Анализ движения почерка

Анализ движений почерка — это изучение и анализ движений, связанных с письмом и рисованием. Он составляет важную часть графономики , которая возникла 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 графономики стали Томассен, Кеусс, Ван Гален, Гроотвельд (1983).

Письмо от руки исторически считается самым широко изучаемым моторным навыком. Это также один из первых и зачастую единственный двигательный навык, которому дети учатся в начальной школе. Требуются годы практики и взросления, прежде чем человек овладеет навыком взрослого почерка. Почерк рассматривается не только как движение, оставляющее видимый след чернил на бумаге (изделии), но также может рассматриваться как движение (процесс). Понимание рукописного продукта не будет полным, пока не будет понятен процесс рукописного письма. Поэтому движение почерка исследуется с тех пор, как стали доступны методы измерения.

Однако, прежде чем запись и обработка движений почерка стали доступны для тех, кто интересовался изучением движений почерка, требовались три компонента: устройства для регистрации движений почерка, лабораторные компьютеры для хранения и обработки данных о движениях и компьютерное программное обеспечение, которое позволяет исследователю делать это. в рамках конкретных экспериментальных парадигм без необходимости программировать непроверенное специальное программное обеспечение. Программное обеспечение для анализа движений почерка также используется для изучения рисунка, координации глаз и рук или любой другой ситуации, когда исследователь желает записать движения с помощью ручки.

Первые устройства для регистрации движений руки

«Телаавтограф» Элиши Грея, патент США № 386 815 (1888 г.), за которым последовали еще четыре аналогичных патента (1891–93). См. «Аннотированную библиографию по перьевым вычислениям и распознаванию рукописного ввода» Жана Ренара Уорда ( http://users.erols.com/rwservices/biblio.html ). Рукописный текст можно было передать только по проводам и воспроизвести в другом месте в режиме реального времени. Писание (1895 г.) разработало пишущий аппарат, который позволял сохранять положения пера на бумаге с частотой 100 Гц. Этот прибор позволял измерять длительность отдельных рукописных штрихов (Макаллистер, 1900).

Первые лабораторные компьютеры

Рукописные движения быстрые, неповторяющиеся с основной частотой около 5 Гц и шириной полосы около 10 Гц. , потребуется повышающая дискретизация Лиссажу Хотя частоты дискретизации 20 Гц теоретически будет достаточно, для правильной визуализации почерка и рисования штрихов, напоминающих . Предпочтительны более высокие, чем необходимо, частоты дискретизации, например 100 Гц, поскольку это также позволит осуществлять фильтрацию нижних частот или сглаживание данных с меньшим количеством оборудования и шума квантования в √ 100/20 = √ 5 . Лабораторный компьютер понадобится для хранения, обработки и визуализации огромного количества образцов. Потребовалось более 50 лет, чтобы компьютеры стали доступны в лабораториях. Электронно -аналоговые компьютеры использовались до тех пор, пока цифровые компьютеры не стали доступны для исследований: Wang Laboratories , Digital Equipment Corporation (DEC), Apple Inc. , IBM PC (персональный компьютер), Norsk Data , Atari , Osborne Computer Corporation и Data General . Большинство этих инновационных компаний, производящих мини- и микрокомпьютеры, прекратили свою деятельность.

Устройства регистрации движений пера

Первыми устройствами для точной записи рукописного текста, которые можно было подключить к компьютерам, были графический планшет или дигитайзер, xy-планшет, графический планшет с электронными ручками, какими мы их знаем сегодня. Среди первых табличек можно назватьЭлектронный планшет Styalator с ручкой для компьютерного ввода и распознавания рукописного текста, 1957 г. и коммерческие продукты компании Vector General . Продукты Vector General сообщали о положении иглы с частотой 100 Гц и заявляли о точности 0,1 см. Типичные планшеты определяют положение пера электромагнитным способом. Сенсорные планшеты нельзя использовать, когда рука лежит на планшете, если только они не обеспечивают некоторую форму отклонения руки. Планшеты могут иметь встроенный дисплей (например, как в планшетном ПК). До сих пор планшеты для рукописного ввода являются золотым стандартом для записи почерка. Раньше частота дискретизации составляла 100 Гц, пока не было решено, что минимальная частота для HID устройств ввода человека должна составлять не менее 133 Гц, что увеличило 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 указывающим устройствам . Достижима динамическая точность 0,01 см при постоянной частоте. Непрозрачные планшеты производятся компаниями Wacom, которая также производит дигитайзеры для дисплеев, Euronovate SA, Hanvon, ВисТаблет, Сейчас, Гений.

