文档图像预处理产线使用教程¶

1. 文档图像预处理产线介绍¶

文档图像预处理产线集成了文档方向分类和形变矫正两大功能。文档方向分类可自动识别文档的四个方向（0°、90°、180°、270°），确保文档以正确的方向进行后续处理。文本图像矫正模型则用于修正文档拍摄或扫描过程中的几何扭曲，恢复文档的原始形状和比例。适用于数字化文档管理、OCR类任务前处理、以及任何需要提高文档图像质量的场景。通过自动化的方向校正与形变矫正，该模块显著提升了文档处理的准确性和效率，为用户提供更为可靠的图像分析基础。本产线同时提供了灵活的服务化部署方式，支持在多种硬件上使用多种编程语言调用。不仅如此，本产线也提供了二次开发的能力，您可以基于本产线在您自己的数据集上训练调优，训练后的模型也可以无缝集成。

通用文档图像预处理产线中包含可选用的文档图像方向分类模块和文本图像矫正模块包含的模型如下。

文档图像方向分类模块（可选）：

模型	模型下载链接	Top-1 Acc（%）	GPU推理耗时（ms） [常规模式 / 高性能模式]	CPU推理耗时（ms） [常规模式 / 高性能模式]	模型存储大小（M)	介绍
PP-LCNet_x1_0_doc_ori	推理模型/训练模型	99.06	2.31 / 0.43	3.37 / 1.27	7	基于PP-LCNet_x1_0的文档图像分类模型，含有四个类别，即0度，90度，180度，270度

文本图像矫正模块（可选）：

模型	模型下载链接	CER	模型存储大小（M)	介绍
UVDoc	推理模型/训练模型	0.179	30.3 M	高精度文本图像矫正模型

测试环境说明：

性能测试环境
测试数据集：
- 文档图像方向分类模型：PaddleX自建的数据集，覆盖证件和文档等多个场景，包含 1000 张图片。
- 文本图像矫正模型：DocUNet。

硬件配置：

GPU：NVIDIA Tesla T4
CPU：Intel Xeon Gold 6271C @ 2.60GHz
其他环境：Ubuntu 20.04 / cuDNN 8.6 / TensorRT 8.5.2.2

推理模式说明

模式	GPU配置	CPU配置	加速技术组合
常规模式	FP32精度 / 无TRT加速	FP32精度 / 8线程	PaddleInference
高性能模式	选择先验精度类型和加速策略的最优组合	FP32精度 / 8线程	选择先验最优后端（Paddle/OpenVINO/TRT等）

2. 快速开始 ¶

PaddleX 支持在本地使用命令行或 Python 体验文档图像预处理产线的效果。

在本地使用文档图像预处理产线前，请确保您已经按照PaddleX本地安装教程完成了PaddleX的wheel包安装。

2.1 本地体验¶

2.1.1 命令行方式体验¶

一行命令即可快速体验文档图像预处理产线效果，使用测试文件，并将 --input 替换为本地路径，进行预测

paddlex --pipeline doc_preprocessor \
        --input doc_test_rotated.jpg \
        --use_doc_orientation_classify True \
        --use_doc_unwarping True \
        --save_path ./output \
        --device gpu:0

相关的参数说明可以参考2.1.2 Python脚本方式集成中的参数说明。

运行后，会将结果打印到终端上，结果如下：

{'res': {'input_path': 'doc_test_rotated.jpg', 'page_index': None, 'model_settings': {'use_doc_orientation_classify': True, 'use_doc_unwarping': True}, 'angle': 180}}

运行结果参数说明可以参考2.1.2 Python脚本方式集成中的结果解释。

可视化结果保存在save_path下，可视化结果如下：

2.1.2 Python脚本方式集成¶

上述命令行是为了快速体验查看效果，一般来说，在项目中，往往需要通过代码集成，您可以通过几行代码即可完成产线的快速推理，推理代码如下：

from paddlex import create_pipeline

pipeline = create_pipeline(pipeline="doc_preprocessor")
output = pipeline.predict(
    input="doc_test_rotated.jpg",
    use_doc_orientation_classify=True,
    use_doc_unwarping=True,
)
for res in output:
    res.print()
    res.save_to_img(save_path="./output/")
    res.save_to_json(save_path="./output/")

