增强可分离卷积通道特征的表情识别研究

针对目前人脸表情识别准确率不高、网络模型参数复杂等问题,提出一种增强可分离卷积通道特征的人脸表情识别研究方法。设计了一种轻量型卷积神经网络结构提取表情特征,在卷积层中采用深度可分离卷积减少网络参数;引入了压缩激发模块,对不同通道的特征进行权重分配,在不同的卷积层采用不同的压缩率来增强网络对人脸表情的特征提取能力;将提取到的特征送入分类器实现人脸表情分类,在CK+和FER2013数据集上进行实验并分析。实验结果表明：与现有方法相比,提出的网络结构在CK+和FER2013数据集上,识别率分别提高了0.15个百分点和3.29个百分点,且网络模型参数量降低了75%。所提方法在降低网络参数的同时,提高了表情识别准确率。     

基于加权多头并行注意力的局部遮挡面部表情识别

面部表情识别在诸多领域具有广泛的应用价值, 但在识别过程中局部遮挡会导致面部难以提取有效的表情识别特征, 而局部遮挡的面部表情识别可能需要多个区域的表情特征, 单一的注意力机制无法同时关注面部多个区域特征. 针对这一问题, 本文提出了一种基于加权多头并行注意力的局部遮挡面部表情识别模型, 该模型通过并行多个通道-空间注意力提取局部未被遮挡的多个面部区域表情特征, 有效缓解了遮挡对表情识别的干扰, 大量的实验结果表明, 本文的方法相比于很多先进的方法取得了最优的性能, 在RAF-DB和FERPlus上的准确率分别为89.54%、89.13%, 在真实遮挡的数据集Occlusion-RAF-DB和Occlusion-FERPlus的准确率分别为87.47%、86.28%. 因此, 本文的方法具有很强的鲁棒性.     

基于人脸关键特征提取的表情识别

自然场景下人脸表情由于受遮挡、光照等因素影响,以及表情局部变化细微,导致现有人脸表情识别方法准确率较低。提出一种人脸表情识别的新方法,以ResNet18为主干网络,利用残差连接模块加深网络结构,以提取更多深层次的表情特征。通过引入裁剪掩码模块,在训练集图像上的某个区域进行掩码,向训练模型中增加遮挡等非线性因素,提升模型在遮挡情形下的鲁棒性。分别从特征图的通道和空间两个维度提取表情的关键特征,并分配更多的权重给表情变化明显的特征图,同时抑制非表情特征。在特征图输出前加入Dropout正则化策略,通过在训练中随机失活部分神经元,达到集成多个网络模型的训练效果,提升模型泛化能力。实验结果表明,与L2-SVMs、IcRL、DLP-CNN等方法相比,该方法有效提高了表情识别准确率,在2个公开表情数据集Fer2013和RAF-DB上的识别准确率分别为74.366%和86.115%。     

基于多尺度特征注意力机制的人脸表情识别

针对传统卷积神经网络在人脸表情识别过程中存在有效特征提取针对性不强、识别准确率不高的问题,提出一种基于多尺度特征注意力机制的人脸表情识别方法。用两层卷积层提取浅层特征信息;在Inception结构基础上并行加入空洞卷积,用来提取人脸表情的多尺度特征信息;引入通道注意力机制,提升模型对重要特征信息的表示能力;最后,将得到的特征输入Softmax层进行分类。通过在公开数据集FER2013和CK+上进行仿真实验,分别取得了68.8%和96.04%的识别准确率,结果表明该方法相比许多经典算法有更好的识别效果。     

