疲劳表情识别的研究与仿真

研究疲劳状态的表情识别问题.针对当人体处在疲惫状态与常规表情中的人脸面部特征变化不是很明显,在普通状态下的面部表情差别不大.传统的表情识别算法很难准确高效的识别.为提高识别率,提出了关联面部特征的表情识别方法.首先对人脸主要图像进行特征检测,然后建立特征集,根据特征向量之间的变化将细节特征向量进行有效联系,克服传统方法的弊端,根据微小的关联变化完成表情识别.实验结果表明,方法的能够对面部特征细微变化下的人脸图像进行有效的疲惫表情识别,提高了识别的准确度.     

基于Gabor小波和稀疏表示的人脸表情识别

通过分析Gabor小波和稀疏表示的生物学背景和数学特性,提出一种基于Gabor小波和稀疏表示的人脸表情识别方法。采用Gabor小波变换对表情图像进行特征提取,建立训练样本Gabor特征的超完备字典,通过稀疏表示模型优化人脸表情图像的特征向量,利用融合识别方法进行多分类器融合识别分类。实验结果表明,该方法能够有效提取表情图像的特征信息,提高表情识别率。     

基于生物启发特征和SVM的人脸表情识别

将C1特征应用于静态图像人脸表情识别,提出了一种新的基于生物启发特征和SVM的表情识别算法。提取人脸图像的C1特征,利用PCA+LDA方法对特征进行降维,用SVM进行分类。在JAFFE和Extended Cohn-Kanade（CK+）人脸表情数据库上的实验结果表明,该算法具有较高的识别率,是一种有效的人脸表情识别方法。     

基于特征互补率矩阵的图像分类方法

在基于内容的图像检索和分类系统中,图像的底层特征和高层语义之间存在着语义鸿沟,有效减小语义鸿沟是一个需要广泛研究的问题。为此,提出一种基于特征互补率矩阵的图像分类方法,该方法通过计算视觉特征互补率矩阵进而指导融合特征集的选择,利用测度学习算法得到一个合适的距离测度以反映图像高层语义的相似度。实验结果表明,该方法能有效提高图像分类精度。     

基于局部二元模式的人脸表情识别

提出了一种基于局部二元模式（LBP）和局部保全投影（LPP）相结合的面部表情识别方法。使用LBP算子对图像分块处理,综合人脸局部和整体的特征;再使用LPP对表情特征降维,最后采用支持向量机对面部表情分类。在日本女性人脸表情库上实验表明,本文提出的方法有更好的识别率和更快的识别速度。     

颜色语义特征描述提取及其在图像分类中的应用

为了弥补图像底层特征到高层语义之间的语义鸿沟,提出一种颜色语义特征的构建方法以建立新的语义映射来提高图像分类准确率。通过提取底层颜色特征,构建包含颜色概念的语义网络,建立了颜色语义特征三元组,利用机器学习分类算法进行图像分类。实验结果表明,利用文章提出的新方法构建的语义特征向量进行图像分类,不仅可以取得优秀的分类结果,同时对不同的分类算法具有鲁棒性。     

基于光流特征与高斯LDA的面部表情识别算法

文中提出了一种人脸表情识别的新方法,该方法采用动态的光流特征来描述人脸表情的变化差异,提高人脸表情的识别率。首先,计算人脸表情图像与中性表情图像之间的光流特征;然后,对传统的线性判断分析方法(Linear Discriminant Analysis,LDA)进行扩展,采用高斯LDA方法对光流特征进行映射,从而得到人脸表情图像的特征向量;最后,设计多类支持向量机分类器,实现人脸表情的分类与识别。在JAFFE和CK人脸表情数据库上的表情识别实验结果表明,该方法的平均识别率比3种对比方法的高出2%以上。     

一种新的图像语义与视觉特征的映射方法

建立低层视觉特征与高层语义的映射关系能够很好地解决图像检索中的“语义鸿沟”问题。提出一种图像视觉特征与高层语义的映射方法。该方法通过用户的相关反馈来获得图像的语义信息,构造图像特征-语义决策表并结合粗糙集中的知识约简删除了与语义无关的冗余特征,实现了高层语义与底层视觉特征的映射。实验结果表明该方法能够显著减少与语义无关的视觉特征数量,降低分类的复杂性和计算代价,具有较好的分类准确率。     

一种图像底层视觉特征到高层语义的映射方法

基于语义内容的图像检索已经成为解决图像底层特征与人类高层语义之间“语义鸿沟”的关键。根据图像语义检索的思想,提出了一种采用支持向量机(Support Machine Vector)实现图像底层视觉特征到高层语义的映射方法,并在此基础上针对特例库实现了图像的语义标注和检索。实验结果表明,该映射方法能较好地表达人的语义,以提高图像的检索效率。     