在上述 Python 脚本中，执行了如下几个步骤：

（1）通过 create_pipeline() 实例化 doc_preprocessor 产线对象：具体参数说明如下：

参数	参数说明	参数类型	默认值
`pipeline`	产线名称或是产线配置文件路径。如为产线名称，则必须为 PaddleX 所支持的产线。	`str`	`None`
`config`	产线具体的配置信息（如果和`pipeline`同时设置，优先级高于`pipeline`，且要求产线名和`pipeline`一致）。	`dict[str, Any]`	`None`
`device`	产线推理设备。支持指定GPU具体卡号，如“gpu:0”，其他硬件具体卡号，如“npu:0”，CPU如“cpu”。	`str`	`gpu:0`
`use_hpip`	是否启用高性能推理，仅当该产线支持高性能推理时可用。	`bool`	`False`

（2）调用 doc_preprocessor 产线对象的 predict() 方法进行推理预测。该方法将返回一个 generator。以下是 predict() 方法的参数及其说明：

参数	参数说明	参数类型	可选项	默认值
`input`	待预测数据，支持多种输入类型，必填	`Python Var\|str\|list`	Python Var：如 `numpy.ndarray` 表示的图像数据 str：如图像文件或者PDF文件的本地路径：`/root/data/img.jpg`；如URL链接，如图像文件或PDF文件的网络URL：示例；如本地目录，该目录下需包含待预测图像，如本地路径：`/root/data/`(当前不支持目录中包含PDF文件的预测，PDF文件需要指定到具体文件路径) List：列表元素需为上述类型数据，如`[numpy.ndarray, numpy.ndarray]`，`[\"/root/data/img1.jpg\", \"/root/data/img2.jpg\"]`，`[\"/root/data1\", \"/root/data2\"]`	`None`
`device`	产线推理设备	`str\|None`	CPU：如 `cpu` 表示使用 CPU 进行推理； GPU：如 `gpu:0` 表示使用第 1 块 GPU 进行推理； NPU：如 `npu:0` 表示使用第 1 块 NPU 进行推理； XPU：如 `xpu:0` 表示使用第 1 块 XPU 进行推理； MLU：如 `mlu:0` 表示使用第 1 块 MLU 进行推理； DCU：如 `dcu:0` 表示使用第 1 块 DCU 进行推理； None：如果设置为 `None`, 将默认使用产线初始化的该参数值，初始化时，会优先使用本地的 GPU 0号设备，如果没有，则使用 CPU 设备；	`None`
`use_doc_orientation_classify`	是否使用文档方向分类模块	`bool\|None`	bool：`True` 或者 `False`； None：如果设置为`None`, 将默认使用产线初始化的该参数值，初始化为`True`；	`None`
`use_doc_unwarping`	是否使用文档扭曲矫正模块	`bool\|None`	bool：`True` 或者 `False`； None：如果设置为`None`, 将默认使用产线初始化的该参数值，初始化为`True`；	`None`

（3）对预测结果进行处理，每个样本的预测结果均为对应的Result对象，且支持打印、保存为图片、保存为json文件的操作:

方法	方法说明	参数	参数类型	参数说明	默认值
`print()`	打印结果到终端	`format_json`	`bool`	是否对输出内容进行使用 `JSON` 缩进格式化	`True`
		`indent`	`int`	指定缩进级别，以美化输出的 `JSON` 数据，使其更具可读性，仅当 `format_json` 为 `True` 时有效	4
		`ensure_ascii`	`bool`	控制是否将非 `ASCII` 字符转义为 `Unicode`。设置为 `True` 时，所有非 `ASCII` 字符将被转义；`False` 则保留原始字符，仅当`format_json`为`True`时有效	`False`
`save_to_json()`	将结果保存为json格式的文件	`save_path`	`str`	保存的文件路径，当为目录时，保存文件命名与输入文件类型命名一致	无
		`indent`	`int`	指定缩进级别，以美化输出的 `JSON` 数据，使其更具可读性，仅当 `format_json` 为 `True` 时有效	4
		`ensure_ascii`	`bool`	控制是否将非 `ASCII` 字符转义为 `Unicode`。设置为 `True` 时，所有非 `ASCII` 字符将被转义；`False` 则保留原始字符，仅当`format_json`为`True`时有效	`False`
`save_to_img()`	将结果保存为图像格式的文件	`save_path`	`str`	保存的文件路径，支持目录或文件路径	无

