微软认知服务应用秘籍 – 漫画翻译篇

概述

微软认知服务包括了影像、语音、语言、搜索、知识五大领域，通过对这些认知服务的独立或者组合使用，可以解决很多现实世界中的问题。作为AI小白，我们可以选择艰难地攀登崇山峻岭，也可以选择像牛顿一样站在巨人的肩膀上。本章节的内容就以"漫画翻译"为例，介绍如何灵活使用微软认知服务来实现自己的AI梦想。

日本漫画非常著名，如海贼王，神探柯南等系列漫画在中国的少年一代中是非常普及。国内专门有一批志愿者，全手工翻译这些漫画为中文版本，过程艰辛复杂，花费时间很长。能否使用AI来帮助加快这个过程呢？

小提示：漫画是有版权的，请大家要在尊重版权的前提下做合法的事。

漫画翻译，要做的事情有三步：

调用微软认知服务，用OCR(光学字符识别)服务识别出漫画上所有文字；
调用微软认知服务，用Text Translate(文本翻译)服务把日文翻译成中文；
自己写逻辑代码把中文文字贴回到以前的漫画中，覆盖以前的日文，生成新的漫画帧。

下图是展示最后的翻译效果，左侧是原漫画，右侧是翻译成中文的结果：

环境准备

安装Windows 10版本 1803，低一些的Windows 10版本也可以使用。Windows 7也可以运行本示例程序，但不建议使用，Windows 7的官方技术支持到2020/01/14结束。

小提示：如果您的机器不能运行Windows 10，说明硬件性能还是有些不够的。AI是建立在软硬件快速发展的基础上的，不建议您使用低配置的机器来做AI知识的学习。

安装Visual Studio 2017 Community。点击这里下载，对于本案例，安装时选择".NET桌面开发"即可满足要求。

申请微软认知服务密钥

申请OCR服务密钥

点击进入此页面：

在上图所示页面中"计算机影像"下点击"免费试用"：

根据自己的实际情况选择以上三个选项之一，这里以选择第一个"来宾"选项为例：

选择一个热爱的国家/地区，在上下两个复选框上（"我同意"，"我接受"）都打勾，点击"下一步"：

上图中以选择"Microsoft"账户为例继续：

最后得到了上面这个页面，这里的密钥(Key)和终结点(Endpoint)要在程序中使用，请保存好！

小提示：上面例子中的密钥只能再使用1天了，因为是7天的免费试用版本。所以当你的程序以前运行正常，某一天忽然从服务器不能得到正常的返回值时并且得到错误代码Unauthorized (401)，请首先检查密钥状态。

小提示：当试用的Key过期后，你是无法再申请试用Key的，只能申请正式的Key，这就要通过Azure门户。在Azure门户中申请好Computer Vision服务（包括OCR服务）的Key后，它会告诉你Endpoint是…../vision/v1.0，这个不用管它，在code里还保持……/vision/v2.0就可以了，两者的Key是通用的。

申请Text Translate文本翻译服务密钥

用自己的Azure账号登录Azure门户：

在上图中点击左侧的"All resources":

在上图中点击上方的 "+ Add"图标来创建资源，得到资源列表如下：

在上图中点击右侧列表中的"AI + Machine Learning"，得到下图的具体服务项目列表：

这里有个坑，文本翻译不在右侧的列表中，需要点击右上方的"See all"来展开所有项目：

哦，好吧，还是没有！保持耐心，继续点击Cognitive Services栏目的右侧的"More"按钮，得到更详细的列表：

还是没有？卷滚一下看看？到底，到底！OK，终于有了Translator Text，就是Ta：

创建这个服务时，我们选择F0就可以了。如果要是做商用软件的话，你可以选择S1或其他，100万个字符才花10美元，不贵不贵！

使用VS Tools for AI

是不是以上申请Key的过程太复杂了？那是因为Azure内容庞杂，网页设计层次太多！其实这个过程是可以简化的，因为我们有个Visual Studio Tools for AI扩展包！

打开VS2017，菜单上选择"工具(Tools)->扩展和更新(Extensions and Updates)"，在弹出的对话框左侧选择"联机(Online)"，在右侧上方输入"AI" 进行搜索，会看到"Microsoft Visual Studio Tools for AI"扩展包，下载完毕后关闭VS，这个扩展包就会自动安装。

安装完毕后，再次打开VS2017，点击菜单View->Server Explorer。如果安装了Tools for AI，此时会看到以下界面：

在AI Tools->Azure Cognitive Services下，可以看到我已经申请了2个service，ComputerVisionAPI和TranslateAPI就是我们想要的，这两个名字是自己在申请服务时指定的。

