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RECONNAISSANCE DES ÉCRITURES

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RECONNAISSANCE DES ÉCRITURES
MANUSCRITES : ÉTAT DE L’ART ET MISE EN OEUVRE
Paris - 29 mai 2018
Christopher Kermorvant - A2iA - TEKLIA
RECONNAISSANCE D’ÉCRITURE ?
Quand je dis que suis suis chercheur en
reconnaissance d’écriture manuscrite :
Je croyais que c’était un
problème résolu.
Plus personne n’écrit à la
main.
Aucune machine ne peut
déchi!rer l’écriture
manuscrite
MNIST
0.23%
d’erreur
SHORT HISTORY OF HANDWRITING RECOGNITION
La reconnaissance d’écriture est un des plus vieux défis de l’IA
Les performances de la machine sont encore loin
derrière celles de l’humain
RAND corporation, 1960
The MNIST database
“The drosophila of machine learning”
Geoffrey Hinton!
EST-CE QUE CA MARCHE ?
Première partie : avec des outils “sur étagère”
Google cloud visio API
https://cloud.google.com/vision/docs/drag-and-drop
Microsoft Cognitive Services
EST-CE QUE CA MARCHE ?
Text imprimé (électronique)
Différentes fontes
Différentes couleurs
Logos
EST-CE QUE CA MARCHE ?
EST-CE QUE CA MARCHE ?
Texte manuscrit récent (1981)
Robert Badinter.
Discours sur l'abolition de la peine de mort.
http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/btv1b8571107s/f9.item
EST-CE QUE CA MARCHE ?
Localisation du texte
Reconnaissance du texte
EST-CE QUE CA MARCHE ?
Archives nationales, JJ 090
Registre du Trésor des chartes
années [1354] 1357-1360 1361
http://bvmm.irht.cnrs.fr/mirador/index.php?
manifest=http://bvmm.irht.cnrs.fr/iiif/23678/manifest
EST-CE QUE CA MARCHE ?
Localisation du texte
Reconnaissance du texte
UNE BRÈVE HISTOIRE DE LA RECONNAISSANCE D’ÉCRITURE
1970 - 1990 : Les approches analytiques
Segmenter
Mesurer
1990 - 2000 : Les approches statistiques
Classifier
SHORT HISTORY OF HANDWRITING RECOGNITION
2010 - : Les approches Deep Learning
Segmenter
Mesurer Apprendre/Classifier
EST-CE QUE CA MARCHE ?
Deuxième partie : dans les laboratoires de recherche
Evaluations internationales
Pages complètes
Mots isolés :
EST-CE QUE CA MARCHE ?
Evaluations internationales
Taux d’erreur mot
40
Mots isolés
Pages complètes
1 humain
2 humains
30
20
10
0
2005
2007
2009
2010
2011
2013
2015
Reconnaissance des mots et pages en arabe manuscrit
EST-CE QUE CA MARCHE ?
DERNIÈRE ÉVALUATION READ : 2016 ET 2017
!
Document issus de la collection Ratsprotokolle (1470 à
1805) en allemand.
!
Lettres de la collection Alfred Escher en allemand
Figure 1. Document samples. The image on the left belongs to the Alfred
Escher Letter Collection and the image on the right belongs to a different
propose
The ob
at char
high. I
German
this lan
Part of
used in th
but it in
French, I
training a
PAGE fo
for the co
The tra
HANDWRITING RECOGNITION : DOES IT WORK ?
2016
2017
Taux d’erreur mot
50
50
Moins de données d’entrainement
46
25
21
0
RWTH
21
BYU
22
A2iA
26
45
25
LITIS PARISTECH
19
0
BYU
22
LITIS PARISTECH
!
Tous les systèmes sont basés sur le Deep Learning
!
Les systèmes peuvent être entrainés avec moins de données
!
Un taux plancher de 20% d’erreur
RECONNAISSANCE D’ÉCRITURE : EST-CE UTILE (AVEC CE TAUX D’ERREUR)
Manuscrits de Jeremy
Bentham : 70 000 pages
Transcription par des experts humains : 67 ans
RECONNAISSANCE D’ÉCRITURE : EST-CE UTILE (AVEC CE TAUX D’ERREUR)
Crowdsourcing (2010)
Transcription par des volontaires : 27 ans
RECONNAISSANCE D’ÉCRITURE : EST-CE UTILE (AVEC CE TAUX D’ERREUR)
Word Error
Rate (%)
Reconnaissance automatique (2014)
15
10
5
0
https://read.transkribus.eu
LIMSI1 CITLAB LIMSI2
A2IA
Evaluation ICFHR 2014
Transcription par une machine : 24 heures
Mais le texte doit encore être validé manuellement
THE HIMANIS PROJECT
European Research Project (JPI)
2015-2018
!
