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# Invoice Master POC v2
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自动发票字段提取系统 - 使用 YOLOv11 + PaddleOCR 从瑞典 PDF 发票中提取结构化数据。
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## 项目概述
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本项目实现了一个完整的发票字段自动提取流程：
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1. **自动标注**: 利用已有 CSV 结构化数据 + OCR 自动生成 YOLO 训练标注
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2. **模型训练**: 使用 YOLOv11 训练字段检测模型，支持数据增强
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3. **推理提取**: 检测字段区域 -> OCR 提取文本 -> 字段规范化
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4. **Web 管理**: React 前端 + FastAPI 后端，支持文档管理、数据集构建、模型训练和版本管理
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### 架构
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项目采用 **monorepo + 三包分离** 架构，训练和推理可独立部署：
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```
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packages/
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├── shared/ # 共享库 (PDF, OCR, 规范化, 匹配, 存储, 训练)
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├── training/ # 训练服务 (GPU, 按需启动)
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└── inference/ # 推理服务 (常驻运行)
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frontend/ # React 前端 (Vite + TypeScript + TailwindCSS)
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```
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| 服务 | 部署目标 | GPU | 生命周期 |
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|------|---------|-----|---------|
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| **Frontend** | Vercel / Nginx | 否 | 常驻 |
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| **Inference** | Azure App Service / AWS | 可选 | 常驻 7x24 |
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| **Training** | Azure ACI / AWS ECS | 必需 | 按需启动/销毁 |
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两个服务通过共享 PostgreSQL 数据库通信。推理服务通过 API 触发训练任务，训练服务从数据库拾取任务执行。
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### 当前进度
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| 指标 | 数值 |
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|------|------|
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| **已标注文档** | 9,738 (9,709 成功) |
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| **总体字段匹配率** | 94.8% (82,604/87,121) |
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| **测试** | 1,601 passed |
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| **测试覆盖率** | 28% |
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| **模型 mAP@0.5** | 93.5% |
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**各字段匹配率:**
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| 字段 | 匹配率 | 说明 |
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|------|--------|------|
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| supplier_accounts(Bankgiro) | 100.0% | 供应商 Bankgiro |
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| supplier_accounts(Plusgiro) | 100.0% | 供应商 Plusgiro |
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| Plusgiro | 99.4% | 支付 Plusgiro |
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| OCR | 99.1% | OCR 参考号 |
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| Bankgiro | 99.0% | 支付 Bankgiro |
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| InvoiceNumber | 98.9% | 发票号码 |
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| InvoiceDueDate | 95.9% | 到期日期 |
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| InvoiceDate | 95.5% | 发票日期 |
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| Amount | 91.3% | 金额 |
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| supplier_organisation_number | 78.2% | 供应商组织号 (CSV 数据质量问题) |
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## 运行环境
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本项目**必须**在 **WSL + Conda** 环境中运行。
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### 系统要求
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| 环境 | 要求 |
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|------|------|
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| **WSL** | WSL 2 + Ubuntu 22.04 |
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| **Conda** | Miniconda 或 Anaconda |
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| **Python** | 3.11+ (通过 Conda 管理) |
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| **GPU** | NVIDIA GPU + CUDA 12.x (强烈推荐) |
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| **数据库** | PostgreSQL (存储标注结果) |
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## 安装
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```bash
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# 1. 进入 WSL
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wsl -d Ubuntu-22.04
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# 2. 创建 Conda 环境
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conda create -n invoice-py311 python=3.11 -y
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|
conda activate invoice-py311
