Pix2Text P2T 数学公式识别 Math-Formula-Recognition Latex-Recognition Mathpix

Pix2Text (P2T) V0.2及网页版发布，离Mathpix又近了一大步

Posted by Breezedeus on February 9, 2023

Pix2Text (P2T) V0.2 发布

Pix2Text (P2T) 的目标是成为 Mathpix 的 免费开源 Python 替代工具，完成与 Mathpix 类似的功能。 用户输入一张包含文字和数学公式的图片，P2T 识别出图片中的文字和数学公式的 LaTeX 表示，最终返回纯文本形式的混合识别结果。 这些结果可以直接用于 LaTeX 文档的编写，也可以用于其他的文本编辑器，比如 Word、Markdown 等。 可参考P2T之前的介绍文章：Pix2Text: 替代 Mathpix 的免费 Python 开源工具 。

Pix2Text (P2T) V0.2 已经可以识别既包含文字又包含数学公式的混合图片，已经可以完成 Mathpix 的核心功能了。 旧的P2T只能识别要么是文字，要么是数学公式的单类型图片。依托于 CnSTD V1.2.1，新版 P2T V0.2 能够识别混合图片，比如这个图片：

混合图片

P2T V0.2 可以识别为：

这样就有

$$
{\cal L}_{t}=\mathbb{E}_{x_{0},\epsilon}\biggl[{\frac{(1-\alpha_{t})^{2}}{2\alpha_{t}(1-\tilde{\alpha}_{t})|\mathbf{E}_\theta||_{2}^{2}}}||\epsilon_{t}-\epsilon_{\theta}({\sqrt{\tilde{\alpha}_{t}}}\mathbf{x}_{0}+{\sqrt{1-\tilde{\alpha}_{t}}}\epsilon_{t},t)|^{2}\biggr]
$$

Noise Prediction $\mathbb{C}_{\theta}$ 的输入和输出长度都与 $\mathbf{x}_{t}$ 大小一致（即图片的size），比较大，所以可以对∈。使用U-Net架构，降低计算量。

P2T V0.2 的代码，以及预训练好的模型，都已经开源，欢迎大家使用。和 Mathpix 相比，P2T V0.2 的识别准确率和识别速度都还有很大提升空间，也请大家多包容，后续我们会继续推进相关优化。

网页版开放免费试用

P2T作为Python包，对于不熟悉Python的朋友还是太不友好，所以我们也开发了 P2T网页版 。 在第一次使用时需要先输入我们提供的 key，之后就可以直接把图片Ctrl-V丢进网页得到P2T的识别结果。 如果识别结果存在问题，可以通过网页左下侧框编辑识别效果，通过右下侧框可以实时看到编辑后的效果。

Pix2Text网页版

Warning

因为服务器资源限制，网页版前期只开放少量 key 供有需要的朋友使用，优先在校师生（ MathPix 每月要5美元，对在校生来说还是蛮贵的）。

欢迎感兴趣的朋友扫码加入微信交流群，我们会在群里公布获取免费 key 的方式以及后续进展。

微信二维码

接下来介绍 P2T V0.2 作为Python包的基础使用方法，更详细的说明请转到项目主页 Pix2Text 。

P2T V0.2 使用开源工具 CnSTD 检测出图片中数学公式所在位置， 再交由 LaTeX-OCR 识别出各对应位置数学公式的Latex表示。 图片的剩余部分再交由 CnOCR 进行文字检测和文字识别。 最后 P2T 合并所有识别结果，获得最终的图片识别结果。感谢这些开源工具。

P2T V0.2 核心流程见下图（文字识别支持中文和英文）：

Pix2Text流程

使用说明

调用很简单，以下是示例：

from pix2text import Pix2Text

img_fp = './docs/examples/formula.jpg'
p2t = Pix2Text(analyzer_config=dict(model_name='mfd'))
outs = p2t(img_fp, resized_shape=600)  # 也可以使用 `p2t.recognize(img_fp)` 获得相同的结果
print(outs)
# 如果只需要识别出的文字和Latex表示，可以使用下面行的代码合并所有结果
only_text = '\n'.join([out['text'] for out in outs])

返回结果 out_text 是个 dict，其中 key position 表示位置信息，type 表示类别信息，而 text 表示识别的结果。具体见下面的接口说明。

示例

Pix2Text 示例

安装

嗯，顺利的话一行命令即可。

pip install pix2text

安装速度慢的话，可以指定国内的安装源，如使用豆瓣源：

pip install pix2text -i https://pypi.doubanio.com/simple

如果是初次使用OpenCV，那估计安装都不会很顺利，bless。

Pix2Text 主要依赖 CnSTD>=1.2.1、CnOCR>=2.2.2.1 ，以及 LaTeX-OCR 。如果安装过程遇到问题，也可参考它们的安装说明文档。

