12、基于肌电信号的简单与复杂手写建模

基于肌电信号的简单与复杂手写建模

1. 手写建模的历史

手写建模的研究历程丰富多样，众多学者提出了不同的模型来刻画手写过程。
- 1962 年，Van Der Gon 提出了二阶模型，将手类比为在书写表面移动的质量体。随后在 1964 年，Mac Donald 提出了该模型的电子版本，把书写过程描述为在粘性环境中移动的动态质量，其运动由二阶线性微分方程描述。
- 1975 年，Yasuhara 指出笔尖的垂直运动由前臂肌肉的屈伸运动产生，水平位移则由这些肌肉的外展 - 内收运动产生。之后，他融入笔尖与书写表面之间摩擦力的影响，并在 1983 年确定并构建了快速书写系统。1995 年和 1996 年，Iguider 和 Yasuhara 基于此模型分别开发了用于提取控制脉动和识别草书阿拉伯文字的方法。
- 2003 年，广岛大学开展手写实验，通过表面电极记录前臂肌肉产生的肌电（EMG）信号，同时测量一些阿拉伯字母和几何图形的坐标。基于此实验方法和数据集，不同的数学方法被提出用于从 EMG 信号表征手写过程。例如，Manabu 等人提出三阶模型从两个 EMG 信号生成书写；Linderman 等人提出从四个 EMG 信号生成 0 - 9 手写数字的模型；Okorokova 等人开发了基于卡尔曼滤波器（KF）和 Mac Donald 模型的混合模型；Zhang 和 Kamavuako 基于三个 EMG 通道记录，开发了神经网络模型用于在（x, y）平面上绘制四种几何图形。

这些多样的手写表征模型虽取得了一定成果，但都需要参数调整，受 EMG 信号主观性影响，效率受限。为缓解生物过程复杂性带来的问题，也有模型考虑了多个书写者产生的多种图形痕迹及其个体属性，如速度、波动、倾斜和偏