本發(fā)明涉及情緒分析技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種幼兒情緒獲取方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，社會(huì)問題日漸增多，造成社會(huì)心理方面的若干“缺失”，部分人群所表現(xiàn)出的心理問題也日趨明顯和嚴(yán)重。當(dāng)人的心理出現(xiàn)問題時(shí)，表現(xiàn)較為明顯的即是人的情緒。情緒，是感覺及伴隨感覺而來的想法、生理狀態(tài)以及心理狀態(tài)，同時(shí)也本能的傳遞到肢體及面部，顯現(xiàn)出相應(yīng)的面部特征變化。而消極情緒的累積則會(huì)嚴(yán)重影響人的工作、生活，甚至人有選擇結(jié)束自己的生命。因此現(xiàn)有心理研究中主要針對(duì)人的情緒以及動(dòng)作行為等外在明顯的表現(xiàn)進(jìn)行研究，且更多的傾向于成人，以幫助這類問題人群恢復(fù)健康的心態(tài)。

目前情緒分析的方法主要針對(duì)成人這一群體，沒有專門針對(duì)幼兒情緒變化的分析方法，無法獲取幼兒的情緒，忽略了對(duì)幼兒情緒的教育和管理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種幼兒情緒獲取方法及系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)獲取幼兒的情緒，便于幼兒情緒的管理。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種幼兒情緒獲取方法，包括：

采集幼兒的人臉圖像；

在人臉圖像檢測人臉位置，定位眉毛關(guān)鍵點(diǎn)、人眼關(guān)鍵點(diǎn)和嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)；

依據(jù)眉毛關(guān)鍵點(diǎn)得到眉毛特征，依據(jù)人眼關(guān)鍵點(diǎn)得到人眼特征，依據(jù)嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)得到嘴唇特征；

通過眉毛特征、人眼特征和嘴唇特征確定幼兒的情緒。

優(yōu)選的，在人臉圖像檢測人臉位置，定位眉毛關(guān)鍵點(diǎn)、人眼關(guān)鍵點(diǎn)和嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)，包括：

在人臉圖像檢測人臉位置，在人臉位置中利用跟蹤算法定位眉毛關(guān)鍵點(diǎn)、人眼關(guān)鍵點(diǎn)和嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)。

優(yōu)選的，所述依據(jù)眉毛關(guān)鍵點(diǎn)得到眉毛特征，依據(jù)人眼關(guān)鍵點(diǎn)得到人眼特征，依據(jù)嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)得到嘴唇特征，包括：

利用眉毛關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算左右眉毛的曲率和距離，利用人眼關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算上下眼皮的曲率及內(nèi)外眼角角度，利用嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算上下嘴唇的曲率和嘴角角度。

優(yōu)選的，所述幼兒的情緒包括高興、悲傷、恐懼和憤怒。

本發(fā)明還提供一種幼兒情緒獲取系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)上述方法，包括：

采集模塊，用于采集幼兒的人臉圖像；

定位模塊，用于在人臉圖像檢測人臉位置，定位眉毛關(guān)鍵點(diǎn)、人眼關(guān)鍵點(diǎn)和嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)；

特征模塊，用于依據(jù)眉毛關(guān)鍵點(diǎn)得到眉毛特征，依據(jù)人眼關(guān)鍵點(diǎn)得到人眼特征，依據(jù)嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)得到嘴唇特征；

情緒模塊，用于通過眉毛特征、人眼特征和嘴唇特征確定幼兒的情緒。

優(yōu)選的，所述定位模塊具體用于在人臉圖像檢測人臉位置，在人臉位置中利用跟蹤算法定位眉毛關(guān)鍵點(diǎn)、人眼關(guān)鍵點(diǎn)和嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)。

優(yōu)選的，所述特征模塊具體用于利用眉毛關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算左右眉毛的曲率和距離，利用人眼關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算上下眼皮的曲率及內(nèi)外眼角角度，利用嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算上下嘴唇的曲率和嘴角角度。

