5.2 多模态OCR架构：Donut、TrOCR、LayoutLMv3全面对比
引言
在上一节中，我们回顾了OCR技术的发展历程，从传统的模板匹配方法到现代的深度学习和生成式AI技术。随着多模态学习的兴起，OCR技术也迎来了新的发展机遇。现代多模态OCR架构不仅能够识别文本内容，还能理解文档的结构、布局和语义信息。
在本节中，我们将深入分析三种主流的多模态OCR架构：Donut、TrOCR和LayoutLMv3，全面对比它们的设计理念、技术特点、性能表现和应用场景，帮助你更好地理解和选择适合的OCR解决方案。
多模态OCR概述
什么是多模态OCR？
多模态OCR是指能够同时处理和理解多种模态信息（如图像、文本、布局等）的光学字符识别系统。相比传统的OCR技术，多模态OCR具有以下优势：
- 结构理解：不仅能识别文本，还能理解文档的结构和布局
- 语义理解：结合视觉和文本信息，更好地理解文档内容
- 端到端学习：从原始图像直接生成结构化输出
- 更强的泛化能力：适应各种复杂文档场景
Donut架构详解
架构设计
Donut（Document Understanding Transformer）是由NAVER CLOVA开发的端到端文档理解模型，它完全基于Transformer架构，无需OCR引擎即可直接从文档图像生成结构化输出。
importtorchimporttorch.nnasnnimportnumpyasnpclassDonutEncoder(nn.Module):def__init__(self,image_size=224,patch_size=16,dim=768,depth=12,heads=12):super(DonutEncoder,self).__init__()self.patch_size=patch_size self.num_patches=(image_size//patch_size)**2# Patch嵌入self.patch_embedding=nn.Conv2d(3,dim,kernel_size=patch_size,stride=patch_size)# 位置嵌入self.pos_embedding=nn.Parameter(torch.randn(1,self.num_patches+1,dim))# 分类标记self.cls_token=nn.Parameter(torch.randn(1,1,dim))# LayerNormself.norm=nn.LayerNorm(dim)# Transformer编码器encoder_layer=nn.TransformerEncoderLayer(d_model=dim,nhead=heads,dim_feedforward=dim*4,dropout=0.1,batch_first=True)self.transformer=nn.TransformerEncoder(encoder_layer,num_layers=depth)defforward(self,x):batch_size=x.shape[0]# Patch嵌入patches=self.patch_embedding(x)# (batch, dim, h, w)patches=patches.flatten(2).transpose(1,2)# (batch, num_patches, dim)# 添加分类标记cls_tokens=self.cls_token.expand(batch_size,-1,-1)features=torch.cat([cls_tokens,patches],dim=1)# 添加位置嵌入features=features+self.pos_embedding[:,:(features.size(1)),:]# LayerNormfeatures=self.norm(features)# Transformer编码features=self.transformer(features)returnfeaturesclassDonutDecoder(nn.Module):def__init__(self,vocab_size=30522,dim=768,depth=12,heads=12):super(DonutDecoder,self)<
