基于無線信號的情緒識別應用研究

黃勇萍

（廣西民族師范學院 數學與計算機科學學院，廣西 崇左 532200）

人的情緒往往會受到人的感覺、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。通過情緒識別，可以預測他人意愿，促進人與人之間的交流合作，組織和指導人們的行為等。在日常生活中，情緒作用無處不在，比如：在醫療保健方面，存在患者不愿意表達自己或患者存在表達障礙的情況，在這種情況下，醫生可以根據患者的情緒狀態作出相應醫療或護理措施；在產品開發方面，產品開發商可以根據用戶體驗產品過程中的情緒狀態，了解用戶的喜好，從而改善產品功能，設計出更適合用戶需求的產品。因此，情緒分析與識別在認知科學、心理學及神經科學領域上具有非常重要的意義。同時，情感識別已成為計算機科學和人工智能一個新興的技術領域，如果在各種人機交互系統里，系統能識別出人的情緒狀態，人與機器的交互就會變得更加自然和友好。

1 情緒識別技術

常見的情緒識別方法主要分為兩大類：基于非生理信號的識別和基于生理信號的識別[1]。基于非生理信號的情緒識別方法主要包括對面部表情和語音語調的識別，即通過個體面部表情的變化、聲調語速方面的變化來進行判斷。基于非生理信號識別方法的優點是操作簡單，不需要特殊設備。缺點是不能保證情緒識別的可靠性，因為人們可以通過偽裝面部表情和語音語調來掩飾自己的真實情緒，而這種偽裝往往不易被發現。其次，對于患有某些特殊疾病的殘疾人來說，基于非生理信號識別的方法往往難以實現。

生理信號情緒識別即從生理信號中抽取出特征模式來識別情緒。通過生理信號的獲取，在計算機上進行處理分析，根據收集的原始數據與實驗數據相結合，探討哪種情緒起到至關重要的作用。生理信號情緒識別由于只受到機體的客觀因素作用，因此識別率比較準確。生理信號情緒識別又可以分為：需要人體安裝特定儀器和不需要人體安裝儀器兩種。

目前生理信號情緒識別在國內外也逐漸引起了眾多心理學研究者的興趣，但基于生理信號的情緒識別的很多方法需要特定的儀器設備進行測量，如心電圖設備，或需要人們佩戴傳感器，如文獻[2]提出的情緒識別方法，需要人體穿帶腦電測量傳感器節點和脈搏測量傳感節點。然而，麻省理工

大學研發出了一種基于無線信號的情緒識別系統EQ-Radio，該系統通過讓無線信號在接觸一個人的身體后回彈，分析其呼吸和心跳信息，從而識別出憤怒、哀傷、高興、愉悅等情緒，在情緒識別過程中無需受試者穿戴任何檢測設備或身體傳感器。據文獻[3]介紹，EQ-Radio系統架構由以下3部分組成。

第一部分，是系統利用調頻連續波（Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW）無線電發射射頻（Radio Frequency，RF）信號并接收無線電波碰到人體反射的回波信號，并記錄反射時間，根據反射時間，分離從不同物體或人反射回來的信號。

第二部分，是用心跳提取算法分析得到的射頻信號。該算法首先降低呼吸信號的影響，增強心跳信號，然后獲取一系列心跳信號區段，進而提取每次獨立心跳。

第三部分，通過深度學習算法，分析心率與情緒相關的特征。將心跳數據以及從射頻反射所捕獲的呼吸，傳遞到一個情緒分類的子系統中。而該情緒分類的子系統會以心跳數據為主，呼吸數據為輔的原則，利用一個支持向量（Support Vector Machine，SVM）分類器，對數據進行分類，來區分不同的情感狀態。

2 基于無線信號的情緒識別應用

基于面部表情和語音語調等識別情緒的方法需要依賴于視聽設備或語音、面部識別等軟件，通過個體面部表情的變化、聲調語速方面的變化來判斷情緒狀態。因人們可以通過偽裝面部表情和語音語調來掩飾自己的真實情緒，導致通過面部表情和語音語調進行情緒識別的可靠性得不到保證，因此應用不廣。而通過身體傳感器或心電圖監測等設備進行情緒識別的技術，因為個體穿戴設備的不便利性以及設備位置的嚴格性等，導致應用上的局限性。而基于無線信號的情緒識別系統EQ-Radio，借助無線信號收發前后的變化，來檢測基于呼吸和心臟節律而改變的情緒。雖然目前還在開發階段，但經過測試，精確度已經高達87%，對于情緒的辨別要比微軟的情感識別API更加準確，最重要的是，這項技術不再需要人體穿帶任何的傳感器或使用面部識別軟件。因此，未來該技術有望被內置到智能家居、醫療保健、娛樂系統等多種設備上，進一步發揮更大的商業用途。應用前景將十分廣闊。