優(yōu)選的，所述幼兒的情緒包括高興、悲傷、恐懼和憤怒。

本發(fā)明所提供的一種幼兒情緒獲取方法及系統(tǒng)，采集幼兒的人臉圖像；在人臉圖像檢測人臉位置，定位眉毛關(guān)鍵點(diǎn)、人眼關(guān)鍵點(diǎn)和嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)；依據(jù)眉毛關(guān)鍵點(diǎn)得到眉毛特征，依據(jù)人眼關(guān)鍵點(diǎn)得到人眼特征，依據(jù)嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)得到嘴唇特征；通過眉毛特征、人眼特征和嘴唇特征確定幼兒的情緒。可見，對(duì)眉毛關(guān)鍵點(diǎn)、人眼關(guān)鍵點(diǎn)和嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行定位，依據(jù)這些關(guān)鍵點(diǎn)獲得眉毛特征、人眼特征、嘴唇特征，通過眉毛特征、人眼特征和嘴唇特征來判斷幼兒的情緒，如此實(shí)現(xiàn)獲取幼兒的情緒，便于幼兒情緒的管理。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明所提供的一種幼兒情緒獲取方法的流程圖；

圖2為兒童專注力分析流程圖；

圖3為本發(fā)明所提供的一種幼兒情緒獲取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的核心是提供一種幼兒情緒獲取方法及系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)獲取幼兒的情緒，便于幼兒情緒的管理。

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參考圖1，圖1為本發(fā)明所提供的一種幼兒情緒獲取方法的流程圖，該方法包括：

s11：采集幼兒的人臉圖像；

s12：在人臉圖像檢測人臉位置，定位眉毛關(guān)鍵點(diǎn)、人眼關(guān)鍵點(diǎn)和嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)；

s13：依據(jù)眉毛關(guān)鍵點(diǎn)得到眉毛特征，依據(jù)人眼關(guān)鍵點(diǎn)得到人眼特征，依據(jù)嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)得到嘴唇特征；

s14：通過眉毛特征、人眼特征和嘴唇特征確定幼兒的情緒。

可見，該方法中，對(duì)眉毛關(guān)鍵點(diǎn)、人眼關(guān)鍵點(diǎn)和嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行定位，依據(jù)這些關(guān)鍵點(diǎn)獲得眉毛特征、人眼特征、嘴唇特征，通過眉毛特征、人眼特征和嘴唇特征來判斷幼兒的情緒，如此實(shí)現(xiàn)獲取幼兒的情緒，便于幼兒情緒的管理。

基于上述方法，進(jìn)一步的，步驟s12的過程具體包括：在人臉圖像檢測人臉位置，在人臉位置中利用跟蹤算法定位眉毛關(guān)鍵點(diǎn)、人眼關(guān)鍵點(diǎn)和嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)。

進(jìn)一步的，步驟s13的過程具體包括：利用眉毛關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算左右眉毛的曲率和距離，利用人眼關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算上下眼皮的曲率及內(nèi)外眼角角度，利用嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算上下嘴唇的曲率和嘴角角度。

其中，所述幼兒的情緒包括高興、悲傷、恐懼和憤怒。

詳細(xì)的，幼兒作為學(xué)生中比較特殊的群體，學(xué)習(xí)的過程基本處于一種模仿階段，加之年齡較小，語言表達(dá)能力不發(fā)達(dá)，對(duì)于內(nèi)心的感受，往往不能準(zhǔn)確的表達(dá)出來，而是通過退縮或激烈的情緒表現(xiàn)出來。而這一階段又是幼兒性格行為形成發(fā)展的重要階段。根據(jù)幼兒情緒表現(xiàn)出的明顯、易沖動(dòng)、不穩(wěn)定一系列特點(diǎn)，從幼兒教育開始就對(duì)幼兒的情緒加以關(guān)注、分析和教育，通過一種基于面部跟蹤定位的幼兒情緒變化分析系統(tǒng)，來及時(shí)發(fā)現(xiàn)、了解幼兒的情緒變化，并加以教育和管理，以此幫助幼兒良好的情緒特征，促進(jìn)幼兒身心的健康發(fā)展。本發(fā)明用于輔助教學(xué)，幫助幼兒學(xué)會(huì)管理自己的情緒，促進(jìn)幼兒身心的健康發(fā)展。

