基于無線信號(hào)的情緒識(shí)別應(yīng)用研究

黃勇萍

（廣西民族師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，廣西 崇左 532200）

人的情緒往往會(huì)受到人的感覺、思想變化或外界刺激的影響，因此，情緒在某種程度上可以反映人類心理情感變化或生理變化。通過情緒識(shí)別，可以預(yù)測他人意愿，促進(jìn)人與人之間的交流合作，組織和指導(dǎo)人們的行為等。在日常生活中，情緒作用無處不在，比如：在醫(yī)療保健方面，存在患者不愿意表達(dá)自己或患者存在表達(dá)障礙的情況，在這種情況下，醫(yī)生可以根據(jù)患者的情緒狀態(tài)作出相應(yīng)醫(yī)療或護(hù)理措施；在產(chǎn)品開發(fā)方面，產(chǎn)品開發(fā)商可以根據(jù)用戶體驗(yàn)產(chǎn)品過程中的情緒狀態(tài)，了解用戶的喜好，從而改善產(chǎn)品功能，設(shè)計(jì)出更適合用戶需求的產(chǎn)品。因此，情緒分析與識(shí)別在認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)及神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域上具有非常重要的意義。同時(shí)，情感識(shí)別已成為計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能一個(gè)新興的技術(shù)領(lǐng)域，如果在各種人機(jī)交互系統(tǒng)里，系統(tǒng)能識(shí)別出人的情緒狀態(tài)，人與機(jī)器的交互就會(huì)變得更加自然和友好。

1 情緒識(shí)別技術(shù)

常見的情緒識(shí)別方法主要分為兩大類：基于非生理信號(hào)的識(shí)別和基于生理信號(hào)的識(shí)別[1]。基于非生理信號(hào)的情緒識(shí)別方法主要包括對面部表情和語音語調(diào)的識(shí)別，即通過個(gè)體面部表情的變化、聲調(diào)語速方面的變化來進(jìn)行判斷?；诜巧硇盘?hào)識(shí)別方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，不需要特殊設(shè)備。缺點(diǎn)是不能保證情緒識(shí)別的可靠性，因?yàn)槿藗兛梢酝ㄟ^偽裝面部表情和語音語調(diào)來掩飾自己的真實(shí)情緒，而這種偽裝往往不易被發(fā)現(xiàn)。其次，對于患有某些特殊疾病的殘疾人來說，基于非生理信號(hào)識(shí)別的方法往往難以實(shí)現(xiàn)。

生理信號(hào)情緒識(shí)別即從生理信號(hào)中抽取出特征模式來識(shí)別情緒。通過生理信號(hào)的獲取，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行處理分析，根據(jù)收集的原始數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，探討哪種情緒起到至關(guān)重要的作用。生理信號(hào)情緒識(shí)別由于只受到機(jī)體的客觀因素作用，因此識(shí)別率比較準(zhǔn)確。生理信號(hào)情緒識(shí)別又可以分為：需要人體安裝特定儀器和不需要人體安裝儀器兩種。

目前生理信號(hào)情緒識(shí)別在國內(nèi)外也逐漸引起了眾多心理學(xué)研究者的興趣，但基于生理信號(hào)的情緒識(shí)別的很多方法需要特定的儀器設(shè)備進(jìn)行測量，如心電圖設(shè)備，或需要人們佩戴傳感器，如文獻(xiàn)[2]提出的情緒識(shí)別方法，需要人體穿帶腦電測量傳感器節(jié)點(diǎn)和脈搏測量傳感節(jié)點(diǎn)。然而，麻省理工

大學(xué)研發(fā)出了一種基于無線信號(hào)的情緒識(shí)別系統(tǒng)EQ-Radio，該系統(tǒng)通過讓無線信號(hào)在接觸一個(gè)人的身體后回彈，分析其呼吸和心跳信息，從而識(shí)別出憤怒、哀傷、高興、愉悅等情緒，在情緒識(shí)別過程中無需受試者穿戴任何檢測設(shè)備或身體傳感器。據(jù)文獻(xiàn)[3]介紹，EQ-Radio系統(tǒng)架構(gòu)由以下3部分組成。

第一部分，是系統(tǒng)利用調(diào)頻連續(xù)波（Frequency Modulated Continuous Wave，F(xiàn)MCW）無線電發(fā)射射頻（Radio Frequency，RF）信號(hào)并接收無線電波碰到人體反射的回波信號(hào)，并記錄反射時(shí)間，根據(jù)反射時(shí)間，分離從不同物體或人反射回來的信號(hào)。

