Recently, interest in socially interactive robots is increasing as the range of application areas for robots are expanded from hazardous and hostile environments to domestic, service, and entertainment environments; in particular, emotional interaction has become one of the most important research areas in robotics. For realization of the emotional interaction with human, speech emotion recognition, modeling of robotic emotional state, and emotional expression should be accomplished.
This paper describes the realization of emotional interaction with human, focusing on speech emotion recognition. In general, speaker-independent emotion recognition shows a lower performance compared with speaker-dependent system. Hence in the field of speech emotion recognition, speaker independent system is one of the latest challenges.
In this paper, to improve speaker-independent emotion recognition system three methods was proposed. Based on the difference vocalization of consonant and obstruents, speech emotion recognition separately from consonant and obstruents was proposed to reduce the text-dependency. And to reduce the speaker-dependency, a novel speaker-independent feature, the ratio of a spectral flatness measure to the spectral center (RSS), with a small variation in speakers when constructing a speaker-independent system is also proposed. To make emotion recognition system be homogenous and accurate, rejection algorithm based on confidence measure is proposed. From comparison of the proposed methods with conventional method, the improvement and effectiveness of proposed methods was clearly confirmed.
Additionally, emotional interactive robot was designed and developed for implement developed speaker-independent emotion recognition system. The developed robot expresses its emotions according to its emotional state modeled by a mass-spring-damper system with an elastic-hysteresis spring. The robot displays a bruise when it is in a negative emotional state, the same as a human becomes bruised when being physically hurt, and the robot shows a natural complexion when its emotional wound is removed. The effectiveness of the emotional expression using color with the concepts of bruising and complexion colors is qualified, and the feasibility of the developed robot was tested in several exhibitions and field trials.
최근 로봇의 활용범위가 위험한 작업과 적대적인 환경에서 가정, 서비스, 그리고 오락으로 확대됨에 따라 사회적 로봇의 관심이 증가되고 있다. 특히 감정 상호작용 로봇은 로봇분야의 중요한 연구분야로 떠오르고 있다. 감정 상호작용로봇을 위해서는 음성감정인식, 로봇의 감정모델화, 그리고 감정표현등의 기술이 개발되어야 한다.
본 논문은 로봇의 감정상호작용을 위해 음성감정인식에 집중하여 연구하였다. 일반적으로 화자독립 감정인식은 화자종속 감정인식보다 그 성능이 낮아 음성감정인식 분야에서 최근 중요한 이슈로 떠오르고 있다.
본 연구에서는 화자독립 감정인식의 성능을 향상시키기 위해 세가지 방법을 제안하였다. 공명음과 장애음의 발화 특성의 차이를 이용하여 공명음/장애음 분절기반 화자독립 감정인식 방법을 제안하였으며, 화자 종속성을 줄일수 있는 스펙트럼 중심과 스펙트럼 평탄도의 비를 제안하였다. 또한 감정인식 시스템의 일관성과 정확성을 위해 신뢰도 측정 기반의 거절 알고리즘을 제안하였다. 기존 연구방법과 본 연구에서 제안한 방법의 비교를 통해 제안한 방법의 화자독립 감정인식에서의 효과를 검증하였다.
또한, 개발된 화자독립 감정인식 시스템의 구현을 위해 감정상호작용 로봇을 개발하였다. 개발된 로봇은 질량-스프링-뎀퍼 모델을 이용한 로봇의 감정모델을 이용하여 로봇의 감정을 표현한다. 로봇은 사람이 물리적으로 상처를 받았을때 멍이 드는것과 같이 부정적인 감정표현을 위해 파란색의 멍을 표현하며 긍정적인 감정표현을 위해 분홍색의 혈색을 표현한다. 개발된 감정 상호작용 로봇은 여러차례의 실지실험과 전시를 통하여 그 효용성을 검증하였다.
