表格解析算法——PaddlePaddle之RARE

百度paddlepaddle 

        paddleocr下pp-structure包含了版面分析及表格解析两项工作，本文是对表格解析的技术详述。

代码：

https://github.com/PaddlePaddle/PaddleOCR

简要概览：

PaddleOCR新发版v2.2：开源版面分析与轻量化表格识别_飞桨PaddlePaddle的博客-CSDN博客

RARE

        百度paddlepaddle包含表格解析功能，被称为RERE算法。RARE算法原本用于进行文本识别，是一个img2seq任务，修改该网络head部分，分成表格描述和单元格定位两个任务，这两个任务共享了backbone的输出及head中一部分attention信息。“图片由表格结构和cell坐标预测模型拿到表格的结构信息和单元格的坐标信息”，最后输出表格的HTML描述。

        一个完整的表格解析工程需要用到四个模型：版面分析模型、文本定位模型、文本识别模型、表格结构解析模型。

版面分析模型：飞桨用到了yolov2检测模型，对文档图片中的文本、表格、图片、标题与列表区域进行检测。当前主流是用分割做。

文本定位模型、文本识别模型：可使用其他定位识别模型。

表格结构解析模型：该技术的精髓所在。

如何进行训练：

python3 tools/train.py -c configs/table/table_mv3.yml

所有的模型训练都会用到这个train文件，可以视为一个主分支，根据配置文件调用不同的次分支。

# 统一化的处理配置、创建文件夹等
config, device, logger, vdl_writer = program.preprocess(is_train=True)
# 加载数据集、后处理、搭建模型、损失、优化器、执行训练等
main(config, device, logger, vdl_writer)

如何进行推理：

python3 ppstructure/table/predict_table.py

--det_model_dir=./inference/ch_PP-OCRv2_det_infer   # 检测模型

--rec_model_dir=./inference/ch_PP-OCRv2_rec_infer   # 识别模型

--table_model_dir=./inference/en_ppocr_mobile_v2.0_table_structure_infer   # 表格结构识别模型

--image_dir=./doc/imgs/163558403291484de11ac8c.jpg   # 测试图片

--rec_char_dict_path=./ppocr/utils/ppocr_keys_v1.txt  # 识别词表,6623字符

--table_char_dict_path=./ppocr/utils/dict/table_structure_dict.txt  # 表格结构词表，实际只用其中28个表格描述符

--det_limit_side_len=960   # 两个参数限制图像最短边为960，否则resize

--det_limit_type=min

--output ./output/table   # 输出表格文件路径

推理中的det_limit_side_len与det_limit_type参数：

参数默认设置为`limit_type='max', det_limit_side_len=960`。表示网络输入图像的最长边不能超过960，如果超过这个值，会对图像做等宽比的resize操作，确保最长边为`det_limit_side_len`。
设置为`limit_type='min', det_limit_side_len=960` 则表示限制图像的最短边为960。

表格结构词表

table_structure_dict.txt  第0行是 277     28      1267    1186,第1行到277行为表格内字符，实际未用到，第278行开始28个为表格结构字符。限制了这个可解析表格的大小空间跨行跨列最大为10，没有跨1行或跨1列的字符。

        词表中有28种表格结构符，模型为30分类，在分类中argmax=1，为，argmax=0、29 代表beg、end。

单元格开始

单元格结束

 colspan="5".  # 横跨5列

>

 colspan="2"

 colspan="3"

 rowspan="2"。 # 横跨2行

 colspan="4"

 colspan="6"

 rowspan="3"

 colspan="9"

 colspan="10"

 colspan="7"

 rowspan="4"

 rowspan="5"

 rowspan="9"

 colspan="8"

 rowspan="8"

 rowspan="6"

 rowspan="7"

 rowspan="10"

不包含的html描述：

加粗文本

模型的结构

    main函数调用build_model调用BaseModel，先后进行输入预处理（表格解析没有做这步）、backbone、neck（表格解析没有这一步）、head、输出

paddleocr/PaddleOCR-release-2.4/ppocr/modeling/architectures/__init__.py 调用BaseModel

