社会辅助机器人双向情感交互研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91748129
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0304.系统工程理论与技术
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

In this project, we propose to address several issues related to vision-based bidirectional emotive interaction between a user and a social assistive robot, who can respond in an emotive manner, based on its perception of human's emotion. This requires the robot to be sensitive to human affective states, and to provide an appropriate empathic response at right time to best meet the user's emotional needs. Specifically, we first propose a speech enhanced facial action unit recognition method that utilizes both visual and acoustic cues. Second, we propose a new dynamic model inspired from Allen's interval algebra for facial behavior and body gesture perception and understanding. Third, we propose a decision theoretic framework for emotion assistance. Fourth, we propose a natural facial expression synthesis method for robots. ..The proposed bidirectional emotive human-robot interaction is essential for a robot to co-exist with its users and its workplace through multimodal perception and natural interaction. First, we enhance the generality and robust of facial action unit recognition method through exploiting the domain knowledge of temporal-spatial characters of facial muscles during speaking and expression changing, and thus facilitate the robot to coexist with its workplace. Second, we propose to employ Allen's interval algebra to capture the various dynamics of facial behavior and body gesture, and develop a new dynamic model for facial behavior and body gesture perception and understanding. This provides a novel solution to multimodal dynamic perception. Third, we propose a decision theoretic framework that can integrate multimodal measurements of user emotion, along with related contextual and personal information, to perform individualized user emotion recognition and to decide the optimal robot feedback. This greatly advances the process of human robot co-existence. Fourth, we propose a facial expression synthesis method for robot by leveraging the probabilistic dependencies among facial feature points, action units and expressions. It represents a novel idea for natural facial expression synthesis.
本项目提出基于多种视觉信号的社会辅助机器人双向情感交互研究,包括研究听觉信号增强的面部动作单元识别方法;研究基于Allen区间代数的动态面部行为和身体姿态感知和理解;研究用户情感辅助方法;研究机器人自然表情合成方法。. 本研究对于人-机-环境多模态感知与自然交互具有重要的理论和现实意义:以表情变化和用户说话时,面部肌肉相互作用的时空特性为先验知识,以听觉信号增强面部动作单元识别,提高表情识别方法对成像环境的鲁棒性,促进机器人与成像环境的共融;采用Allen区间代数描述表情和身体姿态丰富的动态过程,提出基于Allen区间代数的动态面部行为和身体姿态感知和理解,为机器人对用户的多模态动态感知提供新方法;采用决策模型选择合适的辅助行动帮助用户调整情感状态,可促进机器人与人的共融;依据表情、面部动作单元和特征点之间概率依存关系控制机器人生成自然表情,为提高机器人合成表情的自然度提供新思路。

结项摘要

本项目提出基于多种视觉信号的社会辅助机器人双向情感交互研究,本研究对于人-机-环境多模态感知与自然交互具有重要的理论和现实意义:以表情变化时,面部肌肉相互作用的时空特性为先验知识,研究面部动作单元识别,提高表情识别方法对成像环境的鲁棒性,促进机器人与成像环境的共融;采用Allen区间代数描述表情变化时丰富的动态过程,提出基于Allen区间代数的动态面部行为感知和理解,为机器人对用户的多模态动态感知提供新方法;研究情感辅助方法,可促进机器人与人的共融;依据表情、面部动作单元和特征点之间概率依存关系生成自然表情,为提高合成表情的自然度提供新思路。在国内外高水平期刊和会议上共发表论文28篇,包括SCI期刊论文14篇,CCF A类期刊论文3篇,CCF A类会议论文10篇,获得情感计算领域国际比赛亚军3次,申请专利3项,获批软件著作权1项,参与组织相关国际会议2次,参与本项目的研究生获得中国科学院院长优秀奖1人次,国家奖学金12人次,优秀毕业生4人次,共培养硕士9名。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(3)
会议论文数量(8)
专利数量(3)
Video Affective Content Analysis by Exploring Domain Knowledge
通过探索领域知识进行视频情感内容分析
  • DOI:
    10.1109/taffc.2019.2912377
  • 发表时间:
    2019-04
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Affective Computing
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    Shangfei Wang;Can Wang;Tanfang Chen;Yaxin Wang;Yangyang Shu;Qiang Ji
  • 通讯作者:
    Qiang Ji
Thermal Augmented Expression Recognition
热增强表情识别
  • DOI:
    10.1109/tcyb.2017.2786309
  • 发表时间:
    2018-01
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Cybernetics
  • 影响因子:
    11.8
  • 作者:
    Shangfei Wang;Bowen Pan;Huaping Chen;Qiang Ji
  • 通讯作者:
    Qiang Ji
A Novel Dynamic Model Capturing Spatial and Temporal Patterns for Facial Expression Analysis
一种捕获空间和时间模式以进行面部表情分析的新型动态模型
  • DOI:
    10.1109/tpami.2019.2911937
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence
  • 影响因子:
    23.6
  • 作者:
    Shangfei Wang;Zhuangqiang Zheng;Shi Yin;JiaJia Yang;Qiang Ji
  • 通讯作者:
    Qiang Ji
Capturing Joint Label Distribution for Multi-Label Classification Through Adversarial Learning
通过对抗性学习捕获多标签分类的联合标签分布
  • DOI:
    10.1109/tkde.2019.2922603
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering
  • 影响因子:
    8.9
  • 作者:
    Shangfei Wang;Guozhu Peng;Zhuangqiang Zheng
  • 通讯作者:
    Zhuangqiang Zheng
Affective Computing for Large-scale Heterogeneous Multimedia Data
大规模异构多媒体数据的情感计算
  • DOI:
    10.1145/3363560
  • 发表时间:
    2019-10
  • 期刊:
    ACM Transactions on Multimedia Computing, Communications, and Applications
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Sicheng Zhao;Shangfei Wang;Mohammad Soleymani;Dhiraj Joshi;Qiang Ji
  • 通讯作者:
    Qiang Ji

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其他文献

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额外数据增强的视频情感语义分类识别研究
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  • 项目类别:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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