基于局部流形注意力的人脸表情识别

人脸表情识别在各种人机交互场景中有广泛的应用,但在表情模糊或存在遮挡情况下,现有的表情识别方法效果并不理想.针对表情模糊和遮挡问题,本文提出了一种基于局部流形注意力(SPD-Attention)的网络架构,利用流形学习得到具有更强描述能力的二阶统计信息以加强对表情细节特征的学习,抑制遮挡区域无关特征对网络的影响.同时,针对流形学习过程中由于对数计算导致的梯度消失和爆炸,本文提出了相应的正则约束加速网络收敛.本文在公开表情识别数据集上测试了算法效果,与VGG等经典方法相比取得了显著提升,在AffectNet、CK+、FER2013、FER2013plus、RAF-DB、SFEW上正确率分别为:57.10%、99.01%、69.51%、87.90%、86.63%、49.18%,并在模糊、遮挡表情数据集上相比于Covariance Pooling等目前先进方法提升了1.85%.     

融合局部特征的面部遮挡表情识别

目的 针对人脸表情识别中存在局部遮挡的问题,提出一种融合局部特征的面部遮挡表情识别方法。方法 首先,为了减少噪声的影响,利用高斯滤波对归一化后的图像进行去噪处理;然后根据人脸不同部位对表情识别的不同贡献度,将图像划分为两个重要的子区域,并分别对该子区域进行不重叠分块处理;采用改进的中心对称局部二值模式（差值中心对称局部二值模式DCS-LBP）和改进的差值局部方向模式（梯度中心对称局部方向模式GCS-LDP）对各个子块提取相应的特征,并采用级联的方式得到图像的特征直方图;最后结合最近邻分类器对表情图像进行分类识别：利用卡方距离求取测试集图像与训练集图像特征直方图之间的距离,同时考虑到遮挡的干扰以及每个子块包含信息量的不同,利用信息熵对子块得到的卡方距离进行自适应加权。结果 在日本女性人脸表情库（JAFFE）和Cohn-Kanade（CK）人脸表情库上进行了3次交叉实验。在JAFFE库中随机遮挡、嘴部遮挡和眼部遮挡分别可以取得92.86%、94.76%和86.19%以上的平均识别率;在CK库中随机遮挡、嘴部遮挡和眼部遮挡分别可以取得99%、98.67%和99%以上的平均识别率。结论 该特征提取方法通过融合梯度方向上灰度值的差异以及梯度方向之间边缘响应值的差异来描述图像的特征,更加完整地提取了图像的细节信息。针对遮挡情况,本文采用的图像分割和信息熵自适应加权方法,有效地降低了遮挡对表情识别的干扰。在相同的实验环境下,与经典的局部特征提取方法以及遮挡问题处理方法的对比表明了该方法的有效性和优越性。     

融合局部特征与两阶段注意力权重学习的面部表情识别

面部的局部细节信息在面部表情识别中扮演重要角色,然而现有的方法大多只关注面部表情的高层语义信息而忽略了局部面部区域的细粒度信息。针对这一问题,提出一种融合局部特征与两阶段注意力权重学习的深度卷积神经网络FLF-TAWL(deep convolutional neural network fusing local feature and two-stage attention weight learning),它能自适应地捕捉重要的面部区域从而提升面部表情识别的有效性。该FLF-TAWL由双分支框架构成,一个分支从图像块中提取局部特征,另一个分支从整个表情图像中提取全局特征。首先提出了两阶段注意力权重学习策略,第一阶段粗略学习全局和局部特征的重要性权重,第二阶段进一步细化注意力权重,并将局部和全局特征进行融合;其次,采用一种区域偏向损失函数鼓励最重要的区域以获得较高的注意力权重。在FERPlus、Cohn-Kanada(CK+)以及JAFFE三个数据集上进行了广泛实验,分别获得90.92%、98.90%、97.39%的准确率,实验结果验证了FLF-TAWL模型的有效性和可行性。     

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(RAFDB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.     

基于局部特征聚类损失和多类特征融合的面部表情识别

在真实世界中,每个个体对表情的表现方式不同.基于上述事实,文中提出局部特征聚类(LFA)损失函数,能够在深度神经网络的训练过程中减小相同类图像之间的差异,扩大不同类图像之间的差异,从而削弱表情的多态性对深度学习方式提取特征的影响.同时,具有丰富表情的局部区域可以更好地表现面部表情特征,所以提出融入LFA损失函数的深度学习网络框架,提取的面部图像的局部特征用于面部表情识别.实验结果表明文中方法在真实世界的RAF数据集及实验室条件下的CK+数据集上的有效性.     

基于遮挡感知卷积神经网络的面部表情识别模型

针对面部遮挡情况下表情特征难以提取的问题,提出一种双通道遮挡感知神经网络模型.设计区域遮挡判定单元并集成到VGG16网络中形成遮挡感知神经网络,提取面部图像中未遮挡区域及遮挡较少区域的表情特征.运用迁移学习算法对卷积层参数进行预训练,减轻训练数据样本不足带来的过拟合问题.通过优化残差网络提取全脸表情相关特征,在此基础上...     

结合注意力机制的面部表情识别方法研究

传统CNN对重要通道特征关注不足,制约面部表情识别准确率.文章将通道注意力机制应用到面部表情识别中,即将通道注意力模块嵌入到卷积网络中.在Fer2013和CK+表情数据集上的验证结果表明,该方法有较高的识别率.     

