《電子技術應用》
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基于改進CenterNet的發(fā)票檢測算法
電子技術應用
萬成凱1,李居朋2
1.北京世紀瑞爾技術股份有限公司;2.北京交通大學 電子信息工程學院
摘要: 為了提高發(fā)票檢測準確性和效率,提出了一種基于CenterNet的發(fā)票檢測算法。首先,算法模型采用類似CSPDarkNet作為主干網(wǎng)絡,將Triplet Attention引入CSP結構中形成TA-CSP結構,主干網(wǎng)絡末端引入ASPP以提高網(wǎng)絡的感受野范圍,使模型能夠更好地理解圖像的上下文信息;其次,在網(wǎng)絡的Neck部分,采用CBAM來引導高低層特征融合,利用高層特征圖中語義信息對低層特征圖進行監(jiān)督,以抑制低層特征圖中的背景噪聲;再次,在網(wǎng)絡的Head部分,算法在CenterNet網(wǎng)絡的基礎上增加4個通道的特征圖輸出,在發(fā)票檢測的同時實現(xiàn)發(fā)票朝向的預測;最后,在損失函數(shù)中增加朝向損失項,以解決發(fā)票朝向的優(yōu)化。在測試數(shù)據(jù)集上的實驗結果表明,本文算法mAP優(yōu)于CenterNet和YOLOv5s算法達到84.3%,有效提高了發(fā)票檢測準確率和魯棒性。
中圖分類號:TP391.41;U418.6 文獻標志碼:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245560
中文引用格式: 萬成凱,李居朋. 基于改進CenterNet的發(fā)票檢測算法[J]. 電子技術應用,2025,51(6):71-78.
英文引用格式: Wan Chengkai,Li Jupeng. Detection algorithm for invoice based on improved CenterNet[J]. Application of Electronic Technique,2025,51(6):71-78.
Detection algorithm for invoice based on improved CenterNet
Wan Chengkai1,Li Jupeng2
1.Beijing Century Real Technology Co., Ltd.; 2.School of Electronic and Information Engineering, Beijing Jiaotong University
Abstract: In order to improve the accuracy and efficiency of invoice detection, a CenterNet based invoice detection algorithm is proposed. Firstly, the algorithm model adopts a backbone network similar to CSPDarkNet, introducing Triplet Attention into the CSP structure to form a TA-CSP structure, and introducing ASPP at the end of the backbone network to improve the receptive field range of the network, enabling the model to better understand the contextual information of the image; Secondly, in the Neck part of the network, CBAM is used to guide the fusion of high-level and low-level features, and the semantic information in high-level feature maps is used to supervise low-level feature maps to suppress background noise in low-level feature maps; Thirdly, in the Head section of the network, the algorithm adds four channels of feature map outputs based on the CenterNet network, achieving invoice orientation prediction while detecting invoices; Finally, an orientation loss term is added to the loss function to optimize the orientation of invoices. The experimental results on the test dataset show that the mAP of the proposed algorithm in this paper is superior to CenterNet and YOLOv5s algorithms reaching 84.3%, effectively improving the accuracy and robustness of invoice detection.
Key words : CenterNet;YOLO;object detection;CBAM;ASPP;Triplet Attention

引言

隨著社會的不斷發(fā)展,大量發(fā)票的錄入和歸檔,對于財務人員是相當繁重的工作。在以往的工作中,財務人員往往采用手工錄入的方式,這種錄入方式不但效率低下,而且常常因為工作人員的疲勞產(chǎn)生錯誤而造成損失。隨著圖像處理與深度學習技術的興起,越來越多的研究人員開始研究基于數(shù)字圖像技術的發(fā)票自動識別算法[1-2]。

基于數(shù)字圖像技術的發(fā)票自動識別通常包括發(fā)票檢測、發(fā)票信息區(qū)定位、字符定位、字符識別等步驟。其中首要的步驟就是發(fā)票檢測。發(fā)票檢測是檢測出一張圖像中是否存在發(fā)票,并對每張存在的發(fā)票進行精確定位。由于在實際的財務歸檔工作中發(fā)票的朝向往往上下左右各不相同,因此發(fā)票檢測不但要檢測出發(fā)票的類型、位置,還要同時檢測出發(fā)票的朝向。

目前基于深度學習的目標檢測方法可以分為one-stage和two-stage方法兩類。two-stage的方法如Faster R-CNN[3]。這類檢測方法整個檢測過程分為兩個階段。在第一個階段,算法需要找到一些可能的目標存在區(qū)域;在第二個階段,算法在這可能的區(qū)域上進行分類和位置回歸。這類方法檢測精度高,但運行速度通常會比較慢,難以滿足實時檢測的需求。

one-stage的方法如YOLO系列[4-8]、SSD[9]等。這類檢測方法是一個端到端的檢測過程,它可以直接回歸出物體的類別和位置。該類方法過程簡潔、檢測速度快,目前已被廣泛應用于各種目標檢測任務當中,但其準確性仍有待提高。

YOLO系列、SSD等檢測方法均屬于基于錨點(anchor)的方法,需要事先統(tǒng)計anchor尺寸和比例等先驗知識,而且在計算過程中,會計算大量無用的候選框。雖然算法后期可以通過非極大值抑制等方法去除多余的候選框,但會帶來計算開銷的增加。以CenterNet[10]為代表的無anchor檢測方法克服了基于anchor方法的缺點,可以直接對目標中心點和尺寸進行預測。

本文結合YOLOv5的主干網(wǎng)絡和CenterNet各自的優(yōu)點,提出了一種改進的CenterNet發(fā)票檢測算法。算法模型采用參考了CSPDarkNet的主干網(wǎng)絡,引入了注意力機制,并且采用新的輸出結構和損失函數(shù),可以端到端地檢測出發(fā)票的分類、位置和朝向。


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作者信息:

萬成凱1,李居朋2

(1.北京世紀瑞爾技術股份有限公司 北京 100085;

2.北京交通大學 電子信息工程學院,北京 100044)


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