大话文本检测经典模型：SegLink

在自然场景中，例如灯箱广告牌、产品包装盒、商标等，要检测出其中的文字会面临着各种复杂的情况，例如角度倾斜、变形等情况，这时就需要使用基于深度学习的方法进行文字检测。在之前的文章中，介绍了基于卷积神经网络和循环神经网络的CTPN文本检测方法（见文章：大话文本检测经典模型 CTPN），该方法能在自然场景下较好地实现对文字的检测，但在CTPN中给出的文本检测效果是基于水平方向的，对于非水平的文本检测效果并不好，而在自然场景中，很多的文本信息都是带有一定的旋转角度的，例如用手机拍街道上的指示牌，如下图。如果文本检测的结果只有水平方向的，没有带角度信息，那么下图指示牌检测出来的就是红色框结果，而其实绿色框才是理想的检测目标，可见检测的结果误差太大。

 

那要怎样才能实现对各种角度的灵活检测呢？一个最直接的思路就是让模型不仅能学习和输出边框的位置（x, y, w, h），还要能输出一个文本框的旋转角度参数θ。本文要介绍的文本检测模型SegLink，便是采用了这个思路，也即SegLink检测模型能检测有旋转角度的文本，如下图：

一、SegLink模型的主要思想

SegLink模型的检测过程主要如下：

1、首先是检测生成一个一个的segment（切片），如上图黄色框，这些segment（切片）是文本行（或单词）的一部分，可能是一个字符，或者是一个单词，或者是几个字符

2、通过link（链接）将属于同一个文本行（或者单词）的segment（切片）连接起来，如上图绿色线条。link（链接）是在两个有重叠segment的中心点进行相连，如下图

3、通过合并算法，将这些segment（切片）、link（链接）合并成一个完整的文本行，得出完整文本行的检测框位置和旋转角度。

 

其中，segment（切片）、link（链接）是SegLink模型的创新之处，该模型不但学习了segment的位置信息，也学习了segment之间的link关系，以表示是否属于同一文本行（或者单词）。

 

二、SegLink模型的网络结构

SegLink模型的网络结构如下：

该模型以VGG16作为网络的主要骨干，将其中的全连接层（fc6, fc7）替换成卷积层（conv6, conv7），后面再接上4个卷积层（conv8, conv9, conv10, conv11），其中，将conv4_3，conv7，conv8_2，conv9_2，conv10_2，conv11这6个层的feature map（特征图）拿出来做卷积得到segments（切片）和links（链接）。这6个层的feature map（特征图）尺寸是不同的，每一层的尺寸只有前一层的一半，从这6个不同尺寸的层上得到segment和link，就可以实现对不同尺寸文本行的检测了（大的feature map擅长检测小物体，小的feature map擅长检测大物体）。

1、segment检测

整个架构采取了SSD的思路，在segment（切片）检测上，与SSD模型检测过程类似，通过“套框”的方式，对结果进行回归，每个feature map（特征图）经过卷积后输出的通道数为7，其中两个表示segment是否为文字的置信度值为（0, 1），剩下的五个为segment相对于对应位置的default box的五个偏移量。每个segment表示为：

2、link检测

在segment与segment的link（链接）方面，主要存在两种情况，一种是层内链接检测、另一种是跨层链接检测。如下图：

其中，层内链接检测表示同一特征层，每个segment与8邻域内的segment的连接状况，每个link有两个分数：正分、负分，正分表示二者属于同一个文本（应该连接）；负分表示二者属于不同文本（应该断开连接）。而跨层链接检测，主要是为了解决同一文本的segment在不同层被检测到，造成重复检测、冗余的问题，在相邻两层的feature map上，后面那层的segment的邻居除了是本层的邻居外，在前一层也有它的邻居，但后一层却不是前一层的邻居，在后面的合并算法中会将这种冗余消除掉。

3、合并算法

合并算法的思想如下：

• 将同一行的segment取出来
• 对这些segment的中心点作最小二乘法线性回归，得到一条直线
• 每个segment的中心点往这条直线做垂直投影
• 从所有投影点中取出距离最远的两个点，记为（xp,yp）、（xq,yq）
• 那么最终合并的文本框，（1）中心点位置为( (xp+xq)/2 , (yp+yq)/2 )，（2）宽度为两个最远的点（xp,yp）、（xq,yq）的距离加上所在segment宽度的一半(Wp/2 + Wq/2)，（3）高度为所有segment的高度平均值

 

如下图所示，中间橙色直线表示最小二乘法回归后的直线，红点表示segment的中心点，黄点表示红点在直线上的垂直投影，绿色边框就是经过以上合并算法处理后的完整本文框。

 

三、小结

SegLink增加了角度的检测，对于各种角度的文本检测具有很强的鲁棒性，而CTPN主要用于检测水平的文本行，如下图所示：

但该模型也存在不足之处，例如不能检测间隔很大的文本行，因为相邻segment之间主要是通过link来连接，文本相距太远时就会效果不好。另外，不能检测形变或者曲线文本，这是因为最后在做合并算法时采用的是线性回归的方式，只能拟合直线，无法拟合曲线，但也可以通过修改合并算法，来实现对变形、曲线文本的检测。

 

墙裂建议

2017年，Baoguang Shi 等人发表了关于SegLink的经典论文《 Detecting Oriented Text in Natural Images by Linking Segments 》，在论文中详细介绍了SegLink的技术原理，建议阅读该论文以进一步了解该模型。

 

关注本人公众号“大数据与人工智能Lab”（BigdataAILab），然后回复“论文”关键字可在线阅读经典论文的内容。

 

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