Warning

如果电脑中从未安装过 PyTorch，OpenCV python包，初次安装可能会遇到不少问题，但一般都是常见问题，可以自行百度/Google解决。

模型下载

安装好 Pix2Text 后，首次使用时系统会自动下载 模型文件，并存于 ~/.pix2text目录（Windows下默认路径为 C:\Users\<username>\AppData\Roaming\pix2text）。

Note

如果已成功运行上面的示例，说明模型已完成自动下载，可忽略本节后续内容。

对于分类模型，系统会自动下载模型mobilenet_v2.zip文件并对其解压，然后把解压后的模型相关目录放于~/.pix2text目录中。如果系统无法自动成功下载mobilenet_v2.zip文件，则需要手动从 cnstd-cnocr-models/pix2text 下载此zip文件并把它放于 ~/.pix2text目录。如果下载太慢，也可以从 百度云盘 下载， 提取码为 ` p2t0`。

对于 LaTeX-OCR ，系统同样会自动下载模型文件并把它们存放于~/.pix2text/formula目录中。如果系统无法自动成功下载这些模型文件，则需从 百度云盘 下载文件 weights.pth 和 image_resizer.pth， 并把它们存放于~/.pix2text/formula目录中；提取码为 ` p2t0`。

接口说明

类初始化

主类为 Pix2Text ，其初始化函数如下：

class Pix2Text(object):

    def __init__(
        self,
        *,
        analyzer_config: Dict[str, Any] = None,
        clf_config: Dict[str, Any] = None,
        general_config: Dict[str, Any] = None,
        english_config: Dict[str, Any] = None,
        formula_config: Dict[str, Any] = None,
        thresholds: Dict[str, Any] = None,
        device: str = 'cpu',  # ['cpu', 'cuda', 'gpu']
        **kwargs,
    ):

其中的各参数说明如下：

  • analyzer_config (dict): 分类模型对应的配置信息；默认为 None，表示使用默认配置（使用MFD Analyzer）：

    {
      'model_name': 'mfd'  # 可以取值为 'mfd'（MFD），或者 'layout'（版面分析）
  }
  • clf_config (dict): 分类模型对应的配置信息；默认为 None，表示使用默认配置： 
    {
      'base_model_name': 'mobilenet_v2',
      'categories': IMAGE_TYPES,
      'transform_configs': {
          'crop_size': [150, 450],
          'resize_size': 160,
          'resize_max_size': 1000,
      },
      'model_dir': Path(data_dir()) / 'clf',
      'model_fp': None  # 如果指定，直接使用此模型文件
}

  • general_config (dict): 通用模型对应的配置信息；默认为 None，表示使用默认配置：

    {}

  • english_config (dict): 英文模型对应的配置信息；默认为 None，表示使用默认配置：

    {'det_model_name': 'en_PP-OCRv3_det', 'rec_model_name': 'en_PP-OCRv3'}

  • formula_config (dict): 公式识别模型对应的配置信息；默认为 None，表示使用默认配置：

    {
    'config': LATEX_CONFIG_FP,
    'checkpoint': Path(data_dir()) / 'formular' / 'weights.pth',
    'no_resize': False
}

  • thresholds (dict): 识别阈值对应的配置信息；默认为 None，表示使用默认配置：

    {
    'formula2general': 0.65,  # 如果识别为 `formula` 类型，但得分小于此阈值，则改为 `general` 类型
    'english2general': 0.75,  # 如果识别为 `english` 类型，但得分小于此阈值，则改为 `general` 类型
}

  • device (str): 使用什么资源进行计算，支持 ['cpu', 'cuda', 'gpu']；默认为 cpu

  • **kwargs (): 预留的其他参数；目前未被使用

识别类函数

通过调用类 Pix2Text 的类函数 .recognize() 完成对指定图片进行识别。类函数 .recognize() 说明如下：

    def recognize(
        self, img: Union[str, Path, Image.Image], use_analyzer: bool = True, **kwargs
    ) -> List[Dict[str, Any]]:

其中的输入参数说明如下：

  • img (str or Image.Image)：待识别图片的路径，或者利用 Image.open() 已读入的图片 Image 。
  • use_analyzer (bool)：是否使用 Analyzer (MFD or Layout); False 表示把图片看成纯文本或者纯图片处理，相当于 P2T V0.1.* 的效果。Default: True。
  • kwargs: 保留字段，可以包含以下值，
    • resized_shape (int): 把图片宽度resize到此大小再进行处理；默认值为 700；
    • save_analysis_res (str): 把解析结果图片存在此文件中；默认值为 None，表示不存储；
    • embed_sep (tuple): embedding latex的前后缀；只针对使用 MFD 时才有效；默认值为 (' $', '$ ')；
    • isolated_sep (tuple): isolated latex的前后缀；只针对使用 MFD 时才有效；默认值为 ('$$\n', '\n$$')。

