肌電信號在情感狀態(tài)識別中的研究.pdf

1、情感計算是實現(xiàn)和諧人機(jī)交互的關(guān)鍵技術(shù)，其目的是賦予計算機(jī)識別用戶情感的能力，是近年來備受關(guān)注的高度綜合化的新興研究領(lǐng)域。情感識別是情感計算十分重要的一個組成部分。情感識別中包括面部表情、語音語調(diào)、行為姿勢、生理信號等方面的研究。其中基于生理信號的識別較客觀、真實，成為情感識別的一個熱點方向。美國麻省理工大學(xué)MIT實驗室的Picard教授帶領(lǐng)情感計算研究小組首先從肌電(EMG)、呼吸作用(RSP)、皮膚電反應(yīng)(SC)和血容量搏動(BVP)

2、四種生理信號進(jìn)行情感狀態(tài)識別的研究，并證明了生理信號進(jìn)行情感狀態(tài)識別可行性。
　　 面部肌電信號(EMG)是肌肉收縮時伴隨的電信號，反映了神經(jīng)、肌肉的狀態(tài)，從一些方面能體現(xiàn)情緒的變化。本文用肌電信號對高興、驚奇、厭惡、悲傷、憤怒、恐懼六種情感進(jìn)行識別：首先實驗室共同探討設(shè)計出一套完整的生理信號情感識別方案并建立了情感生理信號數(shù)據(jù)庫，本文針對肌電信號的特點，用小波變換的方法對EMG信號進(jìn)行消噪處理和原始特征提取，然后將序列后向選擇

3、(Sequential Backward Selection，簡稱SBS)和禁忌搜索算法(Tabu Search，簡稱TS)與Fisher分類器相結(jié)合進(jìn)行了特征選擇和情感狀態(tài)分類，取得了很好的分類效果，驗證了建立情感模型的可行性。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　 (1)情感生理信號的數(shù)據(jù)庫的建立實驗室設(shè)計了周密的方案來建立情感生理信號數(shù)據(jù)庫。首先選取有效刺激情感狀態(tài)的電影片段作為情感素材1，然后讓被試觀看情感素材以激發(fā)被試情感，與此

4、同時采用美國Biopac公司提供的多導(dǎo)生理記錄儀MP150采集被試生理信號，在采集過程中主試全程跟蹤整個實驗過程，且有事先準(zhǔn)備好的問卷以調(diào)查被試情感狀況激發(fā)情況，確保情感生理信號的有效性。實驗中激發(fā)被試的情感有：高興、驚奇、厭惡、悲傷、憤怒和恐懼，這樣就建立了六種情感的情感生理信號數(shù)據(jù)庫。
　　 (2)情感肌電信號特征集的獲取首先選定根據(jù)被試問卷填寫和主試的記錄選取有效激發(fā)的情感肌電信號，進(jìn)行下采樣和數(shù)據(jù)的歸一化處理，然后針對肌

5、電信號的特點，用小波變換的方法對肌電信號進(jìn)行消躁處理，最后提取出126種信息特征(包括時域統(tǒng)計特征，小波重構(gòu)系數(shù)統(tǒng)計特征)形成情感肌電信號的原始特征集。
　　 (3)情感特征子集選擇將SBS、TABU特征選擇算法與fisher分類器結(jié)合用于特征選擇，用fisher分類的正確率作為特征選擇的評價準(zhǔn)則，對高興、驚奇、厭惡、悲傷、憤怒和恐懼六種情感狀態(tài)進(jìn)行分類識別，選出對各種情感有貢獻(xiàn)的情感肌電信號特征，形成情感用戶模型的情感肌電信號

6、特征子集。
　　 (4)情感肌電信號特征子集的驗證及結(jié)果分析用保留的新數(shù)據(jù)對選擇出來的特征子集進(jìn)行驗證，分析不同方法選出來的特征子集的識別效果，得到最佳的維數(shù)最低的情感特征子集，分析情感肌電信號對各種情感的貢獻(xiàn)，分析其映射關(guān)系，篩選出最能代表各種情感的肌電信號情感特征。
　　 實驗結(jié)果表明：用后向選擇算法與禁忌搜索算法相結(jié)合的特征選擇方法，解決了禁忌搜索過程對初始解的依賴問題。降低了特征子集的維數(shù)，提高了識別率在肌電信號