Objectifs : donner aux historiens de nouveaux outils pour
exploiter un corpus de registres manuscrits : les registres de la
chancellerie française (1300 - 1483)
!
La technologie :
!
Reconnaissance automatique d’écriture et indexation
profonde
!
Interface de recherche controlée par l’utilisateur
DEEP LEARNING POUR LA RECONNAISSANCE D’ÉCRITURE
descort, c’est assavoir que li diz sires de Harecourt
dysoit et maintenoit que deux miles livres à
tournois de rente annuelle et perpetu
elle que li diz sires de Partenay li avoit promises et
données pour cause dou dit mariage, à avoir du dit
seigneur de Harecourt après le
deceps du dit seigneur de Partenay, ou cas que il
auroit hoir ou hoirs mâles, et le cas se estoit jà
offert, li devoient estre assises à Chas
Images de lignes de texte
Texte
DEEP LEARNING POUR LA RECONNAISSANCE D’ÉCRITURE
Modèle optique : reconnait les formes
Texte
Images de lignes de texte
Back-propagation
DEEP LEARNING POUR LA RECONNAISSANCE D’ÉCRITURE
Modèle de langue : modélise les statistiques linguistiques
Unigram
Seigneur
Bigram
#Seigneur
Trigram
##Seigneur
Représenté dans un automate
stochastique
Entrainé sur un corpus de texte
électronique (pas besoin
d’images)
ABRÉVIATIONS
!
~30% des mots sont abrégés (60% pour le latin)
Chevalier
Guillaume
!
La vérité terrain est généralement modernisée, avec
abréviations résolues
!
La langue (français/latin) n’est pas explicitée
DEEP LEARNING POUR LA RECONNAISSANCE D’ÉCRITURE
Modèle optique + modèle de langue :
!
Bonne nouvelle n°1 : le système apprend les abréviations
!
Bonne nouvelle n°2 : le modèle de langue multilingue
DEEP LEARNING POUR LA RECONNAISSANCE D’ÉCRITURE
Transcrit (0.5%)
Entrainement
Periode
Non transcrit
Evaluation
Corpus
1302-1361
1302-1483
Nombre d’actes
341
95
68 000
Lignes
6 061
1 733
2 692 339†
Mots
117 709
33 097
39 623 581†
† estimated
ins
11 %
Taux d’erreur caractère en test: 18%
del
52 %
subs
37 %
COMMENT FAIRE L’INDEXATION AVEC 20% D’ERREUR ?
Première solution : utiliser la transcription brute et indexer
HIMANIS Paris-2017 meeting
les caractères
g & Search: Precision-Recall Tradeoff Model
1
quality
be :
Hautecan
précision
cision (⇡ ) & recall
of the retrieved
call is high if most
ts are retrieved.
e indexed, you’d
th ⇢ = ⇡ = 1.
0.8
Precision: π
les résultats sont
bons mais peu
nombreux
Haut rappel : les
résultats sont
nombreux mais
souvent faux
0.6
0.4
Perfect (AP=1.0)
Aut. Transcript (AP=0.6)
0.2
0
0
0.2
0.4
0.6
Recall: ρ
0.8
1
COMMENT FAIRE L’INDEXATION AVEC 20% D’ERREUR ?
Donner à l’utilisateur le contrôle sur précision/rappel
HIMANIS Paris-2017 meeting
& Search: Precision-Recall
Tradeoff
Model
Définition d’un
seuil
1
uality can be
ision (⇡ ) & recall
e indexed, you’d
th ⇢ = ⇡ = 1.
0.8
Precision: π
of the retrieved
all is high if most
s are retrieved.
High confidence theshold
0.6
0.4
Perfect (AP=1.0)
Aut. Transcript (AP=0.6)
Prob. Index (AP=0.8)
0.2
Low confidence threshold
0
0
0.2
0.4
0.6
Recall: ρ
0.8
1
COMMENT FAIRE L’INDEXATION AVEC 20% D’ERREUR ?
1ère idée : demander au reconnaisseur de multiples
hypothèses de reconnaissance
➤
Augmenter le rappel
➤
Augmenter la précision par un meilleur score
MULTIPLES HYPOTHESES
Meilleure hypothèse
et maintenoit que deux miles
Multiple hypothèses : treillis de caractères
CARTE DE PROBABILITÉ
2ème idée : calculer une carte probabilité de
présence des caractères recherchés
Indexing & Search
HIMANIS Paris-2017 meeting
Probabilistic Word Indexing from the Posteriorgram
P
X
Directly computing and using a full pixel-level posteriorgram would entail a formidable
computational load and would require prohibitive amounts of indexing storage.
