PaddleX 3.0 文档场景信息抽取v3（PP-ChatOCRv3_doc） -- 论文文献信息抽取教程¶

PaddleX 提供了丰富的模型产线，模型产线由一个或多个模型组合实现，每个模型产线都能够解决特定的场景任务问题。PaddleX 所提供的模型产线均支持快速体验，如果效果不及预期，也同样支持使用私有数据微调模型，并且 PaddleX 提供了 Python API，方便将产线集成到个人项目中。在使用之前，您首先需要安装 PaddleX，安装方式请参考 PaddleX本地安装教程。此处以一个论文文献的文档场景信息抽取任务为例子，介绍该产线的在实际场景中的使用流程。

1. 选择产线¶

文档信息抽取是文档处理的一部分，在众多场景中都有着广泛的应用，例如学术研究、图书馆管理、科技情报分析、文献综述撰写等场景。通过文档信息抽取技术，我们可以从论文文献中自动提取出标题、作者、摘要、关键词、发表年份、期刊名称、引用信息等关键信息，并以结构化的形式存储，便于后续的检索、分析与应用。这不仅提升了科研人员的工作效率，也为学术研究的深入发展提供了强有力的支持。

首先，需要根据任务场景，选择对应的 PaddleX 产线，本节以论文文献的信息抽取为例，希望抽取出论文中的页眉和表格标题，对应 PaddleX 的文档场景信息抽取v3产线。如果无法确定任务和产线的对应关系，您可以在 PaddleX 支持的模型产线列表中了解相关产线的能力介绍。

2. 快速体验¶

PaddleX 提供了两种体验的方式，你可以在线体验文档场景信息抽取v3产线的效果，也可以在本地使用 Python 体验文档场景信息抽取v3 产线的效果。

2.1 本地体验¶

在本地使用文档场景信息抽取v3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。几行代码即可完成产线的快速推理：

from paddlex import create_pipeline

pipeline = create_pipeline(
    pipeline="PP-ChatOCRv3-doc",
    llm_name="ernie-3.5",
    llm_params={"api_type": "qianfan", "ak": "", "sk": ""} # 使用千帆接口，请填入您的ak与sk，否则无法调用大模型
    # llm_params={"api_type": "aistudio", "access_token": ""} # 或者使用AIStudio接口，请填入您的access_token，否则无法调用大模型
    )

visual_result, visual_info = pipeline.visual_predict("https://paddle-model-ecology.bj.bcebos.com/paddlex/PaddleX3.0/doc_images/practical_tutorial/PP-ChatOCRv3_doc_layout/test.jpg")

for res in visual_result:
    res.save_to_img("./output")
    res.save_to_html('./output')
    res.save_to_xlsx('./output')

vector = pipeline.build_vector(visual_info=visual_info)
chat_result = pipeline.chat(
    key_list=["页眉", "表格标题"],
    visual_info=visual_info,
    vector=vector,
    )
chat_result.print()

注：目前仅支持文心大模型，支持在百度云千帆平台或者星河社区 AIStudio上获取相关的 ak/sk(access_token)。如果使用百度云千帆平台，可以参考AK和SK鉴权调用API流程获取ak/sk，如果使用星河社区 AIStudio，可以在星河社区 AIStudio 访问令牌中获取 access_token。

输出打印的结果如下：

The result has been saved in output/tmpfnss9sq9_layout.jpg.
The result has been saved in output/tmpfnss9sq9_ocr.jpg.
The result has been saved in output/tmpfnss9sq9_table.jpg.
The result has been saved in output/tmpfnss9sq9_table.jpg.
The result has been saved in output/tmpfnss9sq9/tmpfnss9sq9.html.
The result has been saved in output/tmpfnss9sq9/tmpfnss9sq9.html.
The result has been saved in output/tmpfnss9sq9/tmpfnss9sq9.xlsx.
The result has been saved in output/tmpfnss9sq9/tmpfnss9sq9.xlsx.