第二部分，是用心跳提取算法分析得到的射頻信號(hào)。該算法首先降低呼吸信號(hào)的影響，增強(qiáng)心跳信號(hào)，然后獲取一系列心跳信號(hào)區(qū)段，進(jìn)而提取每次獨(dú)立心跳。

第三部分，通過深度學(xué)習(xí)算法，分析心率與情緒相關(guān)的特征。將心跳數(shù)據(jù)以及從射頻反射所捕獲的呼吸，傳遞到一個(gè)情緒分類的子系統(tǒng)中。而該情緒分類的子系統(tǒng)會(huì)以心跳數(shù)據(jù)為主，呼吸數(shù)據(jù)為輔的原則，利用一個(gè)支持向量（Support Vector Machine，SVM）分類器，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，來區(qū)分不同的情感狀態(tài)。

2 基于無線信號(hào)的情緒識(shí)別應(yīng)用

基于面部表情和語音語調(diào)等識(shí)別情緒的方法需要依賴于視聽設(shè)備或語音、面部識(shí)別等軟件，通過個(gè)體面部表情的變化、聲調(diào)語速方面的變化來判斷情緒狀態(tài)。因人們可以通過偽裝面部表情和語音語調(diào)來掩飾自己的真實(shí)情緒，導(dǎo)致通過面部表情和語音語調(diào)進(jìn)行情緒識(shí)別的可靠性得不到保證，因此應(yīng)用不廣。而通過身體傳感器或心電圖監(jiān)測等設(shè)備進(jìn)行情緒識(shí)別的技術(shù)，因?yàn)閭€(gè)體穿戴設(shè)備的不便利性以及設(shè)備位置的嚴(yán)格性等，導(dǎo)致應(yīng)用上的局限性。而基于無線信號(hào)的情緒識(shí)別系統(tǒng)EQ-Radio，借助無線信號(hào)收發(fā)前后的變化，來檢測基于呼吸和心臟節(jié)律而改變的情緒。雖然目前還在開發(fā)階段，但經(jīng)過測試，精確度已經(jīng)高達(dá)87%，對于情緒的辨別要比微軟的情感識(shí)別API更加準(zhǔn)確，最重要的是，這項(xiàng)技術(shù)不再需要人體穿帶任何的傳感器或使用面部識(shí)別軟件。因此，未來該技術(shù)有望被內(nèi)置到智能家居、醫(yī)療保健、娛樂系統(tǒng)等多種設(shè)備上，進(jìn)一步發(fā)揮更大的商業(yè)用途。應(yīng)用前景將十分廣闊。

2.1 在醫(yī)療保健方面

醫(yī)院急診室可以通過無線情緒識(shí)別系統(tǒng)監(jiān)測等待治療病人的狀態(tài)，根據(jù)病人的情緒狀態(tài)提供及時(shí)的醫(yī)療幫助。無線情緒識(shí)別系統(tǒng)可以幫助人們診斷抑郁癥、焦慮癥、心率失常等疾??；幫助用戶了解自身壓力、焦慮水平，以便調(diào)節(jié)好生活狀態(tài)；幫助人們了解更多關(guān)于阿爾茨海默病所引起的睡眠變化，以及如失眠和睡眠呼吸暫停等睡眠障礙；甚至還能更好地檢測睡眠中的癲癇發(fā)作。在心理咨詢過程中，來訪者在進(jìn)行敘述時(shí)常會(huì)帶有情緒表現(xiàn)，而由于人的本能防御心理，這些表述通常帶有一定掩飾性，這時(shí)候使用面部表情或語音語調(diào)情緒識(shí)別方法將無法準(zhǔn)確判斷患者的真實(shí)情緒?；蛘?，患者可能會(huì)對使用醫(yī)療設(shè)備（心電圖、腦電圖監(jiān)測設(shè)備等）或佩戴專門的傳感設(shè)備進(jìn)行診療產(chǎn)生抗拒，從而導(dǎo)致咨訪關(guān)系僵化，不利于心理問題的解決。而使用EQ-Radio這樣的基于無線信號(hào)的情緒識(shí)別技術(shù)，無需使用醫(yī)療設(shè)備（心電圖、腦電圖監(jiān)測儀等）或佩戴專門的傳感設(shè)備，而只需要室內(nèi)放置無線（WiFi，F(xiàn)MCW等）傳輸設(shè)備就可以使咨詢師在患者即使不配合的情況下也能識(shí)別病人真實(shí)的情緒狀態(tài)，從而對病人的心理狀態(tài)進(jìn)行分析判斷。而病人也能在比較放松的情況下接受診療，有利于咨訪關(guān)系的建立和問題的解決，從而促進(jìn)診療效果。