Устройства для захвата рукописного ввода с помощью пера были разработаны, но так и не достигли точности планшетов. В настоящее время на рынке появляется множество новых систем, которые «записывают» почерк, например системы Anoto , а также системы на основе ЭМГ.

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

Системы измерения движений рукописного текста могут фиксировать:

• х = горизонтальные координаты; параллельно базовой линии в западном сценарии
• y = вертикальные координаты; перпендикулярно горизонтальной базовой линии и поверхности письма.
• z = осевое давление пера; поскольку данные о давлении часто нелинейно связаны с фактическим давлением, для оценки нормального давления потребуется ориентация ручки.

При желании дигитайзеры могут обеспечить ориентацию корпуса пера относительно планшета:

• Высота = насколько круто держится ручка; этот угол можно использовать для оценки давления пера перпендикулярно бумаге на основе осевого давления пера.
• Азимут = направление корпуса пера, проецируемое на плоскость xy.

В идеале каждый набор координат должен отбираться одновременно и с фиксированной частотой и включать отметки времени для каждой координаты для исправления неизохронной выборки. Дополнительные характеристики, которые можно измерить с помощью дигитайзеров (в основном в предыдущих моделях), включают высоту пера, вращение корпуса пера и силу захвата (например, в зонах захвата тремя пальцами).

Программа для анализа движений почерка

Движения почерка изучаются во многих дисциплинах, включая кинезиологию , науку о движениях человека, биомеханику руки, мелкую моторику , руку , взаимодействие человека с компьютером , зрительно-моторный контроль, зрительную обратную связь, целенаправленные движения, рисование , экспериментальную психологию , психиатрию , экстрапирамидные расстройства. симптомы (ЭПС) или побочные эффекты движения, вызванные приемом лекарств, неврология , двигательные расстройства , болезнь Паркинсона , дистония , писчая судорога , физиотерапия , обучение корректирующему почерку, трудотерапия , развитие ребенка , нарушения развития , образование , начальное образование , домашнее обучение , перевоспитание , лингвистика , язык , общение , заикание , судебно-медицинская экспертиза документов , анализ документов , судебно-медицинская экспертиза документов или экспертиза сомнительных документов , проверка и идентификация подписей, анализ изображений почерка, информатика , искусственный интеллект , распознавание рукописного текста и т. д.

Следующая волна состояла из пакетного программного обеспечения, которое можно было сделать доступным для записи рукописного ввода во многих местах. Большинство первоначальных программных систем были разработаны университетскими исследователями, которые зачастую были единственными, кто мог их использовать. Даже сегодня это большое достижение — сделать программное обеспечение доступным в виде пакета, который можно установить на неизвестный компьютер и использовать после краткого ознакомления другими пользователями, которые не принимали в этом участия.

За последние несколько лет на рынке появились пакеты программного обеспечения, которые могут быть использованы многими другими исследователями, интересующимися областью анализа движений почерка.

CSWin

Первым анализатором движения почерка, предложенным на продажу (около 1980 г.), был CSWin от Science And Motion. и разработан Кристианом Марквардтом и Норбертом Мэем в Мюнхене, Германия. CSWin продается в Германии и используется во многих немецких больницах. Его использовали для лечения 500 пациентов с писательскими судорогами. Нынешняя компания специализируется на обучении гольфу. Она была основана в 2003 году и управляется владельцем Кристианом Марквардтом. Их самая старая публикация принадлежит Марквардту и Май (1994).

Оазис

Еще одной ранней системой была Oasis от KikoSoft, Нидерланды, созданная в 1995 году Питером Де Йонгом. Oasis можно настроить с помощью гибкого языка макросов. В 1998 году на основе этой системы был разработан автоматизированный тест-батарея психофармакологических исследований: Оргабат. Одно из старейших упоминаний об Oasis принадлежит Де Йонгу, Хулстийну, Костерману и Смитс-Энгельсману (1996).

