Mathematical Expression Recognition based on Probabilistic Grammars

[EN] Mathematical notation is well-known and used all over the world. Humankind has evolved from simple methods representing countings to current well-defined math notation able to account for complex problems. Furthermore, mathematical expressions constitute a universal language in scientific fields, and many information resources containing mathematics have been created during the last decades. However, in order to efficiently access all that information, scientific documents have to be digitized or produced directly in electronic formats. Although most people is able to understand and produce mathematical information, introducing math expressions into electronic devices requires learning specific notations or using editors. Automatic recognition of mathematical expressions aims at filling this gap between the knowledge of a person and the input accepted by computers. This way, printed documents containing math expressions could be automatically digitized, and handwriting could be used for direct input of math notation into electronic devices. This thesis is devoted to develop an approach for mathematical expression recognition. In this document we propose an approach for recognizing any type of mathematical expression (printed or handwritten) based on probabilistic grammars. In order to do so, we develop the formal statistical framework such that derives several probability distributions. Along the document, we deal with the definition and estimation of all these probabilistic sources of information. Finally, we define the parsing algorithm that globally computes the most probable mathematical expression for a given input according to the statistical framework. An important point in this study is to provide objective performance evaluation and report results using public data and standard metrics. We inspected the problems of automatic evaluation in this field and looked for the best solutions. We also report several experiments using public databases and we participated in several international competitions. Furthermore, we have released most of the software developed in this thesis as open source. We also explore some of the applications of mathematical expression recognition. In addition to the direct applications of transcription and digitization, we report two important proposals. First, we developed mucaptcha, a method to tell humans and computers apart by means of math handwriting input, which represents a novel application of math expression recognition. Second, we tackled the problem of layout analysis of structured documents using the statistical framework developed in this thesis, because both are two-dimensional problems that can be modeled with probabilistic grammars. The approach developed in this thesis for mathematical expression recognition has obtained good results at different levels. It has produced several scientific publications in international conferences and journals, and has been awarded in international competitions.[ES] La notación matemática es bien conocida y se utiliza en todo el mundo. La humanidad ha evolucionado desde simples métodos para representar cuentas hasta la notación formal actual capaz de modelar problemas complejos. Además, las expresiones matemáticas constituyen un idioma universal en el mundo científico, y se han creado muchos recursos que contienen matemáticas durante las últimas décadas. Sin embargo, para acceder de forma eficiente a toda esa información, los documentos científicos han de ser digitalizados o producidos directamente en formatos electrónicos. Aunque la mayoría de personas es capaz de entender y producir información matemática, introducir expresiones matemáticas en dispositivos electrónicos requiere aprender notaciones especiales o usar editores. El reconocimiento automático de expresiones matemáticas tiene como objetivo llenar ese espacio existente entre el conocimiento de una persona y la entrada que aceptan los ordenadores. De este modo, documentos impresos que contienen fórmulas podrían digitalizarse automáticamente, y la escritura se podría utilizar para introducir directamente notación matemática en dispositivos electrónicos. Esta tesis está centrada en desarrollar un método para reconocer expresiones matemáticas. En este documento proponemos un método para reconocer cualquier tipo de fórmula (impresa o manuscrita) basado en gramáticas probabilísticas. Para ello, desarrollamos el marco estadístico formal que deriva varias distribuciones de probabilidad. A lo largo del documento, abordamos la definición y estimación de todas estas fuentes de información probabilística. Finalmente, definimos el algoritmo que, dada cierta entrada, calcula globalmente la expresión matemática más probable