Анализ движения почерка - Handwriting movement analysis

Анализ движения почерка это изучение и анализ движений, участвующих в почерк и рисование. Он составляет важную часть графономика, который был основан после «Международного семинара по анализу движений почерка» в 1982 году в Неймегене, Нидерланды. Это станет первой из продолжающейся серии Международных конференций по графономике. Первой вехой в графономике был Thomassen, Keuss, Van Galen, Grootveld (1983).

Почерк исторически считается самым распространенным двигательным навыком. Это также один из первых и часто единственный моторный навык, которым дети овладевают в начальной школе. Требуются годы практики и взросления, прежде чем человек овладеет навыком почерка взрослого. Почерк рассматривается не только как движение, оставляющее видимый след чернил на бумаге (продукте), но его также можно рассматривать как движение (процесс). Понимание продукта для рукописного ввода не будет полным, пока не будет понятен процесс рукописного ввода. Таким образом, движение почерка изучается с тех пор, как стали доступны методы измерения.

Однако до того, как запись и обработка движений рукописного ввода стала доступной для тех, кто заинтересован в изучении движений рукописного ввода, требовались три компонента: устройства для фиксации движений рукописного ввода, лабораторные компьютеры для хранения и обработки данных о движениях и компьютерное программное обеспечение, которое позволяет исследователю делать это. в соответствии с конкретными экспериментальными парадигмами без необходимости программировать непроверенное программное обеспечение. Программное обеспечение для анализа движений рукописного ввода также используется для изучения рисования, координации глаз и рук или любых других ситуаций, когда исследователь хочет записывать движения с помощью пера.

Самые ранние устройства для записи движений рукописного ввода

"Телавтограф" Элиши Грея, патент США 386 815 (1888 г.), за которым следуют еще четыре аналогичных патента (1891–93). См. «Аннотированную библиографию по перьевым вычислениям и распознаванию почерка» Жана Ренарда Уорда (http://users.erols.com/rwservices/biblio.html ). Рукописный текст можно было передавать только по проводам и воспроизводить где-либо еще в реальном времени. Священное Писание (1895 г.) разработало пишущий аппарат, позволяющий сохранять позиции пера на бумаге при 100 Гц. Этот прибор позволял измерять продолжительность отдельных рукописных штрихов (McAllister, 1900).

Самые ранние лабораторные компьютеры

Рукописные движения быстрые, не повторяются с основной частотой около 5 Гц и полосой пропускания около 10 Гц. Хотя теоретически достаточно частоты дискретизации 20 Гц, для правильной визуализации изображения потребуется повышающая дискретизация. Лиссажу -подобный почерк и рисование штрихов. Частота дискретизации выше необходимой, например 100 Гц, является предпочтительной, так как это также позволит осуществлять фильтрацию нижних частот или сглаженные данные с уменьшенным количеством оборудования и шумом квантования. √100/20 = √5. Лабораторный компьютер потребуется для хранения, обработки и визуализации огромного количества образцов. На то, чтобы компьютеры стали доступны в лабораториях, потребовалось более 50 лет. Электронный аналоговые компьютеры использовались до цифровых компьютеры оказались в пределах досягаемости для исследования: Ван Лаборатории, Корпорация цифрового оборудования (DEC), Apple Inc., IBM PC (Персональный компьютер), Norsk Data, Atari, Osborne Computer Corporation, и Общие данные. Большинство этих инновационных мини- и микрокомпьютерных компаний прекратили свою деятельность.

