表情识别技术综述分析

CEＮTＲAL SOＵTH ＵＮIVEＲＳITＹ

《脑与认知科学》调研报告

题目人类表情识别技术

学生姓名何伟峰

学号0９1８14０１19

专业班级智能科学与技术14０1

完成时间2015/１0/27

目录ﻩ人类表情识别技术

一.摘要： ................................................................................................... 错误!未定义书签。二前言： .................................................................................................. 错误!未定义书签。三表情识别ﻩ错误!未定义书签。

人脸检测与定位 .................................................................................... 错误!未定义书签。图像预处理 ............................................................................................ 错误!未定义书签。面部表情特征的提取方法ﻩ错误!未定义书签。

表情分类与识别 .................................................................................... 错误!未定义书签。四应用前景ﻩ错误!未定义书签。

五面部表情识别的国内外研究情况 ...................................................... 错误!未定义书签。六目前存在的难点和问题 ...................................................................... 错误!未定义书签。参考文献: ................................................................................................... 错误!未定义书签。

ﻬ人脸表情识别技术综述

一．摘要:

一直以来,表情是人类引以为傲的东西，这是我们和机器的一种本质上的区别。随着计算机的发展，我们更期盼人机之间的沟通交流,尤其是一种带有感情的沟通交流。计算机在情感方面的成长经历也类似于我们每个人的成长过程——以观察和辨别情感作为最终自然，亲切，生动的交互的开始。ﻫ在物联网技术发展的今天,面部识别已经不是什么太大的技术性问题，而对于人类表情识别来说，仍旧是一片空白。我们希望有一天机器可以读懂我们的语言、知悉我们的表情，更好的为我们服务,或许这才是真正的物联网时代。表情识别作为一种人机交互的方式，成为研究的热点。基于对表情识别的基本分析，文章重点介绍了面部表情识别的国内外研究情况和面部表情特征的提取方法和他的应用前景。

关键词:表情识别；特征提取;表情分类;应用前景。

二前言:

进入21世纪,随着计算机技术和人工智能技术及其相关学科的迅猛发展，整个社会

的自动化程度不断提高,人们对类似于人和人交流方式的人机交互的需求日益强烈。计算机和机器人如果能够像人类那样具有理解和表达情感的能力，将从根本上改变人与计算机之间的关系,使计算机能够更好地为人类服务。表情识别是情感理解的基础，是计算机理解人们情感的前提，也是人们探索和理解智能的有效途径。如果实现计算机对人脸表情的理解与识别将从根本上改变人与计算机的关系,这将对未来人机交互领域产生重大的意义。

三表情识别

人脸表情识别系统主要包括人脸检测与定位、图像预处理、人脸表情特征提取和人脸表

人脸检测与定位

可以基于Haａr特征的特征提取方法和基于Aｄａbｏost的分类方法进行人脸检测与定位

图像预处理

由于受图像采集硬件条件或采集环境条件的影响,采集到的图像会存在对比度不高、亮度不够、图片大小不定等问题,这些问题会对人脸识别产生影响，为了减少这些因素所产生的影响,对图像进行适当的预处理是必不可少的。常用的图像预处理方法包括几何归一化，亮度归一化，直方图均衡化,能量归一化和图像分割。

面部表情特征的提取方法

表情特征提取是表情识别系统中最重要的部分，有效的表情特征提取工作将使识别的性能大大提高，当前的研究工作也大部分是针对表情特征的提取。

目前为止的人脸面部表情特征提取方法大都是从人脸识别的特征提取方法别演变而来,所用到的识别特征主要有：灰度特征、运动特征和频率特征三种阎。灰度特征是从表情图像的灰度值上来处理,利用不同表情有不同灰度值来得到识别的依据。运动特征利用了不同表情情况下人脸的主要表情点的运动信息来进行识别。频域特征主要是利用了表情图像在不同的频率分解下的差别，速度快是其显著特点。在具体的表情识别方法上，分类方向主要有三

