項(xiàng)目學(xué)習(xí)——人臉表情檢測(cè)與屬性分析
【項(xiàng)目情境】
隨著技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的學(xué)校開(kāi)啟了智慧校園管理模式，將人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于攝像頭監(jiān)控，對(duì)學(xué)生、教職工、及陌生人進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)定位，解決校園安防監(jiān)控、校內(nèi)考勤、學(xué)生自助服務(wù)等場(chǎng)景的需求，打造智能化校園管理，提升校園生活體驗(yàn)和安全性。如圖示校園人臉識(shí)別閘機(jī)系統(tǒng)就是智慧校園管理場(chǎng)景之一。?

【知識(shí)儲(chǔ)備】
生物特征識(shí)別技術(shù)作為重要的智能化身份認(rèn)證技術(shù)，在教育領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。人臉識(shí)別是典型的計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用，該技術(shù)劃分為檢測(cè)定位、面部特征提取以及人臉確認(rèn)三個(gè)過(guò)程。
根據(jù)要求，回答問(wèn)題。
（1）常見(jiàn)的生物特征識(shí)別包括人臉識(shí)別、

ABCE

ABCE

，主要應(yīng)用于考勤、門(mén)鎖、樓宇對(duì)講、支付等場(chǎng)景。（多選）
A.指紋識(shí)別
B.指靜脈識(shí)別
C.聲音識(shí)別
B.光學(xué)字符識(shí)別
E.虹膜識(shí)別
（2）人臉識(shí)別閘機(jī)系統(tǒng)主要由管理軟件和

ABCDE

ABCDE

硬件設(shè)備組成。（多選）
A.通道閘機(jī)
B.紅外感應(yīng)器
C.高清攝像頭及人臉識(shí)別終端
D.通道狀態(tài)指示燈
E.服務(wù)器（控制主機(jī)、管理電腦）
（3）人臉識(shí)別過(guò)程是：①人臉對(duì)比，②人臉檢測(cè)，③開(kāi)閘放行，其正確的順序是

②①③

②①③

。
【項(xiàng)目實(shí)施】探索人臉表情檢測(cè)與屬性分析
人臉檢測(cè)與屬性分析——探索人臉表情識(shí)別技術(shù)
人臉識(shí)別技術(shù)的不斷發(fā)展包括人臉實(shí)名認(rèn)證功能、活體檢測(cè)、人臉檢測(cè)與屬性分析、人臉對(duì)比與人臉?biāo)阉鞯裙δ?。?jù)心理學(xué)家A.Mchnabia的研究表明，通過(guò)人臉表情傳遞的信息能達(dá)到信息總量的55%，因此研究人臉表情變化至關(guān)重要。目前人們對(duì)表情識(shí)別的研究大都是從靜態(tài)圖像或者圖像序列中提取表情特征，然后根據(jù)這些特征信息通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)的分類(lèi)算法把表情歸為某一類(lèi)別以完成分類(lèi)任務(wù)。
（一）明確需要采集的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。
由于輸入圖像的來(lái)源，采集環(huán)境不同等因素，在得到數(shù)據(jù)之后，通常的情況下，人臉表情圖像中往往包含有各種環(huán)境條件的限制和干擾，這樣會(huì)對(duì)圖像的重點(diǎn)部分造成影響，所以要考慮在獲取圖像數(shù)據(jù)之后就要突出圖像中感興趣的特征，而且減弱無(wú)關(guān)的特征信息。根據(jù)要求，回答問(wèn)題。
（4）網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于人臉表情的描述包括文本、視頻、圖像等，這些數(shù)據(jù)種類(lèi)的格式各不相同。表明各種

結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化

結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化

數(shù)據(jù)（選填：結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化）共存于網(wǎng)絡(luò)中。
（5）互聯(lián)網(wǎng)中用于研究人臉表情的數(shù)據(jù)集來(lái)源分散，存儲(chǔ)在互聯(lián)網(wǎng)不同的服務(wù)器與客戶終端且格式有所不同。從大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與計(jì)算的角度來(lái)看，此現(xiàn)象表明大數(shù)據(jù)具有

分布式存儲(chǔ)

分布式存儲(chǔ)

的特征。（選填：價(jià)值密度低、變化速度快、分布式存儲(chǔ)、樣本漸趨于總體）
（6）小組成員使用爬蟲(chóng)程序獲取圖片數(shù)據(jù)并形成人臉表情庫(kù)文件，所采用的數(shù)據(jù)采集方法

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集法

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集法

。（選填：系統(tǒng)日志采集法、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集法、其他數(shù)據(jù)采集方法）
（7）在獲取圖像數(shù)據(jù)之后就要突出圖像中感興趣的特征，減弱無(wú)關(guān)的信息。以下