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# 3. 进入项目目录
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cd /mnt/c/Users/yaoji/git/ColaCoder/invoice-master-poc-v2
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# 4. 安装三个包 (editable mode)
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pip install -e packages/shared
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pip install -e packages/training
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pip install -e packages/inference
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```
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## 项目结构
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```
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invoice-master-poc-v2/
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├── packages/
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│ ├── shared/ # 共享库
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│ │ ├── setup.py
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|
│ │ └── shared/
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│ │ ├── pdf/ # PDF 处理 (提取, 渲染, 检测)
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|
│ │ ├── ocr/ # PaddleOCR 封装 + 机器码解析
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│ │ ├── normalize/ # 字段规范化 (10 种 normalizer)
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│ │ ├── matcher/ # 字段匹配 (精确/子串/模糊)
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│ │ ├── storage/ # 存储抽象层 (Local/Azure/S3)
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|
│ │ ├── training/ # 共享训练组件 (YOLOTrainer)
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|
│ │ ├── augmentation/ # 数据增强 (DatasetAugmenter)
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|
│ │ ├── utils/ # 工具 (验证, 清理, 模糊匹配)
|
|
│ │ ├── data/ # DocumentDB, CSVLoader
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|
│ │ ├── config.py # 全局配置 (数据库, 路径, DPI)
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│ │ └── exceptions.py # 异常定义
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|
│ │
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|
│ ├── training/ # 训练服务 (GPU, 按需)
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│ │ ├── setup.py
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|
│ │ ├── Dockerfile
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│ │ ├── run_training.py # 入口 (--task-id 或 --poll)
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│ │ └── training/
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|
│ │ ├── cli/ # train, autolabel, analyze_*, validate
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|
│ │ ├── yolo/ # db_dataset, annotation_generator
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|
│ │ ├── processing/ # CPU/GPU worker pool, task dispatcher
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│ │ └── data/ # training_db, autolabel_report
|
|
│ │
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|
│ └── inference/ # 推理服务 (常驻)
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│ ├── setup.py
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│ ├── Dockerfile
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│ ├── run_server.py # Web 服务器入口
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│ └── inference/
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│ ├── cli/ # infer, serve
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│ ├── pipeline/ # YOLO 检测, 字段提取, 解析器
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│ ├── web/ # FastAPI 应用
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│ │ ├── api/v1/ # REST API (admin, public, batch)
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│ │ ├── schemas/ # Pydantic 数据模型
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│ │ ├── services/ # 业务逻辑
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│ │ ├── core/ # 认证, 调度器, 限流
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│ │ └── workers/ # 后台任务队列
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│ ├── validation/ # LLM 验证器
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│ ├── data/ # AdminDB, AsyncRequestDB, Models
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│ └── azure/ # ACI 训练触发器
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|
│
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├── frontend/ # React 前端 (Vite + TypeScript + TailwindCSS)
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│ ├── src/
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│ │ ├── api/ # API 客户端 (axios + react-query)
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│ │ ├── components/ # UI 组件
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│ │ │ ├── Dashboard.tsx # 文档管理面板
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│ │ │ ├── Training.tsx # 训练管理 (数据集/任务)
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|
│ │ │ ├── Models.tsx # 模型版本管理
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|
│ │ │ ├── DatasetDetail.tsx # 数据集详情
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│ │ │ └── InferenceDemo.tsx # 推理演示
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│ │ └── hooks/ # React Query hooks