个:整体识别法和局部识别法、形变提取法和运动提取法、几何特征法和容貌特征法。

整体识别法中,无论是从脸部的变形出发还是从脸部的运动出发,都是将表情人脸作为一个整体来分析,找出各种表情下的图像差别。

其中典型的方法有:基于特征脸的主成分分析(ｐrinｅipalCompｏnｅｎtAnalysiｓ,ｐCA)法、独立分量分析法(Inｄendent ComPoneｎt Analyｓis,ICA)、Fisher线性判别法(Ｆisher’s Linear Discｒiminants，ＦLD)、局部特征分析（LoｅａlFeａtureＡnaｌyｓis，LＦA)、Fiｓｈｅ诞动法(Ｆisher^cｔｉons）、隐马尔科夫模型法（ＨiｄｅMarkovModel，ＨMM）,聚类分析法和流形法。

局部识别法就是将人脸的各个部位在识别时分开,也就是说各个部位的重要性是不一样。比如说在表情识别时,最典型的部位就是眼睛、嘴、眉毛等，这些地方的不同运动表示了丰富的面部表情。相比较而言,鼻子的运动就较少，这样在识别时就可以尽量少的对鼻子进行分析，能加快速度和提高准确性。其中最典型的方法就是脸部运动编码分析法（Fａci ａlＡetionseoｄesystem,FAes)和MPＥｅ一4中的脸部运动参数法其他的还有局部主分量分析法（ＬocalPCＡ）、Gａbor小波法和神经网络法。

形变提取法是根据人脸在表达各种表情时的各个部位的变形情况来识别的,主要的方法有:主分量分析法(PeA）、o汕or小波、运动模板法（Ａeｔiｖeｓｈ叩ｅMoｄel,ＡsM)[’6]和点分布模型(ＰｏinｔDｉstributionModｅl，ＰＤＭ)法。

运动法是根据人脸在表达各种特定的表情时一些特定的特征部位都会作相应的运动这一原理来识别的。典型的识别方法有:光流法(ＯPticalFlｏw)「’7]［’8]和MPEＧ一４中的脸部运动参数法(ＦaceＡnimationｐaraｍｅtｅrＦAp)。

几何特征法是根据人的面部的各个部分的形状和位置(包括嘴、眼睛、眉毛、鼻子)来提取特征矢量，这个特征矢量来代表人脸的几何特征。根据这个特征矢量的不同就可以识别不同的表情。重要的方法是:基于运动单元(AＵ)的主分量分析法。

在容貌特征法中,主要是将整体人脸或者是局部人脸通过图像的滤波，以得到特征矢量。常用的滤波器是Gabor小波。当然,这三个发展方向不是严格独立,它们只是从不同侧面来提取所需要的表情特征,都只是提供了一种分析表情的思路,相互联系,相互影响。有很多种方法是介于两者甚至是三者之间。例如说面部运动编码系统法是局部法的一种，同时也是从脸部运动上考虑的等等。所以，接下来的分析将不从这三个方向上去说明，而是直接简单描述各种主要的算法。

流形学习算法在实现降维的过程中，较好的保留了本样本间的非线性结构，这对于静态表情图像和序列表情图像的分析都有独特的优势。但是，用流形学习算法来处理表情特征有个问题需要解决:意思大多数流形学习算法不像线性降维法那样，可从训练集中得到适用于待测样本的投影向量,只能以批处理的方式进行。为了得到某些待测样本的流形嵌入向量，必须要将该样本加入其中。

表情分类与识别

在人脸表情特征提取阶段，要准确提取出人类表情图像中最能有效表征表情信息的特征，表情识别的准确与否讲直接影响后续的表情分类结果。在表情分类识别阶段根据表情特征提取阶段提取的表情特征进行分类，分类方法的好坏及分类结果的准确程度也将影响表情分类结果。