diff --git "a/applications/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253.md" "b/applications/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253.md" new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..a5052e2897ab9f09a6ed7b747f9fa1198af2a8ab --- /dev/null +++ "b/applications/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253.md" @@ -0,0 +1,648 @@ +# 基于PP-OCRv3的PCB字符识别 + +- [1. 项目介绍](#1-项目介绍) +- [2. 安装说明](#2-安装说明) +- [3. 数据准备](#3-数据准备) +- [4. 文本检测](#4-文本检测) + - [4.1 预训练模型直接评估](#41-预训练模型直接评估) + - [4.2 预训练模型+验证集padding直接评估](#42-预训练模型验证集padding直接评估) + - [4.3 预训练模型+fine-tune](#43-预训练模型fine-tune) +- [5. 文本识别](#5-文本识别) + - [5.1 预训练模型直接评估](#51-预训练模型直接评估) + - [5.2 三种fine-tune方案](#52-三种fine-tune方案) +- [6. 模型导出](#6-模型导出) +- [7. 端对端评测](#7-端对端评测) +- [8. Jetson部署](#8-Jetson部署) +- [9. 总结](#9-总结) +- [更多资源](#更多资源) + +# 1. 项目介绍 + +印刷电路板(PCB)是电子产品中的核心器件，对于板件质量的测试与监控是生产中必不可少的环节。在一些场景中，通过PCB中信号灯颜色和文字组合可以定位PCB局部模块质量问题，PCB文字识别中存在如下难点： + +- 裁剪出的PCB图片宽高比例较小 +- 文字区域整体面积也较小 +- 包含垂直、水平多种方向文本 + +针对本场景，PaddleOCR基于全新的PP-OCRv3通过合成数据、微调以及其他场景适配方法完成小字符文本识别任务，满足企业上线要求。PCB检测、识别效果如 **图1** 所示： + +
+
图1 PCB检测识别效果
+ +注：欢迎在AIStudio领取免费算力体验线上实训，项目链接: [基于PP-OCRv3实现PCB字符识别](https://aistudio.baidu.com/aistudio/projectdetail/4008973) + +# 2. 安装说明 + + +下载PaddleOCR源码，安装依赖环境。 + + +```python +# 如仍需安装or安装更新，可以执行以下步骤 +git clone https://github.com/PaddlePaddle/PaddleOCR.git +# git clone https://gitee.com/PaddlePaddle/PaddleOCR +``` + + +```python +# 安装依赖包 +pip install -r /home/aistudio/PaddleOCR/requirements.txt +``` + +# 3. 数据准备 + +我们通过图片合成工具生成 **图2** 所示的PCB图片，整图只有高25、宽150左右、文字区域高9、宽45左右，包含垂直和水平2种方向的文本： + +
+
图2 数据集示例
+ +暂时不开源生成的PCB数据集，但是通过更换背景，通过如下代码生成数据即可： + +``` +cd gen_data +python3 gen.py --num_img=10 +``` + +生成图片参数解释： + +``` +num_img：生成图片数量 +font_min_size、font_max_size：字体最大、最小尺寸 +bg_path：文字区域背景存放路径 +det_bg_path：整图背景存放路径 +fonts_path：字体路径 +corpus_path：语料路径 +output_dir：生成图片存储路径 +``` + +这里生成 **100张** 相同尺寸和文本的图片，如 **图3** 所示，方便大家跑通实验。通过如下代码解压数据集： + +
+
图3 案例提供数据集示例
+ + +```python +tar xf ./data/data148165/dataset.tar -C ./ +``` + +在生成数据集的时需要生成检测和识别训练需求的格式： + + +- **文本检测** + +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。*** + +- **文本识别** + +标注文件的格式如下， txt文件中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/rec/train/word_001.jpg 简单可依赖 +train_data/rec/train/word_002.jpg 用科技让复杂的世界更简单 +... +``` + + +# 4. 文本检测 + +选用飞桨OCR开发套件[PaddleOCR](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleOCR)中的PP-OCRv3模型进行文本检测和识别。针对检测模型和识别模型，进行了共计9个方面的升级： + +- PP-OCRv3检测模型对PP-OCRv2中的CML协同互学习文本检测蒸馏策略进行了升级，分别针对教师模型和学生模型进行进一步效果优化。其中，在对教师模型优化时，提出了大感受野的PAN结构LK-PAN和引入了DML蒸馏策略；在对学生模型优化时，提出了残差注意力机制的FPN结构RSE-FPN。 + +- PP-OCRv3的识别模块是基于文本识别算法SVTR优化。SVTR不再采用RNN结构，通过引入Transformers结构更加有效地挖掘文本行图像的上下文信息，从而提升文本识别能力。PP-OCRv3通过轻量级文本识别网络SVTR_LCNet、Attention损失指导CTC损失训练策略、挖掘文字上下文信息的数据增广策略TextConAug、TextRotNet自监督预训练模型、UDML联合互学习策略、UIM无标注数据挖掘方案，6个方面进行模型加速和效果提升。 + +更多细节请参考PP-OCRv3[技术报告](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleOCR/blob/release/2.5/doc/doc_ch/PP-OCRv3_introduction.md)。 + + +我们使用 **3种方案** 进行检测模型的训练、评估： +- **PP-OCRv3英文超轻量检测预训练模型直接评估** +- PP-OCRv3英文超轻量检测预训练模型 + **验证集padding**直接评估 +- PP-OCRv3英文超轻量检测预训练模型 + **fine-tune** + +## **4.1 预训练模型直接评估** + +我们首先通过PaddleOCR提供的预训练模型在验证集上进行评估，如果评估指标能满足效果，可以直接使用预训练模型，不再需要训练。 + +使用预训练模型直接评估步骤如下： + +**1）下载预训练模型** + + +PaddleOCR已经提供了PP-OCR系列模型，部分模型展示如下表所示： + +| 模型简介 | 模型名称 | 推荐场景 | 检测模型 | 方向分类器 | 识别模型 | +| ------------------------------------- | ----------------------- | --------------- | ------------------------------------------------------------ | ------------------------------------------------------------ | ------------------------------------------------------------ | +| 中英文超轻量PP-OCRv3模型（16.2M） | ch_PP-OCRv3_xx | 移动端&服务器端 | [推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/chinese/ch_PP-OCRv3_det_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/chinese/ch_PP-OCRv3_det_distill_train.tar) | [推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/ch/ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/ch/ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_train.tar) | [推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/chinese/ch_PP-OCRv3_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/chinese/ch_PP-OCRv3_rec_train.tar) | +| 英文超轻量PP-OCRv3模型（13.4M） | en_PP-OCRv3_xx | 移动端&服务器端 | [推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/english/en_PP-OCRv3_det_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/english/en_PP-OCRv3_det_distill_train.tar) | [推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/ch/ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/ch/ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_train.tar) | [推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/english/en_PP-OCRv3_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/english/en_PP-OCRv3_rec_train.tar) | +| 中英文超轻量PP-OCRv2模型（13.0M） | ch_PP-OCRv2_xx | 移动端&服务器端 | [推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv2/chinese/ch_PP-OCRv2_det_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv2/chinese/ch_PP-OCRv2_det_distill_train.tar) | [推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/ch/ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_infer.tar) / [预训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/ch/ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_train.tar) | [推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv2/chinese/ch_PP-OCRv2_rec_infer.tar) / [训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv2/chinese/ch_PP-OCRv2_rec_train.tar) | +| 中英文超轻量PP-OCR mobile模型（9.4M） | ch_ppocr_mobile_v2.0_xx | 移动端&服务器端 | [推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/ch/ch_ppocr_mobile_v2.0_det_infer.tar) / [预训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/ch/ch_ppocr_mobile_v2.0_det_train.tar) | [推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/ch/ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_infer.tar) / [预训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/ch/ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_train.tar) | [推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/ch/ch_ppocr_mobile_v2.0_rec_infer.tar) / [预训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/ch/ch_ppocr_mobile_v2.0_rec_pre.tar) | +| 中英文通用PP-OCR server模型（143.4M） | ch_ppocr_server_v2.0_xx | 服务器端 | [推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/ch/ch_ppocr_server_v2.0_det_infer.tar) / [预训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/ch/ch_ppocr_server_v2.0_det_train.tar) | [推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/ch/ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_infer.tar) / [预训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/ch/ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_train.tar) | [推理模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/ch/ch_ppocr_server_v2.0_rec_infer.tar) / [预训练模型](https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/ch/ch_ppocr_server_v2.0_rec_pre.tar) | + +更多模型下载（包括多语言），可以参[考PP-OCR系列模型下载](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleOCR/blob/release/2.5/doc/doc_ch/models_list.md) + +这里我们使用PP-OCRv3英文超轻量检测模型，下载并解压预训练模型： + + + + +```python +# 如果更换其他模型，更新下载链接和解压指令就可以 +cd /home/aistudio/PaddleOCR +mkdir pretrain_models +cd pretrain_models +# 下载英文预训练模型 +wget https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/english/en_PP-OCRv3_det_distill_train.tar +tar xf en_PP-OCRv3_det_distill_train.tar && rm -rf en_PP-OCRv3_det_distill_train.tar +%cd .. +``` + +**模型评估** + + +首先修改配置文件`configs/det/ch_PP-OCRv3/ch_PP-OCRv3_det_cml.yml`中的以下字段： +``` +Eval.dataset.data_dir：指向验证集图片存放目录,'/home/aistudio/dataset' +Eval.dataset.label_file_list：指向验证集标注文件,'/home/aistudio/dataset/det_gt_val.txt' +Eval.dataset.transforms.DetResizeForTest: 尺寸 + limit_side_len: 48 + limit_type: 'min' +``` + +然后在验证集上进行评估，具体代码如下： + + + +```python +cd /home/aistudio/PaddleOCR +python tools/eval.py \ + -c configs/det/ch_PP-OCRv3/ch_PP-OCRv3_det_cml.yml \ + -o Global.checkpoints="./pretrain_models/en_PP-OCRv3_det_distill_train/best_accuracy" +``` + +## **4.2 预训练模型+验证集padding直接评估** + +考虑到PCB图片比较小，宽度只有25左右、高度只有140-170左右，我们在原图的基础上进行padding，再进行检测评估，padding前后效果对比如 **图4** 所示： + +
