Classifying Emotions and Engagement in Online Learning Based on a Single Facial Expression Recognition Neural Network

计算机科学 面部表情 人工神经网络 管道(软件) 人工智能 情绪识别 聚类分析 面部识别系统 语音识别 面子(社会学概念) 帧(网络) 模式识别(心理学) 社会科学 电信 社会学 程序设计语言
作者
A. Savchenko,L. V. Savchenko,Ilya Makarov
出处
期刊:IEEE Transactions on Affective Computing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:13 (4): 2132-2143 被引量:281
标识
DOI:10.1109/taffc.2022.3188390
摘要

In this article, behaviour of students in the e-learning environment is analyzed. The novel pipeline is proposed based on video facial processing. At first, face detection, tracking and clustering techniques are applied to extract the sequences of faces of each student. Next, a single efficient neural network is used to extract emotional features in each frame. This network is pre-trained on face identification and fine-tuned for facial expression recognition on static images from AffectNet using a specially developed robust optimization technique. It is shown that the resulting facial features can be used for fast simultaneous prediction of students' engagement levels (from disengaged to highly engaged), individual emotions (happy, sad, etc.,) and group-level affect (positive, neutral or negative). This model can be used for real-time video processing even on a mobile device of each student without the need for sending their facial video to the remote server or teacher's PC. In addition, the possibility to prepare a summary of a lesson is demonstrated by saving short clips of different emotions and engagement of all students. The experimental study on the datasets from EmotiW (Emotion Recognition in the Wild) challenges showed that the proposed network significantly outperforms existing single models.
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