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지능형 전시 서비스 구현을 위한 멀티모달 감정 상태 추정 모형
Multimodal Emotional State Estimation Model for Implementation of Intelligent Exhibition Services 원문보기

지능정보연구 = Journal of intelligence and information systems, v.20 no.1, 2014년, pp.1 - 14  

이기천 (한양대학교 공과대학 산업공학과) ,  최소윤 (국민대학교 비즈니스IT전문대학원) ,  김재경 (경희대학교 경영대학) ,  안현철 (국민대학교 경영대학 경영정보학부)

초록
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최근 관람객의 반응에 따라 실시간으로 대응하여 관객의 몰입과 만족도를 증대시키는 인터랙티브 전시 서비스에 대한 학계와 산업계의 관심이 높아지고 있다. 이러한 인터랙티브 전시 서비스를 효과적으로 구현하기 위해서는 관객의 반응을 통해 해당 관객이 느끼는 감정 상태를 추정할 수 있는 지능형 기술의 도입이 요구된다. 인간의 감정 상태를 추정하기 위한 시도들은 많은 연구들에서 이루어져 왔고, 그 중 대부분은 사람의 얼굴 표정이나 소리 반응을 통해 감정 상태를 추정하는 방식을 도입하고 있다. 하지만, 최근 소개되고 있는 연구들에 따르면 단일 반응이 아닌 여러 반응을 종합적으로 고려하는 이른바 멀티 모달(multimodal) 접근을 사용했을 경우, 인간의 감정 상태를 보다 정확하게 추정할 수 있다. 이러한 배경에서 본 연구는 키넥트 센서를 통해 측정되는 관객의 얼굴 표정, 몸짓, 움직임 등을 종합적으로 고려한 새로운 멀티모달 감정 상태 추정 모형을 제안하고 있다. 제안모형의 예측 기법으로는 방대한 양의 데이터를 효과적으로 처리하기 위해, 몬테칼로(Monte Carlo) 방법인 계층화 샘플링(stratified sampling) 방법에 기반한 다중회귀분석을 적용하였다. 제안 모형의 성능을 검증하기 위해, 15명의 피실험자로부터 274개의 독립 및 종속변수들로 구성된 602,599건의 관측 데이터를 수집하여 여기에 제안 모형을 적용해 보았다. 그 결과 10~15% 이내의 평균오차 범위 내에서 피실험자의 쾌/불쾌도(valence) 및 각성도(arousal) 상태를 정확하게 추정할 수 있음을 확인할 수 있었다. 이러한 본 연구의 제안 모형은 비교적 구현이 간단하면서도 안정성이 높아, 향후 지능형 전시 서비스 및 기타 원격학습이나 광고 분야 등에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Both researchers and practitioners are showing an increased interested in interactive exhibition services. Interactive exhibition services are designed to directly respond to visitor responses in real time, so as to fully engage visitors' interest and enhance their satisfaction. In order to install ...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • In addition, as far as we know, there have been no prior studies that use the Microsoft Kinect Sensor as a tool for collecting multimodal responses. Although this study proposes an emotional state estimation model for the purpose of interactive or intelligent exhibition services, it can also be applied to other domains such as e-learning and personalized advertisements. We expect that future studies in this field will use or develop on our proposed model.
  • Based on these promising results, we built a real interactive exhibition system (shown in [Figure 9]) that measures an individual’s sensibility by using the model proposed in this study.
  • Third, this study adopts a stratified sampling-based MRA as the prediction method. MRA is known to be a computationally simple and stable algorithm, so it was easy for us to convert our proposed model into an actual interactive exhibition system.
  • This study proposes a novel multimodal emotional state estimation model using human responses measured by the Microsoft Kinect Sensor. Our proposed model estimates time-variant levels of valence and arousal by using 272 input values, 121 facial points in 2D and 10 body points in 3D.
  • Using the Kinect Sensor, this study estimates peoples’ emotional states through their facial expressions and the movements of their head and shoulders.
  • We predict the true values of valence and arousal by using the averages of the regression vectors from the sampling-based regression. To illustrate the performance, we randomly choose fifty observations from the data set and predict their values of valence and arousal.

대상 데이터

  • Kinect Sensor is a motion sensing input device that was first introduced by Microsoft in 2010. It uses three kinds of sensors: an RGB camera, a depth sensor, and a multi-array microphone. Among these, the depth sensor, which consists of an infrared laser projector combined with a monochrome CMOS (Complementary Metal –Oxide–Semiconductor) sensor, can capture video data in 3D, a capability which enables motion or gesture tracking (Wikipedia, 2014).
  • The experimental system was developed using C#, and [Figure 2] demonstrates the control screen. Our experimental system is designed to track 121 facial points and 10 body points. Facial points are measured in 2D (x-y axes), while body points are measured in 3D (x-y-z axes).
  • To validate the effectiveness of the proposed model, we collected experimental data from 17 university and graduate school student volunteers from January 14 to 25, 2013. The subjects were exposed to a 23-minute video consisting of five short clips to stimulate various high or low states of valence or arousal.

데이터처리

  • The subjects were exposed to a 23-minute video consisting of five short clips to stimulate various high or low states of valence or arousal. As the subjects watched the video, their responses were measured and recorded by the Kinect Sensor. After watching the video, the subjects were asked to use the Feeltrace tool to annotate their emotional state(s) while they were watching the video.
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참고문헌 (20)

  1. Ahn, H., "GA-optimized Support Vector Regression for Better Emotional State Estimation Model," Proceedings of the 5th International Conference on Internet (ICONI 2013), (2013), 333-335. 

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  3. Cowie, R., E. Douglas-Cowie, S. Savvidou, E. McMahon, M. Sawey, and M. Schroder, "Feeltrace: An instrument for recording perceived emotion in real time," Proceedings of ISCA Workshop on Speech and Emotion, (2000), 19-24. 

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  19. Wollmer, M., A. Metallinou, F. Eyben, B. Schuller, and S. Narayanan, "Context-Sensitive Multimodal Emotion Recognition from Speech and Facial Expression using Bidirectional LSTM Modeling," Proceedings of INTERSPEECH 2010, (2010), 2362-2365. 

  20. Wollmer, M., M. Kaiser, F. Eyben, F. Weninger, B. Schuller, and G. Rigoll, "Fully Automatic Audiovisual Emotion Recognition: Voice, Words, and the Face," Proceedings of 10. ITG Symposium, Speech Communication, (2012), 1-4. 

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