深度人脸表情识别研究进展

随着人脸表情识别任务逐渐从实验室受控环境转移至具有挑战性的真实世界环境,在深度学习技术的迅猛发展下,深度神经网络能够学习出具有判别能力的特征,逐渐应用于自动人脸表情识别任务。目前的深度人脸表情识别系统致力于解决以下两个问题：1）由于缺乏足量训练数据导致的过拟合问题;2）真实世界环境下其他与表情无关因素变量（例如光照、头部姿态和身份特征）带来的干扰问题。本文首先对近十年深度人脸表情识别方法的研究现状以及相关人脸表情数据库的发展进行概括。然后,将目前基于深度学习的人脸表情识别方法分为两类：静态人脸表情识别和动态人脸表情识别,并对这两类方法分别进行介绍和综述。针对目前领域内先进的深度表情识别算法,对其在常见表情数据库上的性能进行了对比并详细分析了各类算法的优缺点。最后本文对该领域的未来研究方向和机遇挑战进行了总结和展望：考虑到表情本质上是面部肌肉运动的动态活动,基于动态序列的深度表情识别网络往往能够取得比静态表情识别网络更好的识别效果。此外,结合其他表情模型如面部动作单元模型以及其他多媒体模态,如音频模态和人体生理信息能够将表情识别拓展到更具有实际应用价值的场景。     

基于深度注意力网络的课堂教学视频中学生表情识别与智能教学评估

为了解决复杂课堂场景下学生表情识别的遮挡的问题,同时发挥深度学习在智能教学评估应用上的优势,提出了一种基于深度注意力网络的课堂教学视频中学生表情识别模型与智能教学评估算法.构建了课堂教学视频库、表情库和行为库,利用裁剪和遮挡策略生成多路人脸图像,在此基础上构建了多路深度注意力网络,并通过自注意力机制为多路网络分配不同权...     

采用深度学习方法的非正面表情识别综述

2017年人工智能正式升级为中国国家战略,作为人工智能领域中重要的研究方向,人脸表情识别受到了国内外研究者们的广泛关注。然而传统的人脸表情识别技术无法适应自然环境下的表情识别需求。因此非正面人脸表情识别方法成为实现表情识别技术实用化突破的重点。但是现有的非正面表情识别研究面临很多困难：头部偏转不仅造成了识别图像的扭曲,而且还遮挡了部分人脸区域,严重干扰了表情特征的提取与识别。有鉴于此,研究者们将深度学习技术与非正面表情识别相结合,依靠非正面表情图像的深度信息,实现算法识别能力的提升。综述详细介绍了深度神经网络的结构,对最新的深度学习神经网络研究方法进行分类对比,同时对未来的研究和挑战做了展望。     

遮挡人脸表情识别深度学习方法研究进展

在真实环境下遮挡是准确分析识别人脸表情的主要障碍之一。近年来研究者采用深度学习技术解决遮挡条件下表情误识别率高的问题。针对遮挡表情识别的深度学习算法和遮挡相关的问题进行归纳总结。首先,概括局部遮挡条件下表情识别的发展现状、表情的表示方式以及研究遮挡表情用到的数据集;其次,回顾遮挡表情识别深度学习方法的最新进展和分析遮挡对表情的影响;最后,总结主要技术挑战,研究难点及其可能的应对策略。目的是为将来的遮挡表情识别研究提供更有益的参考依据和基准。     

基于性别和年龄因子分析的鲁棒性人脸表情识别

针对非可控环境下人脸表情识别面临的诸如种族、性别和年龄等因子变化问题,提出一种基于深度条件随机森林的鲁棒性人脸表情识别方法.与传统的单任务人脸表情识别方法不同,设计了一种以人脸表情识别为主,人脸性别和年龄属性识别为辅的多任务识别模型.在研究中发现,人脸性别和年龄等属性对人脸表情识别有一定的影响,为了捕获它们之间的关系,...     

