结合空间注意力机制与光流特征的微表情识别方法

针对微表情运动的局部性问题,提出一种将深度学习的空间注意力机制与微表情光流特征相结合的微表情识别自动方法.首先,采用帧差法识别缺少峰值帧标记的微表情样本的峰值帧;然后,利用TV-L1光流法提取微表情起始帧与峰值帧之间的光流水平、垂直分量图,并根据光流的水平、垂直分量图导出对应的光流应变模式图;将3个光流图以通道叠加的方式连接起来,构成微表情的光流特征图;最后,在Inception模块搭建的卷积神经网络中设计了一种包含可学习参数的空间注意力单元,使模型在特征提取过程中能够更加关注存在微表情运动的区域.在空间注意力单元中利用3?3和7?7这2种大小的卷积核进行空间注意力的推断,使模型能够综合地考虑不同尺度卷积核的注意力推断结果.实验结果表明,该方法在MEGC2019综合微表情数据集上的识别准确率达到0.788,优于已有的微表情识别方法.     

结合迁移学习与可分离三维卷积的微表情识别方法

针对现有微表情自动识别方法准确率较低及微表情样本数量不足的问题,提出一种融合迁移学习技术与可分离三维卷积神经网络（S3D CNN）的微表情识别方法。通过光流法提取宏表情和微表情视频样本的光流特征帧序列,利用宏表情样本的光流特征帧序列对S3D CNN进行预训练,并采用微表情样本的光流特征帧序列微调模型参数。S3D CNN网络由二维空域卷积层及添加一维时域卷积层的可分离三维卷积层构成,比传统的三维卷积神经网络具有更好的学习能力,且减少了模型所需的训练参数和计算量。在此基础上,采用迁移学习的方式对模型进行训练,以缓解微表情样本数量过少造成的模型过拟合问题,提升模型的学习效率。实验结果表明,所提方法在CASME II微表情数据集上的识别准确率为67.58%,高于MagGA、C3DEvol等前沿的微表情识别算法。     

基于Apex帧光流和卷积自编码器的微表情识别

针对跨库微表情识别问题,提出了一种基于Apex帧光流和卷积自编码器的微表情识别方法。该方法包括预处理、特征提取、微表情分类三部分。预处理部分对微表情进行Apex帧定位以及人脸检测和对齐;特征提取部分首先计算预处理过的Apex帧的TVL1光流,然后使用得到的水平和竖直光流分量图像训练卷积自编码器得到最优结构和参数;最后将两个分量自编码器中间层的特征融合后作为微表情的特征;微表情分类就是使用支持向量机（Support Vector Machine,SVM）对上一步中提取到的特征进行分类。实验结果较基准方法（LBP-TOP）有了很大的提高,UF1提高了0.134 4,UAR提高了0.140 6。该方法为微表情特征提取和识别提供了新的思路。     

双流增强融合网络微表情识别

为解决微表情识别领域数据集样本数量少,样本类型分布不均导致识别率鲁棒性差的问题,提出了一种基于双流增强网络的微表情识别模型。该模型基于单帧RGB图像流及光流图像流的双流卷积神经网络,以权威数据集为基础,数据增强为基准,构建微表情识别模型。通过在SoftMax逻辑回归层融合单帧空域信息和光流时域信息,对两个独立流的网络性能进行提升,并通过引入基于带循环约束的生成对抗网络的图像生成方式对数据集进行扩充。通过将输入微表情视频帧序列进行分解,将其分割为双流网络的灰度单帧序列与光流单帧序列,对两类序列图进行数据增强,再进行微表情识别模型构建的方法,有效提高了微表情识别率。基于双流增强网络的微表情识别模型可以较好提升微表情识别准确度,鲁棒性较好,泛化状态较稳定。     

注意力引导的三流卷积神经网络用于微表情识别

目的 微表情识别在心理咨询、置信测谎和意图分析等多个领域都有着重要的应用价值。然而,由于微表情自身具有动作幅度小、持续时间短的特点,到目前为止,微表情的识别性能仍然有很大的提升空间。为了进一步推动微表情识别的发展,提出了一种注意力引导的三流卷积神经网络（attention-guided three-stream convolutional neural network, ATSCNN）用于微表情识别。方法 首先,对所有微表情序列的起始帧和峰值帧进行预处理;然后,利用TV-L1(total variation-L1)能量泛函提取微表情两帧之间的光流;接下来,在特征提取阶段,为了克服有限样本量带来的过拟合问题,通过3个相同的浅层卷积神经网络分别提取输入3个光流值的特征,再引入卷积块注意力模块以聚焦重要信息并抑制不相关信息,提高微表情的识别性能;最后,将提取到的特征送入全连接层分类。此外,整个模型架构采用SELU(scaled exponential linear unit)激活函数以加快收敛速度。结果 本文在微表情组合数据集上进行LOSO(leave-one-subject-out)交叉验...     