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│ └── package.json
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|
│
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├── migrations/ # 数据库迁移 (SQL)
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│ ├── 003_training_tasks.sql
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│ ├── 004_training_datasets.sql
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│ ├── 005_add_group_key.sql
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|
│ ├── 006_model_versions.sql
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|
│ ├── 007_training_tasks_extra_columns.sql
|
|
│ ├── 008_fix_model_versions_fk.sql
|
|
│ ├── 009_add_document_category.sql
|
|
│ └── 010_add_dataset_training_status.sql
|
|
│
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|
├── tests/ # 测试 (1,601 tests)
|
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├── docker-compose.yml # 本地开发 (postgres + inference + training)
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├── run_server.py # 快捷启动脚本
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└── runs/train/ # 训练输出 (weights, curves)
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|
```
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## 支持的字段
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| 类别 ID | 字段名 | 说明 |
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|---------|--------|------|
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| 0 | invoice_number | 发票号码 |
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| 1 | invoice_date | 发票日期 |
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| 2 | invoice_due_date | 到期日期 |
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| 3 | ocr_number | OCR 参考号 (瑞典支付系统) |
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| 4 | bankgiro | Bankgiro 号码 |
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|
| 5 | plusgiro | Plusgiro 号码 |
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| 6 | amount | 金额 |
|
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| 7 | supplier_organisation_number | 供应商组织号 |
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|
| 8 | payment_line | 支付行 (机器可读格式) |
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|
| 9 | customer_number | 客户编号 |
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|
## 快速开始
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### 1. 自动标注
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|
```bash
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|
# 使用双池模式 (CPU + GPU)
|
|
python -m training.cli.autolabel \
|
|
--dual-pool \
|
|
--cpu-workers 3 \
|
|
--gpu-workers 1
|
|
|
|
# 单线程模式
|
|
python -m training.cli.autolabel --workers 4
|
|
```
|
|
|
|
### 2. 训练模型
|
|
|
|
```bash
|
|
# 从预训练模型开始训练
|
|
python -m training.cli.train \
|
|
--model yolo11n.pt \
|
|
--epochs 100 \
|
|
--batch 16 \
|
|
--name invoice_fields \
|
|
--dpi 150
|
|
|
|
# 低内存模式
|
|
python -m training.cli.train \
|
|
--model yolo11n.pt \
|
|
--epochs 100 \
|
|
--name invoice_fields \
|
|
--low-memory
|
|
|
|
# 从检查点恢复训练
|
|
python -m training.cli.train \
|
|
--model runs/train/invoice_fields/weights/last.pt \
|
|
--epochs 100 \
|
|
--name invoice_fields \
|
|
--resume
|
|
```
|
|
|
|
### 3. 推理
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|
|
|
```bash
|
|
# 命令行推理
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|
python -m inference.cli.infer \
|
|
--model runs/train/invoice_fields/weights/best.pt \
|
|
--input path/to/invoice.pdf \
|
|
--output result.json \
|
|
--gpu
|
|
```
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|
|
|
### 4. Web 应用
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|
```bash
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|
# 从 Windows PowerShell 启动
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|
wsl bash -c "source ~/miniconda3/etc/profile.d/conda.sh && conda activate invoice-py311 && cd /mnt/c/Users/yaoji/git/ColaCoder/invoice-master-poc-v2 && python run_server.py --port 8000"
|
|
|
|
# 启动前端
|
|
cd frontend && npm install && npm run dev
|
|
# 访问 http://localhost:5173
|
|
```
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|
### 5. Docker 本地开发
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|
|
|
```bash
|
|
docker-compose up
|
|
# inference: http://localhost:8000
|
|
# training: 轮询模式自动拾取任务
|
|
```
|
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|
## 训练触发流程
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|
推理服务通过 API 触发训练，训练在独立的 GPU 实例上执行：
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|
```
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|
Inference API PostgreSQL Training (ACI)
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| | |
|
|
POST /admin/training/trigger | |
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|
|-> INSERT training_tasks ------>| status=pending |
|
|
|-> Azure SDK: create ACI --------------------------------> 启动
|
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| | |
|
|
| |<-- SELECT pending -----+
|
|
| |--- UPDATE running -----+
|
|
| | 执行训练...
