Automatic Classification of Handshapes in Russian Sign Language

Handshapes are one of the basic parameters of signs, and any phonological or phonetic analysis of a sign language must account for handshapes. Many sign languages have been carefully analysed by sign language linguists to create handshape inventories. This has theoretical implications, but also applied use, as an inventory is necessary for generating corpora for sign languages that can be searched, filtered, sorted by different sign components (such as handshapes, orientation, location, movement, etc.). However, creating an inventory is a very time-consuming process, thus only a handful of sign languages have them. Therefore, in this work we firstly test an unsupervised approach with the aim to automatically generate a handshape inventory. The process includes hand detection, cropping, and clustering techniques, which we apply to a commonly used resource: the Spreadthesign online dictionary (www.spreadthesign.com), in particular to Russian Sign Language (RSL). We then manually verify the data to be able to apply supervised learning to classify new data.publishedVersio

Automatic emotion recognition in clinical scenario: a systematic review of methods

none4Automatic emotion recognition has powerful opportunities in the clinical field, but several critical aspects are still open, such as heterogeneity of methodologies or technologies tested mainly on healthy people. This systematic review aims to survey automatic emotion recognition systems applied in real clinical contexts, to deeply analyse clinical and technical aspects, how they were addressed, and relationships among them. The literature review was conducted on: IEEEXplore, ScienceDirect, Scopus, PubMed, ACM. Inclusion criteria were the presence of an automatic emotion recognition algorithm and the enrollment of at least 2 patients in the experimental protocol. The review process followed the Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses guidelines. Moreover, the works were analysed according to a reference model to deeply examine both clinical and technical topics. 52 scientific papers passed inclusion criteria. Most clinical scenarios involved neurodevelopmental, neurological and psychiatric disorders with the aims of diagnosing, monitoring, or treating emotional symptoms. The most adopted signals are video and audio, while supervised shallow learning is mostly used for emotion recognition. A poor study design, tiny samples, and the absence of a control group emerged as methodological weaknesses. Heterogeneity of performance metrics, datasets and algorithms challenges results comparability, robustness, reliability and reproducibility.openPepa, Lucia; Spalazzi, Luca; Capecci, Marianna; Ceravolo, Maria GabriellaPepa, Lucia; Spalazzi, Luca; Capecci, Marianna; Ceravolo, Maria Gabriell

Eye and mouth openness estimation in sign language and news broadcast videos

Currently there exists an increasing need of automatic video analysis tools to support sign language studies and the evaluation of the activity of the face in sign language and other videos. Henceforth, research focusing on automatic estimation and annotation of videos and facial gestures is continuously developing. In this work, techniques for the estimation of eye and mouth openness and eyebrow position are studied. Such estimation could prove beneficial for automatic annotation and quantitative evaluation of sign language videos as well as towards more prolific production of sign language material. The method proposed for the estimation of the eyebrow position, eye openness, and mouth state is based on the construction of a set of facial landmarks that employ different detection techniques designed for each facial element. Furthermore, we compare the presented landmark detection algorithm with a recently published third-party face alignment algorithm. The landmarks are used to compute features which describe the geometric information of the elements of the face. The features constitute the input for the classifiers that can produce quantized openness estimates for the studied facial elements. Finally, the estimation performance of the estimations is evaluated in quantitative and qualitative experiments with sign language and news broadcast videos