人脸微表情分析方法综述

微表情分析在医学、公共安全、商业谈判等领域得到广泛应用并备受关注。微表情运动幅度小、变化快，导致人工分析难度较大，开发一个可靠的自动化微表情分析系统非常有必要。随着计算机视觉技术的发展，研究人员能够结合相关算法捕捉微表情运动变化特征以用于微表情分析。阐述微表情分析的发展历程和现状，从多个角度对微表情分析的两大分支，即微表情检测方法和微表情识别方法进行总结。整理现有微表情数据集以及微表情分析流程中常用的面部图像预处理方法。根据特征提取方式的不同，从基于时间特征、基于特征变化和基于深度特征这3个方面对微表情检测方法进行阐述。将微表情识别方法归纳为基于纹理特征和基于光流特征的传统机器学习方法以及深度学习方法，其中，基于深度学习的微表情识别包括基于运动单元、基于关键帧和基于迁移学习的方法。通过不同实验指标对以上方法进行分析和比较，在此基础上，探讨当前微表情分析中存在的问题和挑战并展望该领域未来的发展方向。     

微表情峰值帧定位引导的分类算法

目的 微表情是人在外界信息和刺激下做出的无意识面部动作,是判断受试人情绪和行为的重要佐证,在社会安全、商业谈判和心理辅导等领域都有着广泛的应用。微表情不同于一般的表情,分类与定位较为困难。针对这种情况,提出了一种基于光流窗口的双分支微表情定位网络（dual-branch optical flow spotting network,DFSN）和一种利用峰值帧光流信息的微表情分类网络,以识别视频中的微表情。方法 在定位任务中,首先提取面部图像,选择光流窗口大小和位置,计算面部光流并进行预处理;接下来输入双分支网络中进行两次分类,分别针对有无微表情和在有微表情前提下微表情所处阶段分类,并结合两个损失函数抑制过拟合;最后绘制出微表情强度曲线,曲线峰值所处位置即为所求微表情峰值帧。在分类任务中,选取视频起始帧和定位网络取得的峰值帧作为光流窗口,并利用欧拉运动放大算法（Eulerian motion magnification,EMM）放大微表情,最后采用峰值帧光流信息分类微表情视频。结果 微表情定位网络分别在CASME II （Chinese Academy of Sciences Micro-expression Database II）数据集和CASME数据集上按照使用留一被试交叉验证法进行了实验,与目前最好的定位方法比较,此网络在CASME II上获得了最低的NMAE（normalized mean absolute error）值0.101 7,比Optical flow+UPC方法提高了9%。在CASME上获得的NMAE值为0.137 8,在此数据集上为次优定位方法。在定位网络得到的峰值基础上,分类网络在CASME II上取得了89.79%的准确率,在CASME上取得了66.06%的准确率。若采用数据集标注的峰值,分类网络在CASME II上取得了91.83%的准确率,在CASME上取得了76.96%的准确率。结论 提出的微表情定位网络可以有效定位视频中微表情峰值帧的位置,帮助后续网络进行分类,微表情分类网络可以有效区分不同种类的微表情视频。     

基于三维卷积神经网络和峰值帧光流的微表情识别算法

针对现有微表情识别技术未能有效利用峰值帧前后时间空间特征的缺点,文中提出基于三维卷积神经网络和峰值帧光流的微表情识别算法.首先,提取峰值帧前后相邻帧间的光流场,在保留微表情重要时间、空间信息的同时,去除冗余信息,减少计算量.然后,利用三维卷积神经网络,从光流场中提取增强的时空特征,实现微表情的分类识别.最后,通过在3个微表情数据库上的对比实验证实文中算法准确度较高.     

结合C3D与光流法的微表情自动识别

由于微表情动作幅度小且持续时间短,使其识别难度大.针对此问题,提出一个结合三维卷积神经网络(3D Convolutional neural network,C3D)和光流法的微表情识别方法.所提出的方法先用光流法从微表情视频中提取出包含动态特征的光流图像系列,然后将得到的光流图像系列与原始灰度图像序列一起输入到C3D网络,由C3D进一步提取微表情在时域和空域上的特征.在开放数据集CASMEⅡ上进行了模拟实验,实验表明本文所提出的方法对微表情的识别准确率达到67.53％,优于现有方法.     