|
|
| |<-- UPDATE completed ---+
|
|
| | + model_path |
|
|
| | + metrics 自动关机
|
|
| | |
|
|
GET /admin/training/{id} | |
|
|
|-> SELECT training_tasks ------>| |
|
|
+-- return status + metrics | |
|
|
```
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|
## Web API 端点
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|
**Public API:**
|
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|
| 方法 | 端点 | 描述 |
|
|
|------|------|------|
|
|
| GET | `/api/v1/health` | 健康检查 |
|
|
| POST | `/api/v1/infer` | 上传文件并推理 |
|
|
| GET | `/api/v1/results/{filename}` | 获取可视化图片 |
|
|
| POST | `/api/v1/async/infer` | 异步推理 |
|
|
| GET | `/api/v1/async/status/{task_id}` | 查询异步任务状态 |
|
|
|
|
**Admin API** (需要 `X-Admin-Token` header):
|
|
|
|
| 方法 | 端点 | 描述 |
|
|
|------|------|------|
|
|
| POST | `/api/v1/admin/auth/login` | 管理员登录 |
|
|
| GET | `/api/v1/admin/documents` | 文档列表 |
|
|
| POST | `/api/v1/admin/documents/upload` | 上传 PDF |
|
|
| GET | `/api/v1/admin/documents/{id}` | 文档详情 |
|
|
| PATCH | `/api/v1/admin/documents/{id}/status` | 更新文档状态 |
|
|
| PATCH | `/api/v1/admin/documents/{id}/category` | 更新文档分类 |
|
|
| GET | `/api/v1/admin/documents/categories` | 获取分类列表 |
|
|
| POST | `/api/v1/admin/documents/{id}/annotations` | 创建标注 |
|
|
|
|
**Training API:**
|
|
|
|
| 方法 | 端点 | 描述 |
|
|
|------|------|------|
|
|
| POST | `/api/v1/admin/training/datasets` | 创建数据集 |
|
|
| GET | `/api/v1/admin/training/datasets` | 数据集列表 |
|
|
| GET | `/api/v1/admin/training/datasets/{id}` | 数据集详情 |
|
|
| DELETE | `/api/v1/admin/training/datasets/{id}` | 删除数据集 |
|
|
| POST | `/api/v1/admin/training/tasks` | 创建训练任务 |
|
|
| GET | `/api/v1/admin/training/tasks` | 任务列表 |
|
|
| GET | `/api/v1/admin/training/tasks/{id}` | 任务详情 |
|
|
| GET | `/api/v1/admin/training/tasks/{id}/logs` | 训练日志 |
|
|
|
|
**Model Versions API:**
|
|
|
|
| 方法 | 端点 | 描述 |
|
|
|------|------|------|
|
|
| GET | `/api/v1/admin/models` | 模型版本列表 |
|
|
| GET | `/api/v1/admin/models/{id}` | 模型详情 |
|
|
| POST | `/api/v1/admin/models/{id}/activate` | 激活模型 |
|
|
| POST | `/api/v1/admin/models/{id}/archive` | 归档模型 |
|
|
| DELETE | `/api/v1/admin/models/{id}` | 删除模型 |
|
|
|
|
## Python API
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|
|
|
```python
|
|
from inference.pipeline import InferencePipeline
|
|
|
|
# 初始化
|
|
pipeline = InferencePipeline(
|
|
model_path='runs/train/invoice_fields/weights/best.pt',
|
|
confidence_threshold=0.25,
|
|
use_gpu=True,
|
|
dpi=150,
|
|
enable_fallback=True
|
|
)
|
|
|
|
# 处理 PDF
|
|
result = pipeline.process_pdf('invoice.pdf')
|
|
|
|
print(result.fields)
|
|
# {'InvoiceNumber': '12345', 'Amount': '1234.56', ...}
|
|
|
|
print(result.confidence)
|
|
# {'InvoiceNumber': 0.95, 'Amount': 0.92, ...}
|
|
|
|
# 交叉验证
|
|
if result.cross_validation:
|
|
print(f"OCR match: {result.cross_validation.ocr_match}")
|
|
```
|
|
|
|
```python
|
|
from inference.pipeline.payment_line_parser import PaymentLineParser
|
|
from inference.pipeline.customer_number_parser import CustomerNumberParser
|
|
|
|
# Payment Line 解析
|
|
parser = PaymentLineParser()
|
|
result = parser.parse("# 94228110015950070 # 15658 00 8 > 48666036#14#")
|
|
print(f"OCR: {result.ocr_number}, Amount: {result.amount}")
|
|
|
|
# Customer Number 解析
|
|
parser = CustomerNumberParser()
|
|
result = parser.parse("Said, Shakar Umj 436-R Billo")
|
|
print(f"Customer Number: {result}") # "UMJ 436-R"
|
|
```
|
|
|
|
## DPI 配置
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|
|
|
系统所有组件统一使用 **150 DPI**。DPI 必须在训练和推理时保持一致。
|
|
|
|
| 组件 | 配置位置 |
|
|
|------|---------|
|
|
| 全局常量 | `packages/shared/shared/config.py` -> `DEFAULT_DPI = 150` |
|
|
| Web 推理 | `packages/inference/inference/web/config.py` -> `ModelConfig.dpi` |
|
|
| CLI 推理 | `python -m inference.cli.infer --dpi 150` |
|
|
| 自动标注 | `packages/shared/shared/config.py` -> `AUTOLABEL['dpi']` |
|
|
|
|
## 数据库架构
|
|
|
|