基于对比学习的细粒度遮挡人脸表情识别

和实验室环境不同, 现实生活中的人脸表情图像场景复杂, 其中最常见的局部遮挡问题会造成面部外观的显著改变, 使得模型提取到的全局特征包含与情感无关的冗余信息从而降低了判别力. 针对此问题, 本文提出了一种结合对比学习和通道-空间注意力机制的人脸表情识别方法, 学习各局部显著情感特征并关注局部特征与全局特征之间的关系. 首先引入对比学习, 通过特定的数据增强方法设计新的正负样本选取策略, 对大量易获得的无标签情感数据进行预训练, 学习具有感知遮挡能力的表征, 再将此表征迁移到下游人脸表情识别任务以提高识别性能. 在下游任务中, 将每张人脸图像的表情分析问题转化为多个局部区域的情感检测问题, 使用通道-空间注意力机制学习人脸不同局部区域的细粒度注意力图, 并对加权特征进行融合, 削弱遮挡内容带来的噪声影响, 最后提出约束损失联合训练, 优化最终用于分类的融合特征. 实验结果表明, 无论是在公开的非遮挡人脸表情数据集(RAF-DB和FER2013)还是人工合成的遮挡人脸表情数据集上, 所提方法都取得了与现有先进方法可媲美的结果.     

多尺度残差注意力网络及其表情识别算法

面部表情识别已经广泛运用于人机交互、教育、自动驾驶等各种领域,针对现有表情识别方法网络结构复杂、参数多、泛化能力不足、识别率低等问题,且人脸表情在自然环境下易受到光照、姿态和局部遮挡等环境因素的影响,提出了一种多尺度残差注意力网络.以ResNet-18网络为基础,提出了一种新的多尺度残差注意力模块,通过提取不同尺度特征,增加特征多样性.引入CBAM注意力机制获取表情图像重点特征信息,有利于提升遮挡表情的识别.构建特征残差融合块,将浅层特征与深层特征进行残差融合,有利于获取丰富的人脸表情图像整体特征.实验结果表明,本文方法在CK+、JAFFE和Oulu-CASIA 3个公开表情数据集上分别达到了99.49%、98.53%和97.08%的准确率,与一些现有方法相比,本文方法表情识别率更高,证明了该方法可用于人脸表情识别.     

基于CNN集成学习的人脸表情识别系统的设计

随着计算机计算资源的提升以及深度学习理论的不断丰富,自动的人脸表情识别技术已经得到了进一步的发展。但由于表情存在复杂性以及微妙性,实现实时的人脸表情识别仍是一大难题。文章设计了一种基于CNN集成学习的人脸表情识别系统,该系统在FER2013数据集上表情的识别准确率达到70.84%,能够实现实时的、高精度的表情识别。     

基于Mixer Layer的人脸表情识别

目前人脸表情识别研究多数采用卷积神经网络(CNN)提取人脸特征并分类, CNN的缺点是网络结构复杂, 消耗计算资源. 针对以上缺点, 本文采用基于多层感知机(MLP)的Mixer Layer网络结构用于人脸表情识别. 采用数据增强和迁移学习方法解决数据集样本不足的问题, 搭建了不同层数的Mixer Layer网络. 经过实验比较, 4层Mixer Layer网络在CK+和JAFFE 数据集上的识别准确率分别达到了98.71%和95.93%, 8层Mixer Layer网络在Fer2013数据集上的识别准确率达到了63.06%. 实验结果表明, 无卷积结构的Mixer Layer网络在人脸表情识别任务上表现出良好的学习能力和泛化能力.     

基于全局空间注意力的人脸表情识别

人脸表情识别是模式识别领域中一个重要的研究方向。传统的机器学习方法受限于需要手动提取特征,该方式会导致识别结果的泛化能力不足,且稳定性较差。针对该限制,设计了一种基于深度学习的人脸表情识别算法,该算法通过卷积神经网络提取特征,然后经过全局空间注意力模块对特征分配权重,增强并融合重要特征、抑制边缘特征,从而提升网络分类的准确性。通过在FER2013人脸表情数据集上的实验,验证了该算法的合理性与有效性,最高达到了1.014%的准确度提升。最后,将算法应用于真实场景下的人脸表情识别,同样能拥有较高的识别精度,验证了该算法在真实环境下的有效性。     

