Lightweight Multimodal Emotion Recognition for Companion Robots: A Deep Learning Framework Integrating Facial and Speech Features

计算机科学 人工智能 深度学习 稳健性(进化) 卷积神经网络 情绪识别 面部表情 新颖性 特征提取 语音识别 特征(语言学) 特征学习 帧(网络) 模态(人机交互) 人工神经网络 情绪分类 深层神经网络 情感计算 模式识别(心理学) 深信不疑网络 机器学习 面部识别系统 隐马尔可夫模型 计算机视觉
作者
Cheng-Kai Lu,Chien-Wei Lu,Guan Bo Lin
出处
期刊:IEEE Transactions on Affective Computing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:17 (1): 412-425
标识
DOI:10.1109/taffc.2025.3621086
摘要

This paper presents a lightweight multimodal deep learning framework for real-time emotion recognition on resource-constrained companion robots, exemplified by Zenbo Junior II. The framework integrates a customized GhostNet with Triplet Attention Modules (TAM) and a Frame Attention Network (FAN) for spatio-temporal facial feature encoding, and employs a depth-optimized one-dimensional convolutional neural network (1D-CNN) for compact speech representation. Decision-level fusion based on the geometric mean enhances robustness to noisy modality predictions. The proposed model comprises 0.92 million parameters and requires 0.77 billion floating-point operations (GFLOPs), achieving 97.56% accuracy on the RAVDESS dataset and 82.33% on CREMA-D. In contrast to existing approaches that optimize accuracy at the expense of computational efficiency, the proposed method demonstrates a balance of accuracy, efficiency, and deployability. These results highlight both the novelty and the feasibility of the framework for real-time emotion monitoring in healthcare and human-robot interaction.
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