A Computational Theory of Contextual Knowledge in Machine Reading

Machine recognition of off–line handwriting can be achieved by either recognising words as individual symbols (word level recognition) or by segmenting a word into parts, usually letters, and classifying those parts (letter level recognition). Whichever method is used, current handwriting recognition systems cannot overcome the inherent ambiguity in writingwithout recourse to contextual information. This thesis presents a set of experiments that use Hidden Markov Models of language to resolve ambiguity in the classification process. It goes on to describe an algorithm designed to recognise a document written by a single–author and to improve recognition by adaptingto the writing style and learning new words. Learning and adaptation is achieved by reading the document over several iterations. The algorithm is designed to incorporate contextual processing, adaptation to modify the shape of known words and learning of new words within a constrained dictionary. Adaptation occurs when a word that has previously been trained in the classifier is recognised at either the word or letter level and the word image is used to modify the classifier. Learning occurs when a new word that has not been in the training set is recognised at the letter level and is subsequently added to the classifier. Words and letters are recognised using a nearest neighbour classifier and used features based on the two–dimensional Fourier transform. By incorporating a measure of confidence based on the distribution of training points around an exemplar, adaptation and learning is constrained to only occur when a word is confidently classified. The algorithm was implemented and tested with a dictionary of 1000 words. Results show that adaptation of the letter classifier improved recognition on average by 3.9% with only 1.6% at the whole word level. Two experiments were carried out to evaluate the learning in the system. It was found that learning accounted for little improvement in the classification results and also that learning new words was prone to misclassifications being propagated

Two Methods to Improve Confidence Scores for Lexicon-Free Word Spotting in Handwritten Text

© 2016 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertising or promotional purposes, creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other works.[EN] Two methods are presented to improve word confidence scores for Line-Level Query-by-String Lexicon-Free Keyword Spotting (KWS) in handwritten text images. The first one approaches true relevance probabilities by means of computations directly carried out on character lattices obtained from the lines images considered. The second method uses the same character lattices, but it obtains relevance scores by first computing frame-level character sequence scores which resemble the word posteriorgrams used in previous approaches for lexicon-based KWS. The first method results from a formal probabilistic derivation, which allow us to better understand and further develop the underlying ideas. The second one is less formal but, according with experiments presented in the paper, it obtains almost identical results with much lower computational cost. Moreover, in contrast with the first method, the second one allows to directly obtain accurate bounding boxes for the spotted words.This work was partially supported by the Spanish MEC under FPU grant FPU13/06281, by the Generalitat Valenciana under the Prometeo/2009/014 project grant ALMAMATER, and through the EU projects: HIMANIS (JPICH programme, Spanish grant Ref. PCIN-2015-068) and READ (Horizon-2020 programme, grant Ref. 674943).Toselli, AH.; Puigcerver, J.; Vidal, E. (2016). Two Methods to Improve Confidence Scores for Lexicon-Free Word Spotting in Handwritten Text. IEEE. https://doi.org/10.1109/ICFHR.2016.0072

HMM word graph based keyword spotting in handwritten document images

[EN] Line-level keyword spotting (KWS) is presented on the basis of frame-level word posterior probabilities. These posteriors are obtained using word graphs derived from the recogni- tion process of a full-fledged handwritten text recognizer based on hidden Markov models and N-gram language models. This approach has several advantages. First, since it uses a holistic, segmentation-free technology, it does not require any kind of word or charac- ter segmentation. Second, the use of language models allows the context of each spotted word to be taken into account, thereby considerably increasing KWS accuracy. And third, the proposed KWS scores are based on true posterior probabilities, taking into account all (or most) possible word segmentations of the input image. These scores are properly bounded and normalized. This mathematically clean formulation lends itself to smooth, threshold-based keyword queries which, in turn, permit comfortable trade-offs between search precision and recall. Experiments are carried out on several historic collections of handwritten text images, as well as a well-known data set of modern English handwrit- ten text. According to the empirical results, the proposed approach achieves KWS results comparable to those obtained with the recently-introduced "BLSTM neural networks KWS" approach and clearly outperform the popular, state-of-the-art "Filler HMM" KWS method. Overall, the results clearly support all the above-claimed advantages of the proposed ap- proach.This work has been partially supported by the Generalitat Valenciana under the Prometeo/2009/014 project grant ALMA-MATER, and through the EU projects: HIMANIS (JPICH programme, Spanish grant Ref. PCIN-2015-068) and READ (Horizon 2020 programme, grant Ref. 674943).Toselli, AH.; Vidal, E.; Romero, V.; Frinken, V. (2016). HMM word graph based keyword spotting in handwritten document images. Information Sciences. 370:497-518. https://doi.org/10.1016/j.ins.2016.07.063S49751837

