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基于卷积神经网络的静态面部表情识别研究

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第一章绪论

1.1研究背景与意义

1.2研究现状

1.2.1传统方法研究现状

1.2.2深度学习方法研究现状

1.3研究难点

1.4本文主要研究内容和章节安排

第二章面部表情识别关键技术综述

2.1表情识别系统

2.1.1基于手工特征的表情识别方法

2.1.2基于深度学习的表情识别方法

2.2卷积神经网络

2.2.1卷积神经网络的特点

2.2.2卷积神经网络的结构

2.2.3卷积神经网络的训练方法

2.3本章小结

第三章基于人工脸的数据增强方法研究

3.1研究背景

3.1.1数据增强

3.1.2现有技术

3.2基于人工脸的数据增强方法

3.2.1人脸关键点检测

3.2.2人脸对齐

3.2.3颜色矫正

3.2.4特征融合

3.2.5人工脸生成

3.3图像预处理

3.3.1人脸检测

3.3.2灰度化

3.3.3直方图均衡化

3.4实验与结果分析

3.4.1实验准备

3.4.2网络模型搭建

3.4.3融合区域数量K的选取

3.4.4与传统方法对比实验

3.4.5跨数据集实验

3.5本章小结

第四章基于ROI卷积神经网络的表情识别研究

4.1研究背景

4.2基于ROI卷积神经网络的表情识别方法

4.2.1 ROI强化训练方法

4.2.2卷积神经网络模型

4.2.3 ROI决策融合方法

4.3实验与结果分析

4.3.1实验准备

4.3.2网络模型效果评估

4.3.3 ROI强化训练效果评估

4.3.4 ROI决策融合效果评估

4.3.5跨数据集实验

4.4与其它方法对比

4.5本章小结

第五章总结与展望

5.1工作总结

5.2工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

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摘要

表情识别能够赋予计算机感知并理解人类情感的能力,在计算机视觉和人工智能等领域都有着非常重大的研究和应用价值。近年来,深度学习的崛起为各个领域的发展和突破带来了的新机遇,不同于传统手工提取特征的方法,深度学习可以通过大数据自动学习适用于分类的高层语义特征,从而大幅度提高算法模型的准确性和适应度。本文基于卷积神经网络模型(Convolutional Neural Network,CNN)开展表情识别的研究工作,从数据优化和模型改进两方面着手,研究目标在于提高卷积神经网络在面部表情识别上的泛化能力。论文主要工作如下:
  针对目前在面部表情识别领域数据规模不足,导致卷积神经网络模型容易出现过拟合,对随机新数据泛化能力差的问题,本文设计和构建了一种针对公开标准数据集的数据增强机制。传统的基于图像仿射变换的数据增强方法,不仅形式单一而且扩充数据的能力有限。本文提出的人工脸数据增强方法,通过融合不同人脸的特征区域,在当前数据上衍生和构造人工脸,能够有效地对数据集进行扩充,扩充后的CK+数据集能够超过Mnist、Cifar10等图像集的规模,从而赋予模型更好地学习语义特征的能力。
  受人脸活跃区域以及网络融合思想的启发,本文提出了一种改进的基于ROI(Region of interest)兴趣区域的深度学习训练改进方案。以面部表情先验知识为基础,引入ROI强化训练卷积神经网络,将人脸图像划分为若干个兴趣区域作为卷积神经网络的输入,引导卷积神经网络关注与表情变化相关的区域,并挖掘ROI区域的分布式表达特征,有助于增强对原始图像的判别。同时在测试阶段,引入ROI决策融合方法,通过综合卷积神经网络模型在各个ROI区域上的输出,对单个测试样本进行判别,该方法进一步提高了模型的泛化效果。
  本文基于AlexNet和GoogLeNet两种网络模型,在CK+、JAFFE和FER2013人脸表情数据集上,对人工脸数据增强和基于ROI卷积神经网络提升方法进行评估,通过多组对比实验验证了本文所提出研究方法的有效性。

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