High accuracy handwritten Chinese character recognition using quadratic classifiers with discriminative feature extraction

http://ieeexplore.ieee.orghttp://ieeexplore.ieee.orgWe aim to improve the accuracy of handwritten Chinese character recognition using two advanced techniques: discriminative feature extraction (DFE) and discriminative learning quadratic discriminant function (DLQDF). Both methods are based on the minimum classification error (MCE) training method of Juang et al. [7], and we propose to accelerate the training process on large category set using hierarchical classification. Our experimental results on two large databases show that while the DFE improves the accuracy significantly, the DLQDF improves only slightly. Compared to the modified quadratic discriminant function (MQDF) with Fisher discriminant analysis, the error rates on two test sets were reduced by factors of 29.9% and 20.7%, respectively

Advances in Character Recognition

This book presents advances in character recognition, and it consists of 12 chapters that cover wide range of topics on different aspects of character recognition. Hopefully, this book will serve as a reference source for academic research, for professionals working in the character recognition field and for all interested in the subject

A path following algorithm for the graph matching problem

We propose a convex-concave programming approach for the labeled weighted graph matching problem. The convex-concave programming formulation is obtained by rewriting the weighted graph matching problem as a least-square problem on the set of permutation matrices and relaxing it to two different optimization problems: a quadratic convex and a quadratic concave optimization problem on the set of doubly stochastic matrices. The concave relaxation has the same global minimum as the initial graph matching problem, but the search for its global minimum is also a hard combinatorial problem. We therefore construct an approximation of the concave problem solution by following a solution path of a convex-concave problem obtained by linear interpolation of the convex and concave formulations, starting from the convex relaxation. This method allows to easily integrate the information on graph label similarities into the optimization problem, and therefore to perform labeled weighted graph matching. The algorithm is compared with some of the best performing graph matching methods on four datasets: simulated graphs, QAPLib, retina vessel images and handwritten chinese characters. In all cases, the results are competitive with the state-of-the-art.Comment: 23 pages, 13 figures,typo correction, new results in sections 4,5,

Use of prior knowledge in classification of similar and structured objects

Statistical machine learning has achieved great success in many fields in the last few decades. However, there remain classification problems that computers still struggle to match human performance. Many such problems share the same properties---large within class variability and complex structure in the examples, which is often true for real world objects. This does not mean lack of information for classification in the examples. On the contrary, there is still a clear pattern in the examples, but hidden behind a many-way covariance structure such that useful information is too dilute for conventional statistical machine learners to pick up. However, if we can exploit the structural nature of the objects and concentrate information about the classification, the problem can become much easier. In this dissertation we propose a framework using prior knowledge about modeling the structures in the examples to concentrate information for classification. The framework is instantiated to the task of classifying pairs of similar offline handwritten Chinese characters. We empirically demonstrate that our proposed framework indeed concentrates useful information for classification and makes the classification problem easier for statistical learning. Our approach advances the state of the art both in offline handwritten character recognition and in machine learning

Text detection and recognition in natural images using computer vision techniques