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图4 padding前后对比图
+ +将图片都padding到300*300大小，因为坐标信息发生了变化，我们同时要修改标注文件，在`/home/aistudio/dataset`目录里也提供了padding之后的图片，大家也可以尝试训练和评估： + +同上，我们需要修改配置文件`configs/det/ch_PP-OCRv3/ch_PP-OCRv3_det_cml.yml`中的以下字段： +``` +Eval.dataset.data_dir：指向验证集图片存放目录,'/home/aistudio/dataset' +Eval.dataset.label_file_list：指向验证集标注文件,/home/aistudio/dataset/det_gt_padding_val.txt +Eval.dataset.transforms.DetResizeForTest: 尺寸 + limit_side_len: 1100 + limit_type: 'min' +``` + +然后执行评估代码 + + +```python +cd /home/aistudio/PaddleOCR +python tools/eval.py \ + -c configs/det/ch_PP-OCRv3/ch_PP-OCRv3_det_cml.yml \ + -o Global.checkpoints="./pretrain_models/en_PP-OCRv3_det_distill_train/best_accuracy" +``` + +## **4.3 预训练模型+fine-tune** + + +基于预训练模型，在生成的1500图片上进行fine-tune训练和评估，其中train数据1200张，val数据300张，修改配置文件`configs/det/ch_PP-OCRv3/ch_PP-OCRv3_det_student.yml`中的以下字段： +``` +Global.epoch_num: 这里设置为1，方便快速跑通，实际中根据数据量调整该值 +Global.save_model_dir：模型保存路径 +Global.pretrained_model：指向预训练模型路径，'./pretrain_models/en_PP-OCRv3_det_distill_train/student.pdparams' +Optimizer.lr.learning_rate：调整学习率，本实验设置为0.0005 +Train.dataset.data_dir：指向训练集图片存放目录,'/home/aistudio/dataset' +Train.dataset.label_file_list：指向训练集标注文件,'/home/aistudio/dataset/det_gt_train.txt' +Train.dataset.transforms.EastRandomCropData.size：训练尺寸改为[480,64] +Eval.dataset.data_dir：指向验证集图片存放目录,'/home/aistudio/dataset/' +Eval.dataset.label_file_list：指向验证集标注文件,'/home/aistudio/dataset/det_gt_val.txt' +Eval.dataset.transforms.DetResizeForTest：评估尺寸，添加如下参数 + limit_side_len: 64 + limit_type:'min' +``` +执行下面命令启动训练： + + +```python +cd /home/aistudio/PaddleOCR/ +python tools/train.py \ + -c configs/det/ch_PP-OCRv3/ch_PP-OCRv3_det_student.yml +``` + +**模型评估** + + +使用训练好的模型进行评估，更新模型路径`Global.checkpoints`: + + +```python +cd /home/aistudio/PaddleOCR/ +python3 tools/eval.py \ + -c configs/det/ch_PP-OCRv3/ch_PP-OCRv3_det_student.yml \ + -o Global.checkpoints="./output/ch_PP-OCR_V3_det/latest" +``` + +使用训练好的模型进行评估，指标如下所示： + + +| 序号 | 方案 | hmean | 效果提升 | 实验分析 | +| -------- | -------- | -------- | -------- | -------- | +| 1 | PP-OCRv3英文超轻量检测预训练模型 | 64.64% | - | 提供的预训练模型具有泛化能力 | +| 2 | PP-OCRv3英文超轻量检测预训练模型 + 验证集padding | 72.13% |+7.5% | padding可以提升尺寸较小图片的检测效果| +| 3 | PP-OCRv3英文超轻量检测预训练模型 + fine-tune | 100% | +27.9% | fine-tune会提升垂类场景效果 | + + +``` +注：上述实验结果均是在1500张图片（1200张训练集，300张测试集）上训练、评估的得到，AIstudio只提供了100张数据，所以指标有所差异属于正常，只要策略有效、规律相同即可。 +``` + +# 5. 文本识别 + +我们分别使用如下4种方案进行训练、评估： + +- **方案1**：**PP-OCRv3中英文超轻量识别预训练模型直接评估** +- **方案2**：PP-OCRv3中英文超轻量检测预训练模型 + **fine-tune** +- **方案3**：PP-OCRv3中英文超轻量检测预训练模型 + fine-tune + **公开通用识别数据集** +- **方案4**：PP-OCRv3中英文超轻量检测预训练模型 + fine-tune + **增加PCB图像数量** + + +## **5.1 预训练模型直接评估** + +同检测模型，我们首先使用PaddleOCR提供的识别预训练模型在PCB验证集上进行评估。 + +使用预训练模型直接评估步骤如下： + +**1）下载预训练模型** + + +我们使用PP-OCRv3中英文超轻量文本识别模型，下载并解压预训练模型： + + +```python +# 如果更换其他模型，更新下载链接和解压指令就可以 +cd /home/aistudio/PaddleOCR/pretrain_models/ +wget https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/chinese/ch_PP-OCRv3_rec_train.tar +tar xf ch_PP-OCRv3_rec_train.tar && rm -rf ch_PP-OCRv3_rec_train.tar +cd .. +``` + +**模型评估** + + +首先修改配置文件`configs/det/ch_PP-OCRv3/ch_PP-OCRv2_rec_distillation.yml`中的以下字段： + +``` +Metric.ignore_space: True：忽略空格 +Eval.dataset.data_dir：指向验证集图片存放目录,'/home/aistudio/dataset' +Eval.dataset.label_file_list：指向验证集标注文件,'/home/aistudio/dataset/rec_gt_val.txt' +``` + +我们使用下载的预训练模型进行评估： + + +```python +cd /home/aistudio/PaddleOCR +python3 tools/eval.py \ + -c configs/rec/PP-OCRv3/ch_PP-OCRv3_rec_distillation.yml \ + -o Global.checkpoints=pretrain_models/ch_PP-OCRv3_rec_train/best_accuracy + +``` + +## **5.2 三种fine-tune方案** + +方案2、3、4训练和评估方式是相同的，因此在我们了解每个技术方案之后，再具体看修改哪些参数是相同，哪些是不同的。 + +**方案介绍：** + +1） **方案2**：预训练模型 + **fine-tune** + +- 在预训练模型的基础上进行fine-tune，使用1500张PCB进行训练和评估，其中训练集1200张，验证集300张。 + + +2） **方案3**：预训练模型 + fine-tune + **公开通用识别数据集** + +- 当识别数据比较少的情况，可以考虑添加公开通用识别数据集。在方案2的基础上，添加公开通用识别数据集，如lsvt、rctw等。 + +3）**方案4**：预训练模型 + fine-tune + **增加PCB图像数量** + +- 如果能够获取足够多真实场景，我们可以通过增加数据量提升模型效果。在方案2的基础上，增加PCB的数量到2W张左右。 + + +**参数修改：** + +接着我们看需要修改的参数，以上方案均需要修改配置文件`configs/rec/PP-OCRv3/ch_PP-OCRv3_rec.yml`的参数，**修改一次即可**： + +``` +Global.pretrained_model：指向预训练模型路径,'pretrain_models/ch_PP-OCRv3_rec_train/best_accuracy' +Optimizer.lr.values：学习率，本实验设置为0.0005 +Train.loader.batch_size_per_card: batch size,默认128，因为数据量小于128，因此我们设置为8，数据量大可以按默认的训练 +Eval.loader.batch_size_per_card: batch size,默认128，设置为4 +Metric.ignore_space: 忽略空格，本实验设置为True +``` + +**更换不同的方案**每次需要修改的参数： +``` +Global.epoch_num: 这里设置为1，方便快速跑通，实际中根据数据量调整该值 +Global.save_model_dir：指向模型保存路径 +Train.dataset.data_dir：指向训练集图片存放目录 +Train.dataset.label_file_list：指向训练集标注文件 +Eval.dataset.data_dir：指向验证集图片存放目录 +Eval.dataset.label_file_list：指向验证集标注文件 +``` + +同时**方案3**修改以下参数 +``` +Eval.dataset.label_file_list：添加公开通用识别数据标注文件 +Eval.dataset.ratio_list：数据和公开通用识别数据每次采样比例，按实际修改即可 +``` +如 **图5** 所示： +
+
图5 添加公开通用识别数据配置文件示例
+ + +我们提取Student模型的参数，在PCB数据集上进行fine-tune，可以参考如下代码： + + +```python +import paddle +# 加载预训练模型 +all_params = paddle.load("./pretrain_models/ch_PP-OCRv3_rec_train/best_accuracy.pdparams") +# 查看权重参数的keys +print(all_params.keys()) +# 学生模型的权重提取 +s_params = {key[len("student_model."):]: all_params[key] for key in all_params if "student_model." in key} +# 查看学生模型权重参数的keys +print(s_params.keys()) +# 保存 +paddle.save(s_params, "./pretrain_models/ch_PP-OCRv3_rec_train/student.pdparams") +``` + +修改参数后，**每个方案**都执行如下命令启动训练： + + + +```python +cd /home/aistudio/PaddleOCR/ +python3 tools/train.py -c configs/rec/PP-OCRv3/ch_PP-OCRv3_rec.yml +``` + + +使用训练好的模型进行评估，更新模型路径`Global.checkpoints`： + + +```python +cd /home/aistudio/PaddleOCR/ +python3 tools/eval.py \ + -c configs/rec/PP-OCRv3/ch_PP-OCRv3_rec.yml \ + -o Global.checkpoints=./output/rec_ppocr_v3/latest +``` + +所有方案评估指标如下： + +| 序号 | 方案 | acc | 效果提升 | 实验分析 | +| -------- | -------- | -------- | -------- | -------- | +| 1 | PP-OCRv3中英文超轻量识别预训练模型直接评估 | 46.67% | - | 提供的预训练模型具有泛化能力 | +| 2 | PP-OCRv3中英文超轻量识别预训练模型 + fine-tune | 42.02% |-4.6% | 在数据量不足的情况，反而比预训练模型效果低(也可以通过调整超参数再试试)| +| 3 | PP-OCRv3中英文超轻量识别预训练模型 + fine-tune + 公开通用识别数据集 | 77% | +30% | 在数据量不足的情况下，可以考虑补充公开数据训练 | +| 4 | PP-OCRv3中英文超轻量识别预训练模型 + fine-tune + 增加PCB图像数量 | 99.99% | +23% | 如果能获取更多数据量的情况，可以通过增加数据量提升效果 | + +``` +注：上述实验结果均是在1500张图片（1200张训练集，300张测试集）、2W张图片、添加公开通用识别数据集上训练、评估的得到，AIstudio只提供了100张数据，所以指标有所差异属于正常，只要策略有效、规律相同即可。 +``` + +# 6. 模型导出 + +inference 模型（paddle.jit.save保存的模型） 一般是模型训练，把模型结构和模型参数保存在文件中的固化模型，多用于预测部署场景。 训练过程中保存的模型是checkpoints模型，保存的只有模型的参数，多用于恢复训练等。 与checkpoints模型相比，inference 模型会额外保存模型的结构信息，在预测部署、加速推理上性能优越，灵活方便，适合于实际系统集成。 + + +```python +# 导出检测模型 +python3 tools/export_model.py \ + -c configs/det/ch_PP-OCRv3/ch_PP-OCRv3_det_student.yml \ + -o Global.pretrained_model="./output/ch_PP-OCR_V3_det/latest" \ + Global.save_inference_dir="./inference_model/ch_PP-OCR_V3_det/" +``` + +因为上述模型只训练了1个epoch，因此我们使用训练最优的模型进行预测，存储在`/home/aistudio/best_models/`目录下，解压即可 + + +```python +cd /home/aistudio/best_models/ +wget https://paddleocr.bj.bcebos.com/fanliku/PCB/det_ppocr_v3_en_infer_PCB.tar +tar xf /home/aistudio/best_models/det_ppocr_v3_en_infer_PCB.tar -C /home/aistudio/PaddleOCR/pretrain_models/ +``` + + +```python +# 检测模型inference模型预测 +cd /home/aistudio/PaddleOCR/ +python3 tools/infer/predict_det.py \ + --image_dir="/home/aistudio/dataset/imgs/0000.jpg" \ + --det_algorithm="DB" \ + --det_model_dir="./pretrain_models/det_ppocr_v3_en_infer_PCB/" \ + --det_limit_side_len=48 \ + --det_limit_type='min' \ + --det_db_unclip_ratio=2.5 \ + --use_gpu=True +``` + +结果存储在`inference_results`目录下，检测如下图所示： +
+
图6 检测结果