Устройства записи движения пера

Первые устройства для точной записи почерка, которые можно было подключить к компьютерам, были графический планшет, или дигитайзер, x-y-планшет, графический планшет, с электронными перьями, какими мы их знаем сегодня. Среди первых планшетов - электронный планшет Стилатор с ручкой для компьютерного ввода и распознавания рукописного ввода 1957 года. [1]и коммерческие продукты Вектор Генерал. Продукты Vector General сообщали положение стилуса при 100 Гц и заявляли точность 0,1 см. Типичные планшеты определяют положение пера электромагнитным способом. Сенсорные планшеты нельзя использовать, когда рука лежит на планшете, если в них не реализована какая-либо форма отторжения руки. Планшеты могут иметь встроенный дисплей (например, как в планшетном ПК). До сих пор планшеты для рукописного ввода являются золотым стандартом для записи почерка. Частота дискретизации составляла 100 Гц, пока не было решено, что минимальная частота для устройств ввода данных человеком Скрытый должно быть не менее 133 Гц, увеличивая частоту дискретизации до 133 - 200 Гц. Преимущество заключается в снижении шума устройства и шума квантования на 15–40%. Технология дигитайзера относится к наиболее точным и экономичным. указывая устройства. Достижима динамическая точность 0,01 см при постоянной частоте. Непрозрачные таблетки производятся Wacom который также производит дигитайзеры дисплеев, Euronovate SA, Hanvon,[2] VisTablet,[3] Адессо,[4] Гений.[5]

Устройства считывания рукописного ввода на основе пера [6] были разработаны, но так и не достигли точности планшетов. В настоящее время на рынке появляется много новых систем, которые «записывают» почерк, например, Аното, а также системы на основе ЭМГ.

Многие системы регистрации движения пера фиксируют не только координаты x и y вершины пера, но также осевое давление пера, наклон x и y или высоту и азимут корпуса пера.

Системы измерения движений рукописного ввода могут фиксировать:

  • Икс = Горизонтальные координаты; параллельно базовой линии в западном шрифте
  • у = Вертикальные координаты; перпендикулярно к горизонтальной базовой линии и на поверхности для письма.
  • z = Осевое давление пера; поскольку данные о давлении часто нелинейно связаны с фактическим давлением, для оценки нормального давления потребуется ориентация пера.

При желании дигитайзеры могут определять ориентацию корпуса пера относительно планшета:

  • Высота = Насколько круто держится перо; этот угол можно использовать для оценки давления пера перпендикулярно бумаге по осевому давлению пера.
  • Азимут = Направление корпуса пера, проецируемого на плоскость x-y.

В идеале каждый набор координат должен отбираться одновременно и с фиксированной частотой, и включать отметки времени для каждой координаты для исправления неизохронной выборки. Дополнительные функции, которые могут быть измерены дигитайзерами (в основном в прошлых моделях), включают высоту пера, вращение корпуса пера и силу захвата (например, в области захвата 3 пальцев).

Программное обеспечение для анализа движений рукописного ввода

Движения рукописного ввода изучаются во многих дисциплинах, включая кинезиология, наука о движении человека, биомеханика руки, мелкая моторика, руки, взаимодействие человека с компьютером, зрительно-моторный контроль, визуальная обратная связь, целенаправленные движения, Рисование, экспериментальная психология, психиатрия, экстрапирамидные симптомы (EPS) или побочные эффекты движения из-за лекарств, неврология, двигательные расстройства, болезнь Паркинсона, дистония, писчая судорога, физиотерапия, инструкция по исправлению почерка, трудотерапия, развитие ребенка, нарушения развития, образование, начальное образование, домашнее обучение, перевоспитание, лингвистика, язык, коммуникация, заикание, судебно-медицинская экспертиза документов, анализ документов, судебно-медицинская экспертиза документов или экспертиза сомнительного документа, проверка и идентификация подписи, анализ изображения почерка, Информатика, искусственный интеллект, распознавание почерка, так далее.

Следующая волна состояла из пакетного программного обеспечения, которое можно было сделать доступным для записи почерка во многих местах. Большинство начальных программных систем были разработаны университетскими исследователями, которые зачастую были единственными, кто мог их использовать. Даже сегодня важным достижением является предоставление программного обеспечения в виде пакета, который может быть установлен на неизвестный компьютер и может использоваться после короткого времени ознакомления другими пользователями, которые не участвовали.

За последние несколько лет на рынке появились программные пакеты, которые могут использоваться многими другими исследователями, интересующимися областью анализа движений почерка.

CSWin

Первым анализатором движения почерка, выставленным на продажу (около 1980 г.), был CSWin от Science And Motion.[7] и разработан Кристианом Марквардтом и Норбертом Мэем в Мюнхене, Германия. CSWin продавался в Германии и используется во многих немецких больницах. Его использовали для лечения 500 больных писательскими спазмами. Нынешняя компания специализируется на обучении игре в гольф. Компания была основана в 2003 году и управляется владельцем Кристианом Марквардтом. Самая старая их публикация - это Marquardt and Mai (1994).