基于生成对抗网络的遮挡表情识别

针对实际应用中局部遮挡会影响人脸表情识别,提出一种基于生成对抗网络（GAN）的表情识别算法。先对遮挡人脸图像填补修复,再进行表情识别。其中GAN的生成器由卷积自动编码机构成,与鉴别器的对抗学习使得生成的人脸图像更加逼真;由卷积神经网络构成的鉴别器具有良好的特征提取能力,添加多分类层构成了表情分类器,避免了重新计算图像特征。为了解决训练样本不足的问题,将CelebA人脸数据集用于训练人脸填补修复,同时表情分类器的特征提取部分得到了预训练。在CK+数据集上的实验证明,填补后的人脸图像真实连贯,并取得了较高的表情识别率,尤其提高了人脸大面积遮挡的识别率。     

基于并行Gan的有遮挡动态表情识别

为了解决实际中动态表情识别存在的局部遮挡问题,提出一种基于并行Gan网络的有遮挡动态表情识别方法。构建一个并联网络P-IncepNet进行上下文特征提取,利用条件对抗网络训练了一个处理不同程度遮挡的图像修复网络。将构建的并联网络与LSTM进行级联,充分利用并联网络的特征提取和LSTM的时空信息获取能力,训练得到一个更具鲁棒性的动态表情识别网络。实验结果表明,在CelebA和MMI数据集上训练的局部遮挡补全网络对中小程度遮挡的补全优于其他网络;构建的级联表情识别网络对于不同程度遮挡的识别结果显示,修复表情图的平均识别率比未修复表情图高4.45个百分点,尤其愤怒、惊讶、高兴有6.36个百分点的较大识别率提升得益于遮挡图像的修复;在AFEW和MMI数据集的无遮挡实验表明,该网络对无遮挡的识别同样具有优越性能,平均识别准确率达51.12%和80.31%。因此构建的P-IncepNet是稳定的,对图像的遮挡修复和表情识别性能均有明显改善。     

基于局部特征和整体特征融合的面部表情识别

提出融合局部特征和整体特征的方法实现人脸面部表情特征的提取。在每一个人脸图像上测量10个距离,把这些距离标准化后作为局部表情特征,用Fisher线性判别提取面部表情的整体特征;为了解决小样本问题,采取“PCA+FLD”的策略,先通过PCA把人脸图像向量投影到一个较低维的空间,再通过标准的FLD提取表情特征。融合后的特征输入到基于反向传播的前向型神经网络进行分类。在耶鲁大学yaleface数据库和日本ART建立的日本女性表情数据库(JAFFE)上实验,得到令人满意的结果。     

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。     

融合关键点属性与注意力表征的人脸表情识别

人脸的表情变化非常细微,通常表现在图像中某些局部点区域的改变,现有的人脸表情识别方法难以捕捉到表情的细微变化,对非表情区域干扰不具有鲁棒性。为了获得描述人脸表情变化的高效特征表示,提出了一种融合关键点属性与注意力表征的人脸表情识别方法。通过添加通道注意力和空间注意力的神经网络提取人脸图像中的关键点信息,实现不同维度和位置的权重分配,有效避免非表情区域的干扰,捕获图像中局部关键点的特征表征。引入Transformer模块学习不同关键点之间的相关联系,引导网络构建对表情类型更具分辨力的特征表示,从而实现精准识别。通过在CK+、JAFFE、FER2013三种公开数据集上进行实验的结果表明：提出算法的识别准确率分别达到了99.22%、96.57%、73.37%。     

基于注意力及视觉Transformer的野外人脸表情识别

目前的人脸表情识别更关注包含面部遮挡、图像模糊等因素的野外图像而非实验室图像,且COVID-19的流行使得人们不得不在公共场合佩戴口罩,这给表情识别任务带来了新的挑战。受启发于最近Transformer在众多计算机视觉任务上的成功,提出了基于注意力及视觉Transformer的野外人脸表情识别模型,并率先使用CSWin Transformer作为主干网络。加入通道-空间注意力模块来提高模型对于全局特征的注意力。Sub-center ArcFace损失函数被用来进一步优化模型的分类能力。在两个公开的野外表情数据集RAF-DB和FERPlus上以及它们对应的口罩遮挡数据集上对所提出的方法进行了评估,识别准确率分别为88.80%、89.31%和76.12%、72.28%,提高了表情识别精度。     

多尺度融合注意力机制的人脸表情识别网络

针对在人脸表情识别中普通卷积神经网络难以提取有效特征、网络模型参数复杂等问题,提出了一种多尺度融合注意力机制网络（multi-scale integrated attention network,MIANet）。为了同时增加网络的宽度和深度又避免冗余计算,在网络中引入Inception结构,用于提取图像的多尺度特征信息。使用高效通道注意机制（efficient channel attention,ECA）,强调与面部表情相关的区域抑制不相关的背景区域,提高重要面部特征的表达能力。在卷积层中采用深度可分离卷积,减少网络参数,防止过拟合。使用提出的方法在公开数据集FER-2013和CK+上进行实验,分别取得了95.76%和72.28%的准确率。实验结果表明,该方法识别效果较好,泛化能力较强,在人脸表情识别中对网络结构设置和参数配置方面具有一定的参考价值。     

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。     

基于卷积神经网络特征图聚类的人脸表情识别

针对卷积层存在的特征冗余问题,提出了一种基于卷积神经网络的特征图聚类方法。首先通过预训练网络参数提取网络最后一层卷积层的特征图,然后对特征图进行聚类操作,取聚类中心构成新的特征图集合,以聚类后的特征图集作为数据集训练分类器。将有监督的深度学习方法与传统的机器学习方法相结合,使用特征图聚类进行特征去冗余让网络学习到更有效的特征。去冗余后的特征使用神经网络分类器在fer2013测试集上达到了71.67%准确率,在CK+测试集上达到86.98%准确率,证明了该人脸表情识别方法的有效性。