Получение и анализ спирали Пулмана

В Колумбийском университете профессор доктор Сет Пуллман разработал метод сбора и анализа спирали Пулмана. Его используют для проверки тремора у пациентов с болезнью Паркинсона. В 2002 году Пуллман получил патент США № 6 454 706: «Система и метод клинической оценки двигательной функции». Пациенты с двигательными нарушениями, такими как болезнь Паркинсона, рисуют спирали. Программное обеспечение рассчитывает гладкость первого порядка, гладкость второго порядка, плотность спирали, скорость перехода через нуль, скорость перехода через нуль второго порядка и на основе этих оценок выводит оценку степени серьезности. Их система позволяет объективно оценивать двигательную функцию врачам, не имеющим квалификации или опыта в оценке двигательных нарушений, например врачам общей практики или педиатрам, не имеющим сертификата в неврологической практике. Ранняя публикация о его спиральном анализе принадлежит Пуллману (1998).

Нейроскилл

Другая система анализа почерка — Neuroskill от Verifax, Боулдер, Колорадо, США, основанная в 1990 году доктором Рут Шрайрман и Алексом Ландау. Neuroskill был разработан для биометрических измерений, в целях безопасности и воздействия лекарств от болезни Паркинсона, а также имеет множество применений при двигательных расстройствах. Verifax начала свою деятельность с целью разработки биометрического инструмента для проверки подписей на расстоянии (технология VeriFax Autograph). Verifax разработала еще два приложения, используя специальные модификации своего специального программного обеспечения Neuroskill: приложения для скрининга и обнаружения злоупотребления психоактивными веществами, мониторинга токсичных ингалянтов и экологических проблем, а также точной идентификации сигнатур для обеспечения безопасности/защиты конфиденциальности и обнаружения подделок. Целевые рынки могут включать центры нервно-мышечных заболеваний, клиники наркозависимости и алкоголизма, центры гигиены труда и индустрию 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 оценки мелкой моторики человека». Их метод оценивает стабильность, плавность и синхронность движений писателя как количественные показатели неврологической функции с использованием анализа корреляционной функции (CFA) поведенческих сигналов. CFA возвращает числовые оценки и диаграммы, отражающие стабильность рукописных штрихов и характеристики фазовых искажений при воспроизведении образцов рукописи.

Другое применение 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 патентованного пишущего инструмента VeriFax Impairscope. Это последнее применение открыло возможность использования варианта импайроскопа, пригодного для использования в космосе, для оценки работоспособности космонавтов с точки зрения 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 нового подразделения: iNeuroskill. Веб-сайт позволяет пациентам с болезнью Паркинсона загружать свои подписи, записанные с помощью цифрового планшета. Они получают немедленную обратную связь относительно своей мелкой моторики в виде анализа диаграмм. Их самая старая статья написана Моргенталером, Шрейрманом и Ландау (1998).

МовАлизеР

MovAlyzeR был разработан NeuroScript, Темпе, Аризона, США. NeuroScript была основана в 1997 году профессором доктором Джорджем Стельмахом, вышедшим на пенсию, и доктором Хансом-Лео Теулингсом. В 1999 году к нам присоединился Грегори М. Бейкер в качестве дизайнера и разработчика MovAlyzeR. Это программное обеспечение для анализа движений почерка является первым, которое продемонстрировало, что оно может распознавать побочные эффекты движений, вызванные приемом лекарств от шизофрении, лучше, чем любой традиционный метод оценки, используемый сегодня в психиатрии (подана заявка на международный патент) (Caligiuri et al., 2009a, b). MovAlyzeR в настоящее время является единственным программным обеспечением для анализа движений почерка, сертифицированным для Microsoft Windows XP и Vista. Его можно интегрировать с MATLAB и выполнять обработку изображений отсканированных образцов рукописного ввода. Он используется в различных областях: от исследований в области наук о движении человека, кинезиологии , психологии , образования , исследований старения , психиатрии , неврологии , трудотерапии , судебно-медицинской экспертизы документов , информатики ( распознавание почерка , проверка подписи ) до образовательных демонстраций или студенческих проектов в эти поля. Самые старые ссылки на MovAlyzeR: Teulings and Romero (2003), Teulings and Van Gemmert (2003), Romero and Teulings (2003).

КомпПЭТ

В Университете Хайфы доктор Сара Розенблюм и Патрисия Л. (Тамар) Вайс и ее коллеги разработали компьютеризированную систему оценки почерка под названием POET: инструмент объективной оценки почерка с использованием MATLAB. Его использовали для подачи визуальных стимулов, а также для записи и анализа движений руки. Они исследовали феномен воздуха: движения пера над бумагой (воздушные удары). Самое старое упоминание ПОЭТА содержится у Розенблюма, Паруша, Эпстейна и Вайса (2003).