Оазис

Другой ранней системой была Oasis от KikoSoft, Нидерланды, которая была основана в 1995 году Питером Де Йонгом. Oasis можно настроить с помощью гибкого макроязыка. В 1998 году эта система была использована для разработки автоматизированной батареи тестов для психофармакологических исследований: Orgabat. Одна из старейших ссылок на Oasis - это Де Йонг, Хулстейн, Костерман и Смитс-Энгельсман (1996).

Получение и анализ спирали Пульмана

В Колумбийском университете профессор доктор Сет Пуллман разработал метод сбора и анализа спирали Пульмана.[8] Он используется для проверки тремора у пациентов с болезнью Паркинсона. В 2002 году Пуллман получил патент США № 6454706: «Система и метод клинической оценки двигательной функции». Пациенты с двигательными нарушениями, такими как болезнь Паркинсона, рисуют спирали. Программа вычисляет гладкость первого порядка, гладкость второго порядка, плотность спирали, частоту пересечения нуля, скорость пересечения нуля второго порядка и извлекает из этих баллов степень серьезности. Их система позволяет объективно оценивать двигательную функцию врачами, не имеющими квалификации или опыта в оценке двигательных нарушений, например, терапевтами или педиатрами, не имеющими сертификатов в практике неврологии. Ранняя публикация его спирального анализа принадлежит Пуллману (1998).

Neuroskill

Другой Анализ почерка Система - это Neuroskill от Verifax, Боулдер, Колорадо, США, которая была основана в 1990 году доктором Рут Шрейрман и Алексом Ландау. Neuroskill был разработан для биометрических измерений, безопасности и воздействия лекарств от болезни Паркинсона и имеет множество применений при двигательных расстройствах. Verifax начал работу с целью разработки биометрического инструмента для проверки подписей на расстоянии (VeriFax Autograph Technology). Verifax разработала еще два приложения, используя модификации своего индивидуального программного обеспечения Neuroskill для конкретных приложений: приложения для скрининга и обнаружения злоупотребления психоактивными веществами, мониторинга токсичных вдыхаемых веществ и воздействия окружающей среды, а также точной идентификации подписи для обеспечения безопасности / защиты конфиденциальности и обнаружения подделок. Целевые рынки могут включать центры нервно-мышечных заболеваний, клиники по лечению наркозависимости и алкоголизма, центры гигиены труда и отрасли безопасности. В процессе они применили свою технологию к биометрическим измерениям в качестве инструмента клинического мониторинга для врачей, исследующих нервно-мышечные заболевания.

В 2003 году NeuroSkill получила патент США 6 546 134: «Система для оценки контроля мелкой моторики у людей». Их метод оценивает стабильность, плавность и синхронизацию движений писателя как количественные показатели неврологической функции, используя свой анализ корреляционной функции (CFA) поведенческих сигналов. CFA возвращает числовые оценки и диаграммы, отражающие стабильность рукописных штрихов и характеристики фазовых искажений при воспроизведении образцов курсива.

Другое приложение заключалось в оценке лиц с критическими навыками (например, пилотов авиакомпаний, водителей автобусов) на предмет нарушений физической и умственной работоспособности, вызванных стрессом, физиологическими расстройствами, злоупотреблением алкоголем и наркотиками, с использованием их фирменного пишущего инструмента VeriFax Impairoscope. Это последнее приложение повысило возможность использования варианта импайроскопа, пригодного для использования в космосе, для оценки работы космонавта в отношении воздействия стресса, усталости, чрезмерной рабочей нагрузки, накопления токсичных химикатов в космической среде обитания и т. Д.

В 2009 году веб-портал iNeuroskill был создан в рамках новой бизнес-единицы: iNeuroskill. Веб-сайт позволяет пациентам с болезнью Паркинсона загружать свои подписи, записанные с помощью дигитайзера. Они получают немедленную обратную связь относительно своей мелкой моторики в виде анализа диаграммы.[9] Самая старая их статья написана Моргенталером, Шрейрманом и Ландау (1998).

