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。     

结合LBP圆形算子的CNN面部表情识别研究

利用机器学习中卷积神经网络(CNN)擅长处理图像的优势，结合改进的局部二值模式(LBP)圆形算子，实现了人脸面部表情的识别。提取的人脸表情特征纹理信息得到增强，抑制了图像中光照、背景等干扰因素，并达到了灰度和旋转不变性的要求。在FER2013数据库上的实验结果表明，相比于原始图像的输入，结合LBP圆形算子的CNN结构能够有效提高面部表情识别的准确率。     

关键点深度特征驱动人脸表情识别

目的 人脸关键点检测和人脸表情识别两个任务紧密相关。已有对两者结合的工作均是两个任务的直接耦合,忽略了其内在联系。针对这一问题,提出了一个多任务的深度框架,借助关键点特征识别人脸表情。方法 参考inception结构设计了一个深度网络,同时检测关键点并且识别人脸表情,网络在两个任务的监督下,更加关注关键点附近的信息,使得五官周围的特征获得较大响应值。为进一步减小人脸其他区域的噪声对表情识别的影响,利用检测到的关键点生成一张位置注意图,进一步增加五官周围特征的权重,减小人脸边缘区域的特征响应值。复杂表情引起人脸部分区域的形变,增加了关键点检测的难度,为缓解这一问题,引入了中间监督层,在第1级检测关键点的网络中增加较小权重的表情识别任务,一方面,提高复杂表情样本的关键点检测结果,另一方面,使得网络提取更多表情相关的特征。结果 在3个公开数据集：CK+（Cohn-Kanade dataset）,Oulu（Oulu-CASIA NIR&VIS facial expression database）和MMI（MMI facial expression database）上与经典方法进行比较,本文方法在CK+数据集上的识别准确率取得了最高值,在Oulu和MMI数据集上的识别准确率比目前识别率最高的方法分别提升了0.14%和0.54%。结论 实验结果表明了引入关键点信息的有效性：多任务的卷积神经网络表情识别准确率高于单任务的传统卷积神经网络。同时,引入注意力模型也提升了多任务网络中表情的识别率。     

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。     

两层级联卷积神经网络的人脸检测

目的 传统人脸检测方法因人脸多姿态变化和人脸面部特征不完整等问题,导致检测效果不佳。为解决上述问题,提出一种两层级联卷积神经网络（TC_CNN）人脸检测方法。方法 首先,构建两层卷积神经网络模型,利用前端卷积神经网络模型对人脸图像进行特征粗略提取,再利用最大值池化方法对粗提取得到的人脸特征进行降维操作,输出多个疑似人脸窗口;其次,将前端粗提取得到的人脸窗口作为后端卷积神经网络模型的输入进行特征精细提取,并通过池化操作得到新的特征图;最后,通过全连接层判别输出最佳检测窗口,完成人脸检测全过程。结果 实验选取FDDB人脸检测数据集中包含人脸多姿态变化以及人脸面部特征信息不完整等情况的图像进行测试,TC_CNN方法人脸检测率达到96.39%,误检率低至3.78%,相比当前流行方法在保证算法效率的同时检测率均有提高。结论 两层级联卷积神经网络人脸检测方法能够在人脸多姿态变化和面部特征信息不完整等情况下实现精准检测,保证较高的检测率,有效降低误检率,方法具有较好的鲁棒性和泛化能力。     

基于CNN和HOG双路特征融合的人脸表情识别

为了避免传统表情识别方法中复杂的特征手动提取过程,同时能够提取到更多的表情特征,本文提出一种双路特征融合模型,将卷积神经网络(CNN)和方向梯度直方图(HOG)方法结合起来进行研究.在第一条通道上,对人脸表情图像进行归一化预处理,并使用可训练的卷积核提取隐式特征;在第二条通道上,提取出人脸面部表情的HOG特征,然后输入到卷积神经网络中的全连接层上;最后将融合特征传递至输出层,采用Softmax分类器进行识别并输出结果.本文在FER2013和CK+表情数据库上进行实验,结果验证了方法的有效性.     

