Affective Image Content Analysis: Two Decades Review and New Perspectives

Images can convey rich semantics and induce various emotions in viewers. Recently, with the rapid advancement of emotional intelligence and the explosive growth of visual data, extensive research efforts have been dedicated to affective image content analysis (AICA). In this survey, we will comprehensively review the development of AICA in the recent two decades, especially focusing on the state-of-the-art methods with respect to three main challenges -- the affective gap, perception subjectivity, and label noise and absence. We begin with an introduction to the key emotion representation models that have been widely employed in AICA and description of available datasets for performing evaluation with quantitative comparison of label noise and dataset bias. We then summarize and compare the representative approaches on (1) emotion feature extraction, including both handcrafted and deep features, (2) learning methods on dominant emotion recognition, personalized emotion prediction, emotion distribution learning, and learning from noisy data or few labels, and (3) AICA based applications. Finally, we discuss some challenges and promising research directions in the future, such as image content and context understanding, group emotion clustering, and viewer-image interaction.Comment: Accepted by IEEE TPAM

Towards a framework for socially interactive robots

250 p.En las últimas décadas, la investigación en el campo de la robótica social ha crecido considerablemente. El desarrollo de diferentes tipos de robots y sus roles dentro de la sociedad se están expandiendo poco a poco. Los robots dotados de habilidades sociales pretenden ser utilizados para diferentes aplicaciones; por ejemplo, como profesores interactivos y asistentes educativos, para apoyar el manejo de la diabetes en niños, para ayudar a personas mayores con necesidades especiales, como actores interactivos en el teatro o incluso como asistentes en hoteles y centros comerciales.El equipo de investigación RSAIT ha estado trabajando en varias áreas de la robótica, en particular,en arquitecturas de control, exploración y navegación de robots, aprendizaje automático y visión por computador. El trabajo presentado en este trabajo de investigación tiene como objetivo añadir una nueva capa al desarrollo anterior, la capa de interacción humano-robot que se centra en las capacidades sociales que un robot debe mostrar al interactuar con personas, como expresar y percibir emociones, mostrar un alto nivel de diálogo, aprender modelos de otros agentes, establecer y mantener relaciones sociales, usar medios naturales de comunicación (mirada, gestos, etc.),mostrar personalidad y carácter distintivos y aprender competencias sociales.En esta tesis doctoral, tratamos de aportar nuestro grano de arena a las preguntas básicas que surgen cuando pensamos en robots sociales: (1) ¿Cómo nos comunicamos (u operamos) los humanos con los robots sociales?; y (2) ¿Cómo actúan los robots sociales con nosotros? En esa línea, el trabajo se ha desarrollado en dos fases: en la primera, nos hemos centrado en explorar desde un punto de vista práctico varias formas que los humanos utilizan para comunicarse con los robots de una maneranatural. En la segunda además, hemos investigado cómo los robots sociales deben actuar con el usuario.Con respecto a la primera fase, hemos desarrollado tres interfaces de usuario naturales que pretenden hacer que la interacción con los robots sociales sea más natural. Para probar tales interfaces se han desarrollado dos aplicaciones de diferente uso: robots guía y un sistema de controlde robot humanoides con fines de entretenimiento. Trabajar en esas aplicaciones nos ha permitido dotar a nuestros robots con algunas habilidades básicas, como la navegación, la comunicación entre robots y el reconocimiento de voz y las capacidades de comprensión.Por otro lado, en la segunda fase nos hemos centrado en la identificación y el desarrollo de los módulos básicos de comportamiento que este tipo de robots necesitan para ser socialmente creíbles y confiables mientras actúan como agentes sociales. Se ha desarrollado una arquitectura(framework) para robots socialmente interactivos que permite a los robots expresar diferentes tipos de emociones y mostrar un lenguaje corporal natural similar al humano según la tarea a realizar y lascondiciones ambientales.La validación de los diferentes estados de desarrollo de nuestros robots sociales se ha realizado mediante representaciones públicas. La exposición de nuestros robots al público en esas actuaciones se ha convertido en una herramienta esencial para medir cualitativamente la aceptación social de los prototipos que estamos desarrollando. De la misma manera que los robots necesitan un cuerpo físico para interactuar con el entorno y convertirse en inteligentes, los robots sociales necesitan participar socialmente en tareas reales para las que han sido desarrollados, para así poder mejorar su sociabilida

Affect recognition & generation in-the-wild

Affect recognition based on a subject’s facial expressions has been a topic of major research in the attempt to generate machines that can understand the way subjects feel, act and react. In the past, due to the unavailability of large amounts of data captured in real-life situations, research has mainly focused on controlled environments. However, recently, social media and platforms have been widely used. Moreover, deep learning has emerged as a means to solve visual analysis and recognition problems. This Ph.D. Thesis exploits these advances and makes significant contributions for affect analysis and recognition in-the-wild. We tackle affect analysis and recognition as a dual knowledge generation problem: i) we create new, large and rich in-the-wild databases and ii) we design and train novel deep neural architectures that are able to analyse affect over these databases and to successfully generalise their performance on other datasets. At first, we present the creation of Aff-Wild database annotated according to valence-arousal and an end-to-end CNN-RNN architecture, AffWildNet. Then we use AffWildNet as a robust prior for dimensional and categorical affect recognition and extend it by extracting low-/mid-/high-level latent information and analysing this via multiple RNNs. Additionally, we propose a novel loss function for DNN-based categorical affect recognition. Next, we generate Aff-Wild2, the first database containing annotations for all main behavior tasks: estimate Valence-Arousal; classify into Basic Expressions; detect Action Units. We develop multi-task and multi-modal extensions of AffWildNet by fusing these tasks and propose a novel holistic approach that utilises all existing databases with non-overlapping annotations and couples them through co-annotation and distribution matching. Finally, we present an approach for valence-arousal, or basic expressions’ facial affect synthesis. We generate an image with a given affect, or a sequence of images with evolving affect, by annotating a 4-D database and utilising a 3-D morphable model.Open Acces