假设你还没有这两个服务，那么在Azure Cognitive Services上鼠标右键，然后选择Create New Cognitive Service，出现以下对话框：

在每个下拉框中显示的内容可能会每个人都不一样，绝大多数是用下拉框完成填充的，很方便。假设我想申请TextTranslation服务，那么我在Service Name上填写一个自己能看懂的名字就行了，比如我填写了"TranslateAPI"，这样比较直接。同理可以创建ComputerVisionAPI服务。服务的名字不会在Code中使用。

小结

我们废了老鼻子劲，得到了以下两个REST API的Endpoint和相关的Key：

OCR服务

Endpoint: https://westcentralus.api.cognitive.microsoft.com/vision/v2.0

Text Translate文本翻译服务

Endpoint: https://api.cognitive.microsofttranslator.com/translate?api-version=3.0

小提示：以上两个Endpoint的URL是目前最新的版本，请不要使用旧的版本如v1.0等等。

咱们是洗洗睡了，还是写代码？看天色还早，继续写代码吧！

构建代码

构建这个PC桌面应用，我们需要几个步骤：

在得到第一次的显示结果后，经过测试，有很大可能会根据结果再对界面进行调整，实际上也是一个局部的软件工程中的迭代开发。

界面设计

启动Visual Studio 2017, 创建一个基于C#语言的WPF(Windows Presentation Foundation)项目：

WPF是一个非常成熟的技术，在有界面展示和交互的情况下，使用XAML设计/渲染引擎，比WinForm程序要强101倍，再加上有C#语言利器的帮助，是写PC桌面前端应用的最佳组合。

给Project起个名字，比如叫"CartoonTranslate"，选择最新的.NET Framework (4.6以上)，然后点击"OK"。我们先一起来设计一下界面：

Input URL：用于输入互联网上的一张漫画图片的URL

Engine：指的是两个不同的算法引擎，其中，OCR旧引擎可以支持25种语言，识别效果可以接受；而Recognize Text新引擎目前只能支持英文，但效果比较好。

Language：制定当前要翻译的漫画的语言，我们只以英文和日文为例，其它国家的漫画相对较少，但一通百通，一样可以支持。

右侧的一堆Button了解一下：

Show：展示Input URL中的图片到下面的图片区

OCR：调用OCR服务

Translate：调用文本翻译服务，将日文或者英文翻译成中文

下侧大面积的图片区了解一下：

Source Image：原始漫画图片

Target Image：翻译成中文对白后的漫画图片

界面设计代码

我们在MainWindow.xaml文件里面填好以下code：

<Window x:Class="CartoonTranslate.MainWindow"
        xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
        xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
        xmlns:d="http://schemas.microsoft.com/expression/blend/2008"
        xmlns:mc="http://schemas.openxmlformats.org/markup-compatibility/2006"
        xmlns:local="clr-namespace:CartoonTranslate"
        mc:Ignorable="d"
        Title="MainWindow" Height="450" Width="800">
    <Grid>
        <Grid.RowDefinitions>
            <RowDefinition Height="Auto"/>
            <RowDefinition Height="Auto"/>
            <RowDefinition Height="Auto"/>
            <RowDefinition Height="*"/>
        </Grid.RowDefinitions>
        <StackPanel Orientation="Horizontal" Grid.Row="0">
            <TextBlock Grid.Row="0" Text="Input URL:"/>
            <TextBox x:Name="tb_Url" Grid.Row="1" Width="600"
                     Text="http://stat.ameba.jp/user_images/20121222/18/secretcube/2e/19/j/o0800112012341269548.jpg"/>
            <Button x:Name="btn_Show" Content="Show" Click="btn_Show_Click" Width="100"/>
            <Button x:Name="btn_OCR" Content="OCR" Click="btn_OCR_Click" Width="100"/>
            <Button x:Name="btn_Translate" Content="Translate" Click="btn_Translate_Click" Width="100"/>
        </StackPanel>
        <StackPanel Grid.Row="1" Orientation="Horizontal">
            <TextBlock Text="Engine:"/>
            <RadioButton x:Name="rb_V1" GroupName="gn_Engine" Content="OCR" Margin="20,0" IsChecked="True" Click="rb_V1_Click"/>
            <RadioButton x:Name="rb_V2" GroupName="gn_Engine" Content="Recognize Text" Click="rb_V2_Click"/>
            <TextBlock Text="Language:" Margin="20,0"/>
            <RadioButton x:Name="rb_English" GroupName="gn_Language" Content="English"/>
            <RadioButton x:Name="rb_Japanese" GroupName="gn_Language" Content="Japanese" IsChecked="True" Margin="20,0"/>
        </StackPanel>
        <Grid Grid.Row="3">
            <Grid.ColumnDefinitions>
                <ColumnDefinition Width="*"/>
                <ColumnDefinition Width="40"/>
                <ColumnDefinition Width="*"/>
            </Grid.ColumnDefinitions>
            <TextBlock Grid.Column="0" Text="Source Image" VerticalAlignment="Center" HorizontalAlignment="Center"/>
            <TextBlock Grid.Column="2" Text="Target Image" VerticalAlignment="Center" HorizontalAlignment="Center"/>
            <Image x:Name="imgSource" Grid.Column="0" Stretch="None" HorizontalAlignment="Left" VerticalAlignment="Top"/>
            <Image x:Name="imgTarget" Grid.Column="2" Stretch="None" HorizontalAlignment="Left" VerticalAlignment="Top"/>
            <Canvas x:Name="canvas_1" Grid.Column="0"/>
            <Canvas x:Name="canvas_2" Grid.Column="2"/>
        </Grid>
</Grid>
</Window>