de acuerdo al marco estadístico. Un aspecto importante de este trabajo es proporcionar una evaluación objetiva de los resultados y presentarlos usando datos públicos y medidas estándar. Por ello, estudiamos los problemas de la evaluación automática en este campo y buscamos las mejores soluciones. Asimismo, presentamos diversos experimentos usando bases de datos públicas y hemos participado en varias competiciones internacionales. Además, hemos publicado como código abierto la mayoría del software desarrollado en esta tesis. También hemos explorado algunas de las aplicaciones del reconocimiento de expresiones matemáticas. Además de las aplicaciones directas de transcripción y digitalización, presentamos dos propuestas importantes. En primer lugar, desarrollamos mucaptcha, un método para discriminar entre humanos y ordenadores mediante la escritura de expresiones matemáticas, el cual representa una novedosa aplicación del reconocimiento de fórmulas. En segundo lugar, abordamos el problema de detectar y segmentar la estructura de documentos utilizando el marco estadístico formal desarrollado en esta tesis, dado que ambos son problemas bidimensionales que pueden modelarse con gramáticas probabilísticas. El método desarrollado en esta tesis para reconocer expresiones matemáticas ha obtenido buenos resultados a diferentes niveles. Este trabajo ha producido varias publicaciones en conferencias internacionales y revistas, y ha sido premiado en competiciones internacionales.[CA] La notació matemàtica és ben coneguda i s'utilitza a tot el món. La humanitat ha evolucionat des de simples mètodes per representar comptes fins a la notació formal actual capaç de modelar problemes complexos. A més, les expressions matemàtiques constitueixen un idioma universal al món científic, i s'han creat molts recursos que contenen matemàtiques durant les últimes dècades. No obstant això, per accedir de forma eficient a tota aquesta informació, els documents científics han de ser digitalitzats o produïts directament en formats electrònics. Encara que la majoria de persones és capaç d'entendre i produir informació matemàtica, introduir expressions matemàtiques en dispositius electrònics requereix aprendre notacions especials o usar editors. El reconeixement automàtic d'expressions matemàtiques té per objectiu omplir aquest espai existent entre el coneixement d'una persona i l'entrada que accepten els ordinadors. D'aquesta manera, documents impresos que contenen fórmules podrien digitalitzar-se automàticament, i l'escriptura es podria utilitzar per introduir directament notació matemàtica en dispositius electrònics. Aquesta tesi està centrada en desenvolupar un mètode per reconèixer expressions matemàtiques. En aquest document proposem un mètode per reconèixer qualsevol tipus de fórmula (impresa o manuscrita) basat en gramàtiques probabilístiques. Amb aquesta finalitat, desenvolupem el marc estadístic formal que deriva diverses distribucions de probabilitat. Al llarg del document, abordem la definició i estimació de totes aquestes fonts d'informació probabilística. Finalment, definim l'algorisme que, donada certa entrada, calcula globalment l'expressió matemàtica més probable d'acord al marc estadístic. Un aspecte important d'aquest treball és proporcionar una avaluació objectiva dels resultats i presentar-los usant dades públiques i mesures estàndard. Per això, estudiem els problemes de l'avaluació automàtica en aquest camp i busquem les millors solucions. Així mateix, presentem diversos experiments usant bases de dades públiques i hem participat en diverses competicions internacionals. A més, hem publicat com a codi obert la majoria del software desenvolupat en aquesta tesi. També hem explorat algunes de les aplicacions del reconeixement d'expressions matemàtiques. A més de les aplicacions directes de transcripció i digitalització, presentem dues propostes importants. En primer lloc, desenvolupem mucaptcha, un mètode per discriminar entre humans i ordinadors mitjançant l'escriptura d'expressions matemàtiques, el qual representa una nova aplicació del reconeixement de fórmules. En segon lloc, abordem el problema de detectar i segmentar l'estructura de documents utilitzant el marc estadístic formal desenvolupat en aquesta tesi, donat que ambdós són problemes bidimensionals que poden modelar-se amb gramàtiques probabilístiques. El mètode desenvolupat en aquesta tesi per reconèixer expressions matemàtiques ha obtingut bons resultats a diferents nivells. Aquest treball ha produït diverses publicacions en conferències internacionals i revistes, i ha sigut premiat en competicions internacionals.Álvaro Muñoz, F. (2015). Mathematical Expression Recognition based on Probabilistic Grammars [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/51665TESI

