基于BPSO的生理信號(hào)的情感狀態(tài)識(shí)別.pdf

1、情感在人類(lèi)的感知、決策等過(guò)程中扮演著重要角色。長(zhǎng)期以來(lái)情感智能研究只存在于心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)領(lǐng)域，近年來(lái)隨著人工智能的發(fā)展，情感智能與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生了情感計(jì)算這一嶄新的研究課題，這將大大地促進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。情感識(shí)別是情感計(jì)算的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，是建立和諧人機(jī)環(huán)境的基礎(chǔ)之一，其目的是為正確選擇情感信號(hào)提供理論與實(shí)驗(yàn)的依據(jù)，為情感的理解和表達(dá)提供可靠的原始數(shù)據(jù)，它的應(yīng)用極其廣泛。目前，情感識(shí)別的方法多采用面部表情、身體姿態(tài)和語(yǔ)音信號(hào)分析法

2、，以及心理學(xué)上常用的問(wèn)卷調(diào)查法，其結(jié)果一般受被試和主試的主觀因素影響，而生理變化只受人的自主神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)支配，不受人的主觀控制，因而應(yīng)用生理信號(hào)測(cè)量法，所得數(shù)據(jù)更客觀。情感生理反應(yīng)特異性問(wèn)題一直存在著爭(zhēng)議。Ekman等人通過(guò)所做的一系列實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論表明，至少對(duì)某些情感來(lái)說(shuō)，其生理反應(yīng)是特異的。Picard教授帶領(lǐng)的MIT媒體實(shí)驗(yàn)小組證明應(yīng)用生理信號(hào)對(duì)情感識(shí)別的方法是可行的。 在情感狀態(tài)識(shí)別中，大量無(wú)關(guān)或冗余的特征往往會(huì)

3、影響識(shí)別的速度和準(zhǔn)確率，因此需要特征選擇。特征選擇問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是特征搜索問(wèn)題，己經(jīng)被證明是NP難問(wèn)題，雖然有一些學(xué)者提出了許多搜索算法，但是到目前為止還沒(méi)有公認(rèn)有效的搜索算法。離散二進(jìn)制粒子群(Binary Particle Swarm Optimization，BPSO)算法是一種基于群智能的全局優(yōu)化算法，主要用于解決組合優(yōu)化問(wèn)題，且具有編碼簡(jiǎn)單、個(gè)體數(shù)目少、計(jì)算速度快、易于理解、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。因此，論文研究將BPSO算法應(yīng)用于情感生

4、理信號(hào)的特征選擇問(wèn)題，以提高情感狀態(tài)的識(shí)別率。 論文在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，主要做了以下三個(gè)方面的工作： (1)針對(duì)多生理信號(hào)情感識(shí)別中的特征冗余問(wèn)題，研究將計(jì)算智能的思想引入到情感生理信號(hào)的特征選擇中，以期證明能否提高情感狀態(tài)的正確識(shí)別率。采用BPSO方法進(jìn)行情感生理信號(hào)的特征選擇，對(duì)單一生理信號(hào)識(shí)別單一情感及多種情感進(jìn)行了研究，同時(shí)，在單一生理信號(hào)的基礎(chǔ)上，研究了多種生理信號(hào)識(shí)別單一情感及多種情感； (2)針

5、對(duì)BPSO后期搜索易停滯現(xiàn)象，利用改進(jìn)的BPSO算法進(jìn)行情感生理信號(hào)的特征選擇，以提高了算法的適應(yīng)能力；研究了單一生理信號(hào)識(shí)別多種情感及情感識(shí)別率隨粒子變異率的變化關(guān)系。 (3)為了研究情感與生理信號(hào)之間的關(guān)系，采用幾種不同的特征選擇方法及分類(lèi)器進(jìn)行情感狀態(tài)識(shí)別。 論文通過(guò)大量仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)了上述工作的正確性，取得了如下幾方面的研究成果： (1)從四種情感狀態(tài)對(duì)應(yīng)的四種生理信號(hào)中提取了193個(gè)原始特征，采用BPSO

6、方法進(jìn)行特征選擇，四種情感的總體識(shí)別率最高達(dá)到86％。四種情感狀態(tài)中，心電信號(hào)和皮電信號(hào)識(shí)別高興的效果較好，分別達(dá)到88％和72％；肌電信號(hào)和呼吸信號(hào)識(shí)別憤怒的效果較好，分別達(dá)到80％和100％1四種生理信號(hào)中，呼吸信號(hào)識(shí)別四種情感的正確率最高，達(dá)到69.86％。 (2)通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)可知：當(dāng)變異維數(shù)為2時(shí)，四種情感的平均識(shí)別率效果最好，由原來(lái)的66％提高到81.35％，用KNN分類(lèi)器，四種生理信號(hào)的平均識(shí)別率最高可達(dá)到82.2％