O reconhecimento de expressões faciais é uma área de interesse da ciência da computação e tem sido um atrativo para pesquisadores de diferentes áreas, pois tem potencial para promover o desenvolvimento de diferentes tipos de aplicações. Reconhecer automaticamente essas expressões tem se tornado um objetivo, principalmente na área de análise do comportamento humano. Especialmente para estudo das línguas de sinais, a análise das expressões faciais é importante para a interpretação do discurso, pois é o elemento que permite expressar informação prosódica, suporta o desenvolvimento da estrutura gramatical e semântica da língua, e ajuda na formação de sinais com outros elementos básicos da língua. Nesse contexto, as expressões faciais são chamadas de expressões faciais gramaticais e colaboram na composição no sentido semântico das sentenças. Entre as linhas de estudo que exploram essa temática, está aquela que pretende implementar a análise automática da língua de sinais. Para aplicações com objetivo de interpretar línguas de sinais de forma automatizada, é preciso que tais expressões sejam identificadas no curso de uma sinalização, e essa tarefa dá-se é definida como segmentação de expressões faciais gramaticais. Para essa área, faz-se útil o desenvolvimento de uma arquitetura capaz de realizar a identificação de tais expressões em uma sentença, segmentando-a de acordo com cada tipo diferente de expressão usada em sua construção. Dada a necessidade do desenvolvimento dessa arquitetura, esta pesquisa apresenta: uma análise dos estudos na área para levantar o estado da arte; a implementação de algoritmos de reconhecimento de padrões usando Multilayer Perceptron e misturas de especialistas para a resolução do problema de reconhecimento da expressão facial; a comparação desses algoritmos reconhecedores das expressões faciais gramaticais usadas na concepção de sentenças na Língua Brasileira de Sinais (Libras). A implementação e teste dos algoritmos mostraram que a segmentação automática de expressões faciais gramaticais é viável em contextos dependentes do usuários. Para contextos independentes de usuários, o problema de segmentação de expressões faciais representa um desafio que requer, principalmente, a organização de um ambiente de aprendizado estruturado sobre um conjunto de dados com volume e diversidade maior do que os atualmente disponíveis / The recognition of facial expressions is an area of interest in computer science and has been an attraction for researchers in different fields since it has potential for development of different types of applications. Automatically recognizing these expressions has become a goal primarily in the area of human behavior analysis. Especially for the study of sign languages, the analysis of facial expressions represents an important factor for the interpretation of discourse, since it is the element that allows expressing prosodic information, supports the development of the grammatical and semantic structure of the language, and eliminates ambiguities between similar signs. In this context, facial expressions are called grammatical facial expressions. These expressions collaborate in the semantic composition of the sentences. Among the lines of study that explore this theme is the one that intends to implement the automatic analysis of sign language. For applications aiming to interpret signal languages in an automated way, it is necessary that such expressions be identified in the course of a signaling, and that task is called \"segmentation of grammatical facial expressions\'\'. For this area, it is useful to develop an architecture capable of performing the identification of such expressions in a sentence, segmenting it according to each different type of expression used in its construction. Given the need to develop this architecture, this research presents: a review of studies already carried out in the area; the implementation of pattern recognition algorithms using Multilayer Perceptron and mixtures of experts to solve the facial expression recognition problem; the comparison of these algorithms as recognizers of grammatical facial expressions used in the conception of sentences in the Brazilian Language of Signs (Libras). The implementation and tests carried out with such algorithms showed that the automatic segmentation of grammatical facial expressions is practicable in user-dependent contexts. Regarding user-independent contexts, this is a challenge which demands the organization of a learning environment structured on datasets bigger and more diversified than those current available