PROBABILITÉ CALCULÉE SUR LE TREILLIS D’HYPOTHÈSES
q4
α(q4 )
f
t
o
o
q3
β(q3 )
a
f
b
@
@
b
k
@
e
e
e
e
α(q5 )
q5
α(q6 )
q6
f
o
f
t
α(q1 )
q2
t
q1
t
q7
o
a
r
a
β(q8 )
q8
@
r
y
S(cv , x, i)
t(q4 ) t(q1 )
t(q2 )
t(q3 )
t(q6 ) t(q5 )
t(q7 )
t(q8 )
Top: A small, partial example of CL for a handwritten text “to be for”. The edge sequence paths: {(q1 , q2 ), (q2 , q3 )}, {(q4 , q2 ), (
7 ), (q7 , q8 )} and {(q6 , q7 ), (q7 , q8 )} (in dashed red lines) correspond to the query character sequence: cv = “to”. The “@” symbol stand
space character. Bottom: Corresponding posteriorgram-like frame-level function S(cv , x, i). Note that the score S(”to”, x, i) is not negligib
l where the word “for” appears in the image. However is much lower than in the correct interval where “to” is actually written.
thm 1 Comput. of the frame-level score: S(cv , x, i)
puting the frame-level character sequence score S fo
INDEXATION AVEC CONTRÔLE RAPPEL/PRÉCISION
Indexing & Search
1
1
0.8
0.8
Haut rappel : les
résultats
sont
0.6
nombreux mais
souvent
0.4 faux
0.6
Precision: π
Haute précision :
les résultats sont
bons mais peu
nombreux
Precision: π
Chancery Probabilistic Index Evaluation: Lab
0.4
5grm
3grm
0grm
HTR
0.2
0
0
AP=0.75
AP=0.69
AP=0.62
AP=0.58
0.2
mAP=0.68
mAP=0.61
mAP=0.52
mAP=0.44
0.4
5gr-la
5gr
5gr-fr
HTR
0.2
0.6
0.8
1
0
0
AP=0.86
AP=0.84
AP=0.80
AP=0.69
m
m
m
m
0.2
0
Recall: ρ
Left: Recall-Precision results for different character N -gram models (0g
R-P point (HTR) is also shown for the 1-best recognition hypotheses with
LA DETECTION DU TEXTE : ENCORE À AMÉLIORER
Lignes manquées
Lignes mal détectées
UN ORDINATEUR PEUT-IL LIRE L’ÉCRITURE MANUSCRITE ?
➤
Un système à base de réseau de neurones profond peut lire les
écritures manuscrites médiévales
➤
Une indexation complète est possible même si le taux
d’erreur est élevé grâce à des hypothèses multiples
➤
La détection du texte est une étape critique et encore à
améliorer
➤
L’évolution de l’écriture dans les registres doit être prise en
compte
➤
L’évaluation de la qualité est un enjeu majeur
EST-CE TRANSPOSABLE À D’AUTRES CORPUS ?
A priori, oui
Mais, avec quelle performance ?
Il faut évaluer les facteurs favorables et défavorables
EST-CE TRANSPOSABLE À D’AUTRES CORPUS ?
Critère
Point
Corpus disponible en IIIF
+2
Numérisation uniforme (microfilm, image NB, images
couleur)
+1
Numérisation uniforme en simple/double page
+1
Mise en page uniforme dans le corpus
+1
Complexité de la mise en forme
Pages de texte :+1
Tables : 0
Mixte : -1
EST-CE TRANSPOSABLE À D’AUTRES CORPUS ?
Critère
Langue : simple ou multiple
Transcriptions disponibles
Point
Peu d’impact
1 point par lot de 100 pages
Localisation des lignes de texte disponible
+1
Corpus textuel similaire disponible
+1
Dans tous les cas, la machine apprend à partir d’exemples annotés
par les humains.
Plus les documents sont hétérogènes, plus il faudra d’exemples pour
apprendre la diversité.
COMMENT METTRE EN OEUVRE CES TECHNIQUES ?
Ne pas sous-estimer le travail
humain : la machine apprend
à partir d’exemples annotés.
Le gain est dans le passage
à l’échelle : pas de gain sur
des petits corpus.
COMMENT METTRE EN OEUVRE CES TECHNIQUES ?
Créer une équipe mixte informaticiens / historiens
Si possible au même endroit
COMMENT METTRE EN OEUVRE CES TECHNIQUES ?
Le processus de développement est itératif autour des données
VERS UNE ARCHITECTURE RÉ-UTILISABLE
Version 1 : développements spécifiques
HIMANIS
beta
Transcription
A2iA
Indexation
UPV
Version 2 : IIIF et open-source
Serveur
IIIF image
Transcription
A2iA
Indexation
UPV
Moteur
d’indexation
Elastic Search
IIIF viewer
Mirador
DÉVELOPPEMENT D’UNE API
Résultats par actes
Intégration des numéros
d’actes et de leur
localisation sur les pages
DÉVELOPPEMENT D’UNE API - IIIF
A!chage dans Mirador
Position des actes
Mots indexés
kermorvant@teklia.com
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