A line-based representation for matching words in historical manuscripts

Cataloged from PDF version of article.In this study, we propose a new method for retrieving and recognizing words in historical documents. We represent word images with a set of line segments. Then we provide a criterion for word matching based on matching the lines. We carry out experiments on a benchmark dataset consisting of manuscripts by George Washington, as well as on Ottoman manuscripts. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved

A novel image matching approach for word spotting

Word spotting has been adopted and used by various researchers as a complementary technique to Optical Character Recognition for document analysis and retrieval. The various applications of word spotting include document indexing, image retrieval and information filtering. The important factors in word spotting techniques are pre-processing, selection and extraction of proper features and image matching algorithms. The Correlation Similarity Measure (CORR) algorithm is considered to be a faster matching algorithm, originally defined for finding similarities between binary patterns. In the word spotting literature the CORR algorithm has been used successfully to compare the GSC binary features extracted from binary word images, i.e., Gradient, Structural and Concavity (GSC) features. However, the problem with this approach is that binarization of images leads to a loss of very useful information. Furthermore, before extracting GSC binary features the word images must be skew corrected and slant normalized, which is not only difficult but in some cases impossible in Arabic and modified Arabic scripts. We present a new approach in which the Correlation Similarity Measure (CORR) algorithm has been used innovatively to compare Gray-scale word images. In this approach, binarization of images, skew correction and slant normalization of word images are not required at all. The various features, i.e., projection profiles, word profiles and transitional features are extracted from the Gray-scale word images and converted into their binary equivalents, which are compared via CORR algorithm with greater speed and higher accuracy. The experiments have been conducted on Gray-scale versions of newly created handwritten databases of Pashto and Dari languages, written in modified Arabic scripts. For each of these languages we have used 4599 words relating to 21 different word classes collected from 219 writers. The average precision rates achieved for Pashto and Dari languages were 93.18 % and 93.75 %, respectively. The time taken for matching a pair of images was 1.43 milli-seconds. In addition, we will present the handwritten databases for two well-known Indo- Iranian languages, i.e., Pashto and Dari languages. These are large databases which contain six types of data, i.e., Dates, Isolated Digits, Numeral Strings, Isolated Characters, Different Words and Special Symbols, written by native speakers of the corresponding languages

A line-based representation for matching words in historical manuscripts

In this study, we propose a new method for retrieving and recognizing words in historical documents. We represent word images with a set of line segments. Then we provide a criterion for word matching based on matching the lines. We carry out experiments on a benchmark dataset consisting of manuscripts by George Washington, as well as on Ottoman manuscripts. © 2011 Elsevier B.V. All rights reserved

Spotting Keywords in Offline Handwritten Documents Using Hausdorff Edit Distance

Keyword spotting has become a crucial topic in handwritten document recognition, by enabling content-based retrieval of scanned documents using search terms. With a query keyword, one can search and index the digitized handwriting which in turn facilitates understanding of manuscripts. Common automated techniques address the keyword spotting problem through statistical representations. Structural representations such as graphs apprehend the complex structure of handwriting. However, they are rarely used, particularly for keyword spotting techniques, due to high computational costs. The graph edit distance, a powerful and versatile method for matching any type of labeled graph, has exponential time complexity to calculate the similarities of graphs. Hence, the use of graph edit distance is constrained to small size graphs. The recently developed Hausdorff edit distance algorithm approximates the graph edit distance with quadratic time complexity by efficiently matching local substructures. This dissertation speculates using Hausdorff edit distance could be a promising alternative to other template-based keyword spotting approaches in term of computational time and accuracy. Accordingly, the core contribution of this thesis is investigation and development of a graph-based keyword spotting technique based on the Hausdorff edit distance algorithm. The high representational power of graphs combined with the efficiency of the Hausdorff edit distance for graph matching achieves remarkable speedup as well as accuracy. In a comprehensive experimental evaluation, we demonstrate the solid performance of the proposed graph-based method when compared with state of the art, both, concerning precision and speed. The second contribution of this thesis is a keyword spotting technique which incorporates dynamic time warping and Hausdorff edit distance approaches. The structural representation of graph-based approach combined with statistical geometric features representation compliments each other in order to provide a more accurate system. The proposed system has been extensively evaluated with four types of handwriting graphs and geometric features vectors on benchmark datasets. The experiments demonstrate a performance boost in which outperforms individual systems

Apprentissage profond de formes manuscrites pour la reconnaissance et le repérage efficace de l'écriture dans les documents numérisés