El reconocimiento de texto en imágenes reales ha centrado la atención de muchos investigadores en todo el mundo en los últimos años. El motivo es el incremento de productos de bajo coste como teléfonos móviles o Tablet PCs que incorporan dispositivos de captura de imágenes y altas capacidades de procesamiento. Con estos antecedentes, esta tesis presenta un método robusto para detectar, localizar y reconocer texto horizontal en imágenes diurnas tomadas en escenarios reales. El reto es complejo dada la enorme variabilidad de los textos existentes y de las condiciones de captura en entornos reales. Inicialmente se presenta una revisión de los principales trabajos de los últimos años en el campo del reconocimiento de texto en imágenes naturales. Seguidamente, se lleva a cabo un estudio de las características más adecuadas para describir texto respecto de objetos no correspondientes con texto. Típicamente, un sistema de reconocimiento de texto en imágenes está formado por dos grandes etapas. La primera consiste en detectar si existe texto en la imagen y de localizarlo con la mayor precisión posible, minimizando la cantidad de texto no detectado así como el número de falsos positivos. La segunda etapa consiste en reconocer el texto extraído. El método de detección aquí propuesto está basado en análisis de componentes conexos tras aplicar una segmentación que combina un método global como MSER con un método local, de forma que se mejoran las propuestas del estado del arte al segmentar texto incluso en situaciones complejas como imágenes borrosas o de muy baja resolución. El proceso de análisis de los componentes conexos extraídos se optimiza mediante algoritmos genéticos. Al contrario que otros sistemas, nosotros proponemos un método recursivo que permite restaurar aquellos objetos correspondientes con texto y que inicialmente son erróneamente descartados. De esta forma, se consigue mejorar en gran medida la fiabilidad de la detección. Aunque el método propuesto está basado en análisis de componentes conexos, en esta tesis se utiliza también la idea de los métodos basados en texturas para validar las áreas de texto detectadas. Por otro lado, nuestro método para reconocer texto se basa en identificar cada caracter y aplicar posteriormente un modelo de lenguaje para corregir las palabras mal reconocidas, al restringir la solución a un diccionario que contiene el conjunto de posibles términos. Se propone una nueva característica para reconocer los caracteres, a la que hemos dado el nombre de Direction Histogram (DH). Se basa en calcular el histograma de las direcciones del gradiente en los pixeles de borde. Esta característica se compara con otras del estado del arte y los resultados experimentales obtenidos sobre una base de datos compleja muestran que nuestra propuesta es adecuada ya que supera otros trabajos del estado del arte. Presentamos también un método de clasificación borrosa de letras basado en KNN, el cual permite separar caracteres erróneamente conectados durante la etapa de segmentación. El método de reconocimiento de texto propuesto no es solo capaz de reconocer palabras, sino también números y signos de puntuación. El reconocimiento de palabras se lleva a cabo mediante un modelo de lenguaje basado en inferencia probabilística y el British National Corpus, un completo diccionario del inglés británico moderno, si bien el algoritmo puede ser fácilmente adaptado para ser usado con cualquier otro diccionario. El modelo de lenguaje utiliza una modificación del algoritmo forward usando en Modelos Ocultos de Markov. Para comprobar el rendimiento del sistema propuesto, se han obtenido resultados experimentales con distintas bases de datos, las cuales incluyen imágenes en diferentes escenarios y situaciones. Estas bases de datos han sido usadas como banco de pruebas en la última década por la mayoría de investigadores en el área de reconocimiento de texto en imágenes naturales. Los resultados muestran que el sistema propuesto logra un rendimiento similar al del estado del arte en términos de localización, mientras que lo supera en términos de reconocimiento. Con objeto de mostrar la aplicabilidad del método propuesto en esta tesis, se presenta también un sistema de detección y reconocimiento de la información contenida en paneles de tráfico basado en el algoritmo desarrollado. El objetivo de esta aplicación es la creación automática de inventarios de paneles de tráfico de países o regiones que faciliten el mantenimiento de la señalización vertical de las carreteras, usando imágenes disponibles en el servicio Street View de Google. Se ha creado una base de datos para esta aplicación. Proponemos modelar los paneles de tráfico usando apariencia visual en lugar de las clásicas soluciones que utilizan bordes o características geométricas, con objeto de detectar aquellas imágenes en las que existen paneles de tráfico. Los resultados experimentales muestran la viabilidad del sistema propuesto

Text detection and recognition in natural images using computer vision techniques

