Advances on the Transcription of Historical Manuscripts based on Multimodality, Interactivity and Crowdsourcing

Natural Language Processing (NLP) is an interdisciplinary research field of Computer Science, Linguistics, and Pattern Recognition that studies, among others, the use of human natural languages in Human-Computer Interaction (HCI). Most of NLP research tasks can be applied for solving real-world problems. This is the case of natural language recognition and natural language translation, that can be used for building automatic systems for document transcription and document translation. Regarding digitalised handwritten text documents, transcription is used to obtain an easy digital access to the contents, since simple image digitalisation only provides, in most cases, search by image and not by linguistic contents (keywords, expressions, syntactic or semantic categories). Transcription is even more important in historical manuscripts, since most of these documents are unique and the preservation of their contents is crucial for cultural and historical reasons. The transcription of historical manuscripts is usually done by paleographers, who are experts on ancient script and vocabulary. Recently, Handwritten Text Recognition (HTR) has become a common tool for assisting paleographers in their task, by providing a draft transcription that they may amend with more or less sophisticated methods. This draft transcription is useful when it presents an error rate low enough to make the amending process more comfortable than a complete transcription from scratch. Thus, obtaining a draft transcription with an acceptable low error rate is crucial to have this NLP technology incorporated into the transcription process. The work described in this thesis is focused on the improvement of the draft transcription offered by an HTR system, with the aim of reducing the effort made by paleographers for obtaining the actual transcription on digitalised historical manuscripts. This problem is faced from three different, but complementary, scenarios: · Multimodality: The use of HTR systems allow paleographers to speed up the manual transcription process, since they are able to correct on a draft transcription. Another alternative is to obtain the draft transcription by dictating the contents to an Automatic Speech Recognition (ASR) system. When both sources (image and speech) are available, a multimodal combination is possible and an iterative process can be used in order to refine the final hypothesis. · Interactivity: The use of assistive technologies in the transcription process allows one to reduce the time and human effort required for obtaining the actual transcription, given that the assistive system and the palaeographer cooperate to generate a perfect transcription. Multimodal feedback can be used to provide the assistive system with additional sources of information by using signals that represent the whole same sequence of words to transcribe (e.g. a text image, and the speech of the dictation of the contents of this text image), or that represent just a word or character to correct (e.g. an on-line handwritten word). · Crowdsourcing: Open distributed collaboration emerges as a powerful tool for massive transcription at a relatively low cost, since the paleographer supervision effort may be dramatically reduced. Multimodal combination allows one to use the speech dictation of handwritten text lines in a multimodal crowdsourcing platform, where collaborators may provide their speech by using their own mobile device instead of using desktop or laptop computers, which makes it possible to recruit more collaborators.El Procesamiento del Lenguaje Natural (PLN) es un campo de investigación interdisciplinar de las Ciencias de la Computación, Lingüística y Reconocimiento de Patrones que estudia, entre otros, el uso del lenguaje natural humano en la interacción Hombre-Máquina. La mayoría de las tareas de investigación del PLN se pueden aplicar para resolver problemas del mundo real. Este es el caso del reconocimiento y la traducción del lenguaje natural, que se pueden utilizar para construir sistemas automáticos para la transcripción y traducción de documentos. En cuanto a los documentos manuscritos digitalizados, la transcripción se utiliza para facilitar el acceso digital a los contenidos, ya que la simple digitalización de imágenes sólo proporciona, en la mayoría de los casos, la búsqueda por imagen y no por contenidos lingüísticos. La transcripción es aún más importante en el caso de los manuscritos históricos, ya que la mayoría de estos documentos son únicos y la preservación de su contenido es crucial por razones culturales e históricas. La transcripción de manuscritos históricos suele ser realizada por paleógrafos, que son personas expertas en escritura y vocabulario antiguos. Recientemente, los sistemas de Reconocimiento de Escritura (RES) se han convertido en una herramienta común para ayudar a los paleógrafos en su tarea, la cual proporciona un borrador de la transcripción que los paleógrafos pueden corregir con métodos más o menos sofisticados. Este borrador de transcripción es útil cuando presenta una tasa de error suficientemente reducida para que el proceso de corrección sea más cómodo que una completa transcripción desde cero. Por lo tanto, la obtención de un borrador de transcripción con una baja tasa de error es crucial para que esta tecnología de PLN sea incorporada en el proceso de transcripción. El trabajo descrito en esta tesis se centra en la mejora del borrador de transcripción ofrecido por un sistema RES, con el objetivo de reducir el esfuerzo realizado por los paleógrafos para obtener la transcripción de manuscritos históricos digitalizados. Este problema se enfrenta a partir de tres escenarios diferentes, pero