Malgré les efforts importants de la communauté d’analyse de documents, définir une representation robuste pour les formes manuscrites demeure un défi de taille. Une telle representation ne peut pas être définie explicitement par un ensemble de règles, et doit plutôt être obtenue avec une extraction intelligente de caractéristiques de haut niveau à partir d’images de documents. Dans cette thèse, les modèles d’apprentissage profond sont investigués pour la representation automatique de formes manuscrites. Les représentations proposées par ces modèles sont utilisées pour définir un système de reconnaissance et de repérage de mots individuels dans les documents. Le choix de traiter les mots individuellement est motivé par le fait que n’importe quel texte peut être segmenté en un ensemble de mots séparés. Dans une première contribution, une représentation non supervisée profonde est proposée pour la tâche de repérage de mots manuscrits. Cette représentation se base sur l’algorithme de regroupement spherical k-means, qui est employé pour construire une hiérarchie de fonctions paramétriques encodant les images de documents. Les avantages de cette représentation sont multiples. Tout d’abord, elle est définie de manière non supervisée, ce qui évite la nécessité d’avoir des données annotées pour l’entraînement. Ensuite, elle se calcule rapidement et est de taille compacte, permettant ainsi de repérer des mots efficacement. Dans une deuxième contribution, un modèle de bout en bout est développé pour la reconnaissance de mots manuscrits. Ce modèle est composé d’un réseau de neurones convolutifs qui prend en entrée l’image d’un mot et produit en sortie une représentation du texte reconnu. Ce texte est représenté sous la forme d’un ensemble de sous-sequences bidirectionnelles de caractères formant une hiérarchie. Cette représentation se distingue des approches existantes dans la littérature et offre plusieurs avantages par rapport à celles-ci. Notamment, elle est binaire et a une taille fixe, ce qui la rend robuste à la taille du texte. Par ailleurs, elle capture la distribution des sous-séquences de caractères dans le corpus d’entraînement, et permet donc au modèle entraîné de transférer cette connaissance à de nouveaux mots contenant les memes sous-séquences. Dans une troisième et dernière contribution, un modèle de bout en bout est proposé pour résoudre simultanément les tâches de repérage et de reconnaissance. Ce modèle intègre conjointement les textes et les images de mots dans un seul espace vectoriel. Une image est projetée dans cet espace via un réseau de neurones convolutifs entraîné à détecter les différentes forms de caractères. De même, un mot est projeté dans cet espace via un réseau de neurones récurrents. Le modèle proposé est entraîné de manière à ce que l’image d’un mot et son texte soient projetés au même point. Dans l’espace vectoriel appris, les tâches de repérage et de reconnaissance peuvent être traitées efficacement comme un problème de recherche des plus proches voisins

Automatic handwriter identification using advanced machine learning

Handwriter identification a challenging problem especially for forensic investigation. This topic has received significant attention from the research community and several handwriter identification systems were developed for various applications including forensic science, document analysis and investigation of the historical documents. This work is part of an investigation to develop new tools and methods for Arabic palaeography, which is is the study of handwritten material, particularly ancient manuscripts with missing writers, dates, and/or places. In particular, the main aim of this research project is to investigate and develop new techniques and algorithms for the classification and analysis of ancient handwritten documents to support palaeographic studies. Three contributions were proposed in this research. The first is concerned with the development of a text line extraction algorithm on colour and greyscale historical manuscripts. The idea uses a modified bilateral filtering approach to adaptively smooth the images while still preserving the edges through a nonlinear combination of neighboring image values. The proposed algorithm aims to compute a median and a separating seam and has been validated to deal with both greyscale and colour historical documents using different datasets. The results obtained suggest that our proposed technique yields attractive results when compared against a few similar algorithms. The second contribution proposes to deploy a combination of Oriented Basic Image features and the concept of graphemes codebook in order to improve the recognition performances. The proposed algorithm is capable to effectively extract the most distinguishing handwriter’s patterns. The idea consists of judiciously combining a multiscale feature extraction with the concept of grapheme to allow for the extraction of several discriminating features such as handwriting curvature, direction, wrinkliness and various edge-based features. The technique was validated for identifying handwriters using both Arabic and English writings captured as scanned images using the IAM dataset for English handwriting and ICFHR 2012 dataset for Arabic handwriting. The results obtained clearly demonstrate the effectiveness of the proposed method when compared against some similar techniques. The third contribution is concerned with an offline handwriter identification approach based on the convolutional neural network technology. At the first stage, the Alex-Net architecture was employed to learn image features (handwritten scripts) and the features obtained from the fully connected layers of the model. Then, a Support vector machine classifier is deployed to classify the writing styles of the various handwriters. In this way, the test scripts can be classified by the CNN training model for further classification. The proposed approach was evaluated based on Arabic Historical datasets; Islamic Heritage Project (IHP) and Qatar National Library (QNL). The obtained results demonstrated that the proposed model achieved superior performances when compared to some similar method

Analyse d’images de documents patrimoniaux : une approche structurelle à base de texture