CBFaceNet基于双注意力机制的微表情识别网络

微表情识别在学生课堂、医疗等方面都发挥着重要作用。现有的微表情识别模型技术大多使用传统的特征学习方法进行特征提取,但是传统的特征学习方法识别率不高,而深度学习的方法会产生大量的运行参数。因此,提出一种轻量级的微表情识别方法,称为CBFaceNet。该模型可以实现端到端的检测,适合应用于资源有限的移动设备。在提出的模型中,融合三维注意力机制simAM增强模型对微表情关键部位特征的提取,并且能够降低模型参数。在模型中插入通道和空间注意力模块CBAM,使提取的面部特征更加丰富,同时,采用混合损失函数测试该模型。在SMIC微表情数据集中将CBFaceNet与其他模型进行比较,实验结果表明,CBFaceNet在识别精度、复杂度和模型参数方面都有着优越的性能。     

基于差分定位与光流特征提取的微表情识别

针对现有微表情识别算法中特征提取冗余、处理时间长的问题,提出基于差分定位与光流特征提取的微表情识别方法。首先对人脸的表情敏感部位进行图像序列差分,通过差分投影值划定人脸运动区域,计算运动区域光流分析数据的主成分特征,最后利用支持向量机判断脸部运动单元编号,识别微表情的类别。实验结果表明,该方法较之于传统识别技术在微表情识别效率与准确度上有显著提升。     

双通道动静态特征的微表情识别

微表情识别是情感识别领域的一项关键任务,其目的是分析人们隐藏的真实情感.针对微表情识别中微表情视频帧冗余、微表情幅度变化微弱和微表情持续时间短的问题,导致无法有效在微表情视频中提取有效特征,从而降低微表情识别的精度与速度,提出一种动态特征与静态特征结合的微表情识别方法.首先将视频动态信息压缩为残差积减少帧冗余,提高模型预测速度,然后分别使用稀疏卷积和深度可分离卷积提取动态特征和静态特征,并利用多阶段自适应特征融合的方式充分结合动态特征与静态特征,最后通过标签平滑损失函数提高模型泛化能力.实验结果表示,动态特征与静态特征的结合有效地提高了微表情识别的精度.在MEGC2019的评估标准下,混合数据集的UF1值提高了0.035,UAR值提高了0.045.     

双光流网络指导的视频目标检测

目的 卷积神经网络广泛应用于目标检测中,视频目标检测的任务是在序列图像中对运动目标进行分类和定位。现有的大部分视频目标检测方法在静态图像目标检测器的基础上,利用视频特有的时间相关性来解决运动目标遮挡、模糊等现象导致的漏检和误检问题。方法 本文提出一种双光流网络指导的视频目标检测模型,在两阶段目标检测的框架下,对于不同间距的近邻帧,利用两种不同的光流网络估计光流场进行多帧图像特征融合,对于与当前帧间距较小的近邻帧,利用小位移运动估计的光流网络估计光流场,对于间距较大的近邻帧,利用大位移运动估计的光流网络估计光流场,并在光流的指导下融合多个近邻帧的特征来补偿当前帧的特征。结果 实验结果表明,本文模型的mAP（mean average precision）为76.4%,相比于TCN（temporal convolutional networks）模型、TPN+LSTM（tubelet proposal network and long short term memory network）模型、D（&T loss）模型和FGFA（flow-guided feature aggregation）模型分别提高了28.9%、8.0%、0.6%和0.2%。结论 本文模型利用视频特有的时间相关性,通过双光流网络能够准确地从近邻帧补偿当前帧的特征,提高了视频目标检测的准确率,较好地解决了视频目标检测中目标漏检和误检的问题。     

基于YOLOv3和光流的船舶火灾检测

为了提高船舶火灾检测的检测效率,在基于视频的方式下,提出将原始帧和光流融合的深度学习检测方法。首先,利用模拟试验和部分公开数据集建立火灾视频数据集;其次,对火灾视频进行处理,提取原始帧和对应的光流;然后,使用像素级融合的方法融合原始帧和光流,充分利用视频的静态信息和动态信息;最后,使用YOLOv3算法,并利用迁移学习方法,实现火灾检测模型的训练。实验结果表明,所用算法能够更有效地识别烟雾和火焰,显著地减少了火灾视频中的误检情况,进行抽帧检测时能够满足实时检测的要求。     

一种视频微表情检测的改进光流算法

微表情是人们在试图隐藏自己真实情感时表现出的不受自主神经控制、持续时间 短暂,强度十分微弱的面部表情。由于微表情与谎言识别有着密切的联系,其公共安全、侦查 讯问、临床医学等领域有很大的应用前景。针对人为识别微表情十分困难的问题,提出一种基 于Horn-Schunck (HS)光流法改进并应用于微表情自动检测的方法。使用预条件Gauss-Seidel 迭 代方法改进了HS 光流法,加快了收敛速度。通过在自发微表情数据库CASME 中进行实验, 该验证方法在微表情检测中有很好的效果。     

