汉字书写质量的自动评测技术及其应用研究

The automatic evaluation of handwritten Chinese character(AEHCC) is an important application of CAI(Computer-Assisted Instruction) on Chinese character. There are essential differences between AEHCC and OCR on their basic task, processing object, and processing method. Current research work can't finish the task of evaluating handwritten Chinese characters unattended and feedback automatically. This project using handwriting input devices to record the meta-information including writing process and writing result. And the project will focus on the features of standard Chinese characters and handwritten ones. Finally it will automatically evaluate the handwritten characters on its correctness and aesthetics. The main research content of this project includes: A new approach to describing Chinese character glyph (both Standard and Handwritten) and provides a set of algorithms to extract character features; A set of algorithms of automatically evaluation; A new approach to automatically feedback the evaluation results. The aim of this project is to improve Chinese character handwriting education, through deeply analyzing the detail features and macro features. We hope that it will provide support for HSK, HZC, etc. and can develop the International Chinese education.

汉字书写质量评测是计算机辅助汉字书写教学的重要应用，该技术是汉字教学、字形计算、模式识别等领域尚未很好解决的重点难题之一。汉字书写质量评测与汉字识别在根本任务、对象、方法上有本质不同。现有研究成果不能让学习者在无人值守的情况下完成汉字书写质量的自动评测和意见反馈。本项目利用手写输入设备采集包括书写过程在内的手写汉字信息，以汉字教学中的标准汉字和手写汉字为研究对象，对汉字书写的正确性和美观性评测进行基础理论和应用研究。主要内容包括：面向汉字书写质量评测的汉字字形形式化描述方法及汉字特征提取方法；与汉字书写质量评测相关的一系列自动化算法；以及汉字书写质量评测结果的可视化反馈技术等。本项目旨在通过对汉字书写的细节特征和宏观特征的全面、自动评测，来改进目前传统的汉字书写教学方法，为HSK、汉字应用水平测试等各种应用场合提供技术支持，更能够为汉语国际推广起到推动作用。

本项目面向的目标是，中国小学生以及外国留学生等汉字书写初学者；研究重点为汉字书写质量的自动评测技术。本项目的技术思路是，从学科交叉的角度出发，结合汉字信息处理技术、计算机图形学、文字学等领域的相关知识，对汉字书写的细节特征和宏观特征进行智能化、自动化的评测，并提高评测内容(各种书写错误及书写美观性)的全面性和准确性，从而改进传统的汉字书写教学方法。. 在理论基础方面，本项目的研究工作包括如下几点。(1)提出了一种面向书写质量评测的标准汉字字形描述方法。(2)针对联机手写文本的单字提取结果，提出了一种自适应的纠错方法。(3)提出了两种面向书写质量评测的联机手写汉字字形匹配方法。这两种方法的目标都是建立手写汉字与模板汉字之间的匹配关系。一种方法建立全局最优模型，并使用分支限界算法求解；另一种方法建立松弛匹配模型，并使用迭代方式求解。两种方法都能得到理想的匹配结果，第二种方法的计算效率更高。(4)提出了一种汉字书写规范的计算框架。该框架将评判规则分为不同层次(笔画、部件、整字)和不同级别(严格、宽松)，从而将汉字书写规范的主观判断转化为计算机可处理的计算模型。(5)提出了一种基于高斯混合模型的字形点集匹配和演变技术。. 在技术研发方面，本项目的研究工作包括如下几点。(1)设计并实现了一个汉字书写评判规则的集成开发环境。基于该环境，可以快速编写、查看、修改评判规则。(2)设计并实现了基于移动终端的一系列汉字书写教学工具。这些工具反映了汉字书写教学的不同侧面，从而体现了无人值守的教学特点。(3)设计并实现了一个留学生汉字书写教学系统。以此为基础，进行了留学生汉字书写习得和偏误研究，得出了一系列习得规律。. 基于上述研究工作，本项目取得的成果包括：获得国内专利1项，在国内核心期刊上发表论文4篇，在国际学术会议上发表论文2篇，获得软件著作权1项。本项目的研究成果具有如下应用价值：可以服务于小学生和外国留学生的汉字书写教学，改善传统教学方法，提供个性化指导；可以为HSK、汉字应用水平测试等各种应用场合提供技术支持；更能够为汉语国际推广起到推动作用。