Over the last few years, there has been tremendous growth in digitizing collections of cultural heritage documents. Thus, many challenges and open issues have been raised, such as information retrieval in digital libraries or analyzing page content of historical books. Recently, an important need has emerged which consists in designing a computer-aided characterization and categorization tool, able to index or group historical digitized book pages according to several criteria, mainly the layout structure and/or typographic/graphical characteristics of the historical document image content. Thus, the work conducted in this thesis presents an automatic approach for characterization and categorization of historical book pages. The proposed approach is applicable to a large variety of ancient books. In addition, it does not assume a priori knowledge regarding document image layout and content. It is based on the use of texture and graph algorithms to provide a rich and holistic description of the layout and content of the analyzed book pages to characterize and categorize historical book pages. The categorization is based on the characterization of the digitized page content by texture, shape, geometric and topological descriptors. This characterization is represented by a structural signature. More precisely, the signature-based characterization approach consists of two main stages. The first stage is extracting homogeneous regions. Then, the second one is proposing a graph-based page signature which is based on the extracted homogeneous regions, reflecting its layout and content. Afterwards, by comparing the different obtained graph-based signatures using a graph-matching paradigm, the similarities of digitized historical book page layout and/or content can be deduced. Subsequently, book pages with similar layout and/or content can be categorized and grouped, and a table of contents/summary of the analyzed digitized historical book can be provided automatically. As a consequence, numerous signature-based applications (e.g. information retrieval in digital libraries according to several criteria, page categorization) can be implemented for managing effectively a corpus or collections of books. To illustrate the effectiveness of the proposed page signature, a detailed experimental evaluation has been conducted in this work for assessing two possible categorization applications, unsupervised page classification and page stream segmentation. In addition, the different steps of the proposed approach have been evaluated on a large variety of historical document images.Les récents progrès dans la numérisation des collections de documents patrimoniaux ont ravivé de nouveaux défis afin de garantir une conservation durable et de fournir un accès plus large aux documents anciens. En parallèle de la recherche d'information dans les bibliothèques numériques ou l'analyse du contenu des pages numérisées dans les ouvrages anciens, la caractérisation et la catégorisation des pages d'ouvrages anciens a connu récemment un regain d'intérêt. Les efforts se concentrent autant sur le développement d'outils rapides et automatiques de caractérisation et catégorisation des pages d'ouvrages anciens, capables de classer les pages d'un ouvrage numérisé en fonction de plusieurs critères, notamment la structure des mises en page et/ou les caractéristiques typographiques/graphiques du contenu de ces pages. Ainsi, dans le cadre de cette thèse, nous proposons une approche permettant la caractérisation et la catégorisation automatiques des pages d'un ouvrage ancien. L'approche proposée se veut indépendante de la structure et du contenu de l'ouvrage analysé. Le principal avantage de ce travail réside dans le fait que l'approche s'affranchit des connaissances préalables, que ce soit concernant le contenu du document ou sa structure. Elle est basée sur une analyse des descripteurs de texture et une représentation structurelle en graphe afin de fournir une description riche permettant une catégorisation à partir du contenu graphique (capturé par la texture) et des mises en page (représentées par des graphes). En effet, cette catégorisation s'appuie sur la caractérisation du contenu de la page numérisée à l'aide d'une analyse des descripteurs de texture, de forme, géométriques et topologiques. Cette caractérisation est définie à l'aide d'une représentation structurelle. Dans le détail, l'approche de catégorisation se décompose en deux étapes principales successives. La première consiste à extraire des régions homogènes. La seconde vise à proposer une signature structurelle à base de texture, sous la forme d'un graphe, construite à partir des régions homogènes extraites et reflétant la structure de la page analysée. Cette signature assure la mise en œuvre de nombreuses applications pour gérer efficacement un corpus ou des collections de livres patrimoniaux (par exemple, la recherche d'information dans les bibliothèques numériques en fonction de plusieurs critères, ou la catégorisation des pages d'un même ouvrage). En comparant les différentes signatures structurelles par le biais de la distance d'édition entre graphes, les similitudes entre les pages d'un même ouvrage en termes de leurs mises en page et/ou contenus peuvent être déduites. Ainsi de suite, les pages ayant des mises en page et/ou contenus similaires peuvent être catégorisées, et un résumé/une table des matières de l'ouvrage analysé peut être alors généré automatiquement. Pour illustrer l'efficacité de la signature proposée, une étude expérimentale détaillée a été menée dans ce travail pour évaluer deux applications possibles de catégorisation de pages d'un même ouvrage, la classification non supervisée de pages et la segmentation de flux de pages d'un même ouvrage. En outre, les différentes étapes de l'approche proposée ont donné lieu à des évaluations par le biais d'expérimentations menées sur un large corpus de documents patrimoniaux