一種使用皮膚電信號(hào)進(jìn)行文化體驗(yàn)情感識(shí)別的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種人類情感識(shí)別的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 情感識(shí)別是實(shí)現(xiàn)和諧人機(jī)交互的關(guān)鍵技術(shù)，其目的是賦予計(jì)算機(jī)識(shí)別用戶情感的 能力。來(lái)自社會(huì)和認(rèn)知屯、理學(xué)的研究表明在相關(guān)的外界刺激下，情感能夠快速地、輕易地、 自動(dòng)地甚至無(wú)意識(shí)地喚起。情感計(jì)算最初由美國(guó)麻省理工學(xué)院的Picard教授在1997年提 出的。情感計(jì)算的目標(biāo)是賦予計(jì)算機(jī)感知、理解與表達(dá)情感的能力，從而與人更加主動(dòng)、 友好、聲情并茂地交流。隨后，情感計(jì)算迅速引起人工智能與計(jì)算機(jī)領(lǐng)域?qū)＜业呐d趣，并 成為近幾年一個(gè)嶄新的、充滿希望的研究領(lǐng)域。情感計(jì)算的提出與迅速發(fā)展，一方面是由 于人機(jī)交互和諧性的要求，希望計(jì)算機(jī)像人一樣不但具備聽(tīng)、說(shuō)、看、讀的能力，而且能夠 理解與表達(dá)喜、怒、哀、樂(lè)等情緒；另一方面也是基于強(qiáng)計(jì)算主義的屯、理，希望把計(jì)算延伸 至人的內(nèi)屯、世界。情感計(jì)算提出后，基于面部表情、語(yǔ)音、姿勢(shì)和生理信號(hào)的情感識(shí)別在得 到廣泛研究。Tomkins指出面部活動(dòng)在情感體驗(yàn)中扮演了重要角色。但由于面部活動(dòng)易受 主觀掩飾的影響，所WPicard認(rèn)為，基于生理信號(hào)的情感識(shí)別更接近于情感的內(nèi)在屯、理感 受。Ekman的團(tuán)隊(duì)在控制狀態(tài)下的情感期間（憤怒、恐懼、悲傷、高興、驚奇和厭惡）記錄了 被試的屯、率、左右手指溫、皮膚電阻、前臂曲肌張力，并最先在1983年的Science上發(fā)文陳 述了離散情感可區(qū)分性的證據(jù)。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究者們從皮膚電導(dǎo)（GSR)、屯、率化時(shí)、屯、電 巧CG)，肌電（EMG)，呼吸，皮膚溫度，脈搏度V巧等生理信號(hào)進(jìn)行情感狀態(tài)識(shí)別的研究，證明 了生理信號(hào)進(jìn)行特征識(shí)別情感的可行性并建立了具有較好識(shí)別性能的情感識(shí)別系統(tǒng)。皮膚 電反應(yīng)（GSR)是反映人的交感神經(jīng)興奮變化的最有效、最敏感的生理指標(biāo)，是國(guó)際上最早 最廣泛應(yīng)用并得到普遍承認(rèn)的多導(dǎo)屯、理測(cè)試指標(biāo)。GSR記錄了人體的皮膚電導(dǎo)的變化，反映 了人體的交感神經(jīng)系統(tǒng)的變化過(guò)程，通過(guò)情感誘發(fā)產(chǎn)生的對(duì)交感神經(jīng)的刺激能夠?qū)е氯梭w 皮膚電的變化。
[0003] 文化體驗(yàn)是人們?cè)谖幕氐挠绊懴庐a(chǎn)生的一種內(nèi)在的屯、里活動(dòng)，例如，看到俸 族的潑水節(jié)的場(chǎng)景，人們會(huì)產(chǎn)生一種高興的喜悅的屯、情；在觀看南京大屠殺紀(jì)念館時(shí)，人們 會(huì)產(chǎn)生一種基于抗日情懷的憤怒情感；在參觀歷史紀(jì)念博物館的時(shí)候，人們或許會(huì)對(duì)某位 將軍的慘痛經(jīng)歷感到悲傷；走進(jìn)一個(gè)秘密的山桐，未知、陰森的氣氛會(huì)讓人產(chǎn)生一種恐懼的 情感。將情感識(shí)別用于文化體驗(yàn)，識(shí)別出人們?cè)谖幕w驗(yàn)時(shí)所產(chǎn)生的內(nèi)在情感是在情感計(jì) 算方面的又一種創(chuàng)新。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的內(nèi)容是提供.一種使用皮膚電信號(hào)進(jìn)行文化體驗(yàn)情感識(shí)別的方法。
[0005] 為了得到上述目的，采用W下技術(shù)方案：
[0006].-種使用皮膚電信號(hào)進(jìn)行文化體驗(yàn)情感識(shí)別的方法，本發(fā)明申請(qǐng)中的"文化體 驗(yàn)"是指用戶在觀看帶有文化背景的圖片、視頻、音頻等文化產(chǎn)品時(shí)對(duì)于相關(guān)產(chǎn)品的主觀體 驗(yàn)，其特征在于：
[0007] 所述算法包括如下步驟：
[0008]S1:通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到文化體驗(yàn)的高興、悲傷、憤怒、恐懼、平靜5類情感樣本，每類情 緒35個(gè)樣本，共175個(gè)樣本；
[0009]S2:對(duì)采集的皮膚電信號(hào)進(jìn)行平滑去噪預(yù)處理；