圖2為兒童專注力分析流程圖，基于本方法，具體實(shí)施過程如下：

步驟1：攝像頭采集到人臉圖像；

步驟2：數(shù)據(jù)處理中心利用根據(jù)智能座椅的位置算出人臉與攝像頭的空間幾何距離，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)尺度濾波器；

其中，根據(jù)3-6歲兒童的人臉長度l，濾波器的尺度計(jì)算為：

其中，f為攝像頭的焦距，d為攝像頭到幼兒位置的距離；

步驟3：在第一幀圖像到達(dá)時(shí)，導(dǎo)入人臉的特征模板，并利用尺度濾波及級(jí)聯(lián)的方式搜索到人臉在視頻圖像中出現(xiàn)的位置；

步驟4：保存檢測到的人臉位置，并將人臉的整體位置信息作為關(guān)鍵點(diǎn)定位的初始化信息；

步驟5：當(dāng)下一幀圖像到達(dá)，利用相關(guān)濾波完成人臉跟蹤；

步驟6：根據(jù)定位的人臉位置，利用跟蹤算法輔助檢測人臉的位置并定位關(guān)鍵點(diǎn)；

步驟7：利用人臉位置及關(guān)鍵點(diǎn)中的眉毛(左右各五個(gè)關(guān)鍵點(diǎn))計(jì)算其曲率及距離；

步驟8：根據(jù)人眼關(guān)鍵點(diǎn)位置，計(jì)算上下眼皮的曲率及內(nèi)外眼角角度；

步驟9：根據(jù)人嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)位置，計(jì)算上下嘴唇的曲率及嘴角角度；

上述關(guān)于眉毛、人眼和嘴唇的關(guān)鍵點(diǎn)，最少是3個(gè)，一般為5個(gè)，當(dāng)然越多越好。算法將利用ransac的方式，估計(jì)出幼兒學(xué)習(xí)的主要位置信息，算法利用級(jí)聯(lián)算法輔助檢測人臉的位置并定位眉毛，雙眼以及嘴唇的關(guān)鍵點(diǎn)；

其中，算法根據(jù)眉毛、上下眼皮及上下嘴唇的關(guān)鍵點(diǎn)分別完成二次曲線擬合：

其中，py為關(guān)鍵點(diǎn)的圖像縱坐標(biāo)，px為關(guān)鍵點(diǎn)的圖像橫坐標(biāo)，該曲線由最小二乘法完成擬合，二次曲線頂點(diǎn)的曲率就代表對(duì)應(yīng)的眉毛、上下眼皮及上下嘴唇的曲線曲率；

眉毛的距離通過計(jì)算關(guān)鍵點(diǎn)位置的距離得到；

內(nèi)外眼角及嘴角的角度主要由其附近的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算所得，若其三個(gè)點(diǎn)的位置為a(a,b)，b(c,d)，c(e,f)，向量ab＝(c-a,d-b)，向量bc＝(e-c,f-d)則cosabc＝＝(c-a,d-b)*(e-c,f-d)/(c-a,d-b)|*|(e-c,f-d)|；

步驟10：如表1所示綜合以上特征分類幼兒的高興、悲傷、恐懼、害怕四種情緒，表1為幼兒四種情緒的面部特征；

表1

步驟11：為提高算法的魯棒性，算法每十幀判斷一次幼兒的情緒；

步驟12：算法利用人臉關(guān)鍵點(diǎn)在課程中的變化劇烈程度，來完成學(xué)生上課情緒分類。

與現(xiàn)有技術(shù)中不同的地方：由于現(xiàn)有技術(shù)中是利用交流、觀察和主觀的引導(dǎo)、判斷來進(jìn)行情緒變化的研究，主要針對(duì)的是成年人，而本發(fā)明是利用科學(xué)算法進(jìn)行分析，所應(yīng)用的具體課堂，是結(jié)合了老師教學(xué)ppt，同時(shí)結(jié)合書桌攝像頭及后臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心分析算法的利用，使得教學(xué)過程是針對(duì)每一個(gè)幼兒，即實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的視頻采集、檢測、定位和分析。最后通過分析算法得出更合理的、更科學(xué)的情緒變化分析的結(jié)論。本發(fā)明的最終形態(tài)為隨時(shí)隨地為參與幼兒教育的每一個(gè)人提供智能信息化服。本發(fā)明關(guān)于幼兒情緒確定方法應(yīng)用于輔助課堂教學(xué)，幫助幼兒學(xué)會(huì)管理自己的情緒，促進(jìn)幼兒身心的健康發(fā)展。