El reconocimiento de texto en imágenes reales ha centrado la atención de muchos investigadores en todo el mundo en los últimos años. El motivo es el incremento de productos de bajo coste como teléfonos móviles o Tablet PCs que incorporan dispositivos de captura de imágenes y altas capacidades de procesamiento. Con estos antecedentes, esta tesis presenta un método robusto para detectar, localizar y reconocer texto horizontal en imágenes diurnas tomadas en escenarios reales. El reto es complejo dada la enorme variabilidad de los textos existentes y de las condiciones de captura en entornos reales. Inicialmente se presenta una revisión de los principales trabajos de los últimos años en el campo del reconocimiento de texto en imágenes naturales. Seguidamente, se lleva a cabo un estudio de las características más adecuadas para describir texto respecto de objetos no correspondientes con texto. Típicamente, un sistema de reconocimiento de texto en imágenes está formado por dos grandes etapas. La primera consiste en detectar si existe texto en la imagen y de localizarlo con la mayor precisión posible, minimizando la cantidad de texto no detectado así como el número de falsos positivos. La segunda etapa consiste en reconocer el texto extraído. El método de detección aquí propuesto está basado en análisis de componentes conexos tras aplicar una segmentación que combina un método global como MSER con un método local, de forma que se mejoran las propuestas del estado del arte al segmentar texto incluso en situaciones complejas como imágenes borrosas o de muy baja resolución. El proceso de análisis de los componentes conexos extraídos se optimiza mediante algoritmos genéticos. Al contrario que otros sistemas, nosotros proponemos un método recursivo que permite restaurar aquellos objetos correspondientes con texto y que inicialmente son erróneamente descartados. De esta forma, se consigue mejorar en gran medida la fiabilidad de la detección. Aunque el método propuesto está basado en análisis de componentes conexos, en esta tesis se utiliza también la idea de los métodos basados en texturas para validar las áreas de texto detectadas. Por otro lado, nuestro método para reconocer texto se basa en identificar cada caracter y aplicar posteriormente un modelo de lenguaje para corregir las palabras mal reconocidas, al restringir la solución a un diccionario que contiene el conjunto de posibles términos. Se propone una nueva característica para reconocer los caracteres, a la que hemos dado el nombre de Direction Histogram (DH). Se basa en calcular el histograma de las direcciones del gradiente en los pixeles de borde. Esta característica se compara con otras del estado del arte y los resultados experimentales obtenidos sobre una base de datos compleja muestran que nuestra propuesta es adecuada ya que supera otros trabajos del estado del arte. Presentamos también un método de clasificación borrosa de letras basado en KNN, el cual permite separar caracteres erróneamente conectados durante la etapa de segmentación. El método de reconocimiento de texto propuesto no es solo capaz de reconocer palabras, sino también números y signos de puntuación. El reconocimiento de palabras se lleva a cabo mediante un modelo de lenguaje basado en inferencia probabilística y el British National Corpus, un completo diccionario del inglés británico moderno, si bien el algoritmo puede ser fácilmente adaptado para ser usado con cualquier otro diccionario. El modelo de lenguaje utiliza una modificación del algoritmo forward usando en Modelos Ocultos de Markov. Para comprobar el rendimiento del sistema propuesto, se han obtenido resultados experimentales con distintas bases de datos, las cuales incluyen imágenes en diferentes escenarios y situaciones. Estas bases de datos han sido usadas como banco de pruebas en la última década por la mayoría de investigadores en el área de reconocimiento de texto en imágenes naturales. Los resultados muestran que el sistema propuesto logra un rendimiento similar al del estado del arte en términos de localización, mientras que lo supera en términos de reconocimiento. Con objeto de mostrar la aplicabilidad del método propuesto en esta tesis, se presenta también un sistema de detección y reconocimiento de la información contenida en paneles de tráfico basado en el algoritmo desarrollado. El objetivo de esta aplicación es la creación automática de inventarios de paneles de tráfico de países o regiones que faciliten el mantenimiento de la señalización vertical de las carreteras, usando imágenes disponibles en el servicio Street View de Google. Se ha creado una base de datos para esta aplicación. Proponemos modelar los paneles de tráfico usando apariencia visual en lugar de las clásicas soluciones que utilizan bordes o características geométricas, con objeto de detectar aquellas imágenes en las que existen paneles de tráfico. Los resultados experimentales muestran la viabilidad del sistema propuesto

Learning to Read Bushman: Automatic Handwriting Recognition for Bushman Languages

The Bleek and Lloyd Collection contains notebooks that document the tradition, language and culture of the Bushman people who lived in South Africa in the late 19th century. Transcriptions of these notebooks would allow for the provision of services such as text-based search and text-to-speech. However, these notebooks are currently only available in the form of digital scans and the manual creation of transcriptions is a costly and time-consuming process. Thus, automatic methods could serve as an alternative approach to creating transcriptions of the text in the notebooks. In order to evaluate the use of automatic methods, a corpus of Bushman texts and their associated transcriptions was created. The creation of this corpus involved: the development of a custom method for encoding the Bushman script, which contains complex diacritics; the creation of a tool for creating and transcribing the texts in the notebooks; and the running of a series of workshops in which the tool was used to create the corpus. The corpus was used to evaluate the use of various techniques for automatically transcribing the texts in the corpus in order to determine which approaches were best suited to the complex Bushman script. These techniques included the use of Support Vector Machines, Artificial Neural Networks and Hidden Markov Models as machine learning algorithms, which were coupled with different descriptive features. The effect of the texts used for training the machine learning algorithms was also investigated as well as the use of a statistical language model. It was found that, for Bushman word recognition, the use of a Support Vector Machine with Histograms of Oriented Gradient features resulted in the best performance and, for Bushman text line recognition, Marti & Bunke features resulted in the best performance when used with Hidden Markov Models. The automatic transcription of the Bushman texts proved to be difficult and the performance of the different recognition systems was largely affected by the complexities of the Bushman script. It was also found that, besides having an influence on determining which techniques may be the most appropriate for automatic handwriting recognition, the texts used in a automatic handwriting recognition system also play a large role in determining whether or not automatic recognition should be attempted at all