Вскоре после этого POET получил дальнейшее развитие и был переименован в ComPET: компьютеризированный инструмент оценки почерка. Он используется для изучения детей с дисграфией, нарушениями координации развития (DCD) и взрослых с некоторыми патологиями, такими как рассеянный склероз (РС), депрессия, Альцгеймер, Паркинсон, а также эффекты старения. Он также используется с вербальными технологиями обнаружения лжи , такими как полиграф.

Глаз и ручка

Глаз и ручка — программное обеспечение, разработанное в Университете Пуатье (Франция) для синхронной записи почерка и движений глаз. Его первая версия направлена ​​на изучение периодов паузы и письма при создании текста (G-Studio; 1994). После полной переписывания для поддержки MS-Windows была добавлена ​​запись движений глаз, чтобы получить представление о чтении во время письма и извлечении информации. Его развитие является плодом сотрудничества с исследователями почерка, в основном из лаборатории психологии Университета Пуатье (Дени Аламарго, Эрик Ламбер, Сирил Перре, Тьерри Олив). Теперь он объединяет аудиозапись, сигналы синхронизации (от/к другим компьютерам, программному обеспечению или устройствам), инструменты маркировки данных, а также различные модули фильтрации и извлечения данных, открывая пути для мультимодальных исследований. После коммерческого распространения (2004-2018 гг.) теперь распространяется свободно. Самые старые ссылки на «Глаз и перо» — это Чесне и Аламарго (2005), Аламарго, Чесне, Дансак, Рос, К. (2006).

МедРоу

MedDraw — это проект компьютерной системы диагностики и реабилитации с помощью рисования, реализуемый между Кентским университетом (Великобритания) и Руанским университетом (Франция), координируемый доктором Ричардом Гестом и начатый в 2003 году. Целью проекта является разработка надежной, государственной системы диагностики и реабилитации. Современная, но простая в использовании клиническая система, дающая объективные диагностические рекомендации для широкого спектра клинических состояний. Их целью является выявление пространственных нарушений в поле зрения и организация двигательных нарушений. Они по-прежнему будут сосредоточены на диагностике этих расстройств на основе рисунков. Первые исследовательские публикации, в которых упоминается MedDraw, принадлежат Kaplani, Guest и Fairhurst (2005), а также Glenat, Heutte, Paquet и Mellier (2005). Программа выходит в оффлайне с 2006 года.

Расширенный тест рисования (EDT)

Расширенный тест рисования — это компьютеризированная графономическая оценка функций рук и кистей. EDT измеряет способность испытуемого рисовать вертикальные линии как левой, так и правой рукой. Чтобы сравнить эффективность грубых движений рук и тонкого управления пальцами, испытуемые рисуют линии, держась либо за ручку планшета (удерживая пальцами), либо за мышь (удерживая всей рукой). Последние движения не включают в себя движения пальцев. Нормы установлены для здоровых лиц от 3 до 70 лет. Отклонения от здоровых норм будут отражать различные патологии у разных групп пациентов, например, у пациентов с гемиплегическим инсультом. Первая статья, в которой упоминается EDT, — это Вуйермот, Пескаторе, Холпер, Кипер и Энг (2009).

См. также

• Экспертиза сомнительного документа
• Каллиграфия
• Дудл
• Графология
• Графономика
• MovAlyzeR Программа для анализа движений почерка