幼兒通過單次課程的學(xué)習(xí)，本發(fā)明根據(jù)當(dāng)日孩子的學(xué)習(xí)內(nèi)容、課堂表現(xiàn)，進(jìn)行孩子一日數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、總結(jié)，獲取好奇心、專注度、協(xié)作性、敏銳度、創(chuàng)新性等指標(biāo)。根據(jù)這些指標(biāo)利用算法對(duì)幼兒的性格、情緒進(jìn)行科學(xué)的分析和總結(jié)。同時(shí)單次課程數(shù)據(jù)指標(biāo)與同課程他人數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，幫助師及家長更好的了解幼兒的性格特點(diǎn)，以及對(duì)情緒的控制、管理和對(duì)課程的專注度、配合度等方面就某課程或與同齡人的之間的差距。然后根據(jù)單次課程獲取的個(gè)人數(shù)據(jù)指標(biāo)與同批次幼兒的好奇心、專注度、協(xié)作性、敏銳度等指標(biāo)進(jìn)行比較、分析，根據(jù)幼兒的性格特點(diǎn)針對(duì)性的予以輔導(dǎo)，幫助幼兒保持正面、良好的情緒，消除負(fù)面、消極的情緒。從而促進(jìn)幼兒自我發(fā)展和人格的成長。

其中，濾波是將信號(hào)中特定波段頻率濾除的操作，是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。是根據(jù)觀察某一隨機(jī)過程的結(jié)果，對(duì)另一與之有關(guān)的隨機(jī)過程進(jìn)行估計(jì)的概率理論與方法。魯棒性是指控制系統(tǒng)在一定(結(jié)構(gòu)，大小)的參數(shù)攝動(dòng)下，維持其它某些性能的特性，用以表征控制系統(tǒng)對(duì)特性或參數(shù)擾動(dòng)的不敏感性。

請(qǐng)參考圖3，圖3為本發(fā)明所提供的一種幼兒情緒獲取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)上述方法，該系統(tǒng)包括：

采集模塊101，用于采集幼兒的人臉圖像；

定位模塊102，用于在人臉圖像檢測人臉位置，定位眉毛關(guān)鍵點(diǎn)、人眼關(guān)鍵點(diǎn)和嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)；

特征模塊103，用于依據(jù)眉毛關(guān)鍵點(diǎn)得到眉毛特征，依據(jù)人眼關(guān)鍵點(diǎn)得到人眼特征，依據(jù)嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)得到嘴唇特征；

情緒模塊104，用于通過眉毛特征、人眼特征和嘴唇特征確定幼兒的情緒。

可見，該系統(tǒng)中，對(duì)眉毛關(guān)鍵點(diǎn)、人眼關(guān)鍵點(diǎn)和嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行定位，依據(jù)這些關(guān)鍵點(diǎn)獲得眉毛特征、人眼特征、嘴唇特征，通過眉毛特征、人眼特征和嘴唇特征來判斷幼兒的情緒，如此實(shí)現(xiàn)獲取幼兒的情緒，便于幼兒情緒的管理。

基于上述系統(tǒng)，進(jìn)一步的，定位模塊具體用于在人臉圖像檢測人臉位置，在人臉位置中利用跟蹤算法定位眉毛關(guān)鍵點(diǎn)、人眼關(guān)鍵點(diǎn)和嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)。

進(jìn)一步的，特征模塊具體用于利用眉毛關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算左右眉毛的曲率和距離，利用人眼關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算上下眼皮的曲率及內(nèi)外眼角角度，利用嘴唇關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算上下嘴唇的曲率和嘴角角度。

其中，幼兒的情緒包括高興、悲傷、恐懼和憤怒。

進(jìn)一步的，采集模塊為攝像頭，定位模塊、特征模塊和情緒模塊設(shè)置在數(shù)據(jù)處理中心。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對(duì)于實(shí)施例公開的系統(tǒng)而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種幼兒情緒獲取方法及系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。