多信息融合的深度学习人脸表情识别算法研究

人脸表情识别作为人机交互系统的重要组成部分,在安防监控、人机交互等领域有广泛的应用,是计算机视觉的研究热点。传统的卷积神经网络方法一般提取单张人脸图像或者人脸标记点作为特征提取的输入数据,未能考虑到人脸全域的表情信息。提出了一种基于三通道多信息融合的深度学习人脸表情识别模型,以人脸图像表情平静到高峰时期标记点坐标的相对位移为输入,提取整个人脸表情图像特征信息,模型融合了稀疏自编码器以提高对边缘特征提取效率。该模型在CK+数据集上进行了训练和测试,实验结果表明,与该领域中的同类算法相比,该算法模型提高了表情识别的准确率。     

基于自发表情数据集预训练的多任务深度网络表情识别方法

为了更好地将现有深度卷积神经网络应用于表情识别,提出将构建自然表情图像集预训练和多任务深度学习相结合的方法。首先,利用社交网络图像构建一个自发面部表情数据集,对现有深度卷积神经网络进行预训练;然后,以双层树分类器替换输出层的平面softmax分类器,构建深度多任务人脸表情识别模型。实验结果表明,本文提出的方法有效提高了人脸表情识别准确率。     

嵌入注意力机制模型的人脸表情迁移学习方法

人脸表情识别中,利用深度网络进行训练时,往往需要大量的训练数据而且实际应用中常常缺少标签数据,域适应人脸表情迁移学习是一个重要的研究课题。现有基于域适应的人脸表情识别大多采用浅层网络、深度学习网络方法,因此提出了将条件对抗域适应方法应用于人脸表情迁移学习,以及应用熵函数保证分类器预测的不确定人脸表情图像的可迁移性,并通过嵌入注意力机制模型来改进深度学习网络对人脸表情图像的特征提取。实验表明,通过注意力机制模型改进的条件生成对抗网络能有效地提高实验室控制和现实生活中的人脸表情数据识别的准确率。     

深度二值卷积网络的人脸表情识别方法

为解决人脸表情识别时存在的参数量大、速度低和表情区域特征表示力不足的问题,提出一种基于深度二值卷积网络的人脸表情识别方法.首先设计一个二值卷积与传统卷积并行运算的轻量化网络模型BRNet,以降低网络模型参数的复杂度,从而提升识别的速度;然后构建一个动态半径策略提取表情二值特征,并形成表情区域注意权重,实现表情局部特征与...     

卷积神经网络在表情识别上的研究综述

近年来机器学习和深度学习在机器视觉方面已取得了很大进展,表情识别已然成为其中的热门领域.表情识别的应用使得计算机可以更好的理解人类情绪,具有较高的研究价值和应用前景.本文归纳了表情识别领域常用公开数据集;介绍了表情识别的基本流程与常见方法,以及不同卷积神经网络在表情识别方面的方法研究与分析;针对表情识别领域现存问题和未...     

面向类内差距表情的深度学习识别

目的 为解决真实环境中由类内差距引起的面部表情识别率低及室内外复杂环境对类内差距较大的面部表情识别难度大等问题,提出一种利用生成对抗网络（generative adversarial network,GAN）识别面部表情的方法。方法 在GAN生成对抗的思想下,构建一种IC-GAN（intra-class gap GAN）网络结构,使用卷积组建编码器、解码器对自制混合表情图像进行更深层次的特征提取,使用基于动量的Adam（adaptive moment estimation）优化算法进行网络权重更新,重点针对真实环境面部表情识别过程中的类内差距较大的表情进行识别,使其更好地适应类内差异较大的任务。结果 基于Pytorch环境,在自制的面部表情数据集上进行训练,在面部表情验证集上进行测试,并与深度置信网络（deep belief network,DBN）和GoogLeNet网络进行对比实验,最终IC-GAN网络的识别结果比DBN网络和GoogLeNet网络分别提高11%和8.3%。结论 实验验证了IC-GAN在类内差距较大的面部表情识别中的精度,降低了面部表情在类内差距较大情况下的误识率,提高了系统鲁棒性,为面部表情的生成工作打下了坚实的基础。     