Ссылки

• Аламарго Д., Чесне Д., Дансак К. и Рос К. (2006). Глаз и ручка: новое устройство для обучения чтению во время письма. Методы исследования поведения, инструменты и компьютеры, 38 (2), 287–299. Глаз и ручка: новое устройство для обучения чтению во время письма
• Калиджури, член парламента, Теулингс, Х.Л., Дин, К.Э., Никулеску, А.Б., Лор, Дж.Б. (2009a). Кинематика движений почерка для количественной оценки ЭПС у пациентов, получающих атипичные антипсихотики. Психиатрические исследования (в печати).
• Калиджури, член парламента, Теулингс, Х.Л., Дин, К.Э., Никулеску, А.Б., Лор, Дж.Б. (2009b). Анализ движений почерка для мониторинга двигательных побочных эффектов, вызванных приемом лекарств, у пациентов с шизофренией, получающих рисперидон. Науки о движении человека (в печати).
• Чесне Д. и Аламарго Д. (2005). Анализ зрительной и графомоторной деятельности писателя в реальном времени: польза прибора «Глаз и перо». Психологический год, 105 (3), 477–520. Анализ зрительной и графомоторной деятельности писателя в реальном времени: польза прибора «Глаз и перо»
• Чесне Д., Гийабер Ф. и Эспере Э. (1994). G-STUDIO: программное обеспечение для исследования временных параметров письменной продукции в режиме реального времени. Психологический год, 94 (2), 283–293. G-STUDIO: программное обеспечение для исследования временных параметров письменной продукции в режиме реального времени.
• Де Йонг, В.П., Хулстейн, В., Костерман, Б.Дж.М., и Смитс-Энгельсман, BCM (1996). Программное обеспечение OASIS и его применение в экспериментальных исследованиях почерка. В М. Л. Симнере, К. Г. Лидхэме и А. Дж. В. Томассене (ред.), Исследование почерка и рисунка: фундаментальные и прикладные вопросы (стр. 429–440). Амстердам: IOS Press.
• Гленат С., Хойтте Л., Паке Т., Мелье Д. (2005). Компьютерная диагностика диспраксии: проект MEDDRAW, который будет представлен на 12-й конференции Международного общества графономики, IGS 2005, Салерно, Италия, июнь 2005 г.
• Каплани, Э., Гость, Р.М., Фэйрхерст, MC (2005). Функциональная оценка степени зрительно-пространственного игнорирования в компьютерной задаче по отмене строк, 12-я конференция Международного общества графомики, IGS 2005, Салерно, Италия, июнь 2005 г.
• Марквардт К., Май Н. (1994). Вычислительная процедура анализа движений при письме. J Неврологические методы. Апрель 52 (1): 39–45.
• Макаллистер, Китай (1900). Исследование: Движение, используемое при письме. Йельская психологическая лаборатория, 8, 21–63.
• Моргенталер, Г.В., Шрейрман, Р., Ландау, А. (1998). Международный форум космических технологий и приложений – 1998 г. Материалы конференции AIP, том 420, стр. 736–742 (1998).
• Пуллман, СЛ. (1998). Спиральный анализ: новый метод измерения тремора с помощью цифрового планшета. Мов Дисорд. 13 Приложение 3:85–9.
• Ромеро, Д.Х., и Теулингс, Х.Л. (2003). Поддвижительный анализ в целенаправленных движениях. Х.Л. Тьюлингс, Ван Геммерт, AWA (ред.), Материалы 11-й конференции Международного общества графомики (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 HL Teulings и AWA Van Gemmert. Материалы 11-й конференции Международного общества графономики. США; Скоттсдейл, Аризона. п. 169–173.
• Писание, EW (1895 г.). Новый аппарат. Исследования Йельской психологической лаборатории, III, 106.
• Теулингс, Х.Л., и Маарс, Ф.Дж. (1984). Цифровая запись и обработка рукописных движений. Наука о движении человека, 3, 193–217.
• Теулингс, Х.Л. и Ромеро, Д.Х. (2003). Поддвижительный анализ при обучении рукописному письму или клише. В HL Teulings, AWA Van Gemmert (ред.), Труды 11-й конференции Международного общества графомики (IGS2003), 2–3 ноября 2003 г., Скоттсдейл, Аризона, США. ISBN   0-9746365-0-9 . (стр. 107–110).
• Теулингс, Х.Л. и Ван Геммерт, Вашингтон (2003). Целенаправленные движения при выборе меню в компьютерно-пользовательских интерфейсах. В HL Teulings, Van Gemmert, AWA (ред.), Труды 11-й конференции Международного общества графомики (IGS2003), 2–3 ноября 2003 г., Скоттсдейл, Аризона, США. ISBN   0-9746365-0-9 . (стр. 99–102).
• Томассен, AJWM, Кеусс, PJG, Ван Гален, GP, Грутвельд, К. (ред.) (1983). Двигательные аспекты почерка. Acta Psychologica, Vol. 54.
• Вуйермот С., Пескатор А., Холпер Л., Кипер Д. и Энг К. (2009). Расширенный тест рисования для оценки функции рук и кистей с инвариантом производительности для здоровых субъектов. Журнал методов нейробиологии 177 (2): 452–460.

Внешние ссылки

• Аннотированная библиография ссылок на распознавание рукописного ввода и перьевые вычисления.
• Заметки по истории перьевых вычислений (Youtube)