典中的 points 表示文本框的四个点的坐标(x, y)，从左上角的点开始顺时针排列。 transcription 表示当前文本框的文字，当其内容为“###”时，表示该文本框无效，在训练时会跳过。

如果您想在其他数据集上训练，可以按照上述形式构建标注文件

文本识别

文本识别的数据集也可以参考DTRB，下载benchmark所需的lmdb格式数据集。如果希望复现SRN的论文标准，需要下载离线增广数据，提取码: y3ry。增广数据是由MJSynth和SynthText做旋转和扰动得到的。数据下载完成后请解压到 {your_path}/PaddleOCR/train_data/data_lmdb_release/training/ 路径下。

PaddleOCR提供了一份用于训练icdar2015数据集的标签文件:

# 训练集标签
wget -P ./train_data/ic15_data  //paddleocr.bj.bcebos.com/dataset/rec_gt_train.txt
# 测试集标签
wget -P ./train_data/ic15_data  //paddleocr.bj.bcebos.com/dataset/rec_gt_test.txt

PaddleOCR也提供了数据格式转换文本，可以将官网label转换支持的数据格式。数据转换工具在ppocr/utils/gen_label.py

# 将官网下载的标签文件转换为 rec_gt_label.txt
python gen_label.py --mode="rec" --input_path="{path/of/origin/label}" --output_label="rec_gt_label.txt"

使用自己的数据集

默认请将图片路径和图片标签用 \t 分割，如用其他方式分割将造成训练报错。

" 图像文件名                 图像标注信息 "

train_data/train_0001.jpg   简单可依赖
train_data/train_0002.jpg   用科技让复杂的世界更简单

最终训练集的文件结构为:

|-train_data
    |-ic15_data
        |- rec_gt_train.txt
        |- train
            |- word_001.png
            |- word_002.jpg
            |- word_003.jpg
            | ...

测试集的文件结构为:

|-train_data
    |-ic15_data
        |- rec_gt_test.txt
        |- test
            |- word_001.jpg
            |- word_002.jpg
            |- word_003.jpg
            | ...

字典

文本检测与文本识别相比还需要一个字典文件({word_dict_name}.txt)，使用模型训练时，可以将所有出现的字符映射为字典的索引。

因此字典需要包含所有希望被正确是被的字符，{word_dict_name}.txt需要写成如下格式，并以utf-8编码格式保存:

l
d
a
d
r
n

word_dict.txt每行有一个单子，将字符与数字索引映在一起，“and”将被索引称[2 5 1]

ppocr/utils/ppocr_keys_v1.txt 是一个包含6623个字符的中文字典

ppocr/utils/ic15_dict.txt 是一个包含36个字符的英文字典

ppocr/utils/dict/french_dict.txt 是一个包含118个字符的法文字典

ppocr/utils/dict/japan_dict.txt 是一个包含4399个字符的日文字典

ppocr/utils/dict/korean_dict.txt 是一个包含3636个字符的韩文字典

ppocr/utils/dict/german_dict.txt 是一个包含131个字符的德文字典

ppocr/utils/dict/en_dict.txt 是一个包含63个字符的英文字典

您可以按需使用。

目前的多语言模型仍处在demo阶段，会持续优化模型并补充语种。

自定义字典

如需自定义dic文件，请在 configs/rec/rec_icdar15_train.yml 中添加 character_dict_path 字段, 指向您的字典路径。 并将 character_type 设置为 ch。

添加空格类别

如果希望支持识别”空格”类别, 请将yml文件中的 use_space_char 字段设置为 True。

文本角度分类

请按如下步骤设置数据集：

训练数据的默认存储路径是 PaddleOCR/train_data/cls,如果您的磁盘上已有数据集，只需创建软链接至数据集目录：

ln -sf <path/to/dataset> <path/to/paddle_ocr>/train_data/cls/dataset

请参考下文组织您的数据。

• 训练集

首先请将训练图片放入同一个文件夹（train_images），并用一个txt文件（cls_gt_train.txt）记录图片路径和标签。

注意： 默认请将图片路径和图片标签用 \t 分割，如用其他方式分割将造成训练报错

0和180分别表示图片的角度为0度和180度

" 图像文件名                 图像标注信息 "
train/word_001.jpg   0
train/word_002.jpg   180

最终训练集应有如下文件结构：

|-train_data
    |-cls
        |- cls_gt_train.txt
        |- train
            |- word_001.png
            |- word_002.jpg
            |- word_003.jpg
            | ...

