面部血流活动信号感知与悲伤情绪分析

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情绪是一种复杂的心理现象,由它引起的生理反应被称为生理唤醒,会导致心率、血压等生理信号变化。其中悲伤情绪容易致使人们罹患心血管疾病、认知障碍和心理障碍,伤害人们的心理健康和身体健康。尽管人们亟待检测潜在的悲伤情绪,但目前主流的情绪检测方法存在着诸多不足:以报告问卷为代表的心理测量在很大的程度上依赖于人们对事件的主观反映,受感觉因素的影响大;以脑电信号为代表的生物测量准确度高,但它们需要专业设备的辅助与专业人士的协助,使用不方便。光电容积脉搏波描记法是一种新型的非接触式实时面部血流信号测量方法。该方法通过分析面部视频中入射皮肤并后向散射的光线的成分和强度的变化,得到心率、血压和心率变异性等面部血流信号,再通过分析三种信号十个特征值与心理状态间的映射关系,可以得到被试的情绪状态。基于该方法的原理,本文构建一种新型远程、隐蔽及无接触的心理测量方法,解决了传统心理测量中存在的主观性高、专业性高、使用不方便和不适感等问题。主要工作如下:(1)光电容积脉搏波描记法的心率信号测量方法优化。通过双区域的数据采集、去除伪影影响和多角度面部识别,使优化后的方法能够在面部六自由度运动和遮罩下准确地测量心率。与电子血压计的测量结果相比,准确率达到97%。(2)基于多区域脉搏波相位差的血压测量方法。通过脉搏波在面部子区域传播的相位差推导脉搏波传输时间,根据该时间与血压的线性计算模型,输出收缩压和舒张压的数值,准确率94%。同时基于环形四极法估算平均动脉压,建立平均动脉压与心率的关系式,准确率达到96%,解决了因为血压每分钟输出一次而导致的数据量少等问题。(3)心率变异性的时域与频域特征分析。提取心率变异性的时域特征,并使用不同方法对其频域特征进行插值处理与功率谱分析,得到的结果受噪声影响更小,峰值曲线更加平滑。(4)血流信号与悲伤情绪的关系与判别。采用三种信号十个特征值,构建激活度—愉悦度二维评价标准,使用Aff-Wild2数据集进行仿真实验,证明程序远程无接触判别悲伤情绪方法的可行性,准确率为85%。研究结果表明,可以通过摄像机远程无接触地、连续地拍摄面部视频,分析面部血流信息的变化,构建一套客观的、专业的悲伤情绪评价方法。
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