Reconhecimento de expressões faciais na língua de sinais brasileira por meio do sistema de códigos de ação facial

Orientadores: Paula Dornhofer Paro Costa, Kate Mamhy Oliveira KumadaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Surdos ao redor do mundo usam a língua de sinais para se comunicarem, porém, apesar da ampla disseminação dessas línguas, os surdos ou indivíduos com deficiência auditiva ainda enfrentam dificuldades na comunicação com ouvintes, na ausência de um intérprete. Tais dificuldades impactam negativamente o acesso dos surdos à educação, ao mercado de trabalho e aos serviços públicos em geral. As tecnologias assistivas, como o Reconhecimento Automático de Língua de Sinais, do inglês Automatic Sign Language Recognition (ASLR), visam superar esses obstáculos de comunicação. No entanto, o desenvolvimento de sistemas ASLR confiáveis apresenta vários desafios devido à complexidade linguística das línguas de sinais. As línguas de sinais (LSs) são sistemas linguísticos visuoespaciais que, como qualquer outra língua humana, apresentam variações linguísticas globais e regionais, além de um sistema gramatical. Além disso, as línguas de sinais não se baseiam apenas em gestos manuais, mas também em marcadores não-manuais, como expressões faciais. Nas línguas de sinais, as expressões faciais podem diferenciar itens lexicais, participar da construção sintática e contribuir para processos de intensificação, entre outras funções gramaticais e afetivas. Associado aos modelos de reconhecimento de gestos, o reconhecimento da expressões faciais é um componente essencial da tecnologia ASLR. Neste trabalho, propomos um sistema automático de reconhecimento de expressões faciais para Libras, a língua brasileira de sinais. A partir de uma pesquisa bibliográfica, apresentamos um estudo da linguagem e uma taxonomia diferente para expressões faciais de Libras associadas ao sistema de codificação de ações faciais. Além disso, um conjunto de dados de expressões faciais em Libras foi criado. Com base em experimentos, a decisão sobre a construção do nosso sistema foi através de pré-processamento e modelos de reconhecimento. Os recursos obtidos para a classificação das ações faciais são resultado da aplicação combinada de uma região de interesse, e informações geométricas da face dado embasamento teórico e a obtenção de desempenho melhor do que outras etapas testadas. Quanto aos classificadores, o SqueezeNet apresentou melhores taxas de precisão. Com isso, o potencial do modelo proposto vem da análise de 77% da acurácia média de reconhecimento das expressões faciais de Libras. Este trabalho contribui para o crescimento dos estudos que envolvem a visão computacional e os aspectos de reconhecimento da estrutura das expressões faciais da língua de sinais, e tem como foco principal a importância da anotação da ação facial de forma automatizadaAbstract: Deaf people around the world use sign languages to communicate but, despite the wide dissemination of such languages, deaf or hard of hearing individuals still face difficulties in communicating with hearing individuals, in the absence of an interpreter. Such difficulties negatively impact the access of deaf individuals to education, to the job market, and to public services in general. Assistive technologies, such as Automatic Sign Language Recognition (ASLR), aim at overcoming such communication obstacles. However, the development of reliable ASLR systems imposes numerous challenges due the linguistic complexity of sign languages. Sign languages (SLs) are visuospatial linguistic systems that, like any other human language, present global and regional linguistic variations, and a grammatical system. Also, sign languages do not rely only on manual gestures but also non-manual markers, such as facial expressions. In SL, facial expressions may differentiate lexical items, participate in syntactic construction, and contribute to change the intensity of a sentence, among other grammatical and affective functions. Associated with the gesture recognition models, facial expression recognition (FER) is an essential component of ASLR technology. In this work, we propose an automatic facial expression recognition (FER) system for Brazilian Sign Language (Libras). Derived from a literature survey, we present a language study and a different taxonomy for facial expressions of Libras associated with the Facial Action Coding System (FACS). Also, a dataset of facial expressions in Libras was created. An experimental setting was done for the construction of our framework for a preprocessing stage and recognizer model. The features for the classification of the facial actions resulted from the application of a combined region of interest and geometric information given a theoretical basis and better performance than other tested steps. As for classifiers, SqueezeNet returned better accuracy rates. With this, the potential of the proposed model comes from the analysis of 77% of the average accuracy of recognition of Libras' facial expressions. This work contributes to the growth of studies that involve the computational vision and recognition aspects of the structure of sign language facial expressions, and its main focus is the importance of facial action annotation in an automated wayDoutoradoEngenharia de ComputaçãoDoutora em Engenharia Elétrica001CAPE