complementarios: · Multimodalidad: El uso de sistemas RES permite a los paleógrafos acelerar el proceso de transcripción manual, ya que son capaces de corregir en un borrador de la transcripción. Otra alternativa es obtener el borrador de la transcripción dictando el contenido a un sistema de Reconocimiento Automático de Habla. Cuando ambas fuentes están disponibles, una combinación multimodal de las mismas es posible y se puede realizar un proceso iterativo para refinar la hipótesis final. · Interactividad: El uso de tecnologías asistenciales en el proceso de transcripción permite reducir el tiempo y el esfuerzo humano requeridos para obtener la transcripción correcta, gracias a la cooperación entre el sistema asistencial y el paleógrafo para obtener la transcripción perfecta. La realimentación multimodal se puede utilizar en el sistema asistencial para proporcionar otras fuentes de información adicionales con señales que representen la misma secuencia de palabras a transcribir (por ejemplo, una imagen de texto, o la señal de habla del dictado del contenido de dicha imagen de texto), o señales que representen sólo una palabra o carácter a corregir (por ejemplo, una palabra manuscrita mediante una pantalla táctil). · Crowdsourcing: La colaboración distribuida y abierta surge como una poderosa herramienta para la transcripción masiva a un costo relativamente bajo, ya que el esfuerzo de supervisión de los paleógrafos puede ser drásticamente reducido. La combinación multimodal permite utilizar el dictado del contenido de líneas de texto manuscrito en una plataforma de crowdsourcing multimodal, donde los colaboradores pueden proporcionar las muestras de habla utilizando su propio dispositivo móvil en lugar de usar ordenadores,El Processament del Llenguatge Natural (PLN) és un camp de recerca interdisciplinar de les Ciències de la Computació, la Lingüística i el Reconeixement de Patrons que estudia, entre d'altres, l'ús del llenguatge natural humà en la interacció Home-Màquina. La majoria de les tasques de recerca del PLN es poden aplicar per resoldre problemes del món real. Aquest és el cas del reconeixement i la traducció del llenguatge natural, que es poden utilitzar per construir sistemes automàtics per a la transcripció i traducció de documents. Quant als documents manuscrits digitalitzats, la transcripció s'utilitza per facilitar l'accés digital als continguts, ja que la simple digitalització d'imatges només proporciona, en la majoria dels casos, la cerca per imatge i no per continguts lingüístics (paraules clau, expressions, categories sintàctiques o semàntiques). La transcripció és encara més important en el cas dels manuscrits històrics, ja que la majoria d'aquests documents són únics i la preservació del seu contingut és crucial per raons culturals i històriques. La transcripció de manuscrits històrics sol ser realitzada per paleògrafs, els quals són persones expertes en escriptura i vocabulari antics. Recentment, els sistemes de Reconeixement d'Escriptura (RES) s'han convertit en una eina comuna per ajudar els paleògrafs en la seua tasca, la qual proporciona un esborrany de la transcripció que els paleògrafs poden esmenar amb mètodes més o menys sofisticats. Aquest esborrany de transcripció és útil quan presenta una taxa d'error prou reduïda perquè el procés de correcció siga més còmode que una completa transcripció des de zero. Per tant, l'obtenció d'un esborrany de transcripció amb un baixa taxa d'error és crucial perquè aquesta tecnologia del PLN siga incorporada en el procés de transcripció. El treball descrit en aquesta tesi se centra en la millora de l'esborrany de la transcripció ofert per un sistema RES, amb l'objectiu de reduir l'esforç realitzat pels paleògrafs per obtenir la transcripció de manuscrits històrics digitalitzats. Aquest problema s'enfronta a partir de tres escenaris diferents, però complementaris: · Multimodalitat: L'ús de sistemes RES permet als paleògrafs accelerar el procés de transcripció manual, ja que són capaços de corregir un esborrany de la transcripció. Una altra alternativa és obtenir l'esborrany de la transcripció dictant el contingut a un sistema de Reconeixement Automàtic de la Parla. Quan les dues fonts (imatge i parla) estan disponibles, una combinació multimodal és possible i es pot realitzar un procés iteratiu per refinar la hipòtesi final. · Interactivitat: L'ús de tecnologies assistencials en el procés de transcripció permet reduir el temps i l'esforç humà requerits per obtenir la transcripció real, gràcies a la cooperació entre el sistema assistencial i el paleògraf per obtenir la transcripció perfecta. La realimentació multimodal es pot utilitzar en el sistema assistencial per proporcionar fonts d'informació addicionals amb senyals que representen la mateixa seqüencia de paraules a transcriure (per exemple, una imatge de text, o el senyal de parla del dictat del contingut d'aquesta imatge de text), o senyals que representen només una paraula o caràcter a corregir (per exemple, una paraula manuscrita mitjançant una pantalla tàctil). · Crowdsourcing: La col·laboració distribuïda i oberta sorgeix com una poderosa eina per a la transcripció massiva a un cost relativament baix, ja que l'esforç de supervisió dels paleògrafs pot ser reduït dràsticament. La combinació multimodal permet utilitzar el dictat del contingut de línies de text manuscrit en una plataforma de crowdsourcing multimodal, on els col·laboradors poden proporcionar les mostres de parla utilitzant el seu propi dispositiu mòbil en lloc d'utilitzar ordinadors d'escriptori o portàtils, la qual cosa permet ampliar el nombrGranell Romero, E. (2017). Advances on the Transcription of Historical Manuscripts based on Multimodality, Interactivity and Crowdsourcing [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86137TESI