{'chat_res': {'页眉': '未知', '表格标题': '未知'}, 'prompt': ''}

在output 目录中，保存了版面区域检测、OCR、表格识别可视化结果以及表格html和xlsx结果。

其中版面区域定位结果可视化如下：

通过上面的文档场景信息抽取的快速体验可以进行 Badcase 分析，发现文档场景信息抽取产线的官方模型，在当前需求场景中存在下面的问题：由于官方模型目前只区分了图，表格和印章三个类别，因此目前无法准确的定位并抽取出页眉和表格标题等其他信息，在{'chat_res': {'页眉': '未知', '表格标题': '未知'}, 'prompt': ''}中的结果是未知。因此，本节工作聚焦于论文文献的场景，利用论文文档数据集，以页眉和表格标题信息的抽取为例，对文档场景信息抽取产线中的版面分析模型进行微调，从而达到能够精确提取文档中页眉和表格标题信息的能力。

2.2 在线体验¶

您可以在 AI Studio 星河社区 体验文档场景信息抽取v3产线的效果，点击链接下载论文文献测试文件，上传至官方文档场景信息抽取v3 应用体验抽取效果。如下：

3. 选择模型¶

PaddleX 提供了 4 个端到端的版面区域定位模型，具体可参考模型列表，其中版面区域检测模型的 benchmark 如下：

模型	mAP(0.5)（%）	GPU推理耗时（ms）	CPU推理耗时 (ms)	模型存储大小（M）	介绍
PicoDet_layout_1x	86.8	13.0	91.3	7.4	基于PicoDet-1x在PubLayNet数据集训练的高效率版面区域定位模型，可定位包含文字、标题、表格、图片以及列表这5类区域
PicoDet-S_layout_3cls	87.1	13.5	45.8	4.8	基于PicoDet-S轻量模型在中英文论文、杂志和研报等场景上自建数据集训练的高效率版面区域定位模型，包含3个类别：表格，图像和印章
PicoDet-S_layout_17cls	70.3	13.6	46.2	4.8	基于PicoDet-S轻量模型在中英文论文、杂志和研报等场景上自建数据集训练的高效率版面区域定位模型，包含17个版面常见类别，分别是：段落标题、图片、文本、数字、摘要、内容、图表标题、公式、表格、表格标题、参考文献、文档标题、脚注、页眉、算法、页脚、印章
PicoDet-L_layout_3cls	89.3	15.7	159.8	22.6	基于PicoDet-L在中英文论文、杂志和研报等场景上自建数据集训练的高效率版面区域定位模型，包含3个类别：表格，图像和印章
PicoDet-L_layout_17cls	79.9	17.2	160.2	22.6	基于PicoDet-L在中英文论文、杂志和研报等场景上自建数据集训练的高效率版面区域定位模型，包含17个版面常见类别，分别是：段落标题、图片、文本、数字、摘要、内容、图表标题、公式、表格、表格标题、参考文献、文档标题、脚注、页眉、算法、页脚、印章
RT-DETR-H_layout_3cls	95.9	114.6	3832.6	470.1	基于RT-DETR-H在中英文论文、杂志和研报等场景上自建数据集训练的高精度版面区域定位模型，包含3个类别：表格，图像和印章
RT-DETR-H_layout_17cls	92.6	115.1	3827.2	470.2	基于RT-DETR-H在中英文论文、杂志和研报等场景上自建数据集训练的高精度版面区域定位模型，包含17个版面常见类别，分别是：段落标题、图片、文本、数字、摘要、内容、图表标题、公式、表格、表格标题、参考文献、文档标题、脚注、页眉、算法、页脚、印章

注：以上精度指标的评估集是 PaddleOCR 自建的版面区域分析数据集，包含中英文论文、杂志和研报等常见的 1w 张文档类型图片。GPU 推理耗时基于 NVIDIA Tesla T4 机器，精度类型为 FP32， CPU 推理速度基于 Intel(R) Xeon(R) Gold 5117 CPU @ 2.00GHz，线程数为 8，精度类型为 FP32。

4. 数据准备和校验¶

4.1 数据准备¶

本教程采用 论文文献数据集 作为示例数据集，可通过以下命令获取示例数据集。如果您使用自备的已标注数据集，需要按照 PaddleX 的格式要求对自备数据集进行调整，以满足 PaddleX 的数据格式要求。关于数据格式介绍，您可以参考 PaddleX 目标检测模块数据标注教程。

数据集获取命令：

cd /path/to/paddlex
wget https://paddle-model-ecology.bj.bcebos.com/paddlex/data/paperlayout.tar -P ./dataset
tar -xf ./dataset/paperlayout.tar -C ./dataset/

4.2 数据集校验¶

在对数据集校验时，只需一行命令：

python main.py -c paddlex/configs/structure_analysis/RT-DETR-H_layout_3cls.yaml \
    -o Global.mode=check_dataset \
    -o Global.dataset_dir=./dataset/paperlayout/

执行上述命令后，PaddleX 会对数据集进行校验，并统计数据集的基本信息。命令运行成功后会在 log 中打印出 Check dataset passed ! 信息，同时相关产出会保存在当前目录的 ./output/check_dataset 目录下，产出目录中包括可视化的示例样本图片和样本分布直方图。校验结果文件保存在 ./output/check_dataset_result.json，校验结果文件具体内容为