РОЗПІЗНАВАННЯ РУКОПИСНОГО ТЕКСТУ НА ОСНОВІ РУХУ ВЕКТОРІВ

Article reviewed approaches of using recognition text technologies of handwriting input. The particular requirements of handwriting text input software modules that are used in mobile devices are identified. The designed method and the analysis of the effectiveness of its constituents are presented in this article. According to the results of the experiments found the comparative effectiveness of existing methods to recognize text in handwritten input on mobile devices.В статье проанализированы подходы к распознаванию текста при использовании технологий рукописного вводу. Определены особенности требований к программным модулям рукописного вводу текста, которые используются в мобильных устройствах. Представлено описание разработанного метода и приведен анализ эффективности его составляющих. По результатам экспериментов делается вывод сравнительную эффективность существующих методов распознания текста при рукописном вводе на мобильных устройствах.У статті проаналізовано підходи до розпізнання тексту при використанні технологій рукописного вводу. Визначено особливості вимог до програмних модулів рукописного вводу, які використовуються у мобільних пристроях. Представлено опис розробленого методу та наведено аналіз ефективності його складових. За результатами експериментів робиться висновок про порівняльну ефективність запропонованого та існуючих методів для розпізнання тексту при рукописному вводі на мобільних пристроях

An investigation into the use of linguistic context in cursive script recognition by computer

The automatic recognition of hand-written text has been a goal for over thirty five years. The highly ambiguous nature of cursive writing (with high variability between not only different writers, but even between different samples from the same writer), means that systems based only on visual information are prone to errors. It is suggested that the application of linguistic knowledge to the recognition task may improve recognition accuracy. If a low-level (pattern recognition based) recogniser produces a candidate lattice (i.e. a directed graph giving a number of alternatives at each word position in a sentence), then linguistic knowledge can be used to find the 'best' path through the lattice. There are many forms of linguistic knowledge that may be used to this end. This thesis looks specifically at the use of collocation as a source of linguistic knowledge. Collocation describes the statistical tendency of certain words to co-occur in a language, within a defined range. It is suggested that this tendency may be exploited to aid automatic text recognition. The construction and use of a post-processing system incorporating collocational knowledge is described, as are a number of experiments designed to test the effectiveness of collocation as an aid to text recognition. The results of these experiments suggest that collocational statistics may be a useful form of knowledge for this application and that further research may produce a system of real practical use

Advances on the Transcription of Historical Manuscripts based on Multimodality, Interactivity and Crowdsourcing