调用print() 方法会将结果打印到终端，打印到终端的内容解释如下：
- input_path: (str) 待预测图像的输入路径
- page_index: (Union[int, None]) 如果输入是PDF文件，则表示当前是PDF的第几页，否则为 None
- model_settings: (Dict[str, bool]) 配置产线所需的模型参数
  - use_doc_orientation_classify: (bool) 控制是否启用文档方向分类模块
  - use_doc_unwarping: (bool) 控制是否启用文档扭曲矫正模块
- angle: (int) 文档方向分类的预测结果。启用时取值为[0,90,180,270]；未启用时为-1
调用save_to_json() 方法会将上述内容保存到指定的save_path中，如果指定为目录，则保存的路径为save_path/{your_img_basename}.json，如果指定为文件，则直接保存到该文件中。由于json文件不支持保存numpy数组，因此会将其中的numpy.array类型转换为列表形式。
调用save_to_img() 方法会将可视化结果保存到指定的save_path中，如果指定为目录，则保存的路径为save_path/{your_img_basename}_doc_preprocessor_res_img.{your_img_extension}，如果指定为文件，则直接保存到该文件中。(产线通常包含较多结果图片，不建议直接指定为具体的文件路径，否则多张图会被覆盖，仅保留最后一张图)
此外，也支持通过属性获取带结果的可视化图像和预测结果，具体如下：

属性	属性说明
`json`	获取预测的 `json` 格式的结果
`img`	获取格式为 `dict` 的可视化图像

json 属性获取的预测结果为dict类型的数据，相关内容与调用 save_to_json() 方法保存的内容一致。
img 属性返回的预测结果是一个字典类型的数据。其中，键为 preprocessed_img，对应的值是 Image.Image 对象：用于显示 doc_preprocessor 结果的可视化图像。

此外，您可以获取 doc_preprocessor 产线配置文件，并加载配置文件进行预测。可执行如下命令将结果保存在 my_path 中：

paddlex --get_pipeline_config doc_preprocessor --save_path ./my_path

若您获取了配置文件，即可对doc_preprocessor产线各项配置进行自定义，只需要修改 create_pipeline 方法中的 pipeline 参数值为产线配置文件路径即可。示例如下：

例如，若您的配置文件保存在 ./my_path/doc_preprocessor.yaml ，则只需执行：

from paddlex import create_pipeline
pipeline = create_pipeline(pipeline="./my_path/doc_preprocessor.yaml")
output = pipeline.predict(
    input="doc_test_rotated.jpg"
    use_doc_orientation_classify=True,
    use_doc_unwarping=True,
)
for res in output:
    res.print()
    res.save_to_img("./output/")
    res.save_to_json("./output/")

注：配置文件中的参数为产线初始化参数，如果希望更改 doc_preprocessor 产线初始化参数，可以直接修改配置文件中的参数，并加载配置文件进行预测。同时，CLI 预测也支持传入配置文件，--pipeline 指定配置文件的路径即可。

3. 开发集成/部署¶

如果文档图像预处理产线可以达到您对产线推理速度和精度的要求，您可以直接进行开发集成/部署。

若您需要将文档图像预处理产线直接应用在您的Python项目中，可以参考 2.2 Python脚本方式中的示例代码。

此外，PaddleX 也提供了其他三种部署方式，详细说明如下：

🚀 高性能推理：在实际生产环境中，许多应用对部署策略的性能指标（尤其是响应速度）有着较严苛的标准，以确保系统的高效运行与用户体验的流畅性。为此，PaddleX 提供高性能推理插件，旨在对模型推理及前后处理进行深度性能优化，实现端到端流程的显著提速，详细的高性能推理流程请参考PaddleX高性能推理指南。

☁️ 服务化部署：服务化部署是实际生产环境中常见的一种部署形式。通过将推理功能封装为服务，客户端可以通过网络请求来访问这些服务，以获取推理结果。PaddleX 支持多种产线服务化部署方案，详细的产线服务化部署流程请参考PaddleX服务化部署指南。

以下是基础服务化部署的API参考与多语言服务调用示例：

API参考

对于服务提供的主要操作：

HTTP请求方法为POST。
请求体和响应体均为JSON数据（JSON对象）。
当请求处理成功时，响应状态码为200，响应体的属性如下：

名称	类型	含义
`logId`	`string`	请求的UUID。
`errorCode`	`integer`	错误码。固定为`0`。
`errorMsg`	`string`	错误说明。固定为`"Success"`。
`result`	`object`	操作结果。

当请求处理未成功时，响应体的属性如下：

名称	类型	含义
`logId`	`string`	请求的UUID。
`errorCode`	`integer`	错误码。与响应状态码相同。
`errorMsg`	`string`	错误说明。

服务提供的主要操作如下：

infer

获取图像文档图像预处理结果。

POST /doc_preprocessor

请求体的属性如下：

名称	类型	含义	是否必填
`file`	`string`	服务器可访问的图像文件或PDF文件的URL，或上述类型文件内容的Base64编码结果。对于超过10页的PDF文件，只有前10页的内容会被使用。	是
`fileType`	`integer` \| `null`	文件类型。`0`表示PDF文件，`1`表示图像文件。若请求体无此属性，则将根据URL推断文件类型。	否
`useDocOrientationClassify`	`boolean` \| `null`	参见产线 `predict` 方法中的 `use_doc_orientation_classify` 参数说明。	否
`useDocUnwarping`	`boolean` \| `null`	参见产线 `predict` 方法中的 `use_doc_unwarping` 参数说明。	否