+ + +同理，导出识别模型并进行推理。 + +```python +# 导出识别模型 +python3 tools/export_model.py \ + -c configs/rec/PP-OCRv3/ch_PP-OCRv3_rec.yml \ + -o Global.pretrained_model="./output/rec_ppocr_v3/latest" \ + Global.save_inference_dir="./inference_model/rec_ppocr_v3/" + +``` + +同检测模型，识别模型也只训练了1个epoch，因此我们使用训练最优的模型进行预测，存储在`/home/aistudio/best_models/`目录下，解压即可 + + +```python +cd /home/aistudio/best_models/ +wget https://paddleocr.bj.bcebos.com/fanliku/PCB/rec_ppocr_v3_ch_infer_PCB.tar +tar xf /home/aistudio/best_models/rec_ppocr_v3_ch_infer_PCB.tar -C /home/aistudio/PaddleOCR/pretrain_models/ +``` + + +```python +# 识别模型inference模型预测 +cd /home/aistudio/PaddleOCR/ +python3 tools/infer/predict_rec.py \ + --image_dir="../test_imgs/0000_rec.jpg" \ + --rec_model_dir="./pretrain_models/rec_ppocr_v3_ch_infer_PCB" \ + --rec_image_shape="3, 48, 320" \ + --use_space_char=False \ + --use_gpu=True +``` + +```python +# 检测+识别模型inference模型预测 +cd /home/aistudio/PaddleOCR/ +python3 tools/infer/predict_system.py \ + --image_dir="../test_imgs/0000.jpg" \ + --det_model_dir="./pretrain_models/det_ppocr_v3_en_infer_PCB" \ + --det_limit_side_len=48 \ + --det_limit_type='min' \ + --det_db_unclip_ratio=2.5 \ + --rec_model_dir="./pretrain_models/rec_ppocr_v3_ch_infer_PCB" \ + --rec_image_shape="3, 48, 320" \ + --draw_img_save_dir=./det_rec_infer/ \ + --use_space_char=False \ + --use_angle_cls=False \ + --use_gpu=True + +``` + +端到端预测结果存储在`det_res_infer`文件夹内，结果如下图所示： +
+
图7 检测+识别结果
+ +# 7. 端对端评测 + +接下来介绍文本检测+文本识别的端对端指标评估方式。主要分为三步： + +1）首先运行`tools/infer/predict_system.py`，将`image_dir`改为需要评估的数据文件家，得到保存的结果: + + +```python +# 检测+识别模型inference模型预测 +python3 tools/infer/predict_system.py \ + --image_dir="../dataset/imgs/" \ + --det_model_dir="./pretrain_models/det_ppocr_v3_en_infer_PCB" \ + --det_limit_side_len=48 \ + --det_limit_type='min' \ + --det_db_unclip_ratio=2.5 \ + --rec_model_dir="./pretrain_models/rec_ppocr_v3_ch_infer_PCB" \ + --rec_image_shape="3, 48, 320" \ + --draw_img_save_dir=./det_rec_infer/ \ + --use_space_char=False \ + --use_angle_cls=False \ + --use_gpu=True +``` + +得到保存结果，文本检测识别可视化图保存在`det_rec_infer/`目录下，预测结果保存在`det_rec_infer/system_results.txt`中，格式如下：`0018.jpg [{"transcription": "E295", "points": [[88, 33], [137, 33], [137, 40], [88, 40]]}]` + +2）然后将步骤一保存的数据转换为端对端评测需要的数据格式： 修改 `tools/end2end/convert_ppocr_label.py`中的代码，convert_label函数中设置输入标签路径，Mode，保存标签路径等，对预测数据的GTlabel和预测结果的label格式进行转换。 +``` +ppocr_label_gt = "/home/aistudio/dataset/det_gt_val.txt" +convert_label(ppocr_label_gt, "gt", "./save_gt_label/") + +ppocr_label_gt = "/home/aistudio/PaddleOCR/PCB_result/det_rec_infer/system_results.txt" +convert_label(ppocr_label_gt, "pred", "./save_PPOCRV2_infer/") +``` + +运行`convert_ppocr_label.py`: + + +```python + python3 tools/end2end/convert_ppocr_label.py +``` + +得到如下结果： +``` +├── ./save_gt_label/ +├── ./save_PPOCRV2_infer/ +``` + +3） 最后，执行端对端评测，运行`tools/end2end/eval_end2end.py`计算端对端指标，运行方式如下： + + +```python +pip install editdistance +python3 tools/end2end/eval_end2end.py ./save_gt_label/ ./save_PPOCRV2_infer/ +``` + +使用`预训练模型+fine-tune'检测模型`、`预训练模型 + 2W张PCB图片funetune`识别模型，在300张PCB图片上评估得到如下结果，fmeasure为主要关注的指标: +
+
图8 端到端评估指标
+ +``` +注: 使用上述命令不能跑出该结果，因为数据集不相同，可以更换为自己训练好的模型，按上述流程运行 +``` + +# 8. Jetson部署 + +我们只需要以下步骤就可以完成Jetson nano部署模型，简单易操作： + +**1、在Jetson nano开发版上环境准备：** + +* 安装PaddlePaddle + +* 下载PaddleOCR并安装依赖 + +**2、执行预测** + +* 将推理模型下载到jetson + +* 执行检测、识别、串联预测即可 + +详细[参考流程](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleOCR/blob/release/2.5/deploy/Jetson/readme_ch.md)。 + +# 9. 总结 + +检测实验分别使用PP-OCRv3预训练模型在PCB数据集上进行了直接评估、验证集padding、 fine-tune 3种方案，识别实验分别使用PP-OCRv3预训练模型在PCB数据集上进行了直接评估、 fine-tune、添加公开通用识别数据集、增加PCB图片数量4种方案，指标对比如下： + +* 检测 + + +| 序号 | 方案 | hmean | 效果提升 | 实验分析 | +| ---- | -------------------------------------------------------- | ------ | -------- | ------------------------------------- | +| 1 | PP-OCRv3英文超轻量检测预训练模型直接评估 | 64.64% | - | 提供的预训练模型具有泛化能力 | +| 2 | PP-OCRv3英文超轻量检测预训练模型 + 验证集padding直接评估 | 72.13% | +7.5% | padding可以提升尺寸较小图片的检测效果 | +| 3 | PP-OCRv3英文超轻量检测预训练模型 + fine-tune | 100% | +27.9% | fine-tune会提升垂类场景效果 | + +* 识别 + +| 序号 | 方案 | acc | 效果提升 | 实验分析 | +| ---- | ------------------------------------------------------------ | ------ | -------- | ------------------------------------------------------------ | +| 1 | PP-OCRv3中英文超轻量识别预训练模型直接评估 | 46.67% | - | 提供的预训练模型具有泛化能力 | +| 2 | PP-OCRv3中英文超轻量识别预训练模型 + fine-tune | 42.02% | -4.6% | 在数据量不足的情况，反而比预训练模型效果低(也可以通过调整超参数再试试) | +| 3 | PP-OCRv3中英文超轻量识别预训练模型 + fine-tune + 公开通用识别数据集 | 77% | +30% | 在数据量不足的情况下，可以考虑补充公开数据训练 | +| 4 | PP-OCRv3中英文超轻量识别预训练模型 + fine-tune + 增加PCB图像数量 | 99.99% | +23% | 如果能获取更多数据量的情况，可以通过增加数据量提升效果 | + +* 端到端 + +| det | rec | fmeasure | +| --------------------------------------------- | ------------------------------------------------------------ | -------- | +| PP-OCRv3英文超轻量检测预训练模型 + fine-tune | PP-OCRv3中英文超轻量识别预训练模型 + fine-tune + 增加PCB图像数量 | 93.3% | + +*结论* + +PP-OCRv3的检测模型在未经过fine-tune的情况下，在PCB数据集上也有64.64%的精度，说明具有泛化能力。验证集padding之后，精度提升7.5%，在图片尺寸较小的情况，我们可以通过padding的方式提升检测效果。经过 fine-tune 后能够极大的提升检测效果，精度达到100%。 + +PP-OCRv3的识别模型方案1和方案2对比可以发现，当数据量不足的情况，预训练模型精度可能比fine-tune效果还要高，所以我们可以先尝试预训练模型直接评估。如果在数据量不足的情况下想进一步提升模型效果，可以通过添加公开通用识别数据集，识别效果提升30%，非常有效。最后如果我们能够采集足够多的真实场景数据集，可以通过增加数据量提升模型效果，精度达到99.99%。 + +# 更多资源 + +- 更多深度学习知识、产业案例、面试宝典等，请参考：[awesome-DeepLearning](https://github.com/paddlepaddle/awesome-DeepLearning) + +- 更多PaddleOCR使用教程，请参考：[PaddleOCR](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleOCR/tree/dygraph) + + +- 飞桨框架相关资料，请参考：[飞桨深度学习平台](https://www.paddlepaddle.org.cn/?fr=paddleEdu_aistudio) + +# 参考 + +* 数据生成代码库：https://github.com/zcswdt/Color_OCR_image_generator diff --git "a/applications/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253/gen_data/background/bg.jpg" "b/applications/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253/gen_data/background/bg.jpg" new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..3cb6eab819c3b7d4f68590d2cdc9d36351590197 Binary files /dev/null and "b/applications/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253/gen_data/background/bg.jpg" differ diff --git "a/applications/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253/gen_data/corpus/text.txt" "b/applications/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253/gen_data/corpus/text.txt" new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..8b8cb793ef6755bf00ed8c154e24638b07a519c2 --- /dev/null +++ "b/applications/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253/gen_data/corpus/text.txt" @@ -0,0 +1,30 @@ +5ZQ +I4UL +PWL +SNOG +ZL02 +1C30 +O3H +YHRS +N03S +1U5Y +JTK +EN4F +YKJ +DWNH +R42W +X0V +4OF5 +08AM +Y93S +GWE2 +0KR +9U2A +DBQ +Y6J +ROZ +K06 +KIEY +NZQJ +UN1B +6X4 \ No newline at end of file diff --git "a/applications/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253/gen_data/det_background/1.png" "b/applications/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253/gen_data/det_background/1.png" new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..8a49eaa6862113044e05d17e32941a0a20911426 Binary files /dev/null and "b/applications/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253/gen_data/det_background/1.png" differ diff --git "a/applications/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253/gen_data/det_background/2.png" "b/applications/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253/gen_data/det_background/2.png" new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..c3fcc0c92826b97b5f6abd970f1a0580eede0f5d Binary files /dev/null and "b/applications/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253/gen_data/det_background/2.png" differ diff --git "a/applications/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253/gen_data/gen.py" "b/applications/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253/gen_data/gen.py" new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..4c768067f998b6b4bbe0b2f5982f46a3f01fc872 --- /dev/null +++ "b/applications/PCB\345\255\227\347\254\246\350\257\206\345\210\253/gen_data/gen.py" @@ -0,0 +1,261 @@ +# copyright (c) 2020 PaddlePaddle