从人脸识别到心理认知计算

1、学术论坛 科技创业家 TECHNOLOGICAL PIONEERS 1 引言人脸在社会生活中在人们的情感表达中扮演着重要的角色, 是人类的怒、厌、怕、喜、哀、惊等复杂情感的载体。人类视觉系统(human visual system,HVS 具备分辨人脸复杂模式的能力。然而, 这种对人来说与生俱来的分析与合成能力对计算机而言却显得尤为困难。经过近四十年的研究发展, 人脸识别取得了可喜的成绩, 只是大都是基于二维图像进行, 有着极大的光照及姿态的依赖性, 一些基于三维的研究也因为要使用昂贵的三维视频采集设备以及三维建模需要产生巨大的机时而无法进入实用阶段。考虑人脸识别的成本、可行性及实时性要求,

2、成为了我们无法回避的问题, 在此我们不把关注的重点放在传统主成分分析(PCA、Gabor 小波、人脸识别新方法(DF_LDAEGF 、Adboost 学习算法、局部特征分析(LFA等算法研究上, 而将主要重点放在利用形状建模和纹理映射进行三维人脸建模上。2 利用形状建模和纹理映射进行人脸3D 建模在被管理者必然通过的AB 门安装具有脸部自动对焦, 自动曝光功能的监控探头采集序列图像为后期实验做准备。第一步 形状建模首先根据人脸特征点建立训练库的稀疏形变模型, 然后用优化算法将训练库中三维人脸模型特征点的分布作为先验知识, 对测试人脸上特征点的深度信息进行估计, 从而获得特征点的类三维(quas

3、i-3D,Q-3D 坐标。2. 1特征深度值估计以训练集为先验知识, 估计平面特征点的深度信息最简单、最直观的方法是在训练集中找到一个人脸模型, 使得它鼻尖顶点的二维坐标最接近, 然后将其作为深度值, 也就是使用最优匹配法(best match ing, BM 。2. 2基于稀疏线性模型的优化算法统计模型是利用人脸先验知识的有效手段, 在已知三维人脸上个特征点的情况下, 用特征点的情况用, 用特征点集合表示人脸结构, 把它们进行线性组合构造一个稀疏形状向量。第二步 进行纹理映射纹理映射就是建立二维纹理空间点到三维物体表面点之间的一一对应关系。这种映射关系对于目标为参数化的曲面, 可较方便地建立

4、起来, 而对于平面多边形或以隐函数定义的曲面则要将隐式方程化为参数方程。最后将新建模型参数与样本库中的三维模型参数进行比对, 从而达到身份识别的目的。3 当前人脸感知应用的不足目前, 二维人脸感知, 三维人脸建模这些难题并没有得到圆满解决, 某些行业管理存在高要求与当前人脸感知发展水平不相适应的矛盾。这必然要求我们进行更进一步的努力。心理认知计算也进入了我们的视野。4 心理认知计算研究现状在生活中, 人们很难保持一种僵硬的脸部表情, 通过脸部表情来体现情感是人们常用的较自然的表现方式, 其情感表现区域主要包括嘴、脸颊、眼睛、眉毛和前额等。人在表达情感时, 只稍许改变一下面部的局部特征(譬如皱一

5、下眉毛, 便能反映一种心态。心理认知计算是非常复杂的过程, 通常包括感觉、知觉、学习、记忆、注意、思维和语言等许多心理计算过程。在1972年, 著名的学者Ekman 提出了脸部情感的表达方法(脸部运动编码系统FACS 。通过不同编码和运动单元的组合,作者简介:龚麟, 男,1978年6月出生, 西昌学院计算机科学与技术专业本科毕业, 系统分析师、网络工程师、计算机技术助理工程师。先后在四川省会东县公安局、四川省荞窝监狱工作, 主攻方向:网络工程、信息化建设、软件工程。从人脸识别到心理认知计算龚麟(四川省荞窝监狱 四川西昌 615000摘要:本文给出了一种基于单张照片首先采用形状建模和纹理映射进行

6、三维人脸建模, 为基于先验知识的人脸识别提供了便利条件, 也使突破被识别对像的光照及姿态依赖性瓶颈成为了可能, 人脸识别实用化离我们更近了; 通过情感表现区域主要包括嘴、脸颊、眼睛、眉毛和前额的分析研究, 脸部运动编码系统FACS 、双模态情感识别、模板匹配法、边缘检测法、外轮廓检测法、情感模型等一批心理认知计算新方法不断涌现, 使得通过计算机更加有的放矢的对被管理对像心理矫正工作成为了一种可能。为进一步强化管理提供参考依据。关键词:人工智能 人脸识别 形状建模 纹理映射 心理认知计算 心理矫正即可以在脸部形成复杂的表情变化, 譬如幸福、愤怒、悲伤等。该成果已经被大多数研究人员所接受, 并被应

7、用在人脸表情的自动识别与合成。(如图1中科院自动化所的黄力行等认为语音和面部肌肉动作是用于情感识别的2个最重要的模态, 在双模态情感识别中, 给不同的特征赋予不同的权值有利于充分利用双模态信息, 其基本心理状态的识别率达80%以上; 清华大学的魏冉等处于不同表情中人脸差异特征进行分析, 分别用模板匹配法、边缘检测法、外轮廓检测法提取嘴、额头、眉毛在形状、纹理和距离上的特征, 平均识别率高达85%;北京科大的王巍等对人的心理活动以人工心理学为依据, 进行人工机器模拟, 提出了人机交互的情感模型。上述研究如能进入实用化阶段则可跟据被管理者的不同心理特征, 做到因人施教, 使心理矫正工作更加有的放矢

8、, 使教育工作达到事半功倍的效果。5 结束语人们在很多时候都存在心理活动, 和语言文字相比, 潜意识中人们更经常选择诸如语音语调、姿态及面部表情等非语言手段来表达他们的心理活动, 研究心理认识计算的目的是希望计算机能通过分析人的外在行为达到对其内部心理活动的合理理解, 特别是针对目的、注意的推理判断。它涉及计算机科学、犯罪心理学、认知科学、社会学、犯罪学及人类学等多个学科, 对心理认识计算的研究有着及其深远的意义。参考文献1王国胤, 龚勋. 人脸感知从二维到三维M.北京:科学出版社,2011:117.2魏迎梅, 王凤学. 一种正面人像的识别方法/OL ht tp :/we nk u. ba id