第四章 雙模情緒辨識系統演算法
4.2 關鍵性特徵辨識人臉表情
我們是採用 SVM 當分類器，是由多個兩個不同的表情的分類器作分類，
可以看出每組比對的兩種表情在選定的特徵上的不同變化程度。另外，由於 SVM 要分類資料的類別已經決定，屬於監督式學習(Supervised learning)，常會 有如圖 4-3 的情況發生，使用分類的資訊複雜度愈高，像是特徵的維度愈高，
分類器在分類資料時會過於精確，完全適合於訓練資料分佈情形的分類，使 得訓練資料分類錯誤的情形會愈少；然而，對於測試資料卻會造成較高的誤 差[38]。因此在分類上選定 Model 的複雜度愈高，並非測試資料的錯誤率就 愈低。另一方面，將分類的問題從機率的角度來看，通常使用貝氏分類器 (Bayes classifier)來做分類決定，其決策方式如下：
If p(C1|x)> p(C2 |x) then 判定為第一類 (4-10) If p(C2 |x)> p(C1|x) then 判定為第二類 (4-11) 其中 p(⋅)表示機率函式，C1與C2分別表示第一、二類，x表示已知的特徵。
以圖 4-4 為例，根據貝氏分類器可以得到分類的臨界點Thr 與a Thr ，然後靠b
判斷x與Thr 或a Thr 間的大小關係來決定所屬類別。在圖(a)中，由於兩類之b
機率分佈重疊較大，因此其判斷所屬類別之誤差將較大；反之，在圖(b)中，由 於分佈重疊較小，因此其判斷所屬類別之誤差將較小。這結果說明了在分類時，
若能選定兩類的機率函式中是屬於較分開者，那將會使得分類後的誤差較 小。
基於以上兩個理由，根據要比較的兩類表情，挑選出機率函式重疊部份 較小者，也就是肉眼可觀察到變化較明顯的部份作為具代表性的關鍵性特徵 (Key feature)，取代原有的 12 個全特徵(All feature)。如此設計一方面使得兩 類機率函式之間的重疊部分減少提高辨識效果；另一方面亦可以提高辨識的 執行速度。
圖 4-3 訓練和測試資料複雜度與辨識誤差的關係
圖 4-4 資料重疊部分變少
選用表 4-1 的 8 個特徵當作下列 4 組表情比對用的關鍵性特徵，主要是 在於這幾組表情的眉毛眼睛之間的距離變化、眼睛大小與嘴巴的高度變化較 明顯。
表 4-1 第一組關鍵性特徵
1 右眉中心與右眼中心距離 E1 5 右眼上下距離 E5 2 右眉內側與雙眼平行線距離 E2 6 左眼上下距離 E6
3 左眉內側與雙眼平行線距離 E3 7 雙眉內側距離 E7
4 左眉中心與左眼中心距離 E4 8 上下嘴角距離 E11
Thrb Thra
Model Complexity
High Low
Prediction Error
Test Sample
Training Sample
x P(x) P(C1| x) P(C2| x)
x P(x) P(C1| x) P(C2| x)
Surprise vs. Sadness
圖 4-5 驚訝與傷心表情的比較
Sadness vs. Anger
圖 4-6 傷心與生氣表情的比較 Neutral vs. Happiness
圖 4-7 普通與高興表情的比較
1 2 3 4
7
8
5 6
1 2 3 4
8
5 6
7
1 2 3 4
7
8
5 6
1 2 4
3 7
8
5 6
1 2 3 4
7
8
5 6
1 2 3 4
7
8
5 6
Anger vs. Happiness
圖 4-8 生氣與高興表情的比較
選用表 4-2 的 8 個特徵當作下列 1 組表情比對用的關鍵性特徵，除了嘴 巴的變化由高度變化改為左右大小變化，特徵的選取和第一組是相同的，主 要在於強調驚訝和快樂時的嘴形左右寬度不同。
表 4-2 第二組關鍵性特徵
1 右眉中心與右眼中心距離 E1 5 右眼上下距離 E5
2 右眉內側與雙眼平行線距離 E2 6 左眼上下距離 E6 3 左眉內側與雙眼平行線距離 E3 7 雙眉內側距離 E7 4 左眉中心與左眼中心距離 E4 8 左右嘴角距離 E12 Surprise vs. Happiness
圖 4-9 驚訝與高興表情的比較
1 2 4
3 7
8
5 6
1 2 3 4
8
5 6
7
1 2 3 4
7
8
5 6
1 2 3 4
8
5 6
7
選用表 4-3 的 6 個特徵當作下列 2 組表情比對用的關鍵性特徵，主要是 在於眉毛眼睛之間的距離變化與嘴巴的高度變化，像是驚訝通常都會眉毛上 揚，相對於普通情緒狀態來說，這部分就會很明顯；而生氣通常會皺眉頭，
這部分和驚訝的眉毛上揚就有很明顯的差別。
表 4-3 第三組關鍵性特徵
1 右眉中心與右眼中心距離 E1 4 左眉中心與左眼中心距離 E4 2 右眉內側與雙眼平行線距離 E2 5 雙眉內側距離 E7
3 左眉內側與雙眼平行線距離 E3 6 上下嘴角距離 E11
Surprise vs. Neutral
圖 4-10 驚訝與普通表情的比較 Surprise vs. Anger
圖 4-11 驚訝與生氣表情的比較
1 2 3 4
5
6
1 2 3 4
5
6
1 2 3 4
5
6
1 2 4
3 5
6
選用表 4-4 的 7 個特徵當作下列 2 組表情比對用的關鍵性特徵，主要是 在於眉毛眼睛之間的距離變化、眼睛大小與嘴巴的高度變化，像是傷心會使 得眼睛下看，造成眼睛相對上較小，嘴巴也會內縮，和其他情緒狀態相比，
這部分就會很明顯。
表 4-4 第四組關鍵性特徵
1 右眉中心與右眼中心距離 E1 5 右眼上下距離 E5 2 右眉內側與雙眼平行線距離 E2 6 左眼上下距離 E6
3 左眉內側與雙眼平行線距離 E3 7 上下嘴角距離 E11
4 左眉中心與左眼中心距離 E4
Sadness vs. Neutral
圖 4-12 傷心與普通表情的比較 Sadness vs. Happiness
圖 4-13 傷心與高興表情的比較
1 2 3 4
7
5 6
1 2 3 4
7
5 6
1 2 3 4
7
5 6
1 2 3 4
7
5 6
選用表 4-5 的 7 個特徵當作下列 1 組表情比對用的關鍵性特徵，主要是 在於眉毛眼睛之間的距離變化與眼睛大小，像是生氣會皺眉，和普通狀態相 比，這部分就很明顯，而嘴巴的改變不明顯就不採用。
表 4-5 第五組關鍵性特徵
1 右眉中心與右眼中心距離 E1 5 右眼上下距離 E5
2 右眉內側與雙眼平行線距離 E2 6 左眼上下距離 E6 3 左眉內側與雙眼平行線距離 E3 7 雙眉內側距離 E7 4 左眉中心與左眼中心距離 E4
Neutral vs. Anger
圖 4-14 普通與生氣表情的比較