一个人开发扫描王之技术篇之图像切边
对于检测同一张“缺角”的，并处在杂乱背景中的文档。
从左到右分别是3亿人都在用的扫某王的效果，阿里高P带队的夸克的效果，最后是你们不知道的《扫描仙人》的效果
所有扫描类的软件，第一个要解决的问题，就是从照片中，识别出文档的位置。虽然目前物体检测算法已经比较成熟了，但我在开发过程中仍然踩了一些坑，今天一并分享出来。
我是在2024年开发的这个功能，我认为首先需要排除的方法就是“完全基于轮廓检测的图形学方法”，和“完全基于大模型的端到端方法”。
“完全基于轮廓检测的图形学方法”只能用于边缘清晰，背景是纯色的简单情况，像下图这种稍微带点杂物的情况，就不行了。此类方法虽然局限性很大，但仍然有必要了解原理，即便现在都用”基于神经网络“的方式去做物体检测了，但后处理中，仍然需要用到传统的轮廓检测，霍夫变换等步骤。
论效果，“完全基于大模型的端到端方法”肯定是最好的，但弊端是需要的训练，部署和使用成本都高，我一个人肯定是无法承担的，更无法满足有隐私需求的用户，属于杀鸡用了牛刀。
因此，我最先使用的方法，是先基于类似yolo分割模型，大致得到图片中“文档”的位置，然后再基于图形学的方法进行后处理。yolo模型可能是现在最容易“训练”的模型，被董袭莹小姐的博士论文科普后，更是无人不知。为了达到生产效果，我自己一共标注了500张图片，用blender脚本生成了2000张左右。500张自行标注的数据中涵盖了各类书籍，练习册，画册，试卷，医疗单据，小票，海报等，按照形状划分，大致包含
- 200张标准的和带有明显透视的，边缘清晰的矩形文档。
- 200张书籍，尤其是较厚的书籍带有曲面的页面
- 100张精心构造的“疑难杂症”标注，比如复杂背景上的文档，一张照片中多个文档，被遮挡的文档，缺角的文档，和背景色接近的文档等。
- 用blender渲染的文档主要都是上述第一类情况，但背景，光照会更为复杂和多样。
我试过，其实有100多张标注，yolo模型就基本可以工作了。但要达到行业一流水平，至少得标注500张以上。区区几百张标注，就可以工作的奥秘是yolo的数据增强，我认为yolo的数据增强比模型要精彩，我也借鉴了其中的方法，用到了后续模型的训练中。
聪明的你应该已经发现了，yolo模型得到的只是分割图，并不包含“文档”的4个顶点坐标。YOLO-OBB模型虽然可以输出顶点，但准确性较差。所以，我采用最开始提到的“完全基于轮廓检测的图形学方法”在分割图上计算文档的顶点。
（yolo官方的分割图边缘非常清晰，但实际上，文档和背景复杂多样，分割的边缘并不会如此完美）
让我很郁闷的是，yolo分割模型得到的结果，很可能无法得到近似的四边形（也就得不到4个顶点坐标），或者文档图像本来就不完整（角落被遮挡，部分位置在照片外等等）。直到我开始开发文档“去扭曲”模型时，我才意识到，其实根本不必纠结于“精确的文档顶点坐标”，得到“精确的文档顶点坐标”不就是为了“反透视”（将透视视角下的文档恢复为平面）变化嘛。而“去扭曲”模型，其实就是AI化的“反透视”变化。因此，在《扫描仙人》中，文档的4个顶点坐标仅用来框选文档的大致位置，并不是精确的。对于文章刚开头，“缺角”文档的例子中，《扫描仙人》推测的顶点是这样的，虽然不准确，但这并不影响“去扭曲”的效果！
既然后面要靠“去扭曲”模型进一步调整，所以第一步到底是用分割模型，还是用检测模型也就无所谓了。
最后，在工程上，文档检测最复杂的部分，应该要属 yolo模型的预处理和后处理，改写成手机的native代码了。我在写这一部分代码时，deepseek还没出现，chatgpt的能力也远不及现在，所以开发android native c++代码还是花费了点时间的。
用这个例子对比了《扫描全能王》和《夸克扫描王》的结果，虽然在这个case上侥幸取胜，但并不代表《扫描仙人》已经超越了头部玩家。我把《扫描仙人》定位成一款便宜好用的，让低频扫描用户不用再承担高额的订阅费。