处理事件

关于XAML语法的问题不在本文的讨论范围之内。上面的XAML写好后，编译时会出错，因为里面定义了很多事件，在C#文件中还没有实现。所以，我们现在把事件代码补上。

局部变量定义（在MainWindow.xaml.cs的MainWindow class里面）：

        // using “OCR” or “Recognize Text”
        private string Engine;
        // source language, English or Japanese
        private string Language;
        // OCR result object
        private OcrResult.Rootobject ocrResult;

按钮"Show"的事件

点击Show按钮的事件，把URL中的漫画的地址所指向的图片加载到窗口中显示：

 private void btn_Show_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            if (!Uri.IsWellFormedUriString(this.tb_Url.Text, UriKind.Absolute))
            {
                // show warning message
                return;
            }

            // show image at imgSource
            BitmapImage bi = new BitmapImage();
            bi.BeginInit();
            bi.UriSource = new Uri(this.tb_Url.Text);
            bi.EndInit();
            this.imgSource.Source = bi;
            this.imgTarget.Source = bi;
        }

在上面的代码中，同时给左右两个图片区域赋值，显示两张一样的图片。

按钮"OCR"的事件

点击OCR按钮的事件，会调用OCR REST API，然后根据返回结果把所有识别出来的文字用红色的矩形框标记上：

private async void btn_OCR_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            this.Engine = GetEngine();
            this.Language = GetLanguage();

            if (Engine == "OCR")
            {
                ocrResult = await CognitiveServiceAgent.DoOCR(this.tb_Url.Text, Language);
                foreach (OcrResult.Region region in ocrResult.regions)
                {
                    foreach (OcrResult.Line line in region.lines)
                    {
                        if (line.Convert())
                        {
                            Rectangle rect = new Rectangle()
                            {
                                Margin = new Thickness(line.BB[0], line.BB[1], 0, 0),
                                Width = line.BB[2],
                                Height = line.BB[3],
                                Stroke = Brushes.Red,
                                //Fill =Brushes.White
                            };
                            this.canvas_1.Children.Add(rect);
                        }
                    }
                }
            }
            else
            {
            }
        }

在上面的代码中，通过调用DoOCR()自定义函数返回了反序列化好的类，再依次把返回结果集中的每个矩形生成一个Rectangle图形类，它的left和top用Margin的方式来定义，width和height直接赋值即可，把这些Rectangle图形类的实例添加到canvas_1的Visual Tree里即可显示出来（这个就是WPF的好处啦，不用处理绘图事件，但性能不如用Graphics类直接绘图）。

按钮"Translate"的事件

点击Translate按钮的事件：

private async void btn_Translate_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            List<string> listTarget = await this.Translate();
            this.ShowTargetText(listTarget);
        }
        
        private async Task<List<string>> Translate()
        {
            List<string> listSource = new List<string>();
            List<string> listTarget = new List<string>();
            if (this.Version == "OCR")
            {
                foreach (OcrResult.Region region in ocrResult.regions)
                {
                    foreach (OcrResult.Line line in region.lines)
                    {
                        listSource.Add(line.TEXT);
                        if (listSource.Count >= 25)
                        {
                            List<string> listOutput = await CognitiveServiceAgent.DoTranslate(listSource, Language, "zh-Hans");
                            listTarget.AddRange(listOutput);
                            listSource.Clear();
                        }
                    }
                }
                if (listSource.Count > 0)
                {
                    List<string> listOutput = await CognitiveServiceAgent.DoTranslate(listSource, Language, "zh-Hans");
                    listTarget.AddRange(listOutput);
                }
            }

            return listTarget;
        }
        private void ShowTargetText(List<string> listTarget)
        {
            int i = 0;
            foreach (OcrResult.Region region in ocrResult.regions)
            {
                foreach (OcrResult.Line line in region.lines)
                {
                    string translatedLine = listTarget[i];