咽拭子采集机器人表情识别与交互

咽拭子采集机器人对采集人的表情识别、情绪表达等感知交互,对于咽拭子采集机器人成功执行任务具有重要的意义。咽拭子机器人采集到的数据样本在训练过程中要解决遮挡去除及微表情识别的拓展、自采集数据集的定义、关键帧识别及处理、表情分类及划定、交互集成等关键问题。针对以上问题,设计了一种高效自修复网络（efficient self-cured network,ESCN）,构建了具有类识别人脸能力的特征提取加权模型,通过多尺度注意力机制捕捉受试者的面部表情区,通过重标签校正的线性聚合模型识别咽拭子采集者的面部表情。实验在真实数据集RAF-DB、FER2013和自采集数据集上进行验证。实验结果表明,ESCN比经典模型的准确率提升4.643~11.058个百分点,同时参数量相对较小,便于轻量化和集成。     

基于小尺度核卷积的人脸表情识别

针对现有表情识别方法中网络泛化能力差以及网络参数多导致计算量大的问题,提出一种利用小尺度核卷积的人脸表情识别方法。采用多层小尺度核卷积块代替大卷积核减少参数量,结合最大池化层提取面部表情图像特征,利用Softmax分类器对不同表情进行分类,并在相同感受野下增加网络深度避免特征丢失。实验结果表明,与FER2013 record、DNNRL等方法相比,该方法的人脸表情识别率更高,能有效实现人脸表情的准确分类。     

基于深度可分离卷积结构的人脸表情识别研究

人脸表情识别是计算机视觉领域中人脸识别的一个重要分支。由于人脸表情多样性,头部姿态变化以及表情主 体所处环境等诸多因素的影响,给人脸表情识别的工作带来了很大的挑战。针对采用传统卷积神经网络,由于其模型参数数 量多,且比传统机器学习算法的人脸表情识别精度的提高有限,给出了一种基于深度可分离卷积结构的改进卷积神经网络模 型。基于该模型对Fer2013灰度表情识别数据集进行实验,结果表明,在保证了68.31% 的较高准确率情况下,与传统卷积神经 网络相比,模型的网络结构得到了优化,模型参数数量大大减少,且模型参数的利用效率较高。     

面部表情分析进展和挑战

面部表情分析是计算机通过分析人脸信息尝试理解人类情感的一种技术,目前已成为计算机视觉领域的热点话题。其挑战在于数据标注困难、多人标签一致性差、自然环境下人脸姿态大以及遮挡等。为了推动面部表情分析发展,本文概述了面部表情分析的相关任务、进展、挑战和未来趋势。首先,简述了面部表情分析的几个常见任务、基本算法框架和数据库;其次,对人脸表情识别方法进行了综述,包括传统的特征设计方法以及深度学习方法;接着,对人脸表情识别存在的问题与挑战进行总结思考;最后,讨论了未来发展趋势。通过全面综述和讨论,总结以下观点：1）针对可靠人脸表情数据库规模小的问题,从人脸识别模型进行迁移学习以及利用无标签数据进行半监督学习是两个重要策略;2）受模糊表情、低质量图像以及标注者的主观性影响,非受控自然场景的人脸表情数据的标签库存在一定的不确定性,抑制这些因素可以使得深度网络学习真正的表情特征;3）针对人脸遮挡和大姿态问题,利用局部块进行融合的策略是一个有效的策略,另一个值得考虑的策略是先在大规模人脸识别数据库中学习一个对遮挡和姿态鲁棒的模型,再进行人脸表情识别迁移学习;4）由于基于深度学习的表情识别方法受很多超参数影响,导致当前人脸表情识别方法的可比性不强,不同的表情识别方法有必要在不同的简单基线方法上进行评测。目前,虽然非受控自然环境下的表情分析得到较快发展,但是上述问题和挑战仍然有待解决。人脸表情分析是一个比较实用的任务,未来发展除了要讨论方法的精度也要关注方法的耗时以及存储消耗,也可以考虑用非受控环境下高精度的人脸运动单元检测结果进行表情类别推断。     