• 测试集

同训练集类似，测试集也需要提供一个包含所有图片的文件夹（test）和一个cls_gt_test.txt，测试集的结构如下所示：

|-train_data
    |-cls
        |- cls_gt_test.txt
        |- test
            |- word_001.jpg
            |- word_002.jpg
            |- word_003.jpg
            | ...

文本检测

训练

模型准备

首先下载模型backbone的pretrain model，PaddleOCR的检测模型目前支持两种backbone，分别是MobileNetV3、ResNet_vd系列， 您可以根据需求使用PaddleClas中的模型更换backbone。

cd PaddleOCR/
# 下载MobileNetV3的预训练模型
wget -P ./pretrain_models/ //paddle-imagenet-models-name.bj.bcebos.com/MobileNetV3_large_x0_5_pretrained.tar
# 或，下载ResNet18_vd的预训练模型
wget -P ./pretrain_models/ //paddle-imagenet-models-name.bj.bcebos.com/ResNet18_vd_pretrained.tar
# 或，下载ResNet50_vd的预训练模型
wget -P ./pretrain_models/ //paddle-imagenet-models-name.bj.bcebos.com/ResNet50_vd_ssld_pretrained.tar

# 解压预训练模型文件，以MobileNetV3为例
tar -xf ./pretrain_models/MobileNetV3_large_x0_5_pretrained.tar ./pretrain_models/

# 注：正确解压backbone预训练权重文件后，文件夹下包含众多以网络层命名的权重文件，格式如下：
./pretrain_models/MobileNetV3_large_x0_5_pretrained/
  └─ conv_last_bn_mean
  └─ conv_last_bn_offset
  └─ conv_last_bn_scale
  └─ conv_last_bn_variance
  └─ ......

启动训练

# 单机单卡训练 mv3_db 模型
python3 tools/train.py -c configs/det/det_mv3_db.yml \
     -o Global.pretrain_weights=./pretrain_models/MobileNetV3_large_x0_5_pretrained/
# 单机多卡训练，通过 --gpus 参数设置使用的GPU ID
python3 -m paddle.distributed.launch --gpus '0,1,2,3' tools/train.py -c configs/det/det_mv3_db.yml \
     -o Global.pretrain_weights=./pretrain_models/MobileNetV3_large_x0_5_pretrained/

如果安装的是cpu版本，请将配置文件中的use_gpu字段修改为false

训练参数

• -m 配置paddle

  • –gpus 使用的GPU

• -c 选择配置文件

• -o 配置配置文件中的内容

  • pretrain_weights: 使用的模型目录
  • Optimizer.base_lr: 训练时的学习率

断点训练

如果训练程序中断，如果希望加载训练中断的模型从而恢复训练，可以通过指定Global.checkpoints指定要加载的模型路径(如./output/det_r50_vd/latest)：

python3 tools/train.py -c configs/det/det_mv3_db.yml -o Global.checkpoints=./output/det_mv3_vd/latest

注意：Global.checkpoints的优先级高于Global.pretrain_weights的优先级，即同时指定两个参数时，优先加载Global.checkpoints指定的模型，如果Global.checkpoints指定的模型路径有误，会加载Global.pretrain_weights指定的模型。

指标评估

PaddleOCR计算三个OCR检测相关的指标，分别是：Precision、Recall、Hmean。

运行如下代码，根据配置文件det_db_mv3.yml中save_res_path指定的测试集检测结果文件，计算评估指标。

评估时设置后处理参数box_thresh=0.5，unclip_ratio=1.5，使用不同数据集、不同模型训练，可调整这两个参数进行优化 训练中模型参数默认保存在Global.save_model_dir目录下。在评估指标时，需要设置Global.pretrained_model指向保存的参数文件。

python3 tools/eval.py -c configs/det/det_mv3_db.yml  -o Global.pretrained_model="./output/det_mv3_vd/best_accuracy" PostProcess.box_thresh=0.5 PostProcess.unclip_ratio=1.5