Natural Language Processing (NLP) is an interdisciplinary research field of Computer Science, Linguistics, and Pattern Recognition that studies, among others, the use of human natural languages in Human-Computer Interaction (HCI). Most of NLP research tasks can be applied for solving real-world problems. This is the case of natural language recognition and natural language translation, that can be used for building automatic systems for document transcription and document translation. Regarding digitalised handwritten text documents, transcription is used to obtain an easy digital access to the contents, since simple image digitalisation only provides, in most cases, search by image and not by linguistic contents (keywords, expressions, syntactic or semantic categories). Transcription is even more important in historical manuscripts, since most of these documents are unique and the preservation of their contents is crucial for cultural and historical reasons. The transcription of historical manuscripts is usually done by paleographers, who are experts on ancient script and vocabulary. Recently, Handwritten Text Recognition (HTR) has become a common tool for assisting paleographers in their task, by providing a draft transcription that they may amend with more or less sophisticated methods. This draft transcription is useful when it presents an error rate low enough to make the amending process more comfortable than a complete transcription from scratch. Thus, obtaining a draft transcription with an acceptable low error rate is crucial to have this NLP technology incorporated into the transcription process. The work described in this thesis is focused on the improvement of the draft transcription offered by an HTR system, with the aim of reducing the effort made by paleographers for obtaining the actual transcription on digitalised historical manuscripts. This problem is faced from three different, but complementary, scenarios: · Multimodality: The use of HTR systems allow paleographers to speed up the manual transcription process, since they are able to correct on a draft transcription. Another alternative is to obtain the draft transcription by dictating the contents to an Automatic Speech Recognition (ASR) system. When both sources (image and speech) are available, a multimodal combination is possible and an iterative process can be used in order to refine the final hypothesis. · Interactivity: The use of assistive technologies in the transcription process allows one to reduce the time and human effort required for obtaining the actual transcription, given that the assistive system and the palaeographer cooperate to generate a perfect transcription. Multimodal feedback can be used to provide the assistive system with additional sources of information by using signals that represent the whole same sequence of words to transcribe (e.g. a text image, and the speech of the dictation of the contents of this text image), or that represent just a word or character to correct (e.g. an on-line handwritten word). · Crowdsourcing: Open distributed collaboration emerges as a powerful tool for massive transcription at a relatively low cost, since the paleographer supervision effort may be dramatically reduced. Multimodal combination allows one to use the speech dictation of handwritten text lines in a multimodal crowdsourcing platform, where collaborators may provide their speech by using their own mobile device instead of using desktop or laptop computers, which makes it possible to recruit more collaborators.El Procesamiento del Lenguaje Natural (PLN) es un campo de investigación interdisciplinar de las Ciencias de la Computación, Lingüística y Reconocimiento de Patrones que estudia, entre otros, el uso del lenguaje natural humano en la interacción Hombre-Máquina. La mayoría de las tareas de investigación del PLN se pueden aplicar para resolver problemas del mundo real. Este es el caso del reconocimiento y la traducción del lenguaje natural, que se pueden utilizar para construir sistemas automáticos para la transcripción y traducción de documentos. En cuanto a los documentos manuscritos digitalizados, la transcripción se utiliza para facilitar el acceso digital a los contenidos, ya que la simple digitalización de imágenes sólo proporciona, en la mayoría de los casos, la búsqueda por imagen y no por contenidos lingüísticos. La transcripción es aún más importante en el caso de los manuscritos históricos, ya que la mayoría de estos documentos son únicos y la preservación de su contenido es crucial por razones culturales e históricas. La transcripción de manuscritos históricos suele ser realizada por paleógrafos, que son personas expertas en escritura y vocabulario antiguos. Recientemente, los sistemas de Reconocimiento de Escritura (RES) se han convertido en una herramienta común para ayudar a los paleógrafos en su tarea, la cual proporciona un borrador de la transcripción que los paleógrafos pueden corregir con métodos más o menos sofisticados. Este borrador de transcripción es útil cuando presenta una tasa de error suficientemente reducida para que el proceso de corrección sea más cómodo que una completa transcripción desde cero. Por lo tanto, la obtención de un borrador de transcripción con una baja tasa de error es crucial para que esta tecnología de PLN sea incorporada en el proceso de transcripción. El trabajo descrito en esta tesis se centra en la mejora del borrador de transcripción ofrecido por un sistema RES, con el objetivo de reducir el esfuerzo realizado por los paleógrafos para obtener la transcripción de manuscritos históricos digitalizados. Este problema se enfrenta a partir de tres escenarios diferentes, pero complementarios: · Multimodalidad: El uso de sistemas RES