Contributions to Pen & Touch Human-Computer Interaction

[EN] Computers are now present everywhere, but their potential is not fully exploited due to some lack of acceptance. In this thesis, the pen computer paradigm is adopted, whose main idea is to replace all input devices by a pen and/or the fingers, given that the origin of the rejection comes from using unfriendly interaction devices that must be replaced by something easier for the user. This paradigm, that was was proposed several years ago, has been only recently fully implemented in products, such as the smartphones. But computers are actual illiterates that do not understand gestures or handwriting, thus a recognition step is required to "translate" the meaning of these interactions to computer-understandable language. And for this input modality to be actually usable, its recognition accuracy must be high enough. In order to realistically think about the broader deployment of pen computing, it is necessary to improve the accuracy of handwriting and gesture recognizers. This thesis is devoted to study different approaches to improve the recognition accuracy of those systems. First, we will investigate how to take advantage of interaction-derived information to improve the accuracy of the recognizer. In particular, we will focus on interactive transcription of text images. Here the system initially proposes an automatic transcript. If necessary, the user can make some corrections, implicitly validating a correct part of the transcript. Then the system must take into account this validated prefix to suggest a suitable new hypothesis. Given that in such application the user is constantly interacting with the system, it makes sense to adapt this interactive application to be used on a pen computer. User corrections will be provided by means of pen-strokes and therefore it is necessary to introduce a recognizer in charge of decoding this king of nondeterministic user feedback. However, this recognizer performance can be boosted by taking advantage of interaction-derived information, such as the user-validated prefix. Then, this thesis focuses on the study of human movements, in particular, hand movements, from a generation point of view by tapping into the kinematic theory of rapid human movements and the Sigma-Lognormal model. Understanding how the human body generates movements and, particularly understand the origin of the human movement variability, is important in the development of a recognition system. The contribution of this thesis to this topic is important, since a new technique (which improves the previous results) to extract the Sigma-lognormal model parameters is presented. Closely related to the previous work, this thesis study the benefits of using synthetic data as training. The easiest way to train a recognizer is to provide "infinite" data, representing all possible variations. In general, the more the training data, the smaller the error. But usually it is not possible to infinitely increase the size of a training set. Recruiting participants, data collection, labeling, etc., necessary for achieving this goal can be time-consuming and expensive. One way to overcome this problem is to create and use synthetically generated data that looks like the human. We study how to create these synthetic data and explore different approaches on how to use them, both for handwriting and gesture recognition. The different contributions of this thesis have obtained good results, producing several publications in international conferences and journals. Finally, three applications related to the work of this thesis are presented. First, we created Escritorie, a digital desk prototype based on the pen computer paradigm for transcribing handwritten text images. Second, we developed "Gestures à Go Go", a web application for bootstrapping gestures. Finally, we studied another interactive application under the pen computer paradigm. In this case, we study how translation reviewing can be done more ergonomically using a pen.[ES] Hoy en día, los ordenadores están presentes en todas partes pero su potencial no se aprovecha debido al "miedo" que se les tiene. En esta tesis se adopta el paradigma del pen computer, cuya idea fundamental es sustituir todos los dispositivos de entrada por un lápiz electrónico o, directamente, por los dedos. El origen del rechazo a los ordenadores proviene del uso de interfaces poco amigables para el humano. El origen de este paradigma data de hace más de 40 años, pero solo recientemente se ha comenzado a implementar en dispositivos móviles. La lenta y tardía implantación probablemente se deba a que es necesario incluir un reconocedor que "traduzca" los trazos del usuario (texto manuscrito o gestos) a algo entendible por el ordenador. Para pensar de forma realista en la implantación del pen computer, es necesario mejorar la precisión del reconocimiento de texto y gestos. El objetivo de esta tesis es el estudio de diferentes estrategias para mejorar esta precisión. En primer lugar, esta tesis investiga como aprovechar información derivada de la interacción para mejorar el reconocimiento, en concreto, en la transcripción interactiva de imágenes con texto manuscrito. En la transcripción interactiva, el sistema y el usuario trabajan "codo con codo" para generar la transcripción. El usuario valida la salida del sistema proporcionando ciertas correcciones, mediante texto manuscrito, que el sistema debe tener en cuenta para proporcionar una mejor transcripción. Este texto manuscrito debe ser reconocido para ser utilizado. En esta tesis se propone aprovechar información contextual, como por ejemplo, el prefijo validado por el usuario, para mejorar la calidad del reconocimiento de la interacción. Tras esto, la tesis se centra en el estudio del movimiento