                    Rectangle rect = new Rectangle()
                    {
                        Margin = new Thickness(line.BB[0], line.BB[1], 0, 0),
                        Width = line.BB[2],
                        Height = line.BB[3],
                        Stroke = null,
                        Fill =Brushes.White
                    };
                    this.canvas_2.Children.Add(rect);

                    TextBlock tb = new TextBlock()
                    {
                        Margin = new Thickness(line.BB[0], line.BB[1], 0, 0),
                        Height = line.BB[3],
                        Width = line.BB[2],
                        Text = translatedLine,
                        FontSize = 16,
                        TextWrapping = TextWrapping.Wrap,
                        Foreground = Brushes.Red
                    };
                    this.canvas_2.Children.Add(tb);
                    i++;
                }
            }
        }

上面这段代码中，包含了两个函数：this.Translate()和this.ShowTargetText()。

我们先看第一个函数：最难理解的地方可能是有个"25"数字，这是因为Translate API允许一次提交多个字符串并一起返回结果，这样比你提交25次字符串要快的多。翻译好的结果按顺序放在listOutput里，供后面使用。

再看第二个函数：先根据原始文字的矩形区域，生成一些白色的实心矩形，把它们贴在右侧的目标图片上，达到把原始文字覆盖（扣去）的目的。然后再根据每个原始矩形生成一个TextBlock，设定好它的位置和尺寸，再设置好翻译后的结果(translatedLine)，这样就可以把中文文字贴到图上了。

选项按钮的事件

点击Radio Button的事件：

private void rb_V1_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            this.rb_Japanese.IsEnabled = true;
        }

        private void rb_V2_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            this.rb_English.IsChecked = true;
            this.rb_Japanese.IsChecked = false;
            this.rb_Japanese.IsEnabled = false;
        }
        private string GetLanguage()
        {
            if (this.rb_English.IsChecked == true)
            {
                return "en";
            }
            else
            {
                return "ja";
            }
        }

        private string GetEngine()
        {
            if (this.rb_V1.IsChecked == true)
            {
                return "OCR";
            }
            else
            {
                return "RecText";
            }
        }

API数据访问部分

我们需要在CatroonTranslate工程中添加以下三个.cs文件：

CognitiveServiceAgent.cs
OcrResult.cs
TranslateResult.cs

与认知服务交互

CognitiveServiceAgent.cs文件完成与REST API交互的工作，包括调用OCR服务的和调用翻译服务的代码：

using Newtonsoft.Json;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Linq;
using System.Net.Http;
using System.Net.Http.Headers;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Web;

namespace CartoonTranslate
{
    class CognitiveServiceAgent
    {
        const string OcrEndPointV1 = "https://westcentralus.api.cognitive.microsoft.com/vision/v2.0/ocr?detectOrientation=true&language=";
        const string OcrEndPointV2 = "https://westcentralus.api.cognitive.microsoft.com/vision/v2.0/recognizeText?mode=Printed";
        const string VisionKey1 = "4c20ac56e1e7459a05e1497270022b";
        const string VisionKey2 = "97992f0987e4be6b5be132309b8e57";
        const string UrlContentTemplate = "{{\"url\":\"{0}\"}}";

        const string TranslateEndPoint = "https://api.cognitive.microsofttranslator.com/translate?api-version=3.0&from={0}&to={1}";
        const string TKey1 = "04023df3a4c499b1fc82510b48826c";
        const string TKey2 = "9f76381748549cb503dae4a0d80a80";

        public static async Task<List<string>> DoTranslate(List<string> text, string fromLanguage, string toLanguage)
        {
            try
            {
                using (HttpClient hc = new HttpClient())
                {
                    hc.DefaultRequestHeaders.Add("Ocp-Apim-Subscription-Key", TKey1);
                    string jsonBody = CreateJsonBodyElement(text);
                    StringContent content = new StringContent(jsonBody, Encoding.UTF8, "application/json");
                    string uri = string.Format(TranslateEndPoint, fromLanguage, toLanguage);
                    HttpResponseMessage resp = await hc.PostAsync(uri, content);
                    string json = await resp.Content.ReadAsStringAsync();
                    var ro = Newtonsoft.Json.JsonConvert.DeserializeObject<List<TranslateResult.Class1>>(json);
                    List<string> list = new List<string>();
                    foreach(TranslateResult.Class1 c in ro)
                    {
                        list.Add(c.translations[0].text);
                    }
                    return list;
                }
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Debug.WriteLine(ex.Message);
                return null;
            }
        }

        private static string CreateJsonBodyElement(List<string> text)
        {
            var a = text.Select(t => new { Text = t }).ToList();
            var b = JsonConvert.SerializeObject(a);
            return b;
        }

