ΑΥΤΟΜΑΤΗ ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΣΥΝΑΙΣΘΗΜΑΤΟΣ ΜΕΣΩ ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ

Abstract

Ο σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός αυτόματου τρόπου αναγνώρισης των συναισθημάτων μέσω της αξιοποίησης φυσιολογικών και συμπεριφορικών δεδομένων. Τα συναισθήματα, επηρεάζουν τόσο την ψυχολογία όσο και την φυσιολογία του ανθρώπου και παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στην ανθρώπινη ζωή. Ο κλάδος που ασχολείται με τα συναισθήματα ονομάζεται συναισθηματική υπολογιστική και έχει ως στόχο να εκπαιδεύει τον υπολογιστή, ώστε να τα αναγνωρίσει και να τα προσομοιώνει με τον καλύτερο δυνατό τρόπο. Αν και δεν υπάρχει κάποιος ακριβής ορισμός των βασικών συναισθημάτων, οι επιστήμονες μοντελοποιούν τα συναισθήματα με δύο διαφορετικούς τρόπους. Ο πρώτος τρόπος θεωρεί τα συναισθήματα διακριτά και επομένως ότι αναφέρονται σε συγκεκριμένους όρους, όπως είναι η χαρά, η λύπη, ο θυμός κ.ά. Ο δεύτερος τρόπος τα θεωρεί πολυδιάστατα, δηλαδή ότι μπορούν να περιγραφούν με βάση το σθένος και την ένταση τους. Η αναγνώριση των συναισθημάτων βασίζεται στην αξιοποίηση και ανάλυση είτε φυσιολογικών σημάτων είτε συμπεριφορικών σημάτων είτε στον συνδυασμό των δύο αυτών ειδών. Στην τελευταία περίπτωση το μοντέλο που αναπτύσσεται ονομάζεται πολύτροπο. Δύο από τα φυσιολογικά σήματα που χρησιμοποιούνται ευρέως στον κλάδο της συναισθηματικής υπολογιστικής είναι το Ηλεκτροκαρδιογράφημα και το Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα. Από την άλλη, τα συμπεριφορικά σήματα έχουν να κάνουν με τον τρόπο δράσης του ανθρώπου, όπως είναι οι εκφράσεις του προσώπου του, οι χειρονομίες και η στάση σώματος. Στην παρούσα διπλωματική εργασία σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε ένα πείραμα, μέσω του οποίου λήφθηκαν δεδομένα ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος και εκφράσεων προσώπου από 8 συμμετέχοντες με στόχο την δημιουργία ενός πολύτροπου μοντέλου αναγνώρισης συναισθήματος. Κατά την διάρκεια του πειράματος, οι συμμετέχοντες έβλεπαν ένα σύνολο εικόνων, που προέρχονταν από μία γνωστή και δωρεάν προσβάσιμη βάση εικόνων, η οποία έχει σχεδιαστεί ειδικά για πειράματα αναγνώρισης συναισθήματος, με σκοπό την διέγερση συγκεκριμένων συναισθημάτων. Κατά την διαδικασία αυτή οι συμμετέχοντες βαθμονομούσαν τα συναισθήματα τους ως προς το σθένος και την ένταση, από αρνητικά έως θετικά και από παθητικά έως ενεργά αντίστοιχα. Παράλληλα καθ’ όλη την διάρκεια του πειράματος καταγράφονταν το ηλεκτροεγκεφαλογράφημα του κάθε συμμετέχοντα, καθώς και οι εκφράσεις του προσώπου του. Μέσω της εκπόνησης του πειράματος δημιουργήθηκε ένα σύνολο δεδομένων, όπου ως χαρακτηριστικά είχε βασικές μετρικές του ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος, όπως επίσης και χαρακτηριστικά που υπολογίστηκαν μέσω της καταγραφής των εκφράσεων του προσώπου του κάθε συμμετέχοντα. Σε κάθε σύνολο χαρακτηριστικών αντιστοιχήθηκαν δύο ετικέτες, που δημιουργήθηκαν με βάση τον βαθμό του σθένους και της έντασης του συναισθήματος που προκλήθηκε στους συμμετέχοντες από την εικόνα που έβλεπαν. Τέλος αναπτύχθηκαν και αξιολογήθηκαν μοντέλα μηχανικής μάθησης με σκοπό την πρόβλεψη των παραπάνω ετικετών, με χρήση των χαρακτηριστικών που περιεγράφηκαν. Μεταξύ αυτών το καλύτερο μοντέλο ως προς το σθένος ήταν του αλγορίθμου XgBoost με ακρίβεια 61%, ενώ ως προς την ένταση η μεγαλύτερη ακρίβεια που επιτεύχθηκε ήταν για τον αλγόριθμο Random Forest και έφτασε το 73%.