| 数据库 | 用途 | 存储内容 |
|
|
|--------|------|----------|
|
|
| **PostgreSQL** | 主数据库 | 文档、标注、训练任务、数据集、模型版本 |
|
|
|
|
### 主要表
|
|
|
|
| 表名 | 说明 |
|
|
|------|------|
|
|
| `admin_documents` | 文档管理 (PDF 元数据, 状态, 分类) |
|
|
| `admin_annotations` | 标注数据 (YOLO 格式边界框) |
|
|
| `training_tasks` | 训练任务 (状态, 配置, 指标) |
|
|
| `training_datasets` | 数据集 (train/val/test 分割) |
|
|
| `dataset_documents` | 数据集-文档关联 |
|
|
| `model_versions` | 模型版本管理 (激活/归档) |
|
|
| `admin_tokens` | 管理员认证令牌 |
|
|
| `async_requests` | 异步推理请求 |
|
|
|
|
### 数据集状态
|
|
|
|
| 状态 | 说明 |
|
|
|------|------|
|
|
| `building` | 正在构建数据集 |
|
|
| `ready` | 数据集就绪，可开始训练 |
|
|
| `trained` | 已完成训练 |
|
|
| `failed` | 构建失败 |
|
|
| `archived` | 已归档 |
|
|
|
|
### 训练状态
|
|
|
|
| 状态 | 说明 |
|
|
|------|------|
|
|
| `pending` | 等待执行 |
|
|
| `scheduled` | 已计划 |
|
|
| `running` | 正在训练 |
|
|
| `completed` | 训练完成 |
|
|
| `failed` | 训练失败 |
|
|
| `cancelled` | 已取消 |
|
|
|
|
## 测试
|
|
|
|
```bash
|
|
# 运行所有测试
|
|
DB_PASSWORD=xxx pytest tests/ -q
|
|
|
|
# 运行并查看覆盖率
|
|
DB_PASSWORD=xxx pytest tests/ --cov=packages --cov-report=term-missing
|
|
```
|
|
|
|
| 指标 | 数值 |
|
|
|------|------|
|
|
| **测试总数** | 1,601 |
|
|
| **通过率** | 100% |
|
|
| **覆盖率** | 28% |
|
|
|
|
## 存储抽象层
|
|
|
|
统一的文件存储接口，支持多后端切换：
|
|
|
|
| 后端 | 用途 | 安装 |
|
|
|------|------|------|
|
|
| **Local** | 本地开发/测试 | 默认 |
|
|
| **Azure Blob** | Azure 云部署 | `pip install -e "packages/shared[azure]"` |
|
|
| **AWS S3** | AWS 云部署 | `pip install -e "packages/shared[s3]"` |
|
|
|
|
### 配置文件 (storage.yaml)
|
|
|
|
```yaml
|
|
backend: ${STORAGE_BACKEND:-local}
|
|
presigned_url_expiry: 3600
|
|
|
|
local:
|
|
base_path: ${STORAGE_BASE_PATH:-./data/storage}
|
|
|
|
azure:
|
|
connection_string: ${AZURE_STORAGE_CONNECTION_STRING}
|
|
container_name: ${AZURE_STORAGE_CONTAINER:-documents}
|
|
|
|
s3:
|
|
bucket_name: ${AWS_S3_BUCKET}
|
|
region_name: ${AWS_REGION:-us-east-1}
|
|
```
|
|
|
|
### 使用示例
|
|
|
|
```python
|
|
from shared.storage import get_storage_backend
|
|
|
|
# 从配置文件加载
|
|
storage = get_storage_backend("storage.yaml")
|
|
|
|
# 上传文件
|
|
storage.upload(Path("local.pdf"), "documents/invoice.pdf")
|
|
|
|
# 获取预签名 URL (前端访问)
|
|
url = storage.get_presigned_url("documents/invoice.pdf", expires_in_seconds=3600)
|
|
```
|
|
|
|
### 环境变量
|
|
|
|
| 变量 | 后端 | 说明 |
|
|
|------|------|------|
|
|
| `STORAGE_BACKEND` | 全部 | `local`, `azure_blob`, `s3` |
|
|
| `STORAGE_BASE_PATH` | Local | 本地存储路径 |
|
|
| `AZURE_STORAGE_CONNECTION_STRING` | Azure | 连接字符串 |
|
|
| `AZURE_STORAGE_CONTAINER` | Azure | 容器名称 |
|
|
| `AWS_S3_BUCKET` | S3 | 存储桶名称 |
|
|
| `AWS_REGION` | S3 | 区域 (默认: us-east-1) |
|
|
|
|
## 数据增强
|
|
|
|
训练时支持多种数据增强策略：
|
|
|
|
| 增强类型 | 说明 |
|
|
|----------|------|
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| `perspective_warp` | 透视变换 (模拟扫描角度) |
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| `wrinkle` | 皱纹效果 |
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| `edge_damage` | 边缘损坏 |
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| `stain` | 污渍效果 |
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| `lighting_variation` | 光照变化 |
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| `shadow` | 阴影效果 |
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| `gaussian_blur` | 高斯模糊 |
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| `motion_blur` | 运动模糊 |
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| `gaussian_noise` | 高斯噪声 |
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| `salt_pepper` | 椒盐噪声 |
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| `paper_texture` | 纸张纹理 |
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| `scanner_artifacts` | 扫描伪影 |
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增强配置示例：
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```json
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{
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"augmentation": {
