【文档智能】符合人类阅读顺序的文档模型-LayoutReader原理及权重开源

引言

阅读顺序检测旨在捕获人类读者能够自然理解的单词序列。现有的OCR引擎通常按照从上到下、从左到右的方式排列识别到的文本行，但这并不适用于某些文档类型，如多栏模板、表格等。LayoutReader模型使用seq2seq模型捕获文本和布局信息，用于阅读顺序预测，在实验中表现出色，并显著提高了开源和商业OCR引擎在文本行排序方面的表现。

一、LayoutReader模型

1.1 编码器(Encoder)

LayoutReader使用LayoutLM的布局模型作为编码器。在编码阶段，LayoutReader将源序列和目标序列打包成一个连续的输入序列，并设计了自注意力掩码来控制token之间的可见性。具体来说，LayoutReader允许源序列中的标记相互关注，同时阻止目标序列中的标记关注右侧上下文。

自注意力掩码$M$的设计：
$$M_{i,j}=\{\begin{array}{ll}1& \text{if }i<j\text{ or }i,j\in \text{src}\\ 0& \text{otherwise}\end{array}$$
其中，$i$和$j$是打包输入序列中的索引，可能来自源或目标序列；$i,j\in src$表示两个标记都来自源序列。

1.2 解码器(Decoder)

在解码阶段，由于源序列和目标序列是重新排序的序列，预测候选可以被限制在源序列内。因此，模型被要求预测源序列中的索引。概率计算如下：

其中，$i$是源序列中的索引；$e_i $和$e_j $分别是源序列的第$i$个和第$j$个输入嵌入(inputembeddings)；$h_k$是第$k$步的隐藏状态(hiddenstates)；$b_k$是第$k$步的偏置(bias)。

二、实验

进行了三个实验来评估LayoutReader在ReadingBank上的表现，包括阅读顺序检测、输入顺序研究和对OCR引擎的适应性

实验结果表明，LayoutReader在阅读顺序检测任务上超越了其他基线方法，并且可以显著提高OCR引擎的文本行排序。

三、非官方开源权重

• huggingface：https://huggingface.co/yujunhuinlp/LayoutReader-only-layout-large

• github code（only layout）：https://github.com/yujunhuics/LayoutReader

• bbox排序

  import torch
  from model import LayoutLMv3ForBboxClassification
  from collections import defaultdict
  
  CLS_TOKEN_ID = 0
  UNK_TOKEN_ID = 3
  EOS_TOKEN_ID = 2
  
  
  def BboxesMasks(boxes):
      bbox = [[0, 0, 0, 0]] + boxes + [[0, 0, 0, 0]]
      input_ids = [CLS_TOKEN_ID] + [UNK_TOKEN_ID] * len(boxes) + [EOS_TOKEN_ID]
      attention_mask = [1] + [1] * len(boxes) + [1]
      return {
          "bbox": torch.tensor([bbox]),
          "attention_mask": torch.tensor([attention_mask]),
          "input_ids": torch.tensor([input_ids]),
      }
  
  
  def decode(logits, length):
      logits = logits[1: length + 1, :length]
      orders = logits.argsort(descending=False).tolist()
      ret = [o.pop() for o in orders]
      while True:
          order_to_idxes = defaultdict(list)
          for idx, order in enumerate(ret):
              order_to_idxes[order].append(idx)
          order_to_idxes = {k: v for k, v in order_to_idxes.items() if len(v) > 1}
          if not order_to_idxes:
              break
          for order, idxes in order_to_idxes.items():
              idxes_to_logit = {}
              for idx in idxes:
                  idxes_to_logit[idx] = logits[idx, order]
              idxes_to_logit = sorted(
                  idxes_to_logit.items(), key=lambda x: x[1], reverse=True
              )
              for idx, _ in idxes_to_logit[1:]:
                  ret[idx] = orders[idx].pop()
      return ret
  
  
  def layoutreader(bboxes):
      inputs = BboxesMasks(bboxes)
      logits = model(**inputs).logits.cpu().squeeze(0)
      orders = decode(logits, len(bboxes))
      return orders
  
  
  if __name__ == '__main__':
      bboxes = [[584, 0, 595, 1], [35, 120, 89, 133],
                [35, 140, 75, 152]]
      model_path = ""
      model = LayoutLMv3ForBboxClassification.from_pretrained()
  
      print(layoutreader(bboxes))
  # [1, 2, 0]
  

• 效果样例

参考文献

• paper：LayoutReader: Pre-training of Text and Layout for Reading Order Detection，https://arxiv.org/pdf/2108.11591
• Official code：https://github.com/microsoft/unilm/tree/master/layoutreader