基于注意力机制的人脸表情识别

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人脸表情识别技术作为情感计算领域中的一条重要分支,在安全驾驶、人机交互等方面有着较好的应用前景,研究人脸表情识别技术对推动人工智能的进一步发展具有重大的意义。现有的人脸表情识别技术主要适用于实验室条件下采集的人脸表情图像,但是在现实生活中采集的人脸表情图像大多会受到人体姿态、光照变化和遮挡等一些因素的干扰,增加了人脸表情识别的难度。本文研究基于注意力机制的人脸表情识别,主要工作内容如下:(1)在人脸表情图像中表情特征往往是集中分布在一些局部区域内,而卷积神经网络是均匀地对人脸表情图像进行特征提取,针对表情特征非均匀分布的问题,提出一种基于空间域注意力机制的人脸表情识别方法,可以自适应地选择人脸表情图像中对人脸表情识别较为重要的显著性特征,并为这些显著性特征赋予相对较高的权重,在RAF-DB和FER2013表情图像库上的实验结果表明,引入空间域注意力机制可以将人脸表情平均识别准确率分别提升约1.1%和1.0%。(2)对人脸表情图像进行卷积运算会得到由一组特征图构成的特征图张量,针对特征图张量存在冗余特征图的问题,提出一种基于通道域注意力机制的人脸表情识别方法,可以强化特征图张量中重要通道上的特征在人脸表情识别任务中所起的作用,在RAF-DB和FER2013表情图像库上的实验结果表明,引入通道域注意力机制可以将平均识别准确率分别提升约1.3%和1.1%。(3)通过将空间域注意力机制和通道域注意力机制相结合,提出一种基于混合域注意力机制的人脸表情识别方法,从空间域和通道域两个方向提取重要的表情特征,在RAF-DB和FER2013表情图像库上的实验结果表明,将空间域注意力机制和通道域注意力机制进行结合,可以将平均识别准确率分别提升约2.1%和1.5%。(4)为有效地利用人脸表情图像中包含的丰富表情特征,提出一种多尺度注意力网络MANet,该网络使用多个不同大小的卷积核来提取不同大小感受野下的多尺度特征,将多尺度特征进行融合后添加注意力机制以便网络模型可以学习到更多重要表情特征,在RAF-DB表情图像库上的实验结果表明,表情识别准确率高达84.3%。(5)设计一款人脸表情识别系统,该系统包含人脸检测模块、表情识别模块,通过对系统用户界面进行合理地布局与设计,以可视化的方式显示人脸表情识别结果。
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