• 注：box_thresh、unclip_ratio是DB后处理所需要的参数，在评估EAST模型时不需要设置

测试检测效果

测试单张图像的检测效果

python3 tools/infer_det.py -c configs/det/det_mv3_db.yml -o Global.infer_img="./doc/imgs_en/img_10.jpg" Global.pretrained_model="./output/det_db/best_accuracy" Global.load_static_weights=false

测试DB模型时，调整后处理阈值，

python3 tools/infer_det.py -c configs/det/det_mv3_db.yml -o Global.infer_img="./doc/imgs_en/img_10.jpg" Global.pretrained_model="./output/det_db/best_accuracy" Global.load_static_weights=false PostProcess.box_thresh=0.6 PostProcess.unclip_ratio=1.5

测试文件夹下所有图像的检测效果

python3 tools/infer_det.py -c configs/det/det_mv3_db.yml -o Global.infer_img="./doc/imgs_en/" Global.pretrained_model="./output/det_db/best_accuracy" Global.load_static_weights=false

文本识别

启动训练

PaddleOCR提供了训练脚本、评估脚本和预测脚本，本节将以 CRNN 识别模型为例：

首先下载pretrain model，您可以下载训练好的模型在 icdar2015 数据上进行finetune

cd PaddleOCR/
# 下载MobileNetV3的预训练模型
wget -P ./pretrain_models/ //paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/en/rec_mv3_none_bilstm_ctc_v2.0_train.tar
# 解压模型参数
cd pretrain_models
tar -xf rec_mv3_none_bilstm_ctc_v2.0_train.tar && rm -rf rec_mv3_none_bilstm_ctc_v2.0_train.tar

开始训练:

如果您安装的是cpu版本，请将配置文件中的 use_gpu 字段修改为false

# GPU训练 支持单卡，多卡训练，通过--gpus参数指定卡号
# 训练icdar15英文数据 训练日志会自动保存为 "{save_model_dir}" 下的train.log
python3 -m paddle.distributed.launch --gpus '0,1,2,3'  tools/train.py -c configs/rec/rec_icdar15_train.yml

• 数据增强

PaddleOCR提供了多种数据增强方式，如果您希望在训练时加入扰动，请在配置文件中设置 distort: true。

默认的扰动方式有：颜色空间转换(cvtColor)、模糊(blur)、抖动(jitter)、噪声(Gasuss noise)、随机切割(random crop)、透视(perspective)、颜色反转(reverse)。

训练过程中每种扰动方式以50%的概率被选择，具体代码实现请参考：img_tools.py

由于OpenCV的兼容性问题，扰动操作暂时只支持Linux

• 训练

PaddleOCR支持训练和评估交替进行, 可以在 configs/rec/rec_icdar15_train.yml 中修改 eval_batch_step 设置评估频率，默认每500个iter评估一次。评估过程中默认将最佳acc模型，保存为 output/rec_CRNN/best_accuracy 。

如果验证集很大，测试将会比较耗时，建议减少评估次数，或训练完再进行评估。

其他模型配置请参考PaddleOCR github

评估

评估数据集可以通过 configs/rec/rec_icdar15_train.yml 修改Eval中的 label_file_path 设置。

# GPU 评估， Global.pretrained_model 为待测权重
python3 -m paddle.distributed.launch --gpus '0' tools/eval.py -c configs/rec/rec_icdar15_train.yml -o Global.pretrained_model={path/to/weights}/best_accuracy

预测

• 训练引擎的预测

使用 PaddleOCR 训练好的模型，可以通过以下脚本进行快速预测。

默认预测图片存储在 infer_img 里，通过 -o Global.pretrained_model 指定权重：

# 预测英文结果
python3 tools/infer_rec.py -c configs/rec/rec_icdar15_train.yml -o Global.pretrained_model={path/to/weights}/best_accuracy Global.load_static_weights=false Global.infer_img=doc/imgs_words/en/word_1.png