基于卷积注意力模块和双通道网络的微表情识别算法

微表情是一种人类在试图隐藏自己真实情感时作出的面部动作，具有持续时间短、幅度小的典型特点。针对微表情识别难度大、识别效果不理想的问题，提出一种基于卷积注意力模块（CBAM）和双通道网络（DPN）的微表情识别算法——CBAM-DPN。首先，进行典型微表情数据集的数据融合；然后，分析序列帧中像素的变化值以确定顶点帧位置，再对顶点帧进行图像增强处理；最后，基于CBAM-DPN对图像增强后的微表情顶点帧进行特征的有效提取，并构建分类器对微表情进行识别。优化后模型的未加权F1值（UF1）和未加权平均召回率（UAR）分别可以达到0.720 3和0.729 3，相较于DPN模型分别提高了0.048 9和0.037 9，相较于CapsuleNet模型分别提高了0.068 3和0.078 7。实验结果表明，CBAM-DPN算法融合了CBAM和DPN的共同优势，可增强微小特征的信息提取能力，有效改善微表情识别性能。     

基于局部注意的快速视频目标检测方法

视频目标检测是对视频内的目标进行准确分类与定位。现有基于深度学习的视频目标检测方法通过光流传播特征,不仅存在模型参数量大的问题,而且直接将光流应用于高层特征难以建立准确的空间对应关系。提出一种轻量级的视频目标检测方法。通过设计一种特征传播模型,在不同帧的局部区域内将高层特征从关键帧传播到非关键帧,并将有限的计算资源分配给关键帧,以加快检测速度。构建动态分配关键帧模块,根据目标运动速度动态地调整关键帧选择间隔,以减少计算量并提高检测精度。在此基础上,为进一步降低最大延迟,提出异步检测模式,使得特征传播模型和关键帧选择模块协同工作。实验结果表明,该方法的检测速度和最大延迟分别为31.8 frame/s和31 ms,与基于内存增强的全局-局部聚合方法相比,其在保证检测精度的前提下,具有较快的检测速度,并且实现实时在线的视频目标检测。     

基于角点光流与SVM的增氧机工作状态检测

在水产养殖中,实时检测增氧机的工作状态非常重要。因此,提出了一种基于角点光流与支持向量机SVM模型的增氧机工作状态检测方法。该方法首先通过摄像机采集增氧机停止/运行状态的视频,然后对相继前后两个视频帧,利用Harris算法检测前一帧图像的水花角点,再根据后一帧,用金字塔Lucas-kanade光流法计算角点的光流量,从而得出水花角点在两帧之间的帧间平均位移;然后,利用学习阶段视频的角点帧间平均位移数据训练SVM模型;最后利用训练好的SVM模型对增氧机实时工作状态进行判断。在工作阶段,采用一种过滤异常视频帧的方法,提高检测的准确率。通过实验表明,该方法适应于对不同光照、不同视频获取角度和不同拍摄距离条件下增氧机工作状态的实时监控,检测准确率高于直方图阈值分割方法。同时,该方法具有较好的鲁棒性和实时性。     

多通道运动特征融合的微表情识别方法

针对已有的微表情识别中由于微表情变化幅度不明显,导致细微特征容易在学习过程中丢失,从而使模型的性能受到限制的问题,提出一种基于运动特征的微表情识别方法.首先分析变化幅度相对明显的区域对微表情识别的影响,根据生理学研究对微表情变化相对活跃区域进行局部切割,并使用并行神经网络分别对局部区域和全局区域提取特征;然后采用一种能够提取特征级运动信息的运动特征提取模块从空间特征图中学习到运动特征,将运动特征和空间特征进行聚合,以减少细微特征的丢失;最后将局部特征和全局的聚合特征组合成新的混合特征用于微表情识别.实验结果表明,在MEGC 2019数据集(包含CASMEⅡ,SMIC和SAMM)上,未加权F1分数和未加权平均召回率的结果分别为81.81％和79.01％,与MEGC 2019最好的方法相比分别提高了2.96％和0.77％,该方法具有更好的识别性能.     

基于光流和自注意力的视觉里程计方法

视觉里程计作为基于视觉的同时定位与地图构建的重要组成部分,在无人驾驶、移动机器人等领域都发挥了重要的作用。为弥补现有方法的不足,论文提出了一种端到端的基于光流和自注意力的视觉里程计方法。首先,该方法引入先进的光流估计RAFT模型提取富含运动信息的光流。其次,结合双向长短期记忆网络学习图像序列之间的联系。最后,借鉴传统方法中关键帧的思想,引入了自注意力机制,通过连续多帧的特征得到最后两帧图像之间的相对位姿。在KITTI数据集上的实验结果表明该方法显著降低了旋转、平移的均方根误差。