{
  "done_flag": true,
  "check_pass": true,
  "attributes": {
    "num_classes": 4,
    "train_samples": 4734,
    "train_sample_paths": [
      "check_dataset\/demo_img\/train_4612.jpg",
      "check_dataset\/demo_img\/train_4844.jpg",
      "check_dataset\/demo_img\/train_0084.jpg",
      "check_dataset\/demo_img\/train_0448.jpg",
      "check_dataset\/demo_img\/train_4703.jpg",
      "check_dataset\/demo_img\/train_3572.jpg",
      "check_dataset\/demo_img\/train_4516.jpg",
      "check_dataset\/demo_img\/train_2836.jpg",
      "check_dataset\/demo_img\/train_1353.jpg",
      "check_dataset\/demo_img\/train_0225.jpg"
    ],
    "val_samples": 928,
    "val_sample_paths": [
      "check_dataset\/demo_img\/val_0982.jpg",
      "check_dataset\/demo_img\/val_0607.jpg",
      "check_dataset\/demo_img\/val_0623.jpg",
      "check_dataset\/demo_img\/val_0890.jpg",
      "check_dataset\/demo_img\/val_0036.jpg",
      "check_dataset\/demo_img\/val_0654.jpg",
      "check_dataset\/demo_img\/val_0895.jpg",
      "check_dataset\/demo_img\/val_0059.jpg",
      "check_dataset\/demo_img\/val_0142.jpg",
      "check_dataset\/demo_img\/val_0088.jpg"
    ]
  },
  "analysis": {
    "histogram": "check_dataset\/histogram.png"
  },
  "dataset_path": ".\/dataset\/paperlayout\/",
  "show_type": "image",
  "dataset_type": "COCODetDataset"
}

上述校验结果中，check_pass 为 True 表示数据集格式符合要求，其他部分指标的说明如下：

attributes.num_classes：该数据集类别数为 4，此处类别数量为后续训练需要传入的类别数量；
attributes.train_samples：该数据集训练集样本数量为 4734；
attributes.val_samples：该数据集验证集样本数量为 928；
attributes.train_sample_paths：该数据集训练集样本可视化图片相对路径列表；
attributes.val_sample_paths：该数据集验证集样本可视化图片相对路径列表；

另外，数据集校验还对数据集中所有类别的样本数量分布情况进行了分析，并绘制了分布直方图（histogram.png）：

注：只有通过数据校验的数据才可以训练和评估。

4.3 数据集划分（非必选）¶

如需对数据集格式进行转换或是重新划分数据集，可通过修改配置文件或是追加超参数的方式进行设置。

数据集校验相关的参数可以通过修改配置文件中 CheckDataset 下的字段进行设置，配置文件中部分参数的示例说明如下：

CheckDataset:
- split:
  - enable: 是否进行重新划分数据集，为 True 时进行数据集格式转换，默认为 False；
  - train_percent: 如果重新划分数据集，则需要设置训练集的百分比，类型为 0-100 之间的任意整数，需要保证和 val_percent 值加和为 100；
  - val_percent: 如果重新划分数据集，则需要设置验证集的百分比，类型为 0-100 之间的任意整数，需要保证和 train_percent 值加和为 100；

数据划分时，原有标注文件会被在原路径下重命名为 xxx.bak，以上参数同样支持通过追加命令行参数的方式进行设置，例如重新划分数据集并设置训练集与验证集比例：-o CheckDataset.split.enable=True -o CheckDataset.split.train_percent=80 -o CheckDataset.split.val_percent=20。

5. 模型训练和评估¶

5.1 模型训练¶

在训练之前，请确保您已经对数据集进行了校验。完成 PaddleX 模型的训练，只需如下一条命令：

python main.py -c paddlex/configs/structure_analysis/RT-DETR-H_layout_3cls.yaml \
    -o Global.mode=train \
    -o Global.dataset_dir=./dataset/paperlayout \
    -o Train.num_classes=4

在 PaddleX 中模型训练支持：修改训练超参数、单机单卡/多卡训练等功能，只需修改配置文件或追加命令行参数。

PaddleX 中每个模型都提供了模型开发的配置文件，用于设置相关参数。模型训练相关的参数可以通过修改配置文件中 Train 下的字段进行设置，配置文件中部分参数的示例说明如下：

Global：
- mode：模式，支持数据校验（check_dataset）、模型训练（train）、模型评估（evaluate）；
- device：训练设备，可选cpu、gpu、xpu、npu、mlu，除 cpu 外，多卡训练可指定卡号，如：gpu:0,1,2,3；
Train：训练超参数设置；
- epochs_iters：训练轮次数设置；
- learning_rate：训练学习率设置；

