Determining the bias and variance of a deterministic finger-tracking algorithm

Abstract

Finger tracking has the potential to expand haptic research and applications, as eye tracking has done in vision research. In research applications, it is desirable to know the bias and variance associated with a finger-tracking method. However, assessing the bias and variance of a deterministic method is not straightforward. Multiple measurements of the same finger position data will not produce different results, implying zero variance. Here, we present a method of assessing deterministic finger-tracking variance and bias through comparison to a non-deterministic measure. A proof-of-concept is presented using a videobased finger-tracking algorithm developed for the specific purpose of tracking participant fingers during a psychological research study. The algorithm uses ridge detection on videos of the participant's hand, and estimates the location of the right index fingertip. The algorithm was evaluated using data from four participants, who explored tactile maps using only their right index finger and all right-hand fingers. The algorithm identified the index fingertip in 99.78 % of one-finger video frames and 97.55 % of five-finger video frames. Although the algorithm produced slightly biased Image Sciences Institute, University Medical Center Utrecht, Utrecht, the Netherlands and more dispersed estimates relative to a human coder, these differences (x = 0.08 cm, y = 0.04 cm) and standard deviations (σ x = 0.16 cm, σ y = 0.21 cm) were small compared to the size of a fingertip (1.5-2.0 cm). Some example finger-tracking results are provided where corrections are made using the bias and variance estimates.

Multi-touch Interaction Data Analysis System (MIDAS) for 2-D tactile display research

“…One key difference is P1's constant use of both hands and, at some points, each hand was seemingly performing a different function, such as marking a location versus perceiving a shape. This resonates with the research by Lorimer (2002), who suggests that the most efficient method for reading braille is when hands work independently and take different roles (e.g., one hand reads, the other is positioned elsewhere along the line). Furthermore, Lorimer states that a poor reader would tend to use both hands for the same purpose (p. 77), which parallels Participant P2's use of both hands to recognize an object more often than P1.…”

The frequency profile: An informative method for graphing the behavior of individuals post hoc or in real time.

“…Noldus, Spink, & Tegelenbosch, 2001). More recently, diagrams that preserve information about the continuous motion of limbs and joints have become more common (e.g., Cappozzo, Della Croce, Leardini, & Chiari, 2005; Leuenberger, Hofmann, Brugger, & Gassert, 2015; Lewkowicz & Delevoye-Turrell, 2016; Medved, 2000; Morash & van der Velden, 2016). Behavioral scientists have also made increasing use of graphical representations of neural activity to support various theories of human motivation and behavior (e.g., Ortiz-Terán, Turrero, Santos, Bryant, & Ortiz, 2013; Rilling et al, 2002; Sanfey, Rilling, Aronson, Nystrom, & Cohen, 2003).…”

Análise da Estratégia Motora da Mão no Desempenho do Teste Háptico Manual de Alto Relevo com Formas Geométricas - HP-hrg

“…As tarefas de contorno e localização de linhas (Skimming) ocorreram de forma mais rápida com o aumento do uso do número de dedos da mão e, às vezes, quando adicionados dedos da segunda mão. 46 Chama atenção neste estudo de Morash et al (2014) que, as tarefas de pesquisa de mapas eram mais rápidas com vários dedos e duas mãos, enquanto que, as tarefas de comparação de distância foram realizadas mais rapidamente com vários dedos, mas somente com uma mão, indicando que, em situações de precisão, a informação pode ser mais consistente com a percepção mais pontual de uma única mão. 46 Nesses casos mais pontuais quando o participante utilizava apenas um dedo para tentar idêntica e ou realizar imagem mental da figura a ser palpada, estes utilizavam apenas um dedo (Skimming).…”

“…46 Chama atenção neste estudo de Morash et al (2014) que, as tarefas de pesquisa de mapas eram mais rápidas com vários dedos e duas mãos, enquanto que, as tarefas de comparação de distância foram realizadas mais rapidamente com vários dedos, mas somente com uma mão, indicando que, em situações de precisão, a informação pode ser mais consistente com a percepção mais pontual de uma única mão. 46 Nesses casos mais pontuais quando o participante utilizava apenas um dedo para tentar idêntica e ou realizar imagem mental da figura a ser palpada, estes utilizavam apenas um dedo (Skimming). Os autores afirmaram que, a partir de seus experimentos, é possível afirmar que "o sistema háptico tem melhor desempenho quando pode explorar com independência de escolha pelo uso de vários dedos"…”