While state-of-the-art facial expression recognition (FER) classifiers achieve a high level of accuracy, they lack interpretability, an important aspect for end-users. To recognize basic facial expressions, experts resort to a codebook associating a set of spatial action units to a facial expression. In this paper, we follow the same expert footsteps, and propose a learning strategy that allows us to explicitly incorporate spatial action units (aus) cues into the classifier's training to build a deep interpretable model. In particular, using this aus codebook, input image expression label, and facial landmarks, a single action units heatmap is built to indicate the most discriminative regions of interest in the image w.r.t the facial expression. We leverage this valuable spatial cue to train a deep interpretable classifier for FER. This is achieved by constraining the spatial layer features of a classifier to be correlated with \aus map. Using a composite loss, the classifier is trained to correctly classify an image while yielding interpretable visual layer-wise attention correlated with aus maps, simulating the experts' decision process. This is achieved using only the image class expression as supervision and without any extra manual annotations. Moreover, our method is generic. It can be applied to any CNN- or transformer-based deep classifier without the need for architectural change or adding significant training time. Our extensive evaluation on two public benchmarks RAFDB, and AFFECTNET datasets shows that our proposed strategy can improve layer-wise interpretability without degrading classification performance. In addition, we explore a common type of interpretable classifiers that rely on Class-Activation Mapping methods (CAMs), and we show that our training technique improves the CAM interpretability.


翻译:虽然最先进的面部表情识别(FER)分类器能够达到高精度,但它们缺乏可解释性——这是最终用户关注的重要方面。为识别基本面部表情,专家们采用将一组空间动作单元与面部表情关联的编码本。本文遵循专家的思路,提出一种学习策略,通过显式地将空间动作单元(AUs)线索融入分类器训练,构建深度可解释模型。具体而言,利用该AU编码本、输入图像的表情标签及面部关键点,我们构建了单一动作单元热力图,以标示图像中与面部表情最相关的判别性区域。我们利用这一有价值的空间线索训练深度可解释FER分类器,通过约束分类器的空间层特征与AU热力图的相关性实现。采用复合损失函数,分类器在正确分类图像的同时,生成与AU热力图相关的逐层可视化注意力,模拟专家决策过程。该方法仅以图像类标签为监督信号,无需额外人工标注。此外,我们的方法具有通用性,可应用于任何基于CNN或Transformer的深度分类器,无需改变网络架构或显著增加训练时间。在RAFDB和AFFECTNET两个公开基准数据集上的广泛评估表明,所提策略可在不降低分类性能的前提下提升逐层可解释性。同时,我们探究了依赖类激活映射(CAM)方法的常见可解释分类器,证明我们的训练技术能改善CAM的可解释性。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月13日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月12日
Knowledge Embedding Based Graph Convolutional Network
Arxiv
24+阅读 · 2021年4月23日
Arxiv
21+阅读 · 2021年2月13日
Simplifying Graph Convolutional Networks
Arxiv
12+阅读 · 2019年2月19日
VIP会员
最新内容
《基于深度强化学习的反无人机技术研究》178页
专知会员服务
0+阅读 · 今天16:06
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
0+阅读 · 今天15:31
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
0+阅读 · 今天14:49
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
13+阅读 · 今天4:12
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:09
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
6+阅读 · 今天4:02
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
5+阅读 · 今天3:54
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
4+阅读 · 今天3:33
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
3+阅读 · 今天3:23
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
7+阅读 · 6月9日
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员