Authors. All Rights Reserve. +# +# Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License"); +# you may not use this file except in compliance with the License. +# You may obtain a copy of the License at +# +# http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0 +# +# Unless required by applicable law or agreed to in writing, software +# distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS, +# WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied. +# See the License for the specific language governing permissions and +# limitations under the License. +""" +This code is refer from: +https://github.com/zcswdt/Color_OCR_image_generator +""" +import os +import random +from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont +import json +import argparse + + +def get_char_lines(txt_root_path): + """ + desc:get corpus line + """ + txt_files = os.listdir(txt_root_path) + char_lines = [] + for txt in txt_files: + f = open(os.path.join(txt_root_path, txt), mode='r', encoding='utf-8') + lines = f.readlines() + f.close() + for line in lines: + char_lines.append(line.strip()) + return char_lines + + +def get_horizontal_text_picture(image_file, chars, fonts_list, cf): + """ + desc:gen horizontal text picture + """ + img = Image.open(image_file) + if img.mode != 'RGB': + img = img.convert('RGB') + img_w, img_h = img.size + + # random choice font + font_path = random.choice(fonts_list) + # random choice font size + font_size = random.randint(cf.font_min_size, cf.font_max_size) + font = ImageFont.truetype(font_path, font_size) + + ch_w = [] + ch_h = [] + for ch in chars: + wt, ht = font.getsize(ch) + ch_w.append(wt) + ch_h.append(ht) + f_w = sum(ch_w) + f_h = max(ch_h) + + # add space + char_space_width = max(ch_w) + f_w += (char_space_width * (len(chars) - 1)) + + x1 = random.randint(0, img_w - f_w) + y1 = random.randint(0, img_h - f_h) + x2 = x1 + f_w + y2 = y1 + f_h + + crop_y1 = y1 + crop_x1 = x1 + crop_y2 = y2 + crop_x2 = x2 + + best_color = (0, 0, 0) + draw = ImageDraw.Draw(img) + for i, ch in enumerate(chars): + draw.text((x1, y1), ch, best_color, font=font) + x1 += (ch_w[i] + char_space_width) + crop_img = img.crop((crop_x1, crop_y1, crop_x2, crop_y2)) + return crop_img, chars + + +def get_vertical_text_picture(image_file, chars, fonts_list, cf): + """ + desc:gen vertical text picture + """ + img = Image.open(image_file) + if img.mode != 'RGB': + img = img.convert('RGB') + img_w, img_h = img.size + # random choice font + font_path = random.choice(fonts_list) + # random choice font size + font_size = random.randint(cf.font_min_size, cf.font_max_size) + font = ImageFont.truetype(font_path, font_size) + + ch_w = [] + ch_h = [] + for ch in chars: + wt, ht = font.getsize(ch) + ch_w.append(wt) + ch_h.append(ht) + f_w = max(ch_w) + f_h = sum(ch_h) + + x1 = random.randint(0, img_w - f_w) + y1 = random.randint(0, img_h - f_h) + x2 = x1 + f_w + y2 = y1 + f_h + + crop_y1 = y1 + crop_x1 = x1 + crop_y2 = y2 + crop_x2 = x2 + + best_color = (0, 0, 0) + draw = ImageDraw.Draw(img) + i = 0 + for ch in chars: + draw.text((x1, y1), ch, best_color, font=font) + y1 = y1 + ch_h[i] + i = i + 1 + crop_img = img.crop((crop_x1, crop_y1, crop_x2, crop_y2)) + crop_img = crop_img.transpose(Image.ROTATE_90) + return crop_img, chars + + +def get_fonts(fonts_path): + """ + desc: get all fonts + """ + font_files = os.listdir(fonts_path) + fonts_list=[] + for font_file in font_files: + font_path=os.path.join(fonts_path, font_file) + fonts_list.append(font_path) + return fonts_list + +if __name__ == '__main__': + parser = argparse.ArgumentParser() + parser.add_argument('--num_img', type=int, default=30, help="Number of images to generate") + parser.add_argument('--font_min_size', type=int, default=11) + parser.add_argument('--font_max_size', type=int, default=12, + help="Help adjust the size of the generated text and the size of the picture") + parser.add_argument('--bg_path', type=str, default='./background', + help='The