Optimizing Computer-Assisted Transcription Quality with Iterative User Interfaces

Computer-assisted transcription promises high-quality speech transcription at reduced costs. This is achieved by limiting human effort to transcribing parts for which automatic transcription quality is insufficient. Our goal is to improve the human transcription quality via appropriate user interface design. We focus on iterative interfaces that allow humans to solve tasks based on an initially given suggestion, in this case an automatic transcription. We conduct a user study that reveals considerable quality gains for three variations of iterative interfaces over a non-iterative from-scratch transcription interface. Our iterative interfaces included post-editing, confidence-enhanced post-editing, and a novel retyping interface. All three yielded similar quality on average, but we found that the proposed retyping interface was less sensitive to the difficulty of the segment, and superior when the automatic transcription of the segment contained relatively many errors. An analysis using mixed-effects models allows us to quantify these and other factors and draw conclusions over which interface design should be chosen in which circumstance

Multimodal Interactive Transcription of Handwritten Text Images

En esta tesis se presenta un nuevo marco interactivo y multimodal para la transcripción de Documentos manuscritos. Esta aproximación, lejos de proporcionar la transcripción completa pretende asistir al experto en la dura tarea de transcribir. Hasta la fecha, los sistemas de reconocimiento de texto manuscrito disponibles no proporcionan transcripciones aceptables por los usuarios y, generalmente, se requiere la intervención del humano para corregir las transcripciones obtenidas. Estos sistemas han demostrado ser realmente útiles en aplicaciones restringidas y con vocabularios limitados (como es el caso del reconocimiento de direcciones postales o de cantidades numéricas en cheques bancarios), consiguiendo en este tipo de tareas resultados aceptables. Sin embargo, cuando se trabaja con documentos manuscritos sin ningún tipo de restricción (como documentos manuscritos antiguos o texto espontáneo), la tecnología actual solo consigue resultados inaceptables. El escenario interactivo estudiado en esta tesis permite una solución más efectiva. En este escenario, el sistema de reconocimiento y el usuario cooperan para generar la transcripción final de la imagen de texto. El sistema utiliza la imagen de texto y una parte de la transcripción previamente validada (prefijo) para proponer una posible continuación. Despues, el usuario encuentra y corrige el siguente error producido por el sistema, generando así un nuevo prefijo mas largo. Este nuevo prefijo, es utilizado por el sistema para sugerir una nueva hipótesis. La tecnología utilizada se basa en modelos ocultos de Markov y n-gramas. Estos modelos son utilizados aquí de la misma manera que en el reconocimiento automático del habla. Algunas modificaciones en la definición convencional de los n-gramas han sido necesarias para tener en cuenta la retroalimentación del usuario en este sistema.Romero Gómez, V. (2010). Multimodal Interactive Transcription of Handwritten Text Images [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8541Palanci

Voice-For-Blind: An Utilizable Email Client for Visually Impaired Users

For people who are sighted, visually impaired, or blind, electronic mail has evolved into a vital tool for collaboration and communication. However, the current email-related activities on smartphones cause a number of problems due to insufficient mapping of haptic feedback, complex text-entry layouts, a variety of screen sizes and orientations, illogical ordering of navigational items, and inconsistent interface design. The Components on touch-screen interfaces that can't be seen can be difficult for blind people to precisely access, making it difficult for them to carry out common mailing tasks such as receiving, sending, organising, managing spam, deleting, searching, and filtering. Due to these issues, blind people are having trouble using smartphones and completing a number of tasks related to email. Junk and Spam email frustration and cognitive overload are additional effects. We proposed Voice-For-Blind an utilizable email client that is friendly to visully imapired individuals to get around the obstacles relating to the usability and accessibility of smartphone-related mailing activities. 38 blind participants in an empirical study who carried out 14 email-related tasks are used to evaluate the proposed email client. The outcomes of this prototype's use demonstrate an elevated accuracy in complettion, improved user experience, and improved touchscreen interface control for basic tasks like email management. The findings show that Voice-For-Blind is an email client that is inclusive of accessibility, giving blind individuals an enhanced user - interface experience and reducing cognitive load when managing emails

Composition of Constraint, Hypothesis and Error Models to improve interaction in Human-Machine Interfaces

We use Weighted Finite-State Transducers (WFSTs) to represent the different sources of information available: the initial hypotheses, the possible errors, the constraints imposed by the task (interaction language) and the user input. The fusion of these models to find the most probable output string can be performed efficiently by using carefully selected transducer operations. The proposed system initially suggests an output based on the set of hypotheses, possible errors and Constraint Models. Then, if human intervention is needed, a multimodal approach, where the user input is combined with the aforementioned models, is applied to produce, with a minimum user effort, the desired output. This approach offers the practical advantages of a de-coupled model (e.g. input-system + parameterized rules + post-processor), keeping at the same time the error-recovery power of an integrated approach, where all the steps of the process are performed in the same formal machine (as in a typical HMM in speech recognition) to avoid that an error at a given step remains unrecoverable in the subsequent steps. After a presentation of the theoretical basis of the proposed multi-source information system, its application to two real world problems, as an example of the possibilities of this architecture, is addressed. The experimental results obtained demonstrate that a significant user effort can be saved when using the proposed procedure. A simple demonstration, to better understand and evaluate the proposed system, is available on the web https://demos.iti.upv.es/hi/. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.Navarro Cerdan, JR.; Llobet Azpitarte, R.; Arlandis, J.; Perez-Cortes, J. (2016). Composition of Constraint, Hypothesis and Error Models to improve interaction in Human-Machine Interfaces. Information Fusion. 29:1-13. doi:10.1016/j.inffus.2015.09.001S1132

Toward Interactive Dictation

Voice dictation is an increasingly important text input modality. Existing systems that allow both dictation and editing-by-voice restrict their command language to flat templates invoked by trigger words. In this work, we study the feasibility of allowing users to interrupt their dictation with spoken editing commands in open-ended natural language. We introduce a new task and dataset, TERTiUS, to experiment with such systems. To support this flexibility in real-time, a system must incrementally segment and classify spans of speech as either dictation or command, and interpret the spans that are commands. We experiment with using large pre-trained language models to predict the edited text, or alternatively, to predict a small text-editing program. Experiments show a natural trade-off between model accuracy and latency: a smaller model achieves 30% end-state accuracy with 1.3 seconds of latency, while a larger model achieves 55% end-state accuracy with 7 seconds of latency.Comment: 17 pages, 5 tables, 4 figures; AC

CHARACTER-LEVEL INTERACTIONS IN MULTIMODAL COMPUTER-ASSISTED TRANSCRIPTION OF TEXT IMAGES

HTR systems don't achieve acceptable results in unconstrained applications. Therefore, it is convenient to use a system that allows the user to cooperate in the most confortable way with the system to generate a correct transcription. In this paper, multimodal interaction at character-level is studied.Martín-Albo Simón, D. (2011). CHARACTER-LEVEL INTERACTIONS IN MULTIMODAL COMPUTER-ASSISTED TRANSCRIPTION OF TEXT IMAGES. http://hdl.handle.net/10251/11313Archivo delegad

Speakerly: A Voice-based Writing Assistant for Text Composition

We present Speakerly, a new real-time voice-based writing assistance system that helps users with text composition across various use cases such as emails, instant messages, and notes. The user can interact with the system through instructions or dictation, and the system generates a well-formatted and coherent document. We describe the system architecture and detail how we address the various challenges while building and deploying such a system at scale. More specifically, our system uses a combination of small, task-specific models as well as pre-trained language models for fast and effective text composition while supporting a variety of input modes for better usability.Comment: Accepted at EMNLP 2023 Industry Trac

SpeciFingers

The inadequate use of finger properties has limited the input space of touch interaction. By leveraging the category of contacting fingers, finger-specific interaction is able to expand input vocabulary. However, accurate finger identification remains challenging, as it requires either additional sensors or limited sets of identifiable fingers to achieve ideal accuracy in previous works. We introduce SpeciFingers, a novel approach to identify fingers with the capacitive raw data on touchscreens. We apply a neural network of an encoder-decoder architecture, which captures the spatio-temporal features in capacitive image sequences. To assist users in recovering from misidentification, we propose a correction mechanism to replace the existing undo-redo process. Also, we present a design space of finger-specific interaction with example interaction techniques. In particular, we designed and implemented a use case of optimizing the performance in pointing on small targets. We evaluated our identification model and error correction mechanism in our use case

Human-Computer Interaction

In this book the reader will find a collection of 31 papers presenting different facets of Human Computer Interaction, the result of research projects and experiments as well as new approaches to design user interfaces. The book is organized according to the following main topics in a sequential order: new interaction paradigms, multimodality, usability studies on several interaction mechanisms, human factors, universal design and development methodologies and tools