Data and methods for a visual understanding of sign languages

Signed languages are complete and natural languages used as the first or preferred mode of communication by millions of people worldwide. However, they, unfortunately, continue to be marginalized languages. Designing, building, and evaluating models that work on sign languages presents compelling research challenges and requires interdisciplinary and collaborative efforts. The recent advances in Machine Learning (ML) and Artificial Intelligence (AI) has the power to enable better accessibility to sign language users and narrow down the existing communication barrier between the Deaf community and non-sign language users. However, recent AI-powered technologies still do not account for sign language in their pipelines. This is mainly because sign languages are visual languages, that use manual and non-manual features to convey information, and do not have a standard written form. Thus, the goal of this thesis is to contribute to the development of new technologies that account for sign language by creating large-scale multimodal resources suitable for training modern data-hungry machine learning models and developing automatic systems that focus on computer vision tasks related to sign language that aims at learning better visual understanding of sign languages. Thus, in Part I, we introduce the How2Sign dataset, which is a large-scale collection of multimodal and multiview sign language videos in American Sign Language. In Part II, we contribute to the development of technologies that account for sign languages by presenting in Chapter 4 a framework called Spot-Align, based on sign spotting methods, to automatically annotate sign instances in continuous sign language. We further present the benefits of this framework and establish a baseline for the sign language recognition task on the How2Sign dataset. In addition to that, in Chapter 5 we benefit from the different annotations and modalities of the How2Sign to explore sign language video retrieval by learning cross-modal embeddings. Later in Chapter 6, we explore sign language video generation by applying Generative Adversarial Networks to the sign language domain and assess if and how well sign language users can understand automatically generated sign language videos by proposing an evaluation protocol based on How2Sign topics and English translationLes llengües de signes són llengües completes i naturals que utilitzen milions de persones de tot el món com mode de comunicació primer o preferit. Tanmateix, malauradament, continuen essent llengües marginades. Dissenyar, construir i avaluar tecnologies que funcionin amb les llengües de signes presenta reptes de recerca que requereixen d’esforços interdisciplinaris i col·laboratius. Els avenços recents en l’aprenentatge automàtic i la intel·ligència artificial (IA) poden millorar l’accessibilitat tecnològica dels signants, i alhora reduir la barrera de comunicació existent entre la comunitat sorda i les persones no-signants. Tanmateix, les tecnologies més modernes en IA encara no consideren les llengües de signes en les seves interfícies amb l’usuari. Això es deu principalment a que les llengües de signes són llenguatges visuals, que utilitzen característiques manuals i no manuals per transmetre informació, i no tenen una forma escrita estàndard. Els objectius principals d’aquesta tesi són la creació de recursos multimodals a gran escala adequats per entrenar models d’aprenentatge automàtic per a llengües de signes, i desenvolupar sistemes de visió per computador adreçats a una millor comprensió automàtica de les llengües de signes. Així, a la Part I presentem la base de dades How2Sign, una gran col·lecció multimodal i multivista de vídeos de la llengua de signes nord-americana. A la Part II, contribuïm al desenvolupament de tecnologia per a llengües de signes, presentant al capítol 4 una solució per anotar signes automàticament anomenada Spot-Align, basada en mètodes de localització de signes en seqüències contínues de signes. Després, presentem els avantatges d’aquesta solució i proporcionem uns primers resultats per la tasca de reconeixement de la llengua de signes a la base de dades How2Sign. A continuació, al capítol 5 aprofitem de les anotacions i diverses modalitats de How2Sign per explorar la cerca de vídeos en llengua de signes a partir de l’entrenament d’incrustacions multimodals. Finalment, al capítol 6, explorem la generació de vídeos en llengua de signes aplicant xarxes adversàries generatives al domini de la llengua de signes. Avaluem fins a quin punt els signants poden entendre els vídeos generats automàticament, proposant un nou protocol d’avaluació basat en les categories dins de How2Sign i la traducció dels vídeos a l’anglès escritLas lenguas de signos son lenguas completas y naturales que utilizan millones de personas de todo el mundo como modo de comunicación primero o preferido. Sin embargo, desgraciadamente, siguen siendo lenguas marginadas. Diseñar, construir y evaluar tecnologías que funcionen con las lenguas de signos presenta retos de investigación que requieren esfuerzos interdisciplinares y colaborativos. Los avances recientes en el aprendizaje automático y la inteligencia artificial (IA) pueden mejorar la accesibilidad tecnológica de los signantes, al tiempo que reducir la barrera de comunicación existente entre la comunidad sorda y las personas no signantes. Sin embargo, las tecnologías más modernas en IA todavía no consideran las lenguas de signos en sus interfaces con el usuario. Esto se debe principalmente a que las lenguas de signos son lenguajes visuales, que utilizan características manuales y no manuales para transmitir información, y carecen de una forma escrita estándar. Los principales objetivos de esta tesis son la creación de recursos multimodales a gran escala adecuados para entrenar modelos de aprendizaje automático para lenguas de signos, y desarrollar sistemas de visión por computador dirigidos a una mejor comprensión automática de las lenguas de signos. Así, en la Parte I presentamos la base de datos How2Sign, una gran colección multimodal y multivista de vídeos de lenguaje la lengua de signos estadounidense. En la Part II, contribuimos al desarrollo de tecnología para lenguas de signos, presentando en el capítulo 4 una solución para anotar signos automáticamente llamada Spot-Align, basada en métodos de localización de signos en secuencias continuas de signos. Después, presentamos las ventajas de esta solución y proporcionamos unos primeros resultados por la tarea de reconocimiento de la lengua de signos en la base de datos How2Sign. A continuación, en el capítulo 5 aprovechamos de las anotaciones y diversas modalidades de How2Sign para explorar la búsqueda de vídeos en lengua de signos a partir del entrenamiento de incrustaciones multimodales. Finalmente, en el capítulo 6, exploramos la generación de vídeos en lengua de signos aplicando redes adversarias generativas al dominio de la lengua de signos. Evaluamos hasta qué punto los signantes pueden entender los vídeos generados automáticamente, proponiendo un nuevo protocolo de evaluación basado en las categorías dentro de How2Sign y la traducción de los vídeos al inglés escrito.Teoria del Senyal i Comunicacion