2.1 在醫療保健方面

醫院急診室可以通過無線情緒識別系統監測等待治療病人的狀態，根據病人的情緒狀態提供及時的醫療幫助。無線情緒識別系統可以幫助人們診斷抑郁癥、焦慮癥、心率失常等疾病；幫助用戶了解自身壓力、焦慮水平，以便調節好生活狀態；幫助人們了解更多關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作。在心理咨詢過程中，來訪者在進行敘述時常會帶有情緒表現，而由于人的本能防御心理，這些表述通常帶有一定掩飾性，這時候使用面部表情或語音語調情緒識別方法將無法準確判斷患者的真實情緒。或者，患者可能會對使用醫療設備（心電圖、腦電圖監測設備等）或佩戴專門的傳感設備進行診療產生抗拒，從而導致咨訪關系僵化，不利于心理問題的解決。而使用EQ-Radio這樣的基于無線信號的情緒識別技術，無需使用醫療設備（心電圖、腦電圖監測儀等）或佩戴專門的傳感設備，而只需要室內放置無線（WiFi，FMCW等）傳輸設備就可以使咨詢師在患者即使不配合的情況下也能識別病人真實的情緒狀態，從而對病人的心理狀態進行分析判斷。而病人也能在比較放松的情況下接受診療，有利于咨訪關系的建立和問題的解決，從而促進診療效果。

基于無線的情緒識別技術未來還將應用于開發機器人心理治療師，電腦、智能手機等將能自動檢測焦慮、抑郁或雙相性精神障礙等病癥，為早期治療提供更多時間。再推而廣之，未來的機器間也能夠利用這種方式進行各種交互。

2.2 娛樂及消費者行為研究方面

基于無線情緒識別在娛樂及消費行業的應用機會也很大。比如，用于電影院，電影制作商可以通過識別觀眾觀看電影時的情緒狀態，及時了解觀眾的反應，進而分析出觀眾對電影的真實評價；廣告投放方面，廣告商通過具有無線功能的通信設備就可以識別客戶情緒狀態，及時收集和了解客戶的反饋；在產品開發方面，產品開發商可以根據用戶體驗產品過程中的情緒狀態，了解用戶的喜好，從而改善產品功能，針對性地設計出更適合用戶需求的產品。

2.3 促進智能家居的發展

商家可以把EQ-Radio應用到智能電視中，從而可以記錄觀眾對廣告和電視節目的反應情況。也可以將其應用到智能家居中心，根據個人情緒來調節音箱和照明設備，或進行緊急情況報警等。也可以通過EQ-Radio來監測孩子的情緒狀態，了解其睡眠模式、進食習慣、身體特征等。

2.4 促進測謊技術在生活中的應用

可以把基于無線情緒識別技術用于測謊技術上。將情緒識別方面的理論意義與實踐數據與科技產品進行智能匹配，進而能將被測者的心理情緒狀態推測出來，并且具有較高的參考價值[4]。例如：在機場、審訊室等重要場合，在被調查者不知情的情況下，對其情緒狀態進行分析判斷。即使嫌疑人在面部表情或語音方面進行掩飾，利用無線信號也可以識別他的真實情緒狀態，從而掌握他的真實心理狀態，促進案件偵破。

基于無線信號情緒識別技術還有其他方面的應用，如在課堂教學當中，教師根據學生的情緒了解課堂教學效果，及時調節教學進度、課堂氛圍，以提高教學效率。而在職場招聘中，考官可以通過情緒識別來發覺應聘者的個人特質，并判斷應聘者是否有能力勝任該工作，有利于最優化的崗位安排。

3 結語

情緒作用無處不在，情緒識別在認知科學、心理學、神經科學、人工智能等領域具有重要研究意義。論文對情緒識別技術分類、優缺點、應用進行了分析。現有的情緒識別方法可以分為基于非生理信號和基于生理信號兩種，基于非生理信號的情緒識別主要通過人的面部表情和語音語調來識別情緒，操作簡單，但不能保證情緒識別的可靠性。基于生理信號的識別方法識別率比較高，基于生理信號的情緒識別的很多方法需要使用或佩戴特定的儀器進行測量，但基于無線信號的情緒識別技術，無需使用醫療設備或專門的傳感設備，所以應用比較廣泛。今后的工作將從如何進一步提高無線信號情緒識別準確率及安全方面進行研究。