        /// <summary>
        /// 
        /// </summary>
        /// <param name="imageUrl"></param>
        /// <param name="language">en, ja, zh</param>
        /// <returns></returns>
        public static async Task<OcrResult.Rootobject> DoOCR(string imageUrl, string language)
        {
            try
            {
                using (HttpClient hc = new HttpClient())
                {
                    ByteArrayContent content = CreateHeader(hc, imageUrl);
                    var uri = OcrEndPointV1 + language;
                    HttpResponseMessage resp = await hc.PostAsync(uri, content);
                    string result = string.Empty;
                    if (resp.StatusCode == System.Net.HttpStatusCode.OK)
                    {
                        string json = await resp.Content.ReadAsStringAsync();
                        Debug.WriteLine(json);
                        OcrResult.Rootobject ro = Newtonsoft.Json.JsonConvert.DeserializeObject<OcrResult.Rootobject>(json);
                        return ro;
                    }
                }
                return null;
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Debug.Write(ex.Message);
                return null;
            }
        }

        private static ByteArrayContent CreateHeader(HttpClient hc, string imageUrl)
        {
            hc.DefaultRequestHeaders.Add("Ocp-Apim-Subscription-Key", VisionKey1);
            string body = string.Format(UrlContentTemplate, imageUrl);
            byte[] byteData = Encoding.UTF8.GetBytes(body);
            var content = new ByteArrayContent(byteData);
            content.Headers.ContentType = new MediaTypeHeaderValue("application/json");
            return content;
        }
    }
}

小提示：以上两个Key是无法直接使用的，请使用自己申请的Key。

其中，DoTranslate()函数和DoOCR()函数都是HTTP调用，很容易理解。只有CreateJsonBodyElement函数需要解释一下。前面提到过我们一次允许给服务器提交25个字符串做批量翻译，因此传进来的是个List<string>，经过这个函数的简单处理，会得到以下JSON格式的数据作为HTTP的Body：

// JSON Data as Body
[
        {“Text” : ”第1个字符串”},
        {“Text” : ”第2个字符串”},
        ……..
        {“Text” : ”第25个字符串”},
]

OCR服务的数据类定义

OcrResult.cs文件是OCR服务返回的JSON数据所对应的类，用于反序列化：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace CartoonTranslate.OcrResult
{
    public class Rootobject
    {
        public string language { get; set; }
        public string orientation { get; set; }
        public float textAngle { get; set; }
        public Region[] regions { get; set; }
    }

    public class Region
    {
        public string boundingBox { get; set; }
        public Line[] lines { get; set; }
    }

    public class Line
    {
        public string boundingBox { get; set; }
        public Word[] words { get; set; }

        public int[] BB { get; set; }
        public string TEXT { get; set; }


        public bool Convert()
        {
            CombineWordToSentence();
            return ConvertBBFromString2Int();
        }

        private bool ConvertBBFromString2Int()
        {
            string[] tmp = boundingBox.Split(new char[] { ',' }, StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries);
            if (tmp.Length == 4)
            {
                BB = new int[4];
                for (int i = 0; i < 4; i++)
                {
                    int.TryParse(tmp[i], out BB[i]);
                }
                return true;
            }
            return false;
        }

        private void CombineWordToSentence()
        {
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            foreach (Word word in words)
            {
                sb.Append(word.text);
            }
            this.TEXT = sb.ToString();
        }

    }

    public class Word
    {
        public string boundingBox { get; set; }
        public string text { get; set; }
    }
}

需要说明的是，服务器返回的boundingBox是个string类型，在后面使用起来不太方便，需要把它转换成整数，所以增加了CovertBBFromString2Int()函数。还有就是返回的是一个个的词(Word)，而不是一句话，所以增加了CombineWordToSentence()来把词连成句子。

翻译服务的数据类定义

TranslateResult.cs文件翻译服务返回的JSON所对应的类，用于反序列化：

namespace CartoonTranslate.TranslateResult
{
    public class Class1
    {
        public Translation[] translations { get; set; }
    }

    public class Translation
    {
        public string text { get; set; }
        public string to { get; set; }
    }
}