humano, en particular del movimiento de las manos, utilizando la Teoría Cinemática y su modelo Sigma-Lognormal. Entender como se mueven las manos al escribir, y en particular, entender el origen de la variabilidad de la escritura, es importante para el desarrollo de un sistema de reconocimiento, La contribución de esta tesis a este tópico es importante, dado que se presenta una nueva técnica (que mejora los resultados previos) para extraer el modelo Sigma-Lognormal de trazos manuscritos. De forma muy relacionada con el trabajo anterior, se estudia el beneficio de utilizar datos sintéticos como entrenamiento. La forma más fácil de entrenar un reconocedor es proporcionar un conjunto de datos "infinito" que representen todas las posibles variaciones. En general, cuanto más datos de entrenamiento, menor será el error del reconocedor. No obstante, muchas veces no es posible proporcionar más datos, o hacerlo es muy caro. Por ello, se ha estudiado como crear y usar datos sintéticos que se parezcan a los reales. Las diferentes contribuciones de esta tesis han obtenido buenos resultados, produciendo varias publicaciones en conferencias internacionales y revistas. Finalmente, también se han explorado tres aplicaciones relaciones con el trabajo de esta tesis. En primer lugar, se ha creado Escritorie, un prototipo de mesa digital basada en el paradigma del pen computer para realizar transcripción interactiva de documentos manuscritos. En segundo lugar, se ha desarrollado "Gestures à Go Go", una aplicación web para generar datos sintéticos y empaquetarlos con un reconocedor de forma rápida y sencilla. Por último, se presenta un sistema interactivo real bajo el paradigma del pen computer. En este caso, se estudia como la revisión de traducciones automáticas se puede realizar de forma más ergonómica.[CA] Avui en dia, els ordinadors són presents a tot arreu i es comunament acceptat que la seva utilització proporciona beneficis. No obstant això, moltes vegades el seu potencial no s'aprofita totalment. En aquesta tesi s'adopta el paradigma del pen computer, on la idea fonamental és substituir tots els dispositius d'entrada per un llapis electrònic, o, directament, pels dits. Aquest paradigma postula que l'origen del rebuig als ordinadors prové de l'ús d'interfícies poc amigables per a l'humà, que han de ser substituïdes per alguna cosa més coneguda. Per tant, la interacció amb l'ordinador sota aquest paradigma es realitza per mitjà de text manuscrit i/o gestos. L'origen d'aquest paradigma data de fa més de 40 anys, però només recentment s'ha començat a implementar en dispositius mòbils. La lenta i tardana implantació probablement es degui al fet que és necessari incloure un reconeixedor que "tradueixi" els traços de l'usuari (text manuscrit o gestos) a alguna cosa comprensible per l'ordinador, i el resultat d'aquest reconeixement, actualment, és lluny de ser òptim. Per pensar de forma realista en la implantació del pen computer, cal millorar la precisió del reconeixement de text i gestos. L'objectiu d'aquesta tesi és l'estudi de diferents estratègies per millorar aquesta precisió. En primer lloc, aquesta tesi investiga com aprofitar informació derivada de la interacció per millorar el reconeixement, en concret, en la transcripció interactiva d'imatges amb text manuscrit. En la transcripció interactiva, el sistema i l'usuari treballen "braç a braç" per generar la transcripció. L'usuari valida la sortida del sistema donant certes correccions, que el sistema ha d'usar per millorar la transcripció. En aquesta tesi es proposa utilitzar correccions manuscrites, que el sistema ha de reconèixer primer. La qualitat del reconeixement d'aquesta interacció és millorada, tenint en compte informació contextual, com per exemple, el prefix validat per l'usuari. Després d'això, la tesi se centra en l'estudi del moviment humà en particular del moviment de les mans, des del punt de vista generatiu, utilitzant la Teoria Cinemàtica i el model Sigma-Lognormal. Entendre com es mouen les mans en escriure és important per al desenvolupament d'un sistema de reconeixement, en particular, per entendre l'origen de la variabilitat de l'escriptura. La contribució d'aquesta tesi a aquest tòpic és important, atès que es presenta una nova tècnica (que millora els resultats previs) per extreure el model Sigma- Lognormal de traços manuscrits. De forma molt relacionada amb el treball anterior, s'estudia el benefici d'utilitzar dades sintètiques per a l'entrenament. La forma més fàcil d'entrenar un reconeixedor és proporcionar un conjunt de dades "infinit" que representin totes les possibles variacions. En general, com més dades d'entrenament, menor serà l'error del reconeixedor. No obstant això, moltes vegades no és possible proporcionar més dades, o fer-ho és molt car. Per això, s'ha estudiat com crear i utilitzar dades sintètiques que s'assemblin a les reals. Les diferents contribucions d'aquesta tesi han obtingut bons resultats, produint diverses publicacions en conferències internacionals i revistes. Finalment, també s'han explorat tres aplicacions relacionades amb el treball d'aquesta tesi. En primer lloc, s'ha creat Escritorie, un prototip de taula digital basada en el paradigma del pen computer per realitzar transcripció interactiva de documents manuscrits. En segon lloc, s'ha desenvolupat "Gestures à Go Go", una aplicació web per a generar dades sintètiques i empaquetar-les amb un reconeixedor de forma ràpida i senzilla. Finalment, es presenta un altre sistema inter- actiu sota el paradigma del pen computer. En aquest cas, s'estudia com la revisió de traduccions automàtiques es pot realitzar de forma més ergonòmica.Martín-Albo Simón, D. (2016). Contributions to Pen & Touch Human-Computer Interaction [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/68482TESI

