Вдосконалення методу розпізнавання емоцій на базі нейронних мереж

Abstract

У статті проаналізовано використання мікровиразів – тонких рухів обличчя, які важко помітити людському оку, а ще важче одразу проаналізувати, щоб оцінити психологічний стан за допомогою методів штучного інтелекту. Навіть спеціалістам у галузі не завжди ідеально це вдається, адже зміна цих мікровиразів відбувається за 1/5 до 1/3 секунди. Дослідження спрямоване на вдосконалення аналізу мікроміміки для точної ідентифікації емоцій і психологічного стану. Наведено огляд реалізованих технологічних рішень на базі CNN та запропоновано метод для їх покращення. Експериментальна перевірка, здійснена на відеозаписах людей, які переживають різні емоції, підтвердила високу точність розробленого методу в розпізнаванні емоцій і психологічного стану. Незважаючи на проблеми, пов’язані з дефіцитом наборів даних мікровиразів і тонкістю рухів обличчя, розроблено модель CapsuleNet для розпізнавання мікровиразів, сформовано архітектуру системи та здійснено тестування. Завдяки об’єднанню трьох основних наборів даних (SMIC, CASME II і SAMM) в уніфіковану кросбазу даних запропонований у роботі метод перевіряє можливість узагальнення моделі за різними предметними характеристиками. Продуктивність CapsuleNet, оцінена за допомогою кросбазового порівняльного аналізу та перевірки Leave-One-Object-Out, істотно перевершує базову (LBP-TOP) та інші вдосконалені моделі CNN. У роботі показано, що продуктивність розробленої моделі, визначена незваженим середнім показником запам’ятовування та результатами F1, перевершує як базову лінію LBP-TOP, так і інші передові моделі CNN. У комплексній системі розпізнавання мікровиразів cпершу обробляємо дані, щоб ідентифікувати верхівкові кадри в послідовностях і виокремити область обличчя на цих кадрах. Ці оброблені зображення обличчя потім подаються в CapsuleNet для класифікації. Результати роботи розвивають та доповнюють методи емоційного штучного інтелекту, покращуючи оцінку за допомогою мікроміміки психологічного стану, який впливає на психічне здоров’я, взаємодію людини з комп’ютером і соціальну робототехніку. Ця технологія має потенціал для розвитку та розширення у різних галузях, зокрема, надає додаткову можливість для фахівців, котрі працюють з людьми, стежити за їхньою продуктивністю, психологічним станом, та оцінювати стрес.This article analyzes the use of microexpressions – subtle facial movements that are difficult for the human eye to notice, and even more difficult to immediately analyze, even specialists in the field do not always succeed in this perfectly, because their speed is only 1/5 to 1/3 of a second, for assessment of psychological state using artificial intelligence methods. The research is aimed at improving the analysis of micro-mimicry for accurate identification of emotions and psychological state. An overview of implemented technological solutions based on CNN was conducted, and a method for their improvement was found. An experimental test conducted on video recordings of people experiencing various emotions showed the high accuracy of the developed method in recognizing emotions and psychological state. Despite the challenges of the scarcity of microexpression datasets and the subtlety of facial movements, the paper presents a CapsuleNet model for microexpression recognition, builds a system architecture, and conducts testing. By combining three main data sets (SMIC, CASME II and SAMM) into a unified cross-database, the method developed in the work tests the possibility of generalization of the model by different subject characteristics. The performance of CapsuleNet, evaluated by cross-baseline benchmarking and Leave-One-Object-Out validation, significantly outperforms the baseline (LBP-TOP) and other improved of an CNN models. The paper shows that the performance of the developed model, determined by unweighted average recall and F1 scores, outperforms both the LBP-TOP baseline and other state-of-the-art CNN models. In a comprehensive microexpression recognition system. First, we process the data to identify the peak frames in the sequences and isolate the face region in these frames. These processed face images are then moved to CapsuleNet for the classification. The results of the work is to develop and complement methods of emotional artificial intelligence, offering new insights into micromimic assessment of psychological states that affect mental health, human-computer interaction, and social robotics. This technology has potential for development and expansion. This is an additional opportunity for companies that work with people and it is important for them to monitor their productivity, as it is directly related to the psychological state.