基于禁忌搜索算法的肌電信號情感狀態(tài)識別研究.pdf

1、要讓計算機能與人進行情感交流,獲取與識別情感信號時基礎(chǔ)也非常重要,本文側(cè)重于研究這兩項。情感信號的獲取主要是采用外界刺激,然后采集人情感變化的信號。情感識別包括肢體情感識別、面部情感識別、語音識別、生理信號識別等。情感識別的一個重要研究領(lǐng)域是生理信號,生理信號不容易受主觀意識的控制,從而能較真實客觀的反應(yīng)出人的情感狀態(tài)和變化。采用生理信號進行情感識別然后建立情感識別模型,通過該模型能使計算機具有人的識別、生成情感特征的能力,能實現(xiàn)人機交

2、流。
　　 經(jīng)前人的研究發(fā)現(xiàn),采用生理信號中的肌電(EMG)信號、心電(ECG)信號、脈搏(PVP)信號、呼吸信號(RSP)和皮膚電(GSR)信號進行情感識別是可行的。而某些不同的情感伴有不同的肌肉收縮,從而肌電信號可以進行情感識別。文中對高興(joy)、悲傷(grief)、驚奇(surprise)、憤怒(angry)、恐懼(fear)和厭惡(disgust)進行情感識別。本文進行情感識別過程包括:
　　 (1)利用電影

3、片段激發(fā)被試的情感后,采用美國公司提供的數(shù)據(jù)采集多導(dǎo)生理記錄儀BIOPACMP150和兩臺PC機進行肌電信號高興、悲傷、驚奇、憤怒、恐懼和厭惡六種情感的數(shù)據(jù)采集,并且根據(jù)被試填寫的問卷和對數(shù)據(jù)的分析,去除畸形和無效的數(shù)據(jù)并建立原始數(shù)據(jù)庫。
　　 (2)情感肌電信號特征集的獲取:首先選定根據(jù)被試問卷填寫和主試的記錄選取有效激發(fā)的情感肌電信號,進行下采樣和數(shù)據(jù)的歸一化處理,然后針對肌電信號的特點,用小波變換的方法對肌電信號進行消躁處

4、理,最后提取出126種信息特征(包括時域統(tǒng)計特征,小波重構(gòu)系數(shù)統(tǒng)計特征)形成情感肌電信號的原始特征集。
　　 (3)由于原始特征維數(shù)過多,對情感計算識別模型建立帶來了“維數(shù)災(zāi)難”,并且其中含有大量的冗余和相關(guān)特征,這些特征對情感識別模型的建立沒有貢獻,為了得到有效的特征建立情感識別模型,需要進行特征選擇。特征選擇是一個NP難問題,如果采用窮舉法,那么時間復(fù)雜度會很大,計算速度較慢,所以必須找到一個計算速度較快、容易被廣泛應(yīng)用的算

5、法進行該組合優(yōu)化問題。文中采用的特征選擇算法是兩階段算法:第一階段,采用相關(guān)性分析方法去除原始特征集中的高相關(guān)度特征,實現(xiàn)原始特征集得降維;第二階段,采用智能優(yōu)化算法中的禁忌搜索算法,禁忌搜索算法具有很好的爬山能力和較好的平衡集中和分散搜索能力,被廣泛應(yīng)用于組合優(yōu)化、模糊調(diào)度、背包和數(shù)據(jù)挖掘等問題中,并將這些問題很好的解決。但是基本的禁忌搜索算法存在對初始解和領(lǐng)域結(jié)構(gòu)有很大的依賴性,所以本文提出一改進的禁忌搜索算法,利用改進的禁忌搜索算

6、法選出最能代表肌電信號情感反應(yīng)的特征子集,用Fisher分類器對高興、驚奇、厭惡、悲傷、憤怒和恐懼六種情感進行分類。
　　 實驗結(jié)果表明:
　　 (1)采用改進的禁忌搜索算法克服了基本禁忌搜索算法對初始解和領(lǐng)域結(jié)構(gòu)的依賴性,并將其與Fisher分類器結(jié)合得到的特征子集維數(shù)降低,而且識別率升高,說明改進的禁忌搜索算法運用于肌電信號的特征子集選擇是可行的。
　　 (2)將改進的禁忌搜索算法運用于相關(guān)性分析去除高度相關(guān)