基于無線的情緒識(shí)別技術(shù)未來還將應(yīng)用于開發(fā)機(jī)器人心理治療師，電腦、智能手機(jī)等將能自動(dòng)檢測焦慮、抑郁或雙相性精神障礙等病癥，為早期治療提供更多時(shí)間。再推而廣之，未來的機(jī)器間也能夠利用這種方式進(jìn)行各種交互。

2.2 娛樂及消費(fèi)者行為研究方面

基于無線情緒識(shí)別在娛樂及消費(fèi)行業(yè)的應(yīng)用機(jī)會(huì)也很大。比如，用于電影院，電影制作商可以通過識(shí)別觀眾觀看電影時(shí)的情緒狀態(tài)，及時(shí)了解觀眾的反應(yīng)，進(jìn)而分析出觀眾對電影的真實(shí)評價(jià)；廣告投放方面，廣告商通過具有無線功能的通信設(shè)備就可以識(shí)別客戶情緒狀態(tài)，及時(shí)收集和了解客戶的反饋；在產(chǎn)品開發(fā)方面，產(chǎn)品開發(fā)商可以根據(jù)用戶體驗(yàn)產(chǎn)品過程中的情緒狀態(tài)，了解用戶的喜好，從而改善產(chǎn)品功能，針對性地設(shè)計(jì)出更適合用戶需求的產(chǎn)品。

2.3 促進(jìn)智能家居的發(fā)展

商家可以把EQ-Radio應(yīng)用到智能電視中，從而可以記錄觀眾對廣告和電視節(jié)目的反應(yīng)情況。也可以將其應(yīng)用到智能家居中心，根據(jù)個(gè)人情緒來調(diào)節(jié)音箱和照明設(shè)備，或進(jìn)行緊急情況報(bào)警等。也可以通過EQ-Radio來監(jiān)測孩子的情緒狀態(tài)，了解其睡眠模式、進(jìn)食習(xí)慣、身體特征等。

2.4 促進(jìn)測謊技術(shù)在生活中的應(yīng)用

可以把基于無線情緒識(shí)別技術(shù)用于測謊技術(shù)上。將情緒識(shí)別方面的理論意義與實(shí)踐數(shù)據(jù)與科技產(chǎn)品進(jìn)行智能匹配，進(jìn)而能將被測者的心理情緒狀態(tài)推測出來，并且具有較高的參考價(jià)值[4]。例如：在機(jī)場、審訊室等重要場合，在被調(diào)查者不知情的情況下，對其情緒狀態(tài)進(jìn)行分析判斷。即使嫌疑人在面部表情或語音方面進(jìn)行掩飾，利用無線信號(hào)也可以識(shí)別他的真實(shí)情緒狀態(tài)，從而掌握他的真實(shí)心理狀態(tài)，促進(jìn)案件偵破。

基于無線信號(hào)情緒識(shí)別技術(shù)還有其他方面的應(yīng)用，如在課堂教學(xué)當(dāng)中，教師根據(jù)學(xué)生的情緒了解課堂教學(xué)效果，及時(shí)調(diào)節(jié)教學(xué)進(jìn)度、課堂氛圍，以提高教學(xué)效率。而在職場招聘中，考官可以通過情緒識(shí)別來發(fā)覺應(yīng)聘者的個(gè)人特質(zhì)，并判斷應(yīng)聘者是否有能力勝任該工作，有利于最優(yōu)化的崗位安排。

3 結(jié)語

情緒作用無處不在，情緒識(shí)別在認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、人工智能等領(lǐng)域具有重要研究意義。論文對情緒識(shí)別技術(shù)分類、優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用進(jìn)行了分析。現(xiàn)有的情緒識(shí)別方法可以分為基于非生理信號(hào)和基于生理信號(hào)兩種，基于非生理信號(hào)的情緒識(shí)別主要通過人的面部表情和語音語調(diào)來識(shí)別情緒，操作簡單，但不能保證情緒識(shí)別的可靠性?；谏硇盘?hào)的識(shí)別方法識(shí)別率比較高，基于生理信號(hào)的情緒識(shí)別的很多方法需要使用或佩戴特定的儀器進(jìn)行測量，但基于無線信號(hào)的情緒識(shí)別技術(shù)，無需使用醫(yī)療設(shè)備或?qū)ｉT的傳感設(shè)備，所以應(yīng)用比較廣泛。今后的工作將從如何進(jìn)一步提高無線信號(hào)情緒識(shí)別準(zhǔn)確率及安全方面進(jìn)行研究。