Επεξεργασία ψηφιακών εγγραφών
Authors: Νικολάου Νικόλαος 
Published: August 2021

Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη των υφιστάμενων και η υλοποίηση νέων τεχνικών επεξεργασίας ψηφιακών εγγράφων. Ο σκοπός της επεξεργασίας ψηφιακών εγγράφων είναι η εξαγωγή και εκμετάλλευση της πληροφορίας που αυτά περιέχουν (κείμενο, εικόνες, γραφήματα κ.τ.λ.]. Αποτελεί μία ιδιαίτερα ενεργή ερευνητική περιοχή με πολλές και σημαντικές εφαρμογές όπως για παράδειγμα η οπτική αναγνώριση χαρακτήρων, η δημιουργία ψηφιακών αρχείων, η αποκατάσταση κατεστραμμένων ή σημαντικών ιστορικών εγγράφων, η ανάκτηση από βάσεις δεδομένων, η συμπίεση και μετάδοση κ.τ.λ. Συνολικά, στα πλαίσια της διατριβής έχουν αναπτυχθεί και υλοποιηθεί τέσσερις τεχνικές που ανήκουν στη γενική ερευνητική περιοχή της επεξεργασίας ψηφιακών εγγράφων. Οι τρεις πρώτες στοχεύουν στην εξαγωγή της πληροφορίας του κειμένου από έγχρωμα έγγραφα πολύπλοκης δομής (π.χ. εξώφυλλα βιβλίων και περιοδικών). Η εικόνα που προκύπτει ως το αποτέλεσμα της πρώτης τεχνικής αποτελεί την είσοδο για τη δεύτερη κάτι που επίσης ισχύει και μεταξύ της δεύτερης και τρίτης τεχνικής. Αν και ο κύριος σκοπός ήταν η εφαρμογή των τεχνικών σε έγχρωμα έγγραφα, η εφαρμογή τους σε έγγραφα με αποχρώσεις του γκρι είναι επίσης εφικτή. Η τέταρτη τεχνική αναπτύχθηκε στα πλαίσια του ερευνητικού έργου "POLYTIMO" και αφορά την κατάτμηση τυπωμένων ιστορικών εγγράφων. Στόχος της πρώτης τεχνικής είναι η τμηματοποίηση έγχρωμων εγγράφων με τρόπο που να επιτρέπει τη χρήση του αποτελέσματος από τεχνικές εξαγωγής της πληροφορίας του κειμένου, για εντοπισμό δηλαδή περιοχών κειμένου ή εξαγωγή των χαρακτήρων με τη μορφή δυαδικής εικόνας. Η τμηματοποίηση υλοποιείται μέσω της διαδικασίας μείωσης χρωμάτων σε κατάλληλο αριθμό ώστε να ομοιογενοποιούνται τα αντικείμενα του εγγράφου και να είναι δυνατή η εξαγωγή τους ως συνδεδεμένα αντικείμενα. Προτείνεται η προεπεξεργασία της εικόνας με τη χρήση ενός φίλτρου προσαρμοστικής εξομάλυνσης ώστε να βελτιωθεί η ποιότητα του εγγράφου και να αφαιρεθεί ένα μέρος του θορύβου και κυρίως του θορύβου υφής που προκύπτει μέσω της διαδικασίας ψηφιοποίησης. Ακολούθως, με μία πρωτότυπη μέθοδο δειγματοληψίας προσεγγίζουμε τις χρωματικές κλάσεις μέσα στον τρισδιάστατο χρωματικό χώρο RGB και με τη χρήση του αλγορίθμου μετατόπισης μέσης τιμής προσεγγίζονται τα τελικά χρωματικά κέντρα. Η δεύτερη τεχνική χρησιμοποιεί το αποτέλεσμα της πρώτης για να εντοπίσει τις περιοχές του κειμένου, να οριοθετήσει δηλαδή τις περιοχές του εγγράφου μέσα στις οποίες υπάρχει κείμενο. Υιοθετείται η προσέγγιση της ανάλυσης των συνδεδεμένων αντικειμένων, κάτι που επιτρέπει την εκτέλεση της τεχνικής σε σχετικά μικρό χρόνο σε σχέση με τη δεύτερη προσέγγιση που είναι η χρήση της πληροφορίας της υφής. Για κάθε χρωματικό επίπεδο που έχει προκύψει από τη διαδικασία της μείωσης των χρωμάτων ορίζεται μια δυαδική εικόνα και σε κάθε τέτοια εικόνα εφαρμόζεται η τεχνική. Στο τελικό στάδιο, συνδυάζονται όλα τα επιμέρους αποτελέσματα για να εξαχθούν οι τελικές περιοχές κειμένου. Η συγκεκριμένη τεχνική έχει την ικανότητα να ανιχνεύει κείμενο οριζόντιας αλλά και κάθετης διεύθυνσης ακόμα και όταν οι δύο αυτοί τύποι κειμένου συνυπάρχουν μέσα στο ίδιο έγγραφο. Επίσης, είναι δυνατή η ανίχνευση κειμένου που αποκλίνει από την οριζόντια και κάθετη διεύθυνση κατά 15 μοίρες. Η τρίτη τεχνική έχει ως στόχο τη δυαδικοποίηση έγχρωμων ψηφιακών εγγράφων. Χρησιμοποιούνται οι περιοχές κειμένου που εντόπισε η δεύτερη τεχνική και πάνω σε αυτές εφαρμόζονται τεχνικές δυαδικοποίησης έτσι ώστε το τελικό έγγραφο να αποτελείται από χαρακτήρες μαύρου χρώματος σε άσπρο φόντο, ανεξάρτητα από τις αρχικές αποχρώσεις κάθε περιοχής κειμένου. Η λογική αυτής της τεχνικής είναι η εκμετάλλευση της τοπικής πληροφορίας που μας προσφέρει το αποτέλεσμα του εντοπισμού των περιοχών κειμένου. Το κύριο πλεονέκτημα σε αυτήν την περίπτωση είναι η μεγαλύτερη αντίθεση που υπάρχει μεταξύ κειμένου και του τοπικού φόντου, η πολύ καλύτερη διάκριση που υπάρχει δηλαδή μεταξύ της κλάσης του χρώματος του κειμένου και των χρωμάτων του τοπικού φόντου. Τέλος, η τέταρτη τεχνική εφαρμόζεται σε δυαδικά έγγραφα που έχουν προκύψει από ψηφιοποίηση ιστορικών βιβλίων. Στόχος είναι η κατάτμησή τους σε τρία επίπεδα : γραμμές κειμένου, λέξεις και χαρακτήρες. Τα αποτελέσματα της τεχνικής μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάκτηση των εγγράφων από βάσεις δεδομένων καθώς και για τη μετατροπή τους σε ASCII χαρακτήρες μέσω ενός συστήματος αυτόματης αναγνώρισης χαρακτήρων. Στην τεχνική αυτή, προτείνεται η χρήση ενός τροποποιημένου αλγόριθμου εξομάλυνσης κατά μήκος διαδρομής ώστε να ξεπεραστούν οι αδυναμίες του κλασσικού αλγόριθμου RLSA, στοιχείο που αποτελεί και την κύρια συνεισφορά της τεχνικής. […]