Integrating passive ubiquitous surfaces into human-computer interaction

Mobile technologies enable people to interact with computers ubiquitously. This dissertation investigates how ordinary, ubiquitous surfaces can be integrated into human-computer interaction to extend the interaction space beyond the edge of the display. It turns out that acoustic and tactile features generated during an interaction can be combined to identify input events, the user, and the surface. In addition, it is shown that a heterogeneous distribution of different surfaces is particularly suitable for realizing versatile interaction modalities. However, privacy concerns must be considered when selecting sensors, and context can be crucial in determining whether and what interaction to perform.Mobile Technologien ermöglichen den Menschen eine allgegenwärtige Interaktion mit Computern. Diese Dissertation untersucht, wie gewöhnliche, allgegenwärtige Oberflächen in die Mensch-Computer-Interaktion integriert werden können, um den Interaktionsraum über den Rand des Displays hinaus zu erweitern. Es stellt sich heraus, dass akustische und taktile Merkmale, die während einer Interaktion erzeugt werden, kombiniert werden können, um Eingabeereignisse, den Benutzer und die Oberfläche zu identifizieren. Darüber hinaus wird gezeigt, dass eine heterogene Verteilung verschiedener Oberflächen besonders geeignet ist, um vielfältige Interaktionsmodalitäten zu realisieren. Bei der Auswahl der Sensoren müssen jedoch Datenschutzaspekte berücksichtigt werden, und der Kontext kann entscheidend dafür sein, ob und welche Interaktion durchgeführt werden soll

Human interaction with digital ink : legibility measurement and structural analysis

Literature suggests that it is possible to design and implement pen-based computer interfaces that resemble the use of pen and paper. These interfaces appear to allow users freedom in expressing ideas and seem to be familiar and easy to use. Different ideas have been put forward concerning this type of interface, however despite the commonality of aims and problems faced, there does not appear to be a common approach to their design and implementation. This thesis aims to progress the development of pen-based computer interfaces that resemble the use of pen and paper. To do this, a conceptual model is proposed for interfaces that enable interaction with "digital ink". This conceptual model is used to organize and analyse the broad range of literature related to pen-based interfaces, and to identify topics that are not sufficiently addressed by published research. Two issues highlighted by the model: digital ink legibility and digital ink structuring, are then investigated. In the first investigation, methods are devised to objectively and subjectively measure the legibility of handwritten script. These methods are then piloted in experiments that vary the horizontal rendering resolution of handwritten script displayed on a computer screen. Script legibility is shown to decrease with rendering resolution, after it drops below a threshold value. In the second investigation, the clustering of digital ink strokes into words is addressed. A method of rating the accuracy of clustering algorithms is proposed: the percentage of words spoiled. The clustering error rate is found to vary among different writers, for a clustering algorithm using the geometric features of both ink strokes, and the gaps between them. The work contributes a conceptual interface model, methods of measuring digital ink legibility, and techniques for investigating stroke clustering features, to the field of digital ink interaction research