MovAlyzeR

MovAlyzeR был разработан NeuroScript,[10] Темпе, Аризона, США. NeuroScript был основан в 1997 году профессором доктором Джорджем Стельмахом, который с тех пор вышел на пенсию, и доктором Хансом-Лео Теулингсом. В 1999 году к команде MovAlyzeR присоединился Грегори М. Бейкер. Это программное обеспечение для анализа движений рукописного ввода впервые продемонстрировало, что оно может распознавать побочные эффекты движений из-за шизофрения лечение лучше, чем с любым традиционным методом оценки, используемым сегодня в психиатрии (подана заявка на международный патент) (Caligiuri et al., 2009a, b). MovAlyzeR в настоящее время является единственным программным обеспечением для анализа движений рукописного ввода, которое сертифицировано для Microsoft Windows XP и Vista. Его можно интегрировать с MATLAB и выполнять обработку изображений на отсканированных образцах рукописного ввода. Он используется в самых разных областях: от исследований в области движений человека, кинезиология, психология, образование, исследование старения, психиатрия, неврология, трудотерапия, судебно-медицинская экспертиза документов, Информатика (распознавание почерка, проверка подписи ), образовательные демонстрации или студенческие проекты в этих областях. Самые старые ссылки на MovAlyzeR - это Teulings and Romero (2003), Teulings and Van Gemmert (2003), Romero and Teulings (2003).

ComPET

В Университете Хайфы д-р Сара Розенблюм и Патриция Л. (Тамар) Вайс и ее коллеги разработали компьютеризированную систему оценки почерка под названием POET: Инструмент объективной оценки почерка с использованием MATLAB. Он использовался для введения визуальных стимулов, а также для записи и анализа движений почерка. Они исследовали феномен воздуха: движения пера над бумагой (воздушные штрихи). Самое старое упоминание о ПОЭТА есть у Розенблюма, Паруша, Эпстена и Вайса (2003).

Вскоре после этого POET получил дальнейшее развитие и был переименован в ComPET: Computerized Penmanship Evaluation Tool. Он используется для изучения детей с дисграфией, нарушениями координации развития (DCD) и взрослых с несколькими патологиями, такими как депрессия при рассеянном склерозе (MS), болезнь Альцгеймера, Паркинсона, а также эффекты старения.[11] Он также используется с вербальной технологией обнаружения лжи, такой как полиграф.

Глаз и ручка

Глаз и ручка [12] это программное обеспечение, разработанное в университете Пуатье (Франция) для синхронной записи почерка и движений глаз. Его первая версия направлена ​​на изучение периодов паузы и написания текста при создании текста (G-Studio; 1994). После полного переписывания для поддержки MS-Windows была добавлена ​​запись движения глаз, чтобы получить представление о чтении во время записи и извлечения информации. Его эволюция является плодом сотрудничества с исследователями почерка, в основном из лаборатории психологии Университета Пуатье (Дени Аламарго, Эрик Ламберт, Сирил Перре, Тьерри Олив). Теперь он объединяет аудиозапись, сигналы синхронизации (с / на другие компьютеры, программное обеспечение или устройства), инструменты тегирования данных, а также различные модули фильтрации и извлечения данных, открывая возможности для мультимодальных исследований. После коммерческого распространения (2004-2018) теперь распространяется бесплатно. Самые старые ссылки на Глаз и Пен - это Chesnet and Alamargot (2005), Alamargot, Chesnet, Dansac, Ros, C. (2006).

MedDraw

MedDraw - это компьютерный проект по диагностике и реабилитации задач рисования между Университетом Кента, Великобритания и Университетом Руана, Франция, координируемый доктором Ричардом Гестом и начатый в 2003 году. Проект направлен на разработку надежной системы государственного управления. современная, но простая в использовании клиническая система, дающая объективные диагностические рекомендации для целого ряда клинических состояний. Их цель - выявить пространственное пренебрежение в поле зрения и организацию двигательного расстройства. Они по-прежнему будут сосредоточены на диагностике этих расстройств на основе рисунков. Первые исследовательские публикации, в которых упоминается MedDraw, написаны Kaplani, Guest и Fairhurst (2005), а также Glenat, Heutte, Paquet и Mellier (2005). Программа не работает с 2006 года.

