System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种面部表情识别方法及系统技术方案_技高网
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一种面部表情识别方法及系统技术方案

技术编号:40074200 阅读:17 留言:0更新日期:2024-01-17 00:44
本发明专利技术涉及图像处理技术领域,提供了一种面部表情识别方法及系统,包括:获取待识别面部图像;通过训练好的学生网络,识别得到所述待识别面部图像所属的面部表情类;其中,学生网络在教师网络的基础上,通过知识蒸馏训练得到;所述教师网络在训练的过程中,以最小化交叉熵损失和每个样本到其所属的面部表情类的类中心的距离为目标。增加了易混淆面部表情的可分性,提高教师网络和学生网络进行面部表情识别的准确率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图像处理,尤其涉及一种面部表情识别方法及系统


技术介绍

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息,不必然构成在先技术。

2、目前,基于卷积神经网络的面部表情识别的研究仍然存在着一些难点:首先,现有面部表情图像数据集大都规模较小,且额外样本数据难以搜集;其次,由于面部图像中冗余信息的干扰,不同类表情识别时易发生混淆;最后,现有模型对于硬件和算力要求较高,存在难以实际应用等问题。


技术实现思路

1、为了解决上述
技术介绍
中存在的技术问题,本专利技术提供一种面部表情识别方法及系统,教师网络在训练的过程中,在训练的过程中,通过交叉熵损失函数指导类间欧式距离变大;同时,减小样本特征与其对应类中心的欧式距离,最小化类内部的变化;两者共同参与训练,增加了易混淆面部表情的可分性,提高教师网络和学生网络进行面部表情识别的准确率。

2、为了实现上述目的,本专利技术采用如下技术方案:

3、本专利技术的第一个方面提供一种面部表情识别方法,其包括:

4、获取待识别面部图像;

5、通过训练好的学生网络,识别得到所述待识别面部图像所属的面部表情类;

6、其中,学生网络在教师网络的基础上,通过知识蒸馏训练得到;所述教师网络在训练的过程中,以最小化交叉熵损失和每个样本到其所属的面部表情类的类中心的距离为目标。

7、进一步地,所述教师网络的训练采用的损失函数为:

8、l=lcls+λlaf</p>

9、

10、其中,lcls表示交叉熵损失,λ是亲和损失的权重参数,m代表代表样本的数量,代表第i样本所属的面部表情类的类中心,代表类中心之间的标准差,x′i表示第i样本在教师网络的输出特征。

11、进一步地,所述教师网络和学生网络的网络结构不同。

12、进一步地,所述教师网络将面部图像输入预训练好的特征提取器,得到特征图,并通过通道注意力和空间注意力,得到加权后特征图,将特征图和加权后特征图进行相加,得到输出特征,并将输出特征输入全连接层,得到面部图像所属的面部表情类。

13、进一步地,所述特征提取器通过对比学习进行预训练,且所述对比学习采用随机裁剪、水平翻转、改变颜色属性、灰度化和高斯噪音操作中的至少两种操作进行数据增强。

14、进一步地,所述特征提取器的预训练采用的损失函数为:

15、

16、

17、其中,n表示预训练采用的样本数,2k-1和2k为对第k个样本进行数据增强后得到的两张人脸图像,zi表示通过特征提取器对人脸图像i提取的特征,τ代表温度系数。

18、进一步地,所述学生网络采用相对熵损失和交叉熵损失的加权和作为损失函数。

19、本专利技术的第二个方面提供一种面部表情识别系统,其包括:

20、图像获取模块,其被配置为:获取待识别面部图像;

21、表情识别模块,其被配置为:通过训练好的学生网络,识别得到所述待识别面部图像所属的面部表情类;

22、其中,学生网络在教师网络的基础上,通过知识蒸馏训练得到;所述教师网络在训练的过程中,以最小化交叉熵损失和每个样本到其所属的面部表情类的类中心的距离为目标。

23、本专利技术的第三个方面提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现如上述所述的一种面部表情识别方法中的步骤。

24、本专利技术的第四个方面提供一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的一种面部表情识别方法中的步骤。

25、与现有技术相比,本专利技术的有益效果是:

26、本专利技术教师网络在训练的过程中,在训练的过程中,通过交叉熵损失函数指导类间欧式距离变大;同时,减小样本特征与其对应类中心的欧式距离,最小化类内部的变化;两者共同参与训练,增加了易混淆面部表情的可分性,提高教师网络和学生网络进行面部表情识别的准确率。

27、本专利技术教师网络融合空间注意力机制与通道注意力机制,空间注意力机制实现对同一通道下的不同位置特征的聚焦,通道注意力机制完成对不同通道权重系数的调整,从而使教师网络实现对于面部图像中关键特征的自动聚焦,提高教师网络对表情识别准确率。

28、本专利技术采用了归一化温度尺度交叉熵损失函数,对特征提取器进行预训练,分子中只计算正样本对的相似度,负样本相似度计算出现在分母中,所以正样本之间相似度越大,负样本之间相似度越小时,损失函数值越小,此时最小化损失函数便可以增强神经网络区分正负样本对的能力。

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【技术保护点】

1.一种面部表情识别方法,其特征在于,包括:

2.如权利要求1所述的一种面部表情识别方法,其特征在于,所述教师网络的训练采用的损失函数为:

3.如权利要求1所述的一种面部表情识别方法,其特征在于,所述教师网络和学生网络的网络结构不同。

4.如权利要求1所述的一种面部表情识别方法,其特征在于,所述教师网络将面部图像输入预训练好的特征提取器,得到特征图,并通过通道注意力和空间注意力,得到加权后特征图,将特征图和加权后特征图进行相加,得到输出特征,并将输出特征输入全连接层,得到面部图像所属的面部表情类。

5.如权利要求4所述的一种面部表情识别方法,其特征在于,所述特征提取器通过对比学习进行预训练,且所述对比学习采用随机裁剪、水平翻转、改变颜色属性、灰度化和高斯噪音操作中的至少两种操作进行数据增强。

6.如权利要求4所述的一种面部表情识别方法,其特征在于,所述特征提取器的预训练采用的损失函数为:

7.如权利要求1所述的一种面部表情识别方法,其特征在于,所述学生网络采用相对熵损失和交叉熵损失的加权和作为损失函数。>

8.一种面部表情识别系统,其特征在于,包括:

9.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的一种面部表情识别方法中的步骤。

10.一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的一种面部表情识别方法中的步骤。

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【技术特征摘要】

1.一种面部表情识别方法,其特征在于,包括:

2.如权利要求1所述的一种面部表情识别方法,其特征在于,所述教师网络的训练采用的损失函数为:

3.如权利要求1所述的一种面部表情识别方法,其特征在于,所述教师网络和学生网络的网络结构不同。

4.如权利要求1所述的一种面部表情识别方法,其特征在于,所述教师网络将面部图像输入预训练好的特征提取器,得到特征图,并通过通道注意力和空间注意力,得到加权后特征图,将特征图和加权后特征图进行相加,得到输出特征,并将输出特征输入全连接层,得到面部图像所属的面部表情类。

5.如权利要求4所述的一种面部表情识别方法,其特征在于,所述特征提取器通过对比学习进行预训练,且所述对比学习采用随机裁剪、水平翻转、改变颜色属性、灰度化...

【专利技术属性】
技术研发人员:宋勇魏鑫光刘萍萍夏一帆许庆阳袁宪锋庞豹李贻斌
申请(专利权)人:山东大学
类型:发明
国别省市:

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