基于多特征融合密集残差CNN的人脸表情识别

传统人脸表情识别主要基于人工提取特征,其存在算法鲁棒性较差、易受人脸身份信息干扰等问题,以及传统卷积神经网络不能充分提取人脸表情特征的现状。对此提出一种基于多特征融合密集残差卷积神经网络的人脸表情识别。该方法能够充分利用神经网络中每层的特征,在密集块中,对于每一个卷积层,其前面所有卷积层的输出都将作为本卷积层的输入。然后将每个密集块的输出送入到全连接层中进行特征融合,经过Softmax分类器分类。在CK+和FER2013数据集上进行多次实验,与传统的机器学习方法相比,该方法具有较高的准确率与较强的鲁棒性。     

基于多尺度分层双线性池化网络的细粒度表情识别模型

人脸表情细微的类间差异和显著的类内变化增加了人脸表情识别难度。构建一个基于多尺度双线性池化神经网络的识别模型。设计3种不同尺度网络提取人脸表情全局特征,并引入分层双线性池化层,集成多个同一网络及不同网络的多尺度跨层双线性特征以捕获不同层级间的部分特征关系,从而增强模型对面部表情细微特征的表征及判别能力。同时,使用逐层反卷积融合多层特征信息,解决神经网络通过多层卷积层、池化层提取特征时丢失部分关键特征的问题。实验结果表明,该模型在FER2013和CK+公开数据集上的识别率分别为73.725%、98.28%,优于SLPM、CL、JNS等人脸表情识别模型。     

结合滑动窗口动态时间规整和CNN的视频人脸表情识别

目的 相比静态表情图片,视频序列中蕴含更多的情感信息,视频序列中的具有明显表情的序列在特征提取与识别中具有关键作用,但是视频中同时存在的中性表情也可能会对模型参数的训练造成干扰,影响最终的判别。为了减少这种干扰带来的误差,本文对动态时间规整算法进行改进,提出一种滑动窗口动态时间规整算法（SWDTW）来自动选取视频中表情表现明显的图片序列;同时,为了解决人脸图像受环境光照因素影响较大和传统特征提取过程中存在过多人为干预的问题,构建一种基于深度卷积神经网络的人脸视频序列处理方法。方法 首先截取表情视频中人脸正面帧,用梯度方向直方图特征计算代价矩阵,并在代价矩阵上增加滑动窗口机制,计算所有滑动窗口的平均距离;然后通过平均距离最小值选取全局最优表情序列;最后采用深度卷积神经网络对规整后的人脸表情图像序列进行无监督学习和面部表情分类,统计视频序列图像分类概率和,进而得出视频序列的表情类别。结果 在CK+与MMI数据库上进行5次交叉实验,分别取得了92.54%和74.67%的平均识别率,与随机选取视频序列相比,分别提高了19.86%和22.24%;此外,与目前一些优秀的视频表情识别方法相比,也表现出了优越性。结论 本文提出的SWDTW不仅有效地实现了表情序列的选取,而且增强了卷积神经网络在视频面部表情分类中的鲁棒性,提高了视频人脸表情分析的自适应性度和识别率。     

基于SR-VGG19的人脸表情识别算法研究

针对人脸表情识别率低、泛化能力弱的问题,提出一种基于改进卷积神经网络的表情识别算法.对VGG19网络模型进行优化,采用改进的区域候选网络(Improved Regional Proposal Network,IRPN)代替滑动窗口以避免图像特征的重复提取;在输出层之前使用空间金字塔池化(Spatial Pyramid Pooling,SPP)来提高图像特征的表达能力.通过应用Dropout和批归一化(Batch Normalization,BN)策略来解决过拟合问题,并提高网络模型的泛化能力.采用经典的FER2013和CK+人脸表情数据库对该算法与2013年Kaggle比赛前十名的算法和最近几年提出的人脸表情识别算法分别进行对比实验.结果表明,论文提出的算法人脸表情识别率优于上述算法,分别为73.1％(FER2013)和98.99％(CK+),可实现较好的人脸表情识别效果.     

融合时空域特征的人脸表情识别

目的 人脸表情识别是计算机视觉的核心问题之一。一方面,表情的产生对应着面部肌肉的一个连续动态变化过程,另一方面,该运动过程中的表情峰值帧通常包含了能够识别该表情的完整信息。大部分已有的人脸表情识别算法要么基于表情视频序列,要么基于单幅表情峰值图像。为此,提出了一种融合时域和空域特征的深度神经网络来分析和理解视频序列中的表情信息,以提升表情识别的性能。方法 该网络包含两个特征提取模块,分别用于学习单幅表情峰值图像中的表情静态“空域特征”和视频序列中的表情动态“时域特征”。首先,提出了一种基于三元组的深度度量融合技术,通过在三元组损失函数中采用不同的阈值,从单幅表情峰值图像中学习得到多个不同的表情特征表示,并将它们组合在一起形成一个鲁棒的且更具辩识能力的表情“空域特征”;其次,为了有效利用人脸关键组件的先验知识,准确提取人脸表情在时域上的运动特征,提出了基于人脸关键点轨迹的卷积神经网络,通过分析视频序列中的面部关键点轨迹,学习得到表情的动态“时域特征”;最后,提出了一种微调融合策略,取得了最优的时域特征和空域特征融合效果。结果 该方法在3个基于视频序列的常用人脸表情数据集CK+(the e...     