预测使用的配置文件必须与训练一致，如您通过 python3 tools/train.py -c configs/rec/ch_ppocr_v2.0/rec_chinese_lite_train_v2.0.yml 完成了中文模型的训练， 您可以使用如下命令进行中文模型预测。

# 预测中文结果
python3 tools/infer_rec.py -c configs/rec/ch_ppocr_v2.0/rec_chinese_lite_train_v2.0.yml -o Global.pretrained_model={path/to/weights}/best_accuracy Global.load_static_weights=false Global.infer_img=doc/imgs_words/ch/word_1.jpg

文本角度分类

训练

启动训练

将准备好的txt文件和图片文件夹路径分别写入配置文件的 Train/Eval.dataset.label_file_list 和 Train/Eval.dataset.data_dir 字段下，Train/Eval.dataset.data_dir字段下的路径和文件里记载的图片名构成了图片的绝对路径。

PaddleOCR提供了训练脚本、评估脚本和预测脚本。

开始训练:

如果您安装的是cpu版本，请将配置文件中的 use_gpu 字段修改为false

# GPU训练 支持单卡，多卡训练，通过 '--gpus' 指定卡号。
# 启动训练，下面的命令已经写入train.sh文件中，只需修改文件里的配置文件路径即可
python3 -m paddle.distributed.launch --gpus '0,1,2,3,4,5,6,7'  tools/train.py -c configs/cls/cls_mv3.yml

数据增强

PaddleOCR提供了多种数据增强方式，如果您希望在训练时加入扰动，请在配置文件中取消Train.dataset.transforms下的RecAug和RandAugment字段的注释。

默认的扰动方式有：颜色空间转换(cvtColor)、模糊(blur)、抖动(jitter)、噪声(Gasuss noise)、随机切割(random crop)、透视(perspective)、颜色反转(reverse),随机数据增强(RandAugment)。

训练过程中除随机数据增强外每种扰动方式以50%的概率被选择，具体代码实现请参考： rec_img_aug.py randaugment.py

由于OpenCV的兼容性问题，扰动操作暂时只支持linux

训练

PaddleOCR支持训练和评估交替进行, 可以在 configs/cls/cls_mv3.yml 中修改 eval_batch_step 设置评估频率，默认每1000个iter评估一次。训练过程中将会保存如下内容：

├── best_accuracy.pdopt # 最佳模型的优化器参数
├── best_accuracy.pdparams # 最佳模型的参数
├── best_accuracy.states # 最佳模型的指标和epoch等信息
├── config.yml # 本次实验的配置文件
├── latest.pdopt # 最新模型的优化器参数
├── latest.pdparams # 最新模型的参数
├── latest.states # 最新模型的指标和epoch等信息
└── train.log # 训练日志

如果验证集很大，测试将会比较耗时，建议减少评估次数，或训练完再进行评估。

注意，预测/评估时的配置文件请务必与训练一致

评估

评估数据集可以通过修改configs/cls/cls_mv3.yml文件里的Eval.dataset.label_file_list 字段设置。

export CUDA_VISIBLE_DEVICES=0
# GPU 评估， Global.checkpoints 为待测权重
python3 tools/eval.py -c configs/cls/cls_mv3.yml -o Global.checkpoints={path/to/weights}/best_accuracy

预测

• 训练引擎的预测

使用 PaddleOCR 训练好的模型，可以通过以下脚本进行快速预测。

通过 Global.infer_img 指定预测图片或文件夹路径，通过 Global.checkpoints 指定权重：

# 预测分类结果
python3 tools/infer_cls.py -c configs/cls/cls_mv3.yml -o Global.pretrained_model={path/to/weights}/best_accuracy Global.load_static_weights=false Global.infer_img=doc/imgs_words/ch/word_1.jpg

配置文件说明

Global

Optimizer (ppocr/optimizer)

Architecture (ppocr/modeling)

在ppocr中，网络被划分为Transform,Backbone,Neck和Head四个阶段

Loss (ppocr/losses)

PostProcess (ppocr/postprocess)

Metric (ppocr/metrics)

Dataset (ppocr/data)

错误解决方案

当文本识别使用ResNet50时，会出现DataLoader reader thread raised an exception!

将配置文件的train loader batch_size_per_card改为8即可

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