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"gaussian_blur": { "enabled": true, "kernel_size": 5 },
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"perspective_warp": { "enabled": true, "intensity": 0.1 }
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},
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"augmentation_multiplier": 2
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}
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```
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## 前端功能
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React 前端提供以下功能模块：
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| 模块 | 功能 |
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|------|------|
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| **Dashboard** | 文档列表、上传、标注状态管理、分类筛选 |
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| **Training** | 数据集创建/管理、训练任务配置、增强设置 |
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| **Models** | 模型版本管理、激活/归档、指标查看 |
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| **Inference Demo** | 实时推理演示、结果可视化 |
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### 启动前端
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```bash
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cd frontend
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npm install
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npm run dev
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# 访问 http://localhost:5173
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```
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## 技术栈
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| 组件 | 技术 |
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|------|------|
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| **目标检测** | YOLOv11 (Ultralytics) |
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| **OCR 引擎** | PaddleOCR v5 (PP-OCRv5) |
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| **PDF 处理** | PyMuPDF (fitz) |
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| **数据库** | PostgreSQL + SQLModel |
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| **Web 框架** | FastAPI + Uvicorn |
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| **前端** | React + TypeScript + Vite + TailwindCSS |
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| **状态管理** | React Query (TanStack Query) |
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| **深度学习** | PyTorch + CUDA 12.x |
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| **部署** | Docker + Azure/AWS (训练) / App Service (推理) |
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## 环境变量
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| 变量 | 必需 | 说明 |
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| `DB_PASSWORD` | 是 | PostgreSQL 密码 |
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| `DB_HOST` | 否 | 数据库主机 (默认: localhost) |
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| `DB_PORT` | 否 | 数据库端口 (默认: 5432) |
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| `DB_NAME` | 否 | 数据库名 (默认: docmaster) |
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| `DB_USER` | 否 | 数据库用户 (默认: docmaster) |
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| `STORAGE_BASE_PATH` | 否 | 存储路径 (默认: ~/invoice-data/data) |
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| `MODEL_PATH` | 否 | 模型路径 |
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| `CONFIDENCE_THRESHOLD` | 否 | 置信度阈值 (默认: 0.5) |
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| `SERVER_HOST` | 否 | 服务器主机 (默认: 0.0.0.0) |
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| `SERVER_PORT` | 否 | 服务器端口 (默认: 8000) |
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## 许可证
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MIT License
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