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%。     

结合改进卷积神经网络与通道加权的轻量级表情识别

目的 表情是人机交互过程中重要的信息传递方式,因此表情识别具有重要的研究意义。针对目前表情识别方法存在背景干扰大、网络模型参数复杂、泛化性差等问题,本文提出了一种结合改进卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)与通道加权的轻量级表情识别方法。方法 首先,采用标准卷积和深度可分离卷积组合神经网络结构,再利用全局平均池化层作为输出层,简化网络的复杂程度,有效降低网络参数;其次,网络引入SE(squeeze-and-excitation)模块进行通道加权,通过在不同卷积层后设置不同的压缩率增强表情特征提取能力,提升网络模型精度;最后,用softmax分类函数实现各类表情的准确分类。结果 本文网络参数量为6 108 519,相较于识别性能较好的Xception神经网络参数减少了63%,并且通过对网络模型的实时性测试,平均识别速度可达128帧/s。在5个公开的表情数据集上验证网络模型对7种表情的识别效果,与7种卷积神经网络方法相比,在FER2013 (Facial Expression Recognition 2013)、CK+(the extended...     

注意力金字塔卷积残差网络的表情识别

人脸表情是人类内心情绪最真实最直观的表达方式之一,不同的表情之间具有细微的类间差异信息。因此,提取表征能力较强的特征成为表情识别的关键问题。为提取较为高级的语义特征,在残差网络（ResNet）的基础上提出一种注意力金字塔卷积残差网络模型（APRNET50）。该模型融合金字塔卷积模块、通道注意力和空间注意力。首先用金字塔卷积提取图像的细节特征信息,然后对所提特征在通道和空间维度上分配权重,按权重大小定位显著区域,最后通过全连接层构建分类器对表情进行分类。以端到端的方式进行训练,使得所提网络模型更适合于精细的面部表情分类。实验结果表明,在FER2013和CK+数据集上识别准确率可以达到73.001%和94.949%,与现有的方法相比识别准确率分别提高了2.091个百分点和0.279个百分点,达到了具有相对竞争力的效果。     

持续学习改进的人脸表情识别

目的 大量标注数据和深度学习方法极大地提升了图像识别性能。然而,表情识别的标注数据缺乏,训练出的深度模型极易过拟合,研究表明使用人脸识别的预训练网络可以缓解这一问题。但是预训练的人脸网络可能会保留大量身份信息,不利于表情识别。本文探究如何有效利用人脸识别的预训练网络来提升表情识别的性能。方法 本文引入持续学习的思想,利用人脸识别和表情识别之间的联系来指导表情识别。方法指出网络中对人脸识别整体损失函数的下降贡献最大的参数与捕获人脸公共特征相关,对表情识别来说为重要参数,能够帮助感知面部特征。该方法由两个阶段组成：首先训练一个人脸识别网络,同时计算并记录网络中每个参数的重要性;然后利用预训练的模型进行表情识别的训练,同时通过限制重要参数的变化来保留模型对于面部特征的强大感知能力,另外非重要参数能够以较大的幅度变化,从而学习更多表情特有的信息。这种方法称之为参数重要性正则。结果 该方法在RAF-DB（real-world affective faces database）,CK+（the extended Cohn-Kanade database）和Oulu-CASIA这3个数据集上进行了实验评估。在主流数据集RAF-DB上,该方法达到了88.04%的精度,相比于直接用预训练网络微调的方法提升了1.83%。其他数据集的实验结果也表明了该方法的有效性。结论 提出的参数重要性正则,通过利用人脸识别和表情识别之间的联系,充分发挥人脸识别预训练模型的作用,使得表情识别模型更加鲁棒。     

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 rec...     

Recognition of facial expressions based on salient geometric features and support vector machines

Facial expressions convey nonverbal cues which play an important role in interpersonal relations, and are widely used in behavior interpretation of emotions, cognitive science, and social interactions. In this paper we analyze different ways of representing geometric feature and present a fully automatic facial expression recognition (FER) system using salient geometric features. In geometric feature-based FER approach, the first important step is to initialize and track dense set of facial points as the expression evolves over time in consecutive frames. In the proposed system, facial points are initialized using elastic bunch graph matching (EBGM) algorithm and tracking is performed using Kanade-Lucas-Tomaci (KLT) tracker. We extract geometric features from point, line and triangle composed of tracking results of facial points. The most discriminative line and triangle features are extracted using feature selective multi-class AdaBoost with the help of extreme learning machine (ELM) classification. Finally the geometric features for FER are extracted from the boosted line, and triangles composed of facial points. The recognition accuracy using features from point, line and triangle are analyzed independently. The performance of the proposed FER system is evaluated on three different data sets: namely CK+, MMI and MUG facial expression data sets.