基于典型相关分析特征融合的人脸表情识别方法

针对目前大部分人脸表情识别算法中仅提取图像的某一类特征,导致特征参数不能全面反映脸部情感信息的问题,提出了一种基于特征融合和离散隐马尔可夫模型（HMM）识别的人脸表情识别方法。对同一个图像序列分别使用离散小波变换(DWT)和标准正交非负矩阵分解(ONMF)提取纹理信息,使用改进的主动表观模型(AAM)提取几何形变信息,再使用高维小样本下典型相关分析(CCA)对提取的两种特征进行特征融合,最后使用离散HMM来进行表情分类识别。实验结果表明,经过特征融合后,在较少特征向量维数下该方法能够达到较高的识别率和较快的识别速度。     

基于稀疏表示的KCCA方法及在表情识别中的应用

在面部表情识别中,由于图像特征中存在与情感语义无关的信息及噪声干扰等因素,在一定程度上影响表情识别的准确性。传统的基于核典型相关分析的识别方法难以有效克服这些因素的影响。为尽可能排除这些影响表情识别的因素,提出一种基于稀疏表示的核典型相关分析方法,并将其应用于表情识别中。该方法的基本思想是应用稀疏学习方法来自动选择表情特征矩阵中的关键特征谱成分进行表情特征与情感语义特征之间的相关性建模,然后通过建立的模型完成对待测表情图像的语义特征估计,并用于表情的分类识别。为验证所提方法较传统的基于核典型相关分析方法的优越性,选取国际标准表情数据库JAFFE进行实验,实验结果证实了所提方法的有效性。     

Facial expression recognition using kernel canonical correlation analysis (KCCA)

In this correspondence, we address the facial expression recognition problem using kernel canonical correlation analysis (KCCA). Following the method proposed by Lyons et al. and Zhang et al. , we manually locate 34 landmark points from each facial image and then convert these geometric points into a labeled graph (LG) vector using the Gabor wavelet transformation method to represent the facial features. On the other hand, for each training facial image, the semantic ratings describing the basic expressions are combined into a six-dimensional semantic expression vector. Learning the correlation between the LG vector and the semantic expression vector is performed by KCCA. According to this correlation, we estimate the associated semantic expression vector of a given test image and then perform the expression classification according to this estimated semantic expression vector. Moreover, we also propose an improved KCCA algorithm to tackle the singularity problem of the Gram matrix. The experimental results on the Japanese female facial expression database and the Ekman's "Pictures of Facial Affect" database illustrate the effectiveness of the proposed method.     

基于偏最小二乘回归的人脸身份和表情同步识别方法

将偏最小二乘回归方法用于人脸身份和表情的同步识别。首先,对每幅人脸图像进行脸部特征提取以及相应的语义特征定义。在脸部特征提取方面,从每幅图像中标定出若干脸部关键点位置,并提取图像在该关键点处的Gabor小波系数（Gabor特征）以及关键点的坐标值（几何特征）,作为该图像的输入特征。语义特征则定义为该人脸图像所属的表情类别信息以及所对应的人脸身份信息。其次,利用核主成分分析(KPCA)方法对脸部Gabor特征和几何特征进行融合,使得输入特征具有更好的识别特性;最后,运用偏最小二乘回归(PLSR)方法建立脸部特征和语义特征之间的关系模型,并运用此模型对某一测试人脸图像进行表情和身份的同步识别。通过在JAFFE国际表情数据库和AR人脸数据库上的对比实验,证实了所提方法的有效性。     

基于表情相似性的人脸表情流形

在图嵌入(graph embedding)的框架下提出一种根据表情相似度构建邻接权重图的方法来学习人脸表情子空间.数据集中人脸图像的表情以半监督-学习的方式来估计,人脸图像之间的表情相似性由表情模糊隶属度矢量之间的内积来度量,与个体、光照、姿态等人脸差异无关.在得到的子空间内,相似表情的人脸图像位于流形上的邻近位置,表情数据在子空间内按语义的分布很好地揭示了表情模糊、演变的特性.在Cohn-Kanade人脸表情数据库和实验室自行采集的人脸表情数据集上的实验结果说明了该方法的有效性.因此,该方法可以很好地应用于各种基于人脸表情识别的人机交互中.     