Data and methods for a visual understanding of sign languages

Signed languages are complete and natural languages used as the first or preferred mode of communication by millions of people worldwide. However, they, unfortunately, continue to be marginalized languages. Designing, building, and evaluating models that work on sign languages presents compelling research challenges and requires interdisciplinary and collaborative efforts. The recent advances in Machine Learning (ML) and Artificial Intelligence (AI) has the power to enable better accessibility to sign language users and narrow down the existing communication barrier between the Deaf community and non-sign language users. However, recent AI-powered technologies still do not account for sign language in their pipelines. This is mainly because sign languages are visual languages, that use manual and non-manual features to convey information, and do not have a standard written form. Thus, the goal of this thesis is to contribute to the development of new technologies that account for sign language by creating large-scale multimodal resources suitable for training modern data-hungry machine learning models and developing automatic systems that focus on computer vision tasks related to sign language that aims at learning better visual understanding of sign languages. Thus, in Part I, we introduce the How2Sign dataset, which is a large-scale collection of multimodal and multiview sign language videos in American Sign Language. In Part II, we contribute to the development of technologies that account for sign languages by presenting in Chapter 4 a framework called Spot-Align, based on sign spotting methods, to automatically annotate sign instances in continuous sign language. We further present the benefits of this framework and establish a baseline for the sign language recognition task on the How2Sign dataset. In addition to that, in Chapter 5 we benefit from the different annotations and modalities of the How2Sign to explore sign language video retrieval by learning cross-modal embeddings. Later in Chapter 6, we explore sign language video generation by applying Generative Adversarial Networks to the sign language domain and assess if and how well sign language users can understand automatically generated sign language videos by proposing an evaluation protocol based on How2Sign topics and English translationLes llengües de signes són llengües completes i naturals que utilitzen milions de persones de tot el món com mode de comunicació primer o preferit. Tanmateix, malauradament, continuen essent llengües marginades. Dissenyar, construir i avaluar tecnologies que funcionin amb les llengües de signes presenta reptes de recerca que requereixen d’esforços interdisciplinaris i col·laboratius. Els avenços recents en l’aprenentatge automàtic i la intel·ligència artificial (IA) poden millorar l’accessibilitat tecnològica dels signants, i alhora reduir la barrera de comunicació existent entre la comunitat sorda i les persones no-signants. Tanmateix, les tecnologies més modernes en IA encara no consideren les llengües de signes en les seves interfícies amb l’usuari. Això es deu principalment a que les llengües de signes són llenguatges visuals, que utilitzen característiques manuals i no manuals per transmetre informació, i no tenen una forma escrita estàndard. Els objectius principals d’aquesta tesi són la creació de recursos multimodals a gran escala adequats per entrenar models d’aprenentatge automàtic per a llengües de signes, i desenvolupar sistemes de visió per computador adreçats a una millor comprensió automàtica de les llengües de signes. Així, a la Part I presentem la base de dades How2Sign, una gran col·lecció multimodal i multivista de vídeos de la llengua de signes nord-americana. A la Part II, contribuïm al desenvolupament de tecnologia per a llengües de signes, presentant al capítol 4 una solució per anotar signes automàticament anomenada Spot-Align, basada en mètodes de localització de signes en seqüències contínues de signes. Després, presentem els avantatges d’aquesta solució i proporcionem uns primers resultats per la tasca de reconeixement de la llengua de signes a la base de dades How2Sign. A continuació, al capítol 5 aprofitem de les anotacions i diverses modalitats de How2Sign per explorar la cerca de vídeos en llengua de signes a partir de l’entrenament d’incrustacions multimodals. Finalment, al capítol 6, explorem la generació de vídeos en llengua de signes aplicant xarxes adversàries generatives al domini de la llengua de signes. Avaluem fins a quin punt els signants poden entendre els vídeos generats automàticament, proposant un nou protocol d’avaluació basat en les categories dins de How2Sign i la traducció dels vídeos a l’anglès escritLas lenguas de signos son lenguas completas y naturales que utilizan millones de personas de todo el mundo como modo de comunicación primero o preferido. Sin embargo, desgraciadamente, siguen siendo lenguas marginadas. Diseñar, construir y evaluar tecnologías que funcionen con las lenguas de signos presenta retos de investigación que requieren esfuerzos interdisciplinares y colaborativos. Los avances recientes en el aprendizaje automático y la inteligencia artificial (IA) pueden mejorar la accesibilidad tecnológica de los signantes, al tiempo que reducir la barrera de comunicación existente entre la comunidad sorda y las personas no signantes. Sin embargo, las tecnologías más modernas en IA todavía no consideran las lenguas de signos en sus interfaces con el usuario. Esto se debe principalmente a que las lenguas de signos son lenguajes visuales, que utilizan características manuales y no manuales para transmitir información, y carecen de una forma escrita estándar. Los principales objetivos de esta tesis son la creación de recursos multimodales a gran escala adecuados para entrenar modelos de aprendizaje automático para lenguas de signos, y desarrollar sistemas de visión por computador dirigidos a una mejor comprensión automática de las lenguas de signos. Así, en la Parte I presentamos la base de datos How2Sign, una gran colección multimodal y multivista de vídeos de lenguaje la lengua de signos estadounidense. En la Part II, contribuimos al desarrollo de tecnología para lenguas de signos, presentando en el capítulo 4 una solución para anotar signos automáticamente llamada Spot-Align, basada en métodos de localización de signos en secuencias continuas de signos. Después, presentamos las ventajas de esta solución y proporcionamos unos primeros resultados por la tarea de reconocimiento de la lengua de signos en la base de datos How2Sign. A continuación, en el capítulo 5 aprovechamos de las anotaciones y diversas modalidades de How2Sign para explorar la búsqueda de vídeos en lengua de signos a partir del entrenamiento de incrustaciones multimodales. Finalmente, en el capítulo 6, exploramos la generación de vídeos en lengua de signos aplicando redes adversarias generativas al dominio de la lengua de signos. Evaluamos hasta qué punto los signantes pueden entender los vídeos generados automáticamente, proponiendo un nuevo protocolo de evaluación basado en las categorías dentro de How2Sign y la traducción de los vídeos al inglés escrito.Postprint (published version