更多超参数介绍，请参考 PaddleX 通用模型配置文件参数说明。

注： - 以上参数可以通过追加令行参数的形式进行设置，如指定模式为模型训练：-o Global.mode=train；指定前 2 卡 gpu 训练：-o Global.device=gpu:0,1；设置训练轮次数为 10：-o Train.epochs_iters=10。 - 模型训练过程中，PaddleX 会自动保存模型权重文件，默认为output，如需指定保存路径，可通过配置文件中 -o Global.output 字段 - PaddleX 对您屏蔽了动态图权重和静态图权重的概念。在模型训练的过程中，会同时产出动态图和静态图的权重，在模型推理时，默认选择静态图权重推理。

训练产出解释:

在完成模型训练后，所有产出保存在指定的输出目录（默认为./output/）下，通常有以下产出：

train_result.json：训练结果记录文件，记录了训练任务是否正常完成，以及产出的权重指标、相关文件路径等；
train.log：训练日志文件，记录了训练过程中的模型指标变化、loss 变化等；
config.yaml：训练配置文件，记录了本次训练的超参数的配置；
.pdparams、.pdopt、.pdstates、.pdiparams、.pdmodel：模型权重相关文件，包括网络参数、优化器、静态图网络参数、静态图网络结构等；

5.2 模型评估¶

在完成模型训练后，可以对指定的模型权重文件在验证集上进行评估，验证模型精度。使用 PaddleX 进行模型评估，只需一行命令：

python main.py -c paddlex/configs/structure_analysis/RT-DETR-H_layout_3cls.yaml \
    -o Global.mode=evaluate \
    -o Global.dataset_dir=./dataset/paperlayout

与模型训练类似，模型评估支持修改配置文件或追加命令行参数的方式设置。

注：在模型评估时，需要指定模型权重文件路径，每个配置文件中都内置了默认的权重保存路径，如需要改变，只需要通过追加命令行参数的形式进行设置即可，如-o Evaluate.weight_path=./output/best_model/best_model.pdparams。

5.3 模型调优¶

在学习了模型训练和评估后，我们可以通过调整超参数来提升模型的精度。通过合理调整训练轮数，您可以控制模型的训练深度，避免过拟合或欠拟合；而学习率的设置则关乎模型收敛的速度和稳定性。因此，在优化模型性能时，务必审慎考虑这两个参数的取值，并根据实际情况进行灵活调整，以获得最佳的训练效果。

推荐在调试参数时遵循控制变量法： 1. 首先固定训练轮次为 30，批大小为 4。 2. 基于 RT-DETR-H_layout_3cls 模型启动四个实验，学习率分别为：0.001，0.0005，0.0001，0.00001。 3. 可以发现实验二精度最高的配置为学习率为 0.0001，同时观察验证集分数，精度在最后几轮仍在上涨。因此可以提升训练轮次为 50、100，模型精度会有进一步的提升。

学习率探寻实验结果：

实验ID	学习率	mAP@0.50:0.95
1	0.00001	88.90
2	0.0001	92.41
3	0.0005	92.27
4	0.001	90.66

接下来，我们可以在学习率设置为 0.001 的基础上，增加训练轮次，对比下面实验 [2，4，5] 可知，训练轮次增大，模型精度有了进一步的提升。

实验ID	训练轮次	mAP@0.50:0.95
2	30	92.41
4	50	92.63
5	100	92.88

注：本教程为 4 卡教程，如果您只有 1 张 GPU，可通过调整训练卡数完成本次实验，但最终指标未必和上述指标完全对齐，属正常情况。

在选择训练环境时，要考虑训练卡数和总 batch_size，以及学习率的关系。首先训练卡数乘以单卡 batch_size 等于总 batch_size。其次，总 batch_size 和学习率是相关的，学习率应与总 batch_size 保持同步调整。目前默认学习率对应基于 4 卡训练的总 batch_size，若您打算在单卡环境下进行训练，则设置学习率时需相应除以 4。若您打算在 8 卡环境下进行训练，则设置学习率时需相应乘以 2。

调整不同参数执行训练的命令可以参考：

python main.py -c paddlex/configs/structure_analysis/RT-DETR-H_layout_3cls.yaml \
    -o Global.mode=train \
    -o Global.dataset_dir=./dataset/paperlayout \
    -o Train.num_classes=4 \
    -o Train.learning_rate=0.0001 \
    -o Train.epochs_iters=30 \
    -o Train.batch_size=4