Расширенный тест на рисование (EDT)

Расширенный тест рисования - это компьютерная графономическая оценка функции руки и кисти. EDT измеряет способность объекта рисовать вертикальные линии как левой, так и правой рукой. Чтобы сравнить производительность между грубыми движениями рук и точным управлением пальцами, испытуемые рисуют линии, удерживая либо перо планшета (удерживаемое пальцами), либо мышь (удерживаемое всей рукой). Последние движения не включают движения пальцев. Нормы установлены для здоровых лиц от 3 до 70 лет. Отклонения от норм для здоровья будут отражать разные патологии для разных групп пациентов, например, пациентов с гемиплегическим инсультом. Первая статья, в которой упоминается EDT, - это Vuillermot, Pescatore, Holper, Kiper, and Eng (2009).

Смотрите также

Связанные поля

Рекомендации

  1. ^ Даймонд, Том (1 декабря 1957 г.), Устройства для чтения рукописных знаков, Труды Восточной совместной компьютерной конференции, стр. 232–237., получено 23 августа, 2008
  2. ^ "汉王 科技". www.hanvon.com.
  3. ^ «Плоский Бебас». www.vistablet.net.
  4. ^ "Adesso - Клавиатуры, мыши, гарнитуры, сканеры и многое другое - Adesso Inc ::: Ваш специалист по устройствам ввода :::". Adesso Inc.
  5. ^ «Глобальный веб-сайт Genius | Genius разрабатывает персональные периферийные устройства с целью обеспечить лучший опыт в жизни каждого. Посетите Genius, чтобы найти свои устройства с высоким качеством, простотой использования и низкой стоимостью».
  6. ^ Крейн, Хьюитт Дэвид, Специальная подвеска и система распознавания почерка, Патент США 3906444, 16 сентября 1975 г.
  7. ^ "Дома".
  8. ^ «Категории и продукты | Оценка человека, проведенная компанией Lafayette Instrument Company». lafayetteevaluation.com.
  9. ^ «iNeuroskill Home». www.ineuroskill.com.
  10. ^ «NeuroScript - главная страница MovAlyzeR - системы анализа движений». neuroscript.net.
  11. ^ http://research.haifa.ac.il/~rosens/ResearchDescriptionBlurb.pdf
  12. ^ "Глаз и Перо". Глаз и ручка.
  • Аламаргот Д., Чеснет Д., Дансак К. и Рос С. (2006). Глаз и ручка: новое устройство для обучения чтению во время письма. Методы исследования поведения, приборы и компьютеры, 38 (2), 287-299. Глаз и ручка: новое устройство для обучения чтению во время письма
  • Калиджури, М.П., ​​Тьюлингс, Х.Л., Дин, К.Э., Никулеску, А.Б., Лор, Дж. Б. (2009a). Кинематика движения почерка для количественной оценки EPS у пациентов, получавших атипичные антипсихотики. Психиатрические исследования (в печати).
  • Калиджури, М.П., ​​Тьюлингс, Х.Л., Дин, К.Э., Никулеску, А.Б., Лор, Дж. Б. (2009b). Анализ движений почерка для мониторинга побочных эффектов, вызванных лекарственными средствами, у пациентов с шизофренией, получавших рисперидон. Науки о человеческом движении (в печати).
  • Чеснет Д. и Аламаргот Д. (2005). Проанализируйте en temps réel des activités oculaires и grapho-motrices du scripteur: intérêt du dispositif «Eye and Pen». L'Année Psychologique, 105 (3), 477-520. Анализируйте en temps réel des activités oculaires et grapho-motrices du scripteur: intérêt du dispositif «Eye and Pen»
  • Чесне Д., Гийаберт Ф. и Эспер Э. (1994). G-STUDIO: логика для исследований в области временных параметров правильного производства. L'Année Psychologique, 94 (2), 283-293. G-STUDIO: логика для исследований в реальном времени и параметров временного производства.