配置文件模型参数为：

Architecture:
  model_type: table
  algorithm: TableAttn
  Backbone:
    name: MobileNetV3
    scale: 1.0
    model_name: large
  Head:
    name: TableAttentionHead
    hidden_size: 256
    l2_decay: 0.00001
    loc_type: 2
    max_text_length: 100
    max_elem_length: 800
    max_cell_num: 500

很多paper中经常把一个网络分为几个部分组成backbone、head、neck等深度学习中的术语解释_t20134297的博客-CSDN博客_深度学习neck

backbone：主干网络，经常是resnet、vgg这种成熟有预训练模型的结构

neck：放在backbone和head间，提取更好的特征

head：预测

bottleneck：瓶颈，输出维度小于输入维度，用于降维

backbone内部结构

为了轻量化，build_backbone为mobilenetv3，参考性不大

PaddleOCR-release-2.4/ppocr/modeling/backbones/rec_mobilenet_v3.py

Attention内部结构

PaddleOCR-release-2.4/ppocr/modeling/heads/table_att_head.py

self.head.out_channels= TableAttentionHead(

  (structure_attention_cell): AttentionGRUCell(

    (i2h): Linear(in_features=960, out_features=256, dtype=float32)

    (h2h): Linear(in_features=256, out_features=256, dtype=float32)

    (score): Linear(in_features=256, out_features=1, dtype=float32)

    (rnn): GRUCell(990, 256)

  )

  (structure_generator): Linear(in_features=256, out_features=30, dtype=float32)

  (loc_fea_trans): Linear(in_features=256, out_features=801, dtype=float32)

  (loc_generator): Linear(in_features=1216, out_features=4, dtype=float32)

)

获取结构信息

第一步切片获取Attention：

(outputs, hidden), alpha = self.structure_attention_cell(hidden, fea, elem_onehots)

第二步将Attention结果进行cat：

output = paddle.concat(output_hiddens, axis=1)

第三步线性层获取结构信息：

structure_probs = self.structure_generator(output)

structure_probs = F.softmax(structure_probs)

输出维度为801*30

获取定位信息，比获取结构信息多了线性层：

第一步基于线性层处理出入特征：

loc_fea = self.loc_fea_trans(loc_fea)  

第二步cat上面的Attention获得的output信息：

loc_concat = paddle.concat([output, loc_fea], axis=2)

第三步线性层获取坐标信息：

loc_preds = self.loc_generator(loc_concat) 

loc_preds = F.sigmoid(loc_preds)

输出维度为801*4

坐标聚合

    定位框和cell的对应关系基于下方2个度量计算，一个cell内多个定位框的排序按照先来后到排，推测是默认从上到下。

compute_iou函数计算Iou，distance函数计算角点距离

distances.append((distance(gt_box, pred_box), 1. - compute_iou(gt_box, pred_box))) 

html转xlsx文件

后处理阶段build_post_process——TableLabelDecode

from tablepyxl import tablepyxl   # tablepyxl将html读入excel
tablepyxl.document_to_xl(html_table, excel_path)

评估方式

理论上是用树编辑距离，但从build_metric——TableMetric来看，需要完全一致

 for bno in range(batch_size):
            all_num += 1
            if (structure_probs[bno] == structure_labels[bno]).all():
                correct_num += 1

损失

TableAttentionLoss由2部分组成

structure_loss ：nn.CrossEntropyLoss

loc_loss：F.mse_loss 均方损失

可用loc_loss_giou：GIoU详解_景唯acr-CSDN博客_giou iou

损失权重：

structure_weight: 100.0
loc_weight: 10000.0

数据加载方式

main函数调用build_dataloader

加粗文本

在源码中，用识别模型的及，用的是识别模型的加粗文本识别能，但ch_PP-OCRv2_rec_infer并没有识别加粗文本的能力

HTML填充复原：

class TableSystem(object):

根据单元格开始字符所在的cell定位信息进行坐标聚合，从而进行文本聚合

if text in ['', ' 
  
文本信息填充到单元格结束字符前
 
  
if '' in tag: