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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.55.2014.tde-10042015-104538
Documento
Autor
Nome completo
Giampaolo Luiz Libralon
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2014
Orientador
Banca examinadora
Romero, Roseli Aparecida Francelin (Presidente)
Costa, Anna Helena Reali
Gomide, Fernando Antonio Campos
Liang, Zhao
Reis, Maria de Jesus Dutra dos
Título em português
Modelagem computacional para reconhecimento de emoções baseada na análise facial
Palavras-chave em português
Expressões faciais
Inteligência artificial
Interação homem-máquina
Reconhecimento de emoções
Resumo em português
As emoções são objeto de estudo não apenas da psicologia, mas também de diversas áreas como filosofia, psiquiatria, biologia, neurociências e, a partir da segunda metade do século XX, das ciências cognitivas. Várias teorias e modelos emocionais foram propostos, mas não existe consenso quanto à escolha de uma ou outra teoria ou modelo. Neste sentido, diversos pesquisadores argumentam que existe um conjunto de emoções básicas que foram preservadas durante o processo evolutivo, pois servem a propósitos específicos. Porém, quantas e quais são as emoções básicas aceitas ainda é um tópico em discussão. De modo geral, o modelo de emoções básicas mais difundido é o proposto por Paul Ekman, que afirma a existência de seis emoções: alegria, tristeza, medo, raiva, aversão e surpresa. Estudos também indicam que existe um pequeno conjunto de expressões faciais universais capaz de representar as seis emoções básicas. No contexto das interações homem-máquina, o relacionamento entre ambos vem se tornando progressivamente natural e social. Desta forma, à medida que as interfaces evoluem, a capacidade de interpretar sinais emocionais de interlocutores e reagir de acordo com eles de maneira apropriada é um desafio a ser superado. Embora os seres humanos utilizem diferentes maneiras para expressar emoções, existem evidências de que estas são mais precisamente descritas por expressões faciais. Assim, visando obter interfaces que propiciem interações mais realísticas e naturais, nesta tese foi desenvolvida uma modelagem computacional, baseada em princípios psicológicos e biológicos, que simula o sistema de reconhecimento emocional existente nos seres humanos. Diferentes etapas são utilizadas para identificar o estado emocional: a utilização de um mecanismo de pré-atenção visual, que rapidamente interpreta as prováveis emoções, a detecção das características faciais mais relevantes para o reconhecimento das expressões emocionais identificadas, e a análise de características geométricas da face para determinar o estado emocional final. Vários experimentos demonstraram que a modelagem proposta apresenta taxas de acerto elevadas, boa capacidade de generalização, e permite a interpretabilidade das características faciais encontradas.
Título em inglês
Computational modeling for emotion recognition based on facial analysis
Palavras-chave em inglês
Artificial intelligence
Emotion recognition
Facial expressions
Human-computer interaction
Resumo em inglês
Emotions are the object of study not only of psychology, but also of various research areas such as philosophy, psychiatry, biology, neuroscience and, from the second half of the twentieth century, the cognitive sciences. A number of emotional theories and models have been proposed, but there is no consensus on the choice of one or another of these models or theories. In this sense, several researchers argue that there is a set of basic emotions that have been preserved during the evolutionary process because they serve specific purposes. However, it is still a topic for discussion how many and which the accepted basic emotions are. In general, the model of basic emotions proposed by Paul Ekman, which asserts the existence of six emotions - happiness, sadness, fear, anger, disgust and surprise, is the most popular. Studies also indicate the existence of a small set of universal facial expressions related to the six basic emotions. In the context of human-machine interactions, the relationship between human beings and machines is becoming increasingly natural and social. Thus, as the interfaces evolve, the ability to interpret emotional signals of interlocutors and to react accordingly in an appropriate manner is a challenge to surpass. Even though emotions are expressed in different ways by human beings, there is evidence that they are more accurately described by facial expressions. In order to obtain interfaces that allow more natural and realistic interactions, a computational modeling based on psychological and biological principles was developed to simulate the emotional recognition system existing in human beings. It presents distinct steps to identify an emotional state: the use of a preattentive visual mechanism, which quickly interprets the most likely emotions, the detection of the most important facial features for recognition of the identified emotional expressions, and the analysis of geometric facial features to determine the final emotional state. A number of experiments demonstrated that the proposed computational modeling achieves high accuracy rates, good generalization performance, and allows the interpretability of the facial features revealed.
 
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Data de Publicação
2015-04-10
 
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