深度学习下融合不同模型的小样本表情识别

为了进一步提高人脸表情识别在小样本中的准确率,提出了一种深度学习下融合不同模型的小样本表情识别方法。该方法首先对单个卷积神经网络(CNN)模型进行比较,通过dropout层不同的节点保留概率p,筛选相对合适的CNN。之后采用尺度不变特征变换(SIFT)算法提取出特征,使用SIFT提取特征的目的是提高小数据的性能。为了减少误差,避免过拟合,将所有模型进行汇总,采用简单平均的模型融合方法得到CNN-SIFT-AVG模型。最后,只采用少量样本数据来训练模型即可。该模型已在FER2013、CK+和JAFFE数据集上进行了验证实验。实验结果表明,该模型可以很大程度上提高小样本表情识别的准确率,并在FER2013、CK+和JAFFE数据集上产生了较优异的结果,与其他表情识别方法相比,准确率最大提升约6%。     

一种基于词频‐逆文档频率和混合损失的表情识别算法

面部表情能自然高效地表达人类的心理活动和思想状态,影响着人们的沟通交流过程。在诸多智能化应用中,人脸表情识别是人类与机器间建立情感交互的重要基础。在细粒度人脸表情识别任务中,由于特征提取网络对表情产生区域的关键特征处理不足,从而引发细节特征信息丢失问题。提出一种词频-逆文档频率注意力机制TF-IDF SPA,通过该机制调整表情产生关键区域的注意力分布,强化网络对该区域关键细节特征的提取能力。同时,为了应对表情识别任务中普遍存在的类间差异小、类内差异大的问题,设计一种改进型混合加权损失函数,以增强表情类内聚拢性同时增大类间距离。依据数据集中样本的数量分布情况,动态调整损失函数的分类权重值,从而强化模型对小数据量样本的学习能力。在此基础上,将结构简单的TF-IDF SPA模块与卷积层共同堆叠以构建人脸表情识别网络。实验结果表明,该网络具有较好的人脸表情识别性能,在FER2013和CK+数据集上的分类准确率分别达到73.52%和98.27%。     

结合关键点与权重分配残差网络的表情识别

现有人脸表情识别算法易受图像背景、非表情内容等无关因素的影响。此外,部分人脸表情（例如害怕、生气、伤心等表情）的类间差异较小也制约着算法的性能。针对上述两个问题,提出了一种融合面部关键点和权重分配残差网络的表情识别算法。通过面部关键点获取最大的表情范围以消除图像背景和非表情内容的干扰,将预处理后的表情图像作为深度残差网络的输入,引入权重分配机制从通道和空间维度上进行注意权重推断,实现不同区域的权重分配,进而引导深度残差网络学习对表情具有鉴别力的局部特征。该算法分别在FER2013和CK+表情数据集上达到了74.14%和98.99%的识别准确率,有效改善了生气、伤心、害怕等类间差异较小的表情识别准确率。     

基于人脸分割的复杂环境下表情识别实时框架

复杂环境下人脸表情识别由于人脸姿势、遮挡及光照等因素影响，相较于可控环境下的人脸表情识别具有更高的挑战性。针对复杂环境下人脸表情识别精度低以及现阶段用于表情识别的网络结构复杂造成的识别效率低等问题，提出了一种基于人脸分割的复杂环境下表情识别实时框架。该框架包括用于人脸区域分割的FsNet（Face segmentation Network）和用于表情识别的TcNet（Tiny classification Network）。FsNet旨在分割出对表情识别最相关的人脸区域以提升TcNet识别精度，其训练数据集基于已有数据集构建。两个网络的结构设计均趋于精简化以保证整体框架的实时性需求。在FER-2013和RAD-DB两个复杂场景人脸表情数据库上的实验表明，人脸区域分割的方式有利于提高复杂环境下人脸表情的识别率，且整体框架在保证实时性的同时达到了良好的识别效果。     

基于改进LeNet-5的面部表情识别方法

针对现有面部表情识别算法耗时长、收敛速度慢、分类精度低等问题,对LeNet-5网络的框架和内部结构进行双重优化和改进,并提出一种基于改进LeNet-5的面部表情识别方法。为了能够提取更加多样化的特征,同时提升特征表达能力,首先增加卷积层和池化层的个数,调整网络内部参数;其次,通过对卷积层、全连接层进行批规范化处理,提高网络模型的泛化能力;最后,3个池化层以maxpool_avgpool_avgpool的组合方式进行重叠池化。在FER2013人脸表情数据库进行实验,结果表明改进后的模型相较于目前的算法具有更高的识别精度。