permite a los paleógrafos acelerar el proceso de transcripción manual, ya que son capaces de corregir en un borrador de la transcripción. Otra alternativa es obtener el borrador de la transcripción dictando el contenido a un sistema de Reconocimiento Automático de Habla. Cuando ambas fuentes están disponibles, una combinación multimodal de las mismas es posible y se puede realizar un proceso iterativo para refinar la hipótesis final. · Interactividad: El uso de tecnologías asistenciales en el proceso de transcripción permite reducir el tiempo y el esfuerzo humano requeridos para obtener la transcripción correcta, gracias a la cooperación entre el sistema asistencial y el paleógrafo para obtener la transcripción perfecta. La realimentación multimodal se puede utilizar en el sistema asistencial para proporcionar otras fuentes de información adicionales con señales que representen la misma secuencia de palabras a transcribir (por ejemplo, una imagen de texto, o la señal de habla del dictado del contenido de dicha imagen de texto), o señales que representen sólo una palabra o carácter a corregir (por ejemplo, una palabra manuscrita mediante una pantalla táctil). · Crowdsourcing: La colaboración distribuida y abierta surge como una poderosa herramienta para la transcripción masiva a un costo relativamente bajo, ya que el esfuerzo de supervisión de los paleógrafos puede ser drásticamente reducido. La combinación multimodal permite utilizar el dictado del contenido de líneas de texto manuscrito en una plataforma de crowdsourcing multimodal, donde los colaboradores pueden proporcionar las muestras de habla utilizando su propio dispositivo móvil en lugar de usar ordenadores,El Processament del Llenguatge Natural (PLN) és un camp de recerca interdisciplinar de les Ciències de la Computació, la Lingüística i el Reconeixement de Patrons que estudia, entre d'altres, l'ús del llenguatge natural humà en la interacció Home-Màquina. La majoria de les tasques de recerca del PLN es poden aplicar per resoldre problemes del món real. Aquest és el cas del reconeixement i la traducció del llenguatge natural, que es poden utilitzar per construir sistemes automàtics per a la transcripció i traducció de documents. Quant als documents manuscrits digitalitzats, la transcripció s'utilitza per facilitar l'accés digital als continguts, ja que la simple digitalització d'imatges només proporciona, en la majoria dels casos, la cerca per imatge i no per continguts lingüístics (paraules clau, expressions, categories sintàctiques o semàntiques). La transcripció és encara més important en el cas dels manuscrits històrics, ja que la majoria d'aquests documents són únics i la preservació del seu contingut és crucial per raons culturals i històriques. La transcripció de manuscrits històrics sol ser realitzada per paleògrafs, els quals són persones expertes en escriptura i vocabulari antics. Recentment, els sistemes de Reconeixement d'Escriptura (RES) s'han convertit en una eina comuna per ajudar els paleògrafs en la seua tasca, la qual proporciona un esborrany de la transcripció que els paleògrafs poden esmenar amb mètodes més o menys sofisticats. Aquest esborrany de transcripció és útil quan presenta una taxa d'error prou reduïda perquè el procés de correcció siga més còmode que una completa transcripció des de zero. Per tant, l'obtenció d'un esborrany de transcripció amb un baixa taxa d'error és crucial perquè aquesta tecnologia del PLN siga incorporada en el procés de transcripció. El treball descrit en aquesta tesi se centra en la millora de l'esborrany de la transcripció ofert per un sistema RES, amb l'objectiu de reduir l'esforç realitzat pels paleògrafs per obtenir la transcripció de manuscrits històrics digitalitzats. Aquest problema s'enfronta a partir de tres escenaris diferents, però complementaris: · Multimodalitat: L'ús de sistemes RES permet als paleògrafs accelerar el procés de transcripció manual, ja que són capaços de corregir un esborrany de la transcripció. Una altra alternativa és obtenir l'esborrany de la transcripció dictant el contingut a un sistema de Reconeixement Automàtic de la Parla. Quan les dues fonts (imatge i parla) estan disponibles, una combinació multimodal és possible i es pot realitzar un procés iteratiu per refinar la hipòtesi final. · Interactivitat: L'ús de tecnologies assistencials en el procés de transcripció permet reduir el temps i l'esforç humà requerits per obtenir la transcripció real, gràcies a la cooperació entre el sistema assistencial i el paleògraf per obtenir la transcripció perfecta. La realimentació multimodal es pot utilitzar en el sistema assistencial per proporcionar fonts d'informació addicionals amb senyals que representen la mateixa seqüencia de paraules a transcriure (per exemple, una imatge de text, o el senyal de parla del dictat del contingut d'aquesta imatge de text), o senyals que representen només una paraula o caràcter a corregir (per exemple, una paraula manuscrita mitjançant una pantalla tàctil). · Crowdsourcing: La col·laboració distribuïda i oberta sorgeix com una poderosa eina per a la transcripció massiva a un cost relativament baix, ja que l'esforç de supervisió dels paleògrafs pot ser reduït dràsticament. La combinació multimodal permet utilitzar el dictat del contingut de línies de text manuscrit en una plataforma de crowdsourcing multimodal, on els col·laboradors poden proporcionar les mostres de parla utilitzant el seu propi dispositiu mòbil en lloc d'utilitzar ordinadors d'escriptori o portàtils, la qual cosa permet ampliar el nombrGranell Romero, E. (2017). Advances on the Transcription of Historical Manuscripts based on Multimodality, Interactivity and Crowdsourcing [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86137TESI