[0010]S3 :分別提取175樣本的對(duì)應(yīng)18個(gè)數(shù)值特征；
[0011] 其中18個(gè)數(shù)值特征如下表所示：
[0012]
[001引S4 :根據(jù)各個(gè)樣本的特征值，構(gòu)建出用于情感體驗(yàn)識(shí)別的K近鄰識(shí)別模型。
[0014]K近鄰識(shí)別模型的構(gòu)建方法為：
[0015]S1:采用皮膚電信號(hào)采集裝置采集用戶皮膚電信號(hào)，其中采樣率高于50監(jiān)；
[0016]S2:求得測(cè)試樣本與175個(gè)訓(xùn)練樣本的歐氏距離；A樣本與B樣本之間的歐式距離 計(jì)算方法為，每個(gè)樣本提取18個(gè)特征；則A樣本的特征值分別是pl，p2,p3…pl8 ;
[0017]B樣本的特征值分別是ql，q2,q3…ql8;那么，A樣本與B樣本之間的歐式距離d 為
[0018]S3:在得到的175個(gè)歐式距離中，選取最小的5個(gè)歐式距離；
[001引S4 :統(tǒng)計(jì)運(yùn)5個(gè)歐式距離對(duì)應(yīng)的訓(xùn)練樣本的情緒類型；
[0020] S4 :分別計(jì)算被測(cè)樣本對(duì)于各類情感的歸屬概率；
[0021] 其計(jì)算公式為：
[0022]
癢中01為當(dāng)前情感對(duì)于第i種情感的歸屬概率；iG(1，2, 3, 4,引分別 對(duì)應(yīng)高興、悲傷、憤怒、恐懼、平靜五種情感類型；k為與測(cè)試樣本最近的5個(gè)訓(xùn)練樣本中屬 于第i種類型的樣本數(shù)量；S為對(duì)應(yīng)的歐式距離數(shù)值。
[0023] 例如，在與被測(cè)樣本最近的5個(gè)最短歐式距離對(duì)應(yīng)的訓(xùn)練樣本中，有=個(gè)是文化 體驗(yàn)的高興樣本，一個(gè)文化體驗(yàn)的悲傷樣本，一個(gè)文化體驗(yàn)的平靜樣本，與=個(gè)高興訓(xùn)練樣 本的歐式距離分別是2、5、10,與一個(gè)悲傷的訓(xùn)練樣本的歐氏距離是3,與一個(gè)平靜樣本的 歐式距離是20,則屬于高興情緒的加權(quán)值是1/化1/5+1/10 = 0. 8,屬悲傷情緒的加權(quán)值是 1/3 = 0. 33,屬于平靜情緒的加權(quán)值是1/20 = 0. 5。由于0. 8〉0. 5〉0. 33,所W此測(cè)試樣本 屬于高興情緒樣本。
[0024] 本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)包括：
[00巧]1、在生理信號(hào)的各種參數(shù)特征中，明確了 18個(gè)與情感變化有對(duì)應(yīng)關(guān)系的生理特 征參數(shù)，從而在每次進(jìn)行情感識(shí)別時(shí)只需要計(jì)算少量的參數(shù)特征，極大的降低了參數(shù)計(jì)算 的復(fù)雜程度，提高計(jì)算效率。相關(guān)參數(shù)在過(guò)去的研究中均沒(méi)有被明確的提出。
[0026] 2、建立情感識(shí)別模型的方法可W針對(duì)不同的用戶群體和不同的情感誘發(fā)刺激材 料進(jìn)行重新構(gòu)建，且構(gòu)建方法簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)采集量相對(duì)較小。運(yùn)使得該方法能夠快速的移植到 不同場(chǎng)景和目的的情感識(shí)別過(guò)程中。
[0027] 3、使用建立的情感識(shí)別模型進(jìn)行情感識(shí)別的準(zhǔn)確性高，識(shí)別速度快，能夠滿足實(shí) 時(shí)識(shí)別的計(jì)算復(fù)雜度要求，從而為用戶體驗(yàn)的實(shí)時(shí)情感識(shí)別提供了有效的方法。
[0028] 說(shuō)明書(shū)附圖
[0029] 圖1為去噪前的皮膚電信號(hào)示意圖；
[0030] 圖2為去噪后的皮膚電信號(hào)示意圖；
[0031] 圖3為K近鄰方法樣例圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。
[0033] 通過(guò)不同的數(shù)值處理方法，可W對(duì)皮膚電信號(hào)提取出幾百個(gè)不同維度、不同含義 的數(shù)值特征，而其中只有少數(shù)的特征與情感體驗(yàn)有潛在的關(guān)聯(lián)性。至今沒(méi)有任何權(quán)威研究 結(jié)論說(shuō)明哪些信號(hào)特征與情感生理識(shí)別有直接的關(guān)聯(lián)。本研究通過(guò)檢測(cè)試驗(yàn)，確認(rèn)使用如 下的18個(gè)皮膚電信號(hào)組合，能夠很好的反映情感的變化情況。運(yùn)個(gè)皮膚電信號(hào)組合為：
[0034] 表1 :用于情感生理信號(hào)識(shí)別的生理特征列表
[0035]
[0036] 1.情感識(shí)別模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)的情感誘發(fā)和皮膚電信號(hào)