隨著智能機器人技術(shù)的不斷發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大,人機交互任務(wù)也日趨復(fù)雜。利用情感識別模型,賦予機器人類人的情感認(rèn)知能力,可以實現(xiàn)高效、自然、和諧的智能人機交互。情感識別模型性能涉及運算量、識別率等多個指標(biāo),在建模過程中,如特征工程、模型分析與模型融合等,都涉及多通道信息的融合問題。因此,開展基于加權(quán)融合策略的情感識別建模方法研究,以提高模型的識別率,具有重要的理論意義和工程價值。本文以情感識別模型作為研究對象,提高模型識別率作為研究目標(biāo),開展基于加權(quán)融合策略的情感識別建模方法研究�？紤]人體情感信息類型和情感特征的多樣性,根據(jù)模型對正確率和運算量的要求,針對建模過程中的特征級融合、模型級融合、決策級融合以及權(quán)重確定方法等關(guān)鍵技術(shù)進行深入的研究,本文的主要工作如下。1)基于面部圖像特征級融合的表情識別。憑借面部結(jié)構(gòu)與心理學(xué)方面的研究結(jié)果與經(jīng)驗,選擇與面部表情密切相關(guān)的眼睛、眉毛、嘴巴及周邊部位的特征點,利用其二維坐標(biāo)得到幾何特征。憑借以深度學(xué)習(xí)為突破點的純數(shù)據(jù)驅(qū)動的特征學(xué)習(xí)算法,構(gòu)建一個多層的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),讓機器自主地從樣本數(shù)據(jù)中逐層地學(xué)習(xí),得到表征樣本更加本質(zhì)的深度特征。根據(jù)表情識別模型的特點,引入特征級融合,線性串聯(lián)兩種特征構(gòu)成表情圖像的多特征,達(dá)到信息上的互補,從而提高模型識別率。2)基于面部圖像模型級融合的表情識別。分析面部結(jié)構(gòu),選擇能夠體現(xiàn)面部的主要形態(tài)且不會因為模型的不同而改變其相對位置的特征點,憑借面部肌肉運動范圍大小將面部分區(qū),并根據(jù)分區(qū)將特征點分為互不相交的特征組。利用單組特征的識別率,引入基于反饋的原理,設(shè)計權(quán)重確定方法,并引入剛性原理,分析面部不同分區(qū)的剛性,將其作為檢驗權(quán)重正確性的依據(jù)。在此基礎(chǔ)上引入模型級融合,根據(jù)分類模型特點設(shè)計加權(quán)核函數(shù),實現(xiàn)特征的非線性加權(quán)融合,增加強相關(guān)特征對分類結(jié)果的影響并減少弱相關(guān)特征對分類結(jié)果的影響,從而提高模型識別率。3)基于多種生理信號決策級融合的情感識別。由于多種人體生理活動與情感狀態(tài)相關(guān),同時對應(yīng)的人體表征信號多樣,選擇可用于情感識別的4種生理信號,包括腦電信號、心電信號、呼吸信號以及皮膚電信號,根據(jù)信號種類的不同分別建立特征提取模型。針對生理信號對情感狀態(tài)的表現(xiàn)力強弱各異,根據(jù)生理信號對情感狀態(tài)的識別率,引入基于反饋的原理,設(shè)計權(quán)重確定方法。根據(jù)情感識別模型的特點,在決策級引入加權(quán)融合和最大值規(guī)則,充分發(fā)揮生理信號的優(yōu)勢,從而提高模型識別率。4)基于多模態(tài)信息特征級和決策級融合的情感識別。分析人體結(jié)構(gòu)與情感信號,選擇視覺信號和生理信號構(gòu)成多模態(tài)情感信息。其中,視覺信號為面部表情的彩色圖像序列,生理信號包括腦電信號、心電信號、呼吸信號以及皮膚電信號4種信號。引入特征級融合,串聯(lián)視覺信號特征和生理信號特征得到4種多模態(tài)特征,利用多模態(tài)特征對情感狀態(tài)的識別率,引入基于反饋的原理,設(shè)計權(quán)重確定方法。根據(jù)情感識別模型的特點,在決策級引入加權(quán)融合和最大值規(guī)則,充分發(fā)揮多模態(tài)情感信息的優(yōu)勢,從而提高模型識別率。
【學(xué)位單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP18;TN911.7;TP391.41
【部分圖文】：