generated text pictures will be pasted onto the pictures of this folder') + parser.add_argument('--det_bg_path', type=str, default='./det_background', + help='The generated text pictures will use the pictures of this folder as the background') + parser.add_argument('--fonts_path', type=str, default='../../StyleText/fonts', + help='The font used to generate the picture') + parser.add_argument('--corpus_path', type=str, default='./corpus', + help='The corpus used to generate the text picture') + parser.add_argument('--output_dir', type=str, default='./output/', help='Images save dir') + + + cf = parser.parse_args() + # save path + if not os.path.exists(cf.output_dir): + os.mkdir(cf.output_dir) + + # get corpus + txt_root_path = cf.corpus_path + char_lines = get_char_lines(txt_root_path=txt_root_path) + + # get all fonts + fonts_path = cf.fonts_path + fonts_list = get_fonts(fonts_path) + + # rec bg + img_root_path = cf.bg_path + imnames=os.listdir(img_root_path) + + # det bg + det_bg_path = cf.det_bg_path + bg_pics = os.listdir(det_bg_path) + + # OCR det files + det_val_file = open(cf.output_dir + 'det_gt_val.txt', 'w', encoding='utf-8') + det_train_file = open(cf.output_dir + 'det_gt_train.txt', 'w', encoding='utf-8') + # det imgs + det_save_dir = 'imgs/' + if not os.path.exists(cf.output_dir + det_save_dir): + os.mkdir(cf.output_dir + det_save_dir) + det_val_save_dir = 'imgs_val/' + if not os.path.exists(cf.output_dir + det_val_save_dir): + os.mkdir(cf.output_dir + det_val_save_dir) + + # OCR rec files + rec_val_file = open(cf.output_dir + 'rec_gt_val.txt', 'w', encoding='utf-8') + rec_train_file = open(cf.output_dir + 'rec_gt_train.txt', 'w', encoding='utf-8') + # rec imgs + rec_save_dir = 'rec_imgs/' + if not os.path.exists(cf.output_dir + rec_save_dir): + os.mkdir(cf.output_dir + rec_save_dir) + rec_val_save_dir = 'rec_imgs_val/' + if not os.path.exists(cf.output_dir + rec_val_save_dir): + os.mkdir(cf.output_dir + rec_val_save_dir) + + + val_ratio = cf.num_img * 0.2 # val dataset ratio + + print('start generating...') + for i in range(0, cf.num_img): + imname = random.choice(imnames) + img_path = os.path.join(img_root_path, imname) + + rnd = random.random() + # gen horizontal text picture + if rnd < 0.5: + gen_img, chars = get_horizontal_text_picture(img_path, char_lines[i], fonts_list, cf) + ori_w, ori_h = gen_img.size + gen_img = gen_img.crop((0, 3, ori_w, ori_h)) + # gen vertical text picture + else: + gen_img, chars = get_vertical_text_picture(img_path, char_lines[i], fonts_list, cf) + ori_w, ori_h = gen_img.size + gen_img = gen_img.crop((3, 0, ori_w, ori_h)) + + ori_w, ori_h = gen_img.size + + # rec imgs + save_img_name = str(i).zfill(4) + '.jpg' + if i < val_ratio: + save_dir = os.path.join(rec_val_save_dir, save_img_name) + line = save_dir + '\t' + char_lines[i] + '\n' + rec_val_file.write(line) + else: + save_dir = os.path.join(rec_save_dir, save_img_name) + line = save_dir + '\t' + char_lines[i] + '\n' + rec_train_file.write(line) + gen_img.save(cf.output_dir + save_dir, quality = 95, subsampling=0) + + # det img + # random choice bg + bg_pic = random.sample(bg_pics, 1)[0] + det_img = Image.open(os.path.join(det_bg_path, bg_pic)) + # the PCB position is fixed, modify it according to your own scenario + if bg_pic == '1.png': + x1 = 38 + y1 = 3 + else: + x1 = 34 + y1 = 1 + + det_img.paste(gen_img, (x1, y1)) + # text pos + chars_pos = [[x1, y1], [x1 + ori_w, y1], [x1 + ori_w, y1 + ori_h], [x1, y1 + ori_h]] + label = [{"transcription":char_lines[i], "points":chars_pos}] + if i < val_ratio: + save_dir = os.path.join(det_val_save_dir, save_img_name) + det_val_file.write(save_dir + '\t' + json.dumps( + label, ensure_ascii=False) + '\n') + else: + save_dir = os.path.join(det_save_dir, save_img_name) + det_train_file.write(save_dir + '\t' + json.dumps( + label, ensure_ascii=False) + '\n') + det_img.save(cf.output_dir + save_dir, quality = 95, subsampling=0)