Adaptive threshold optimisation for colour-based lip segmentation in automatic lip-reading systems

A thesis submitted to the Faculty of Engineering and the Built Environment, University of the Witwatersrand, Johannesburg, in ful lment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy. Johannesburg, September 2016Having survived the ordeal of a laryngectomy, the patient must come to terms with the resulting loss of speech. With recent advances in portable computing power, automatic lip-reading (ALR) may become a viable approach to voice restoration. This thesis addresses the image processing aspect of ALR, and focuses three contributions to colour-based lip segmentation. The rst contribution concerns the colour transform to enhance the contrast between the lips and skin. This thesis presents the most comprehensive study to date by measuring the overlap between lip and skin histograms for 33 di erent colour transforms. The hue component of HSV obtains the lowest overlap of 6:15%, and results show that selecting the correct transform can increase the segmentation accuracy by up to three times. The second contribution is the development of a new lip segmentation algorithm that utilises the best colour transforms from the comparative study. The algorithm is tested on 895 images and achieves percentage overlap (OL) of 92:23% and segmentation error (SE) of 7:39 %. The third contribution focuses on the impact of the histogram threshold on the segmentation accuracy, and introduces a novel technique called Adaptive Threshold Optimisation (ATO) to select a better threshold value. The rst stage of ATO incorporates -SVR to train the lip shape model. ATO then uses feedback of shape information to validate and optimise the threshold. After applying ATO, the SE decreases from 7:65% to 6:50%, corresponding to an absolute improvement of 1:15 pp or relative improvement of 15:1%. While this thesis concerns lip segmentation in particular, ATO is a threshold selection technique that can be used in various segmentation applications.MT201

Visual Privacy Protection Methods: A Survey

Recent advances in computer vision technologies have made possible the development of intelligent monitoring systems for video surveillance and ambient-assisted living. By using this technology, these systems are able to automatically interpret visual data from the environment and perform tasks that would have been unthinkable years ago. These achievements represent a radical improvement but they also suppose a new threat to individual’s privacy. The new capabilities of such systems give them the ability to collect and index a huge amount of private information about each individual. Next-generation systems have to solve this issue in order to obtain the users’ acceptance. Therefore, there is a need for mechanisms or tools to protect and preserve people’s privacy. This paper seeks to clarify how privacy can be protected in imagery data, so as a main contribution a comprehensive classification of the protection methods for visual privacy as well as an up-to-date review of them are provided. A survey of the existing privacy-aware intelligent monitoring systems and a valuable discussion of important aspects of visual privacy are also provided.This work has been partially supported by the Spanish Ministry of Science and Innovation under project “Sistema de visión para la monitorización de la actividad de la vida diaria en el hogar” (TIN2010-20510-C04-02) and by the European Commission under project “caring4U - A study on people activity in private spaces: towards a multisensor network that meets privacy requirements” (PIEF-GA-2010-274649). José Ramón Padilla López and Alexandros Andre Chaaraoui acknowledge financial support by the Conselleria d'Educació, Formació i Ocupació of the Generalitat Valenciana (fellowship ACIF/2012/064 and ACIF/2011/160 respectively)