Deep learning based objective quality assessment of multidimensional visual content

Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2022.Na última década, houve um tremendo aumento na popularidade dos aplicativos multimídia, aumentando assim o conteúdo multimídia. Quando esses conteúdossão gerados, transmitidos, reconstruídos e compartilhados, seus valores de pixel originais são transformados. Nesse cenário, torna-se mais crucial e exigente avaliar a qualidade visual do conteúdo visual afetado para que os requisitos dos usuários finais sejam atendidos. Neste trabalho, investigamos recursos espaciais, temporais e angulares eficazes desenvolvendo algoritmos sem referência que avaliam a qualidade visual de conteúdo visual multidimensional distorcido. Usamos algoritmos de aprendizado de máquina e aprendizado profundo para obter precisão de previsão.Para avaliação de qualidade de imagem bidimensional (2D), usamos padrões binários locais multiescala e informações de saliência e treinamos/testamos esses recursos usando o Random Forest Regressor. Para avaliação de qualidade de vídeo 2D, apresentamos um novo conceito de saliência espacial e temporal e pontuações de qualidade objetivas personalizadas. Usamos um modelo leve baseado em Rede Neural Convolucional (CNN) para treinamento e teste em patches selecionados de quadros de vídeo.Para avaliação objetiva da qualidade de imagens de campo de luz (LFI) em quatro dimensões (4D), propomos sete métodos de avaliação de qualidade LFI (LF-IQA) no total. Considerando que o LFI é composto por multi-views densas, Inspired by Human Visual System (HVS), propomos nosso primeiro método LF-IQA que é baseado em uma arquitetura CNN de dois fluxos. O segundo e terceiro métodos LF-IQA também são baseados em uma arquitetura de dois fluxos, que incorpora CNN, Long Short-Term Memory (LSTM) e diversos recursos de gargalo. O quarto LF-IQA é baseado nas camadas CNN e Atrous Convolution (ACL), enquanto o quinto método usa as camadas CNN, ACL e LSTM. O sexto método LF-IQA também é baseado em uma arquitetura de dois fluxos, na qual EPIs horizontais e verticais são processados no domínio da frequência. Por último, mas não menos importante, o sétimo método LF-IQA é baseado em uma Rede Neural Convolucional de Gráfico. Para todos os métodos mencionados acima, realizamos experimentos intensivos e os resultados mostram que esses métodos superaram os métodos de última geração em conjuntos de dados de qualidade populares.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).In the last decade, there has been a tremendous increase in the popularity of multimedia applications, hence increasing multimedia content. When these contents are generated, transmitted, reconstructed and shared, their original pixel values are transformed. In this scenario, it becomes more crucial and demanding to assess visual quality of the affected visual content so that the requirements of end-users are satisfied. In this work, we investigate effective spatial, temporal, and angular features by developing no-reference algorithms that assess the visual quality of distorted multi-dimensional visual content. We use machine learning and deep learning algorithms to obtain prediction accuracy. For two-dimensional (2D) image quality assessment, we use multiscale local binary patterns and saliency information, and train / test these features using Random Forest Regressor. For 2D video quality assessment, we introduce a novel concept of spatial and temporal saliency and custom objective quality scores. We use a Convolutional Neural Network (CNN) based light-weight model for training and testing on selected patches of video frames. For objective quality assessment of four-dimensional (4D) light field images (LFI), we propose seven LFI quality assessment (LF-IQA) methods in total. Considering that LFI is composed of dense multi-views, Inspired by Human Visual System (HVS), we propose our first LF-IQA method that is based on a two-streams CNN architecture. The second and third LF-IQA methods are also based on a two-stream architecture, which incorporates CNN, Long Short-Term Memory (LSTM), and diverse bottleneck features. The fourth LF-IQA is based on CNN and Atrous Convolution layers (ACL), while the fifth method uses CNN, ACL, and LSTM layers. The sixth LF-IQA method is also based on a two-stream architecture, in which, horizontal and vertical EPIs are processed in the frequency domain. Last, but not least, the seventh LF-IQA method is based on a Graph Convolutional Neural Network. For all of the methods mentioned above, we performed intensive experiments, and the results show that these methods outperformed state-of-the-art methods on popular quality datasets

Gaze-Based Human-Robot Interaction by the Brunswick Model

We present a new paradigm for human-robot interaction based on social signal processing, and in particular on the Brunswick model. Originally, the Brunswick model copes with face-to-face dyadic interaction, assuming that the interactants are communicating through a continuous exchange of non verbal social signals, in addition to the spoken messages. Social signals have to be interpreted, thanks to a proper recognition phase that considers visual and audio information. The Brunswick model allows to quantitatively evaluate the quality of the interaction using statistical tools which measure how effective is the recognition phase. In this paper we cast this theory when one of the interactants is a robot; in this case, the recognition phase performed by the robot and the human have to be revised w.r.t. the original model. The model is applied to Berrick, a recent open-source low-cost robotic head platform, where the gazing is the social signal to be considered