5.4 模型测试¶

可以将微调后的单模型进行测试，使用测试文件，进行预测：

python main.py -c paddlex/configs/structure_analysis/RT-DETR-H_layout_3cls.yaml \
    -o Global.mode=predict \
    -o Predict.model_dir="output/best_model/inference" \
    -o Predict.input="https://paddle-model-ecology.bj.bcebos.com/paddlex/PaddleX3.0/doc_images/practical_tutorial/PP-ChatOCRv3_doc_layout/test.jpg"

通过上述可在./output下生成预测结果，其中test.jpg的预测结果如下：

6. 产线测试¶

将产线中的模型替换为微调后的模型进行测试，使用论文文献测试文件，进行预测：

首先获取并更新文档信息抽取v3的配置文件，执行下面的命令获取配置文件，（假设自定义保存位置为 ./my_path ）：

paddlex --get_pipeline_config PP-ChatOCRv3-doc --save_path ./my_path

将PP-ChatOCRv3-doc.yaml中的Pipeline.layout_model字段修改为上面微调后的模型路径，修改后配置如下：

Pipeline:
  layout_model: ./output/best_model/inference
  table_model: SLANet_plus
  text_det_model: PP-OCRv4_server_det
  text_rec_model: PP-OCRv4_server_rec
  seal_text_det_model: PP-OCRv4_server_seal_det
  doc_image_ori_cls_model: null
  doc_image_unwarp_model: null
  llm_name: "ernie-3.5"
  llm_params:
    api_type: qianfan
    ak:
    sk:

修改后，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应用配置。

from paddlex import create_pipeline

pipeline = create_pipeline(
    pipeline="./my_path/PP-ChatOCRv3-doc.yaml",
    llm_name="ernie-3.5",
    llm_params={"api_type": "qianfan", "ak": "", "sk": ""} # 请填入您的ak与sk，否则无法调用大模型
    # llm_params={"api_type": "aistudio", "access_token": ""} # 或者使用AIStudio接口，请填入您的access_token，否则无法调用大模型
    )

visual_result, visual_info = pipeline.visual_predict("https://paddle-model-ecology.bj.bcebos.com/paddlex/PaddleX3.0/doc_images/practical_tutorial/PP-ChatOCRv3_doc_layout/test.jpg")

for res in visual_result:
    res.save_to_img("./output_ft")
    res.save_to_html('./output_ft')
    res.save_to_xlsx('./output_ft')

vector = pipeline.build_vector(visual_info=visual_info)
chat_result = pipeline.chat(
    key_list=["页眉", "表格标题"],
    visual_info=visual_info,
    vector=vector,
    )
chat_result.print()

通过上述可在./output_ft下生成预测结果，打印的关键信息抽取结果：

{'chat_res': {'页眉': '第43卷\n 航空发动机\n 44', '表格标题': '表1模拟来流Ma=5飞行的空气加热器工作参数'}, 'prompt': ''}

可以发现，在模型微调之后，关键信息已经被正确的提取出来。

版面的可视化结果如下，已经正确增加了页眉和表格标题的区域定位能力：

7. 开发集成/部署¶

如果文档场景信息抽取v3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。

直接将训练好的模型产线应用在您的 Python 项目中，如下面代码所示：

from paddlex import create_pipeline

pipeline = create_pipeline(
    pipeline="./my_path/PP-ChatOCRv3-doc.yaml",
    llm_name="ernie-3.5",
    llm_params={"api_type": "qianfan", "ak": "", "sk": ""} # 请填入您的ak与sk，否则无法调用大模型
    # llm_params={"api_type": "aistudio", "access_token": ""} # 或者使用AIStudio接口，请填入您的access_token，否则无法调用大模型
    )

visual_result, visual_info = pipeline.visual_predict("https://paddle-model-ecology.bj.bcebos.com/paddlex/PaddleX3.0/doc_images/practical_tutorial/PP-ChatOCRv3_doc_layout/test.jpg")

for res in visual_result:
    res.save_to_img("./output")
    res.save_to_html('./output')
    res.save_to_xlsx('./output')

vector = pipeline.build_vector(visual_info=visual_info)
chat_result = pipeline.chat(
    key_list=["页眉", "表格标题"],
    visual_info=visual_info,
    vector=vector,
    )
chat_result.print()

更多参数请参考文档场景信息抽取v3产线使用教程。

此外，PaddleX 也提供了其他三种部署方式，详细说明如下：
高性能部署：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，详细的高性能部署流程请参考 PaddleX 高性能部署指南。
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 支持用户以低成本实现产线的服务化部署，详细的服务化部署流程请参考 PaddleX 服务化部署指南。
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。