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。     

采用Transformer网络的视频序列表情识别

目的 相比于静态人脸表情图像识别,视频序列中的各帧人脸表情强度差异较大,并且含有中性表情的帧数较多,然而现有模型无法为视频序列中每帧图像分配合适的权重。为了充分利用视频序列中的时空维度信息和不同帧图像对视频表情识别的作用力差异特点,本文提出一种基于Transformer的视频序列表情识别方法。方法首先,将一个视频序列分成含有固定帧数的短视频片段,并采用深度残差网络对视频片段中的每帧图像学习出高层次的人脸表情特征,从而生成一个固定维度的视频片段空间特征。然后,通过设计合适的长短时记忆网络(long short-term memory network,LSTM)和Transformer模型分别从该视频片段空间特征序列中进一步学习出高层次的时间维度特征和注意力特征,并进行级联输入到全连接层,从而输出该视频片段的表情分类分数值。最后,将一个视频所有片段的表情分类分数值进行最大池化,实现该视频的最终表情分类任务。结果 在公开的BAUM-1s(Bahcesehir University multimodal)和RML(Ryerson Multimedia Lab)视频情感数据集上的试验结果表明,该...     

基于人工情感的脸部表情识别的研究

脸部特征的提取和各种特征所代表的表情状态是识别是脸部表情识别过程中的重要步骤。该文研究了脸部表情识别方面的一些进展,概括论述了面部表情识别的主要研究内容,以及图像预处理,特征提取,图像识别和表情识别的主要算法和方法。研究表明,在正面人脸和无背景时识别效果较好;在复杂背景下,或人脸被部分遮挡或角度偏转角度较大时,识别效果不好,它的识别效果离实用还有较大的距离,还需要进一步研究。     

手语到情感语音的转换

为了解决语言障碍者与健康人之间的交流障碍问题,提出了一种基于神经网络的手语到情感语音转换方法。首先,建立了手势语料库、人脸表情语料库和情感语音语料库;然后利用深度卷积神经网络实现手势识别和人脸表情识别,并以普通话声韵母为合成单元,训练基于说话人自适应的深度神经网络情感语音声学模型和基于说话人自适应的混合长短时记忆网络情感语音声学模型;最后将手势语义的上下文相关标注和人脸表情对应的情感标签输入情感语音合成模型,合成出对应的情感语音。实验结果表明,该方法手势识别率和人脸表情识别率分别达到了95.86%和92.42%,合成的情感语音EMOS得分为4.15,合成的情感语音具有较高的情感表达程度,可用于语言障碍者与健康人之间正常交流。     

面部表情的深度卷积级联森林识别

面部表情识别广泛应用于各种研究领域,针对面部表情识别使用深度神经网络方法结构复杂、可解释性差和传统机器学习方法特征提取缺乏多样性、识别率低的问题.提出了一种新的深度卷积级联森林(Deep Convolution Cascade Forest,DCCF)方法用于人脸面部表情识别,该方法通过卷积神经网络深度学习人脸面部显著特征,并采用基于随机森林的级联结构森林逐层学习识别出不同的面部表情特征,提高了人脸表情的识别准确率.DCCF在JAFFE、CK+和Fer2013 3个公开面部表情数据集进行了实验,并对面部表情提取的5种特征和7种分类方法进行了比较分析,结果显示DCCF在对比的算法中人脸表情识别性能最好,3个数据集的准确率分别达到91.4%,98.7%,71.6%.     

基于全局注意力及金字塔卷积网络的表情识别

近年来基于深度学习的人脸表情识别技术已取得很大进展,但对于表情特征的多尺度提取,以及在不受约束的现实场景中进行面部表情识别仍然是具有挑战性的工作。为解决此问题,提出一种金字塔卷积神经网络与注意力机制结合的表情识别方法。对于初始的一张人脸表情图像,将其按照区域采样裁剪成多张子图像,将原图像和子图像输入到金字塔卷积神经网络进行多尺度特征提取,将提取到的特征图输入到全局注意力模块,给每一张图像分配一个权重,从而得到有重要特征信息的图像,将子图像和原始图像的特征进行加权求和,得到新的含有注意力信息的全局特征,最终进行表情识别分类。在CK+、RAF-DB、AffectNet三个公开表情数据集上分别取得了98.46%、87.34%、60.45%的准确率,提高了表情的识别精度。