返回结果为列表（list），列表中的每个元素为dict，包含如下 key：

  • type：识别出的图像类别；
    • 当开启Analyzer时（use_analyzer==True），取值为 text（纯文本）、isolated（独立行的数学公式） 或者 text-embed（文本行中包含了嵌入式的数学公式）；
    • 当未开启Analyzer时（use_analyzer==False），取值为formula（纯数学公式）、english（纯英文文字）、general（纯文字，可能包含中英文）；
  • text：识别出的文字或Latex表达式；
  • position：所在块的位置信息，np.ndarray, with shape of [4, 2]。

Pix2Text 类也实现了 __call__() 函数，其功能与 .recognize() 函数完全相同。所以才会有以下的调用方式：

from pix2text import Pix2Text

img_fp = './docs/examples/formula.jpg'
p2t = Pix2Text(analyzer_config=dict(model_name='mfd'))
outs = p2t(img_fp, resized_shape=600)  # 也可以使用 `p2t.recognize(img_fp)` 获得相同的结果
print(outs)
# 如果只需要识别出的文字和Latex表示，可以使用下面行的代码合并所有结果
only_text = '\n'.join([out['text'] for out in outs])

脚本使用

P2T 包含了以下命令行工具。

对单张图片或单个文件夹中的图片进行识别

使用命令 p2t predict 预测单个文件或文件夹中所有图片，以下是使用说明：

$ p2t predict -h
Usage: p2t predict [OPTIONS]

  模型预测

Options:
  --use-analyzer / --no-use-analyzer
                                  是否使用 MFD 或者版面分析 Analyzer  [default: use-
                                  analyzer]
  -a, --analyzer-name [mfd|layout]
                                  使用哪个Analyzer，MFD还是版面分析  [default: mfd]
  -d, --device TEXT               使用 `cpu` 还是 `gpu` 运行代码，也可指定为特定gpu，如`cuda:0`
                                  [default: cpu]
  --resized-shape INTEGER         把图片宽度resize到此大小再进行处理  [default: 700]
  -i, --img-file-or-dir TEXT      输入图片的文件路径或者指定的文件夹  [required]
  --save-analysis-res TEXT        把解析结果存储到此文件或目录中（如果"--img-file-or-dir"
                                  为文件/文件夹，则"--save-analysis-res"
                                  也应该是文件/文件夹）。取值为 `None` 表示不存储 [default: None]
  -l, --log-level TEXT            Log Level, such as `INFO`, `DEBUG`
                                  [default: INFO]
  -h, --help                      Show this message and exit.

HTTP服务

Pix2Text 加入了基于 FastAPI 的HTTP服务。开启服务需要安装几个额外的包，可以使用以下命令安装：

$ pip install pix2text[serve]

安装完成后，可以通过以下命令启动HTTP服务（-p 后面的数字是端口，可以根据需要自行调整）：

$ p2t serve -p 8503

p2t serve 命令使用说明：

$ p2t serve -h
Usage: p2t serve [OPTIONS]

  开启HTTP服务。

Options:
  -H, --host TEXT     server host  [default: 0.0.0.0]
  -p, --port INTEGER  server port  [default: 8503]
  --reload            whether to reload the server when the codes have been
                      changed
  -h, --help          Show this message and exit.

服务开启后，可以使用以下方式调用服务。

命令行

比如待识别文件为 docs/examples/mixed.jpg，如下使用 curl 调用服务：

$ curl -F image=@docs/examples/mixed.jpg --form 'use_analyzer=true' --form 'resized_shape=600' http://0.0.0.0:8503/pix2text

Python

使用如下方式调用服务，参考文件 scripts/try_service.py：

import requests

url = 'http://0.0.0.0:8503/pix2text'

image_fp = 'docs/examples/mixed.jpg'
data = {
    "use_analyzer": True,
    "resized_shape": 600,
    "embed_sep": " $,$ ",
    "isolated_sep": "$$\n, \n$$"
}
files = {
    "image": (image_fp, open(image_fp, 'rb'))
}

r = requests.post(url, data=data, files=files)

outs = r.json()['results']
only_text = '\n'.join([out['text'] for out in outs])
print(f'{only_text=}')

其他语言

请参照 curl 的调用方式自行实现。

脚本运行

脚本 scripts/screenshot_daemon.py 实现了自动对截屏图片调用 Pixe2Text 进行公式或者文字识别。这个功能是如何实现的呢？

以下是具体的运行流程（请先安装好 Pix2Text）：

  1. 找一个喜欢的截屏软件，这个软件只要支持把截屏图片存储在指定文件夹即可。比如Mac下免费的 Xnip 就很好用。

  2. 除了安装Pix2Text外，还需要额外安装一个Python包 pyperclip，利用它把识别结果复制进系统的剪切板：

    $ pip install pyperclip

  3. 下载脚本文件 scripts/screenshot_daemon.py 到本地，编辑此文件 "SCREENSHOT_DIR" 所在行（第 17 行），把路径改为你的截屏图片所存储的目录。

  4. 运行此脚本：

    $ python scripts/screenshot_daemon.py

好了，现在就用你的截屏软件试试效果吧。截屏后的识别结果会写入电脑剪切板，直接 Ctrl-V / Cmd-V 即可粘贴使用。

官方代码库：

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