面向非受控场景的人脸图像正面化重建

目的 人脸正面化重建是当前视觉领域的热点问题。现有方法对于模型的训练数据具有较高的需求,如精确的输入输出图像配准、完备的人脸先验信息等。但该类数据采集成本较高,可应用的数据集规模较小,直接将现有方法应用于真实的非受控场景中往往难以取得理想表现。针对上述问题,提出了一种无图像配准和先验信息依赖的任意视角人脸图像正面化重建方法。方法 首先提出了一种具有双输入路径的人脸编码网络,分别用于学习输入人脸的视觉表征信息以及人脸的语义表征信息,两者联合构造出更加完备的人脸表征模型。随后建立了一种多类别表征融合的解码网络,通过以视觉表征为基础、以语义表征为引导的方式对两种表征信息进行融合,融合后的信息经过图像解码即可得到最终的正面化人脸图像重建结果。结果 首先在Multi-PIE(multi-pose, illumination and expression)数据集上与8种较先进方法进行了性能评估。定量和定性的实验结果表明,所提方法在客观指标以及视觉质量方面均优于对比方法。此外,相较于当前性能先进的基于光流的特征翘曲模型(flow-based feature warping model,FFWM)方法,本文方法能够节省79%的参数量和42%的计算操作数。进一步基于CASIA-WebFace(Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences—WebFace)数据集对所提出方法在真实非受控场景中的表现进行了评估,识别精度超过现有方法10%以上。结论 本文提出的双层级表征集成推理网络,能够挖掘并联合人脸图像的底层视觉特征以及高层语义特征,充分利用图像自身信息,不仅以更低的计算复杂度取得了更优的视觉质量和身份识别精度,而且在非受控的场景下同样展现出了出色的泛化性能。     

基于张量分析的表情特征提取

表情识别的性能依赖于所提取表情特征的有效性,现有方法提取的表情基本上是人脸与表情的融合体,然而不同个体的人脸差异是表情识别的主要干扰因素。在表情识别时,理想情况是将个体相关的人脸特征和与个体无关的表情特征相分离。针对此问题,在三维空间建立人脸张量;然后用张量分析的方法将人脸特征与表情特征进行分离,使获取的表情参数与人脸无关。从而排除不同个体的人脸差异对表情识别的干扰。最后,在JAFFE表情数据库上验证了该方法的有效性。     

基于稀疏学习的人脸语义子空间提取

人脸语义检索在识别技术中有着重要的作用,如表情检索、性别判断、年龄估计等,上述识别技术通过捉捕人脸语义信息来实现。研究将人脸语义信息融入到人脸检索中,提出一种基于稀疏学习的人脸语义子空间提取方法。语义子空间学习被分为字典构建和稀疏学习2个部分。在字典构建的过程中,给出语义差的方法来对互斥语义进行计算,使提取的某类语义不受其他类语义干扰语义子空间,并对不同语义环境和不同语义差组合进行测试。在稀疏学习部分,使用Lasso算法对其进行改进。实验结果表明,与传统Fisher方法相比,该方法撇除其他语义干扰的子空间稳定性更强,且有一定的降维效果。     

基于跨连接LeNet-5网络的面部表情识别

为避免人为因素对表情特征提取产生的影响,本文选择卷积神经网络进行人脸表情识别的研究.相较于传统的表情识别方法需要进行复杂的人工特征提取,卷积神经网络可以省略人为提取特征的过程.经典的LeNet-5卷积神经网络在手写数字库上取得了很好的识别效果,但在表情识别中识别率不高.本文提出了一种改进的LeNet-5卷积神经网络来进行面部表情识别,将网络结构中提取的低层次特征与高层次特征相结合构造分类器,该方法在JAFFE表情公开库和CK+数据库上取得了较好的结果.     

基于主动形状模型差分纹理和局部方向模式特征融合的人脸表情识别

针对人脸表情识别背景复杂性以及表情识别的鲁棒性问题,基于Dempster-Shafer(DS)证据理论,提出了一种融合主动形状模型(ASM)差分纹理特征和局部方向模式(LDP)特征的人脸表情识别方法。ASM差分纹理既能有效地屏蔽个体人脸之间的差异,又能保留人脸表情信息。LDP特征通过计算8个方向的边缘响应来对图像进行编码,因此具有很强的抗噪能力,能够捕捉人脸因表情而产生的细微变化。在DS证据理论融合时,针对不同的特征对表情的识别率,分别用不同的权重系数来计算概率分配值。通过对JAFFE和Cohn-Kanade混合数据库进行实验,表情识别的平均识别率为97.08%,比单特征LDP高出一个百分点,有效地提高了表情识别率和鲁棒性。