  • Де Йонг, В.П., Хулстейн, В., Костерман, Б.Дж.М., и Смитс-Энгельсман, Б.С.М. (1996). Программное обеспечение OASIS и его применение в экспериментальных исследованиях почерка. В M.L. Симнер, К. Leedham, & A.J.W.M. Томассен (ред.), Исследование почерка и рисунка: основные и прикладные вопросы (стр. 429–440). Амстердам: IOS Press.
  • Гленат, С., Хейтте, Л., Паке, Т., Мелье, Д. (2005). Компьютерная диагностика диспраксии: проект MEDDRAW, который будет представлен на 12-й конференции Международного графономического общества, IGS 2005, Салерно, Италия, июнь 2005 года.
  • Каплани, Э., Гость, Р.М., Фэрхерст, М.С. (2005). Оценка серьезности зрительно-пространственного пренебрежения на основе характеристик в компьютерной задаче отмены линий, 12-я конференция Международного графономического общества, IGS 2005, Салерно, Италия, июнь 2005 г.
  • Марквардт, К., Май, Н. (1994). Вычислительная процедура анализа движений почерка. J Neurosci Methods. Апрель; 52 (1): 39–45.
  • Макаллистер, К. (1900). Исследование: движение, используемое в почерке. Йельская психологическая лаборатория, 8, 21–63.
  • Моргенталер, Г.В., Шрайрман, Р., Ландау, А. (1998). Международный форум космических технологий и приложений - 1998. Материалы конференции AIP, том 420, стр. 736–742 (1998).
  • Пуллман, SL. (1998). Спиральный анализ: новый метод измерения тремора с помощью цифрового планшета. Mov Disord. 13 Дополнение 3: 85–9.
  • Ромеро, Д. Х., и Тьюлингс, Х. Л. (2003). Анализ субдвижений в целевых движениях. Х.Л. Тьюлингс, Ван Геммерт, A.W.A. (Ред.), Труды 11-й конференции Международного графономического общества (IGS2003), 2–3 ноября 2003 г., Скоттсдейл, Аризона, США. ISBN  0-9746365-0-9. (стр. 103–106).
  • Розенблюм, С., Паруш, С., Эпстейн, Л., Вайс, П.Л. (2003). Оценка процесса и продукта плохого почерка у детей с дисграфией развития и СДВГ. В H.L. Teulings & A.W.A. Ван Геммерт. Материалы 11-й конференции Международного графономического общества. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ; Скоттсдейл, Аризона. п. 169–173.
  • Священное Писание, E.W. (1895). Новый аппарат. Исследования Психологической лаборатории Йельского университета, III, 106.
  • Teulings, H.L., & Maarse, F.J. (1984). Цифровая запись и обработка движений почерка. Наука человеческого движения, 3, 193–217.
  • Teulings, H.L. и Romero, D.H. (2003). Анализ субдвижений при обучении скорописному почерку или блочной печати. В H.L. Teulings, A.W.A. Ван Геммерт (ред.), Труды 11-й конференции Международного графономического общества (IGS2003), 2–3 ноября 2003 г., Скоттсдейл, Аризона, США. ISBN  0-9746365-0-9. (стр. 107–110).
  • Teulings, H.L. & Van Gemmert, W.A. (2003). Целенаправленные движения при выборе меню в компьютерно-пользовательских интерфейсах. В H.L. Teulings, Van Gemmert, A.W.A. (Ред.), Труды 11-й конференции Международного графономического общества (IGS2003), 2–3 ноября 2003 г., Скоттсдейл, Аризона, США. ISBN  0-9746365-0-9. (стр. 99–102).
  • Томассен, А.Дж. W.M., Keuss, P.J.G., Van Galen, G.P., Grootveld, C. (Eds.) (1983). Двигательные аспекты почерка. Acta Psychologica, Vol. 54.
  • Вильермот, С., Пескаторе, А., Холпер, Л., Кипер, Д. и Энг, К. (2009). Расширенный тест рисования для оценки функции руки и кисти с инвариантом производительности для здоровых субъектов. Журнал методов нейробиологии 177 (2): 452–460.

внешняя ссылка