Touch-screen Behavioural Biometrics on Mobile Devices

Robust user verification on mobile devices is one of the top priorities globally from a financial security and privacy viewpoint and has led to biometric verification complementing or replacing PIN and password methods. Research has shown that behavioural biometric methods, with their promise of improved security due to inimitable nature and the lure of unintrusive, implicit, continuous verification, could define the future of privacy and cyber security in an increasingly mobile world. Considering the real-life nature of problems relating to mobility, this study aims to determine the impact of user interaction factors that affect verification performance and usability for behavioural biometric modalities on mobile devices. Building on existing work on biometric performance assessments, it asks: To what extent does the biometric performance remain stable when faced with movements or change of environment, over time and other device related factors influencing usage of mobile devices in real-life applications? Further it seeks to provide answers to: What could further improve the performance for behavioural biometric modalities? Based on a review of the literature, a series of experiments were executed to collect a dataset consisting of touch dynamics based behavioural data mirroring various real-life usage scenarios of a mobile device. Responses were analysed using various uni-modal and multi-modal frameworks. Analysis demonstrated that existing verification methods using touch modalities of swipes, signatures and keystroke dynamics adapt poorly when faced with a variety of usage scenarios and have challenges related to time persistence. The results indicate that a multi-modal solution does have a positive impact towards improving the verification performance. On this basis, it is recommended to explore alternatives in the form of dynamic, variable thresholds and smarter template selection strategy which hold promise. We believe that the evaluation results presented in this thesis will streamline development of future solutions for improving the security of behavioural-based modalities on mobile biometrics

Sketch recognition of digital ink diagrams : a thesis presented in partial fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in Computer Science at Massey University, Palmerston North, New Zealand

Figures are either re-used with permission, or abstracted with permission from the source article.Sketch recognition of digital ink diagrams is the process of automatically identifying hand-drawn elements in a diagram. This research focuses on the simultaneous grouping and recognition of shapes in digital ink diagrams. In order to recognise a shape, we need to group strokes belonging to a shape, however, strokes cannot be grouped until the shape is identified. Therefore, we treat grouping and recognition as a simultaneous task. Our grouping technique uses spatial proximity to hypothesise shape candidates. Many of the hypothesised shape candidates are invalid, therefore we need a way to reject them. We present a novel rejection technique based on novelty detection. The rejection method uses proximity measures to validate a shape candidate. In addition, we investigate on improving the accuracy of the current shape recogniser by adding extra features. We also present a novel connector recognition system that localises connector heads around recognised shapes. We perform a full comparative study on two datasets. The results show that our approach is significantly more accurate in finding shapes and faster on process diagram compared to Stahovich et al. (2014), which the results show the superiority of our approach in terms of computation time and accuracy. Furthermore, we evaluate our system on two public datasets and compare our results with other approaches reported in the literature that have used these dataset. The results show that our approach is more accurate in finding and recognising the shapes in the FC dataset (by finding and recognising 91.7% of the shapes) compared to the reported results in the literature

Character Recognition

Character recognition is one of the pattern recognition technologies that are most widely used in practical applications. This book presents recent advances that are relevant to character recognition, from technical topics such as image processing, feature extraction or classification, to new applications including human-computer interfaces. The goal of this book is to provide a reference source for academic research and for professionals working in the character recognition field

Deep Active Learning Explored Across Diverse Label Spaces

abstract: Deep learning architectures have been widely explored in computer vision and have depicted commendable performance in a variety of applications. A fundamental challenge in training deep networks is the requirement of large amounts of labeled training data. While gathering large quantities of unlabeled data is cheap and easy, annotating the data is an expensive process in terms of time, labor and human expertise. Thus, developing algorithms that minimize the human effort in training deep models is of immense practical importance. Active learning algorithms automatically identify salient and exemplar samples from large amounts of unlabeled data and can augment maximal information to supervised learning models, thereby reducing the human annotation effort in training machine learning models. The goal of this dissertation is to fuse ideas from deep learning and active learning and design novel deep active learning algorithms. The proposed learning methodologies explore diverse label spaces to solve different computer vision applications. Three major contributions have emerged from this work; (i) a deep active framework for multi-class image classication, (ii) a deep active model with and without label correlation for multi-label image classi- cation and (iii) a deep active paradigm for regression. Extensive empirical studies on a variety of multi-class, multi-label and regression vision datasets corroborate the potential of the proposed methods for real-world applications. Additional contributions include: (i) a multimodal emotion database consisting of recordings of facial expressions, body gestures, vocal expressions and physiological signals of actors enacting various emotions, (ii) four multimodal deep belief network models and (iii) an in-depth analysis of the effect of transfer of multimodal emotion features between source and target networks on classification accuracy and training time. These related contributions help comprehend the challenges involved in training deep learning models and motivate the main goal of this dissertation.Dissertation/ThesisDoctoral Dissertation Electrical Engineering 201