O reconhecimento de expressões faciais é uma área de interesse da ciência da computação e tem sido um atrativo para pesquisadores de diferentes áreas, pois tem potencial para promover o desenvolvimento de diferentes tipos de aplicações. Reconhecer automaticamente essas expressões tem se tornado um objetivo, principalmente na área de análise do comportamento humano. Especialmente para estudo das línguas de sinais, a análise das expressões faciais é importante para a interpretação do discurso, pois é o elemento que permite expressar informação prosódica, suporta o desenvolvimento da estrutura gramatical e semântica da língua, e ajuda na formação de sinais com outros elementos básicos da língua. Nesse contexto, as expressões faciais são chamadas de expressões faciais gramaticais e colaboram na composição no sentido semântico das sentenças. Entre as linhas de estudo que exploram essa temática, está aquela que pretende implementar a análise automática da língua de sinais. Para aplicações com objetivo de interpretar línguas de sinais de forma automatizada, é preciso que tais expressões sejam identificadas no curso de uma sinalização, e essa tarefa dá-se é definida como segmentação de expressões faciais gramaticais. Para essa área, faz-se útil o desenvolvimento de uma arquitetura capaz de realizar a identificação de tais expressões em uma sentença, segmentando-a de acordo com cada tipo diferente de expressão usada em sua construção. Dada a necessidade do desenvolvimento dessa arquitetura, esta pesquisa apresenta: uma análise dos estudos na área para levantar o estado da arte; a implementação de algoritmos de reconhecimento de padrões usando Multilayer Perceptron e misturas de especialistas para a resolução do problema de reconhecimento da expressão facial; a comparação desses algoritmos reconhecedores das expressões faciais gramaticais usadas na concepção de sentenças na Língua Brasileira de Sinais (Libras). A implementação e teste dos algoritmos mostraram que a segmentação automática de expressões faciais gramaticais é viável em contextos dependentes do usuários. Para contextos independentes de usuários, o problema de segmentação de expressões faciais representa um desafio que requer, principalmente, a organização de um ambiente de aprendizado estruturado sobre um conjunto de dados com volume e diversidade maior do que os atualmente disponíveis / The recognition of facial expressions is an area of interest in computer science and has been an attraction for researchers in different fields since it has potential for development of different types of applications. Automatically recognizing these expressions has become a goal primarily in the area of human behavior analysis. Especially for the study of sign languages, the analysis of facial expressions represents an important factor for the interpretation of discourse, since it is the element that allows expressing prosodic information, supports the development of the grammatical and semantic structure of the language, and eliminates ambiguities between similar signs. In this context, facial expressions are called grammatical facial expressions. These expressions collaborate in the semantic composition of the sentences. Among the lines of study that explore this theme is the one that intends to implement the automatic analysis of sign language. For applications aiming to interpret signal languages in an automated way, it is necessary that such expressions be identified in the course of a signaling, and that task is called \"segmentation of grammatical facial expressions\'\'. For this area, it is useful to develop an architecture capable of performing the identification of such expressions in a sentence, segmenting it according to each different type of expression used in its construction. Given the need to develop this architecture, this research presents: a review of studies already carried out in the area; the implementation of pattern recognition algorithms using Multilayer Perceptron and mixtures of experts to solve the facial expression recognition problem; the comparison of these algorithms as recognizers of grammatical facial expressions used in the conception of sentences in the Brazilian Language of Signs (Libras). The implementation and tests carried out with such algorithms showed that the automatic segmentation of grammatical facial expressions is practicable in user-dependent contexts. Regarding user-independent contexts, this is a challenge which demands the organization of a learning environment structured on datasets bigger and more diversified than those current available

[pt] Nesta tese apresenta-se o Modelo de Redes Neurais Globais- Locais (RNGL) dentro do contexto de modelos de séries temporais. Esta formulação abrange alguns modelos não- lineares já existentes e admite também o enfoque de Mistura de Especialistas. Dedica-se especial atenção ao caso de especialistas lineares, e são discutidos extensivamente aspectos teóricos do modelo: condições de estacionariedade, identificabilidade do modelo, existência, consistência e normalidade assintótica dos estimadores dos parâmetros. Considera-se também uma estratégia de construção do modelo e são discutidos os procedimentos numéricos de estimação, apresentando uma solução para o cálculo de valores iniciais. Finalmente, ilustra-se a metodologia apresentada em duas séries temporais reais, amplamente utilizada na literatura de modelos não lineares. / [en] In this thesis, the Local Global Neural Networks model is proposed within the context of time series models. This formulation encompasses some already existing nonlinear models and also admits the Mixture of Experts approach. We place emphasis on the linear expert case and extensively discuss the theoretical aspects of the model: stationary conditions, existence, consistency and asymptotic normality of the parameter estimates, and model identifiability. A model building strategy is also considered and the whole procedure is illustrated with two real time-series.