请求处理成功时，响应体的result具有如下属性：

名称	类型	含义
`docPreprocessingResults`	`object`	文档图像预处理结果。数组长度为1（对于图像输入）或文档页数与10中的较小者（对于PDF输入）。对于PDF输入，数组中的每个元素依次表示PDF文件中每一页的处理结果。
`dataInfo`	`object`	输入数据信息。

docPreprocessingResults中的每个元素为一个object，具有如下属性：

名称	类型	含义
`outputImage`	`string`	经过预处理的图像。图像为PNG格式，使用Base64编码。
`prunedResult`	`object`	产线对象的 `predict` 方法生成结果的 JSON 表示中 `res` 字段的简化版本，其中去除了 `input_path` 字段
`docPreprocessingImage`	`string` ｜ `null`	可视化结果图。图像为JPEG格式，使用Base64编码。
`inputImage`	`string` ｜ `null`	输入图像。图像为JPEG格式，使用Base64编码。

多语言调用服务示例

Python

import base64
import requests

API_URL = "http://localhost:8080/document-preprocessing"
file_path = "./demo.jpg"

with open(file_path, "rb") as file:
    file_bytes = file.read()
    file_data = base64.b64encode(file_bytes).decode("ascii")

payload = {"file": file_data, "fileType": 1}

response = requests.post(API_URL, json=payload)

assert response.status_code == 200
result = response.json()["result"]
for i, res in enumerate(result["docPreprocessingResults"]):
    print(res["prunedResult"])
    output_img_path = f"out_{i}.png"
    with open(output_img_path, "wb") as f:
        f.write(base64.b64decode(res["outputImage"]))
    print(f"Output image saved at {output_img_path}")

📱 端侧部署：端侧部署是一种将计算和数据处理功能放在用户设备本身上的方式，设备可以直接处理数据，而不需要依赖远程的服务器。PaddleX 支持将模型部署在 Android 等端侧设备上，详细的端侧部署流程请参考PaddleX端侧部署指南。您可以根据需要选择合适的方式部署模型产线，进而进行后续的 AI 应用集成。

4. 二次开发¶

如果文档图像预处理产线提供的默认模型权重在您的场景中，精度或速度不满意，您可以尝试利用您自己拥有的特定领域或应用场景的数据对现有模型进行进一步的微调，以提升文档图像预处理产线的在您的场景中的识别效果。

4.1 模型微调¶

由于文档图像预处理产线包含若干模块，模型产线的效果如果不及预期，可能来自于其中任何一个模块。您可以对识别效果差的图片进行分析，进而确定是哪个模块存在问题，并参考以下表格中对应的微调教程链接进行模型微调。

情形	微调模块	微调参考链接
整图旋转矫正不准	文档图像方向分类模块	链接
图像扭曲矫正不准	文本图像矫正模块	暂不支持微调

4.2 模型应用¶

当您使用私有数据集完成微调训练后，可获得本地模型权重文件。

若您需要使用微调后的模型权重，只需对产线配置文件做修改，将微调后模型权重的本地路径填写至产线配置文件中的 model_dir 即可：

......
  DocOrientationClassify:
    module_name: doc_text_orientation
    model_name: PP-LCNet_x1_0_doc_ori
    model_dir: ./output/best_model/inference  # 替换为微调后的文档图像方向分类模型权重路径
......

随后，参考2. 快速开始中的命令行方式或Python脚本方式，加载修改后的产线配置文件即可。

5. 多硬件支持¶

PaddleX 支持英伟达 GPU、昆仑芯 XPU、昇腾 NPU和寒武纪 MLU 等多种主流硬件设备，仅需修改 --device参数即可完成不同硬件之间的无缝切换。

例如，您使用昇腾 NPU 进行文档图像预处理产线的推理，使用的 CLI 命令为：

paddlex --pipeline doc_preprocessor \
        --input doc_test_rotated.jpg \
        --use_doc_orientation_classify True \
        --use_doc_unwarping True \
        --save_path ./output \
        --device npu:0

当然，您也可以在 Python 脚本中 create_pipeline() 时或者 predict() 时指定硬件设备。

若您想在更多种类的硬件上使用文档图像预处理产线，请参考PaddleX多硬件使用指南。