training.md

## 模型训练

本文将介绍模型训练时需掌握的基本概念，和训练时的调优方法。

同时会简单介绍PaddleOCR模型训练数据的组成部分，以及如何在垂类场景中准备数据finetune模型。

### 1. 基本概念

OCR(Optical Character Recognition,光学字符识别)是指对图像进行分析识别处理，获取文字和版面信息的过程，是典型的计算机视觉任务，
通常由文本检测和文本识别两个子任务构成。

模型调优时需要关注以下参数：

#### 1.1 学习率

学习率是训练神经网络的重要超参数之一，它代表在每一次迭代中梯度向损失函数最优解移动的步长。
在PaddleOCR中提供了多种学习率更新策略,可以通过配置文件修改，例如：

```
Optimizer:
  ...
  lr:
    name: Piecewise
    decay_epochs : [700, 800]
    values : [0.001, 0.0001]
    warmup_epoch: 5
```

Piecewise 代表分段常数衰减，在不同的学习阶段指定不同的学习率，在每段内学习率相同。
warmup_epoch 代表在前5个epoch中，学习率将逐渐从0增加到base_lr。全部策略可以参考代码[learning_rate.py](../../ppocr/optimizer/learning_rate.py) 。


#### 1.2 正则化

正则化可以有效的避免算法过拟合，PaddleOCR中提供了L1、L2正则方法，L1 和 L2 正则化是最常用的正则化方法。L1 正则化向目标函数添加正则化项，以减少参数的绝对值总和；而 L2 正则化中，添加正则化项的目的在于减少参数平方的总和。配置方法如下：

```
Optimizer:
  ...
  regularizer:
    name: L2
    factor: 2.0e-05
```


#### 1.3 评估指标：

（1）检测阶段：先按照检测框和标注框的IOU评估，IOU大于某个阈值判断为检测准确。这里检测框和标注框不同于一般的通用目标检测框，是采用多边形进行表示。检测准确率：正确的检测框个数在全部检测框的占比，主要是判断检测指标。检测召回率：正确的检测框个数在全部标注框的占比，主要是判断漏检的指标。

（2）识别阶段： 字符识别准确率，即正确识别的文本行占标注的文本行数量的比例，只有整行文本识别对才算正确识别。

（3）端到端统计： 端对端召回率：准确检测并正确识别文本行在全部标注文本行的占比； 端到端准确率：准确检测并正确识别文本行在 检测到的文本行数量 的占比； 准确检测的标准是检测框与标注框的IOU大于某个阈值，正确识别的的检测框中的文本与标注的文本相同。

### 2. 常见问题

**Q**: 基于深度学习的文字检测方法有哪几种？各有什么优缺点？

    A: 常用的基于深度学习的文字检测方法一般可以分为基于回归的、基于分割的两大类，当然还有一些将两者进行结合的方法。

    （1）基于回归的方法分为box回归和像素值回归。a. 采用box回归的方法主要有CTPN、Textbox系列和EAST，这类算法对规则形状文本检测效果较好，但无法准确检测不规则形状文本。 b. 像素值回归的方法主要有CRAFT和SA-Text，这类算法能够检测弯曲文本且对小文本效果优秀但是实时性能不够。

    （2）基于分割的算法，如PSENet，这类算法不受文本形状的限制，对各种形状的文本都能取得较好的效果，但是往往后处理比较复杂，导致耗时严重。目前也有一些算法专门针对这个问题进行改进，如DB，将二值化进行近似，使其可导，融入训练，从而获取更准确的边界，大大降低了后处理的耗时。

**Q**:对于中文行文本识别，CTC和Attention哪种更优？

    A:
    （1）从效果上来看，通用OCR场景CTC的识别效果优于Attention，因为带识别的字典中的字符比较多，常用中文汉字三千字以上，如果训练样本不足的情况下，对于这些字符的序列关系挖掘比较困难。中文场景下Attention模型的优势无法体现。而且Attention适合短语句识别，对长句子识别比较差。

    （2）从训练和预测速度上，Attention的串行解码结构限制了预测速度，而CTC网络结构更高效，预测速度上更有优势。

**Q**：训练CRNN识别时，如何选择合适的网络输入shape？

    A：一般高度采用32，最长宽度的选择，有两种方法：

    （1）统计训练样本图像的宽高比分布。最大宽高比的选取考虑满足80%的训练样本。

    （2）统计训练样本文字数目。最长字符数目的选取考虑满足80%的训练样本。然后中文字符长宽比近似认为是1，英文认为3：1，预估一个最长宽度。


### 3. 数据与垂类场景

#### 3.1 训练数据：
目前开源的模型，数据集和量级如下：

    - 检测：  
        - 英文数据集，ICDAR2015  
        - 中文数据集，LSVT街景数据集训练数据3w张图片

    - 识别：  
        - 英文数据集，MJSynth和SynthText合成数据，数据量上千万。  
        - 中文数据集，LSVT街景数据集根据真值将图crop出来，并进行位置校准，总共30w张图像。此外基于LSVT的语料，合成数据500w。
        - 小语种数据集，使用不同语料和字体，分别生成了100w合成数据集，并使用ICDAR-MLT作为验证集。

其中，公开数据集都是开源的，用户可自行搜索下载，也可参考[中文数据集](./datasets.md)，合成数据暂不开源，用户可使用开源合成工具自行合成，可参考的合成工具包括[text_renderer](https://github.com/Sanster/text_renderer) 、[SynthText](https://github.com/ankush-me/SynthText) 、[TextRecognitionDataGenerator](https://github.com/Belval/TextRecognitionDataGenerator) 等。


#### 3.2 垂类场景

PaddleOCR主要聚焦通用OCR，如果有垂类需求，您可以用PaddleOCR+垂类数据自己训练；
如果缺少带标注的数据，或者不想投入研发成本，建议直接调用开放的API，开放的API覆盖了目前比较常见的一些垂类。

#### 3.3 自己构建数据集

在构建数据集时有几个经验可供参考：

（1） 训练集的数据量：

    a. 检测需要的数据相对较少，在PaddleOCR模型的基础上进行Fine-tune，一般需要500张可达到不错的效果。
    b. 识别分英文和中文，一般英文场景需要几十万数据可达到不错的效果，中文则需要几百万甚至更多。


（2）当训练数据量少时，可以尝试以下三种方式获取更多的数据：

    a. 人工采集更多的训练数据，最直接也是最有效的方式。
    b. 基于PIL和opencv基本图像处理或者变换。例如PIL中ImageFont, Image, ImageDraw三个模块将文字写到背景中，opencv的旋转仿射变换，高斯滤波等。
    c. 利用数据生成算法合成数据，例如pix2pix等算法。