ABDE

ABDE

信息會(huì)影響圖像中人像的表情分析。（多選）
A.光照
B.陰影
C.黑白照片
D.背景雜斑
E.而部遮擋
（8）為了消除圖像中無(wú)關(guān)的信息，保證得到較清晰的圖像，數(shù)據(jù)分析中

特征探索

特征探索

分析方法的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。（選填：特征探索、關(guān)聯(lián)分析、聚類(lèi)分析、數(shù)據(jù)分類(lèi)）
（二）分析數(shù)據(jù)。
第一步：人臉檢測(cè)及人臉特征點(diǎn)定位。
人臉表情檢測(cè)是要找出圖像中人臉的大概區(qū)域，對(duì)于任意一幅給定的圖像，通過(guò)算法搜索圖像，判斷圖像中是否存在人臉。而人臉特征點(diǎn)定位則是要更加準(zhǔn)確的定位出眼睛、眉毛、鼻子、嘴巴輪廓等一些人臉區(qū)域中的關(guān)鍵部位。根據(jù)要求，回答問(wèn)題。

（9）本次實(shí)驗(yàn)將人臉檢測(cè)轉(zhuǎn)換為一個(gè)圖像分類(lèi)問(wèn)題，需要區(qū)分人物與背景，將人臉從整個(gè)圖像背景（如樹(shù)、天空等）中分離出來(lái)，最終標(biāo)記定位人臉的存在。該算法（圖a）主要使用

選擇

選擇

結(jié)構(gòu)（選填：選擇、順序）對(duì)

人臉和非人臉

人臉和非人臉

（選填：人臉和非人臉、明背景與暗背景）進(jìn)行篩選。
（10）觀察圖b,在進(jìn)行人臉特征點(diǎn)定位時(shí)人臉表情特征點(diǎn)越

多

多

（選填：多、少）檢測(cè)結(jié)果越準(zhǔn)確。?
第二步：表情特征提取。人類(lèi)有著豐富的情感表達(dá)，在未知表情種類(lèi)的前提下，通過(guò)聚類(lèi)分析的數(shù)據(jù)分析方法對(duì)大量表情數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練得到如圖所示的7種表情類(lèi)別。?

第三步：預(yù)測(cè)表情。預(yù)測(cè)的原理是感應(yīng)、判斷、歸納，根據(jù)現(xiàn)有的各類(lèi)表情，進(jìn)行判斷歸類(lèi)，便可預(yù)測(cè)出結(jié)果。
表情分類(lèi)是指通過(guò)設(shè)計(jì)分類(lèi)機(jī)制來(lái)對(duì)表情進(jìn)行分類(lèi)，將表情歸入相應(yīng)的類(lèi)別。根據(jù)要求，回答問(wèn)題。
（11）常用的分類(lèi)方法是按照感情分類(lèi)，根據(jù)現(xiàn)有的表情分類(lèi)準(zhǔn)則通過(guò)

數(shù)據(jù)分類(lèi)

數(shù)據(jù)分類(lèi)

方法對(duì)未知數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。（選填：聚類(lèi)分析、數(shù)據(jù)分類(lèi)、關(guān)聯(lián)分析）
（12）挑選合適的詞語(yǔ)或?qū)?yīng)的字母完善人臉表情識(shí)別系統(tǒng)工作的過(guò)程（如圖）。
選填：A.特征分類(lèi)B.特征提取C.預(yù)處理D.圖像獲取E.識(shí)別表情?
①

D圖像獲取

D圖像獲取

人臉圖像

②

；C預(yù)處理

；C預(yù)處理

→③

B特征提取

B特征提取

→④

A特征分類(lèi)

A特征分類(lèi)

圖像測(cè)試

⑤E
（三）數(shù)據(jù)的可視化。數(shù)據(jù)可視化可以把枯燥乏味的海量數(shù)據(jù)以豐富的視覺(jué)效果呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)所反映的本質(zhì)問(wèn)題，有效提升數(shù)據(jù)分析的效率。如圖所示選用的分組柱形圖將表情分類(lèi)數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)。在以上表情分類(lèi)中，厭惡表情出現(xiàn)的次數(shù)較少。

【項(xiàng)目總結(jié)】人臉檢測(cè)與屬性分析項(xiàng)目流程首先從圖片中提取臉部影像，然后對(duì)臉部的特征點(diǎn)進(jìn)行定位，通過(guò)臉部的特征點(diǎn)進(jìn)行表情識(shí)別，最終得到識(shí)別結(jié)果。
（13）進(jìn)行該項(xiàng)目研究的意義在于

BCD

BCD

。（多選）
A.人臉識(shí)別在數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)方面較簡(jiǎn)單
B.對(duì)人員自動(dòng)人臉識(shí)別，未經(jīng)登記授權(quán)限制進(jìn)入
C.根據(jù)人臉等生物特征智能查詢進(jìn)出記錄
D.打造智能化校園，提升校園生活的安全性