奢－逡逑圖１－１教育輔助機器人邐圖１－２救援機器人逡逑ｌｉ＾Ｔ�。у澹慑澹瑁义�，攃逡逑圖１－３輔助醫(yī)療機器人邐圖１＂４助老助殘機器人逡逑在教育領(lǐng)域，優(yōu)秀教師憑借多年的教學(xué)經(jīng)驗可以做到“因材施教”，擁有情逡逑感識別能力的智能機器人可以實現(xiàn)自適應(yīng)教學(xué)，對學(xué)生進行有針對性的一對一指逡逑導(dǎo)，根據(jù)不同學(xué)習(xí)狀況自動適應(yīng)［２］，如圖１－１所示。在消防救援領(lǐng)域，被困人員逡逑１逡逑

能研究中尤為重要。逡逑ＩｚＨ，奢－逡逑圖１－１教育輔助機器人邐圖１－２救援機器人逡逑ｌｉ＾Ｔ！＇邋Ｉ邋ｈ，逡逑，攃逡逑圖１－３輔助醫(yī)療機器人邐圖１＂４助老助殘機器人逡逑在教育領(lǐng)域，優(yōu)秀教師憑借多年的教學(xué)經(jīng)驗可以做到“因材施教”，擁有情逡逑感識別能力的智能機器人可以實現(xiàn)自適應(yīng)教學(xué)，對學(xué)生進行有針對性的一對一指逡逑導(dǎo)，根據(jù)不同學(xué)習(xí)狀況自動適應(yīng)［２］，如圖１－１所示。在消防救援領(lǐng)域，被困人員逡逑１逡逑

逑在高溫高壓、有毒有害等特殊環(huán)境下情緒波動較大，救援機器人根據(jù)被困人員情逡逑感狀態(tài)調(diào)整救援流程，增加救援成功幾率［３］，如圖１－２。在輔助醫(yī)療領(lǐng)域，康復(fù)逡逑訓(xùn)練是一個枯燥乏味的重復(fù)性過程，根據(jù)患者情感狀態(tài)及時調(diào)整訓(xùn)練進程并對恢逡逑復(fù)狀況實時評定，有助于增強患者對康復(fù)治療的信心，此外患者在醫(yī)院康復(fù)治療逡逑中心進行康復(fù)訓(xùn)練的花費巨大，而經(jīng)濟是醫(yī)療輔助機器人另一大特點［４］，如圖１－３。逡逑在助老助殘領(lǐng)域，由于老齡化己成為２１世紀(jì)全球性趨勢，并且世界上有５億多逡逑殘疾人，智能機器人輔助進行家務(wù)勞動，提供多樣性護理服務(wù)的同時，可以豐富逡逑精神生活，實現(xiàn)生活質(zhì)量地改善［５］，如圖１－４。因此，情感識別在實現(xiàn)人機之間逡逑智能交互起著不可替代的作用。逡逑情逡逑主觀體驗邋胃逡逑外部表現(xiàn)逡逑生理喚醒逡逑圖１－５人體情感結(jié)構(gòu)圖逡逑情感狀態(tài)作為一種內(nèi)在的、主觀的感受，如何能夠被準(zhǔn)確、有效地認(rèn)知，是逡逑情感識別研宄需要解決的一個根本問題。情感具有三種成分：主觀體驗（個體對逡逑不同情感狀態(tài)的自我感受）、外部表現(xiàn)（情感狀態(tài)發(fā)生時身體各部分的動作量化逡逑形式

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本文編號：2823978