情感計算

摘 要：文章介紹了情感計算的概念、特點和應(yīng)用。隨著情感計算在各領(lǐng)域應(yīng)用的深入，計算機能夠更好地對人類的情感進行獲取、分類、識別和響應(yīng)，幫助人們理解自己和他人的情感世界。

關(guān)鍵詞：情感計算，情感識別，人機交互

中圖分類號：N04；TP391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-8578（2014）S1-0080-03

Affective Computing

QIAO Yi

Abstract：This paper introduces the concept， characteristics and applications in the field of affective computing. With further use of affective computing in different field， computer can do better in acquisition， classification， identification and response to human emotions， and can help people to understand the emotional world of themselves and others.

Keywords： affective computing， emotional recognition， humancomputer interaction

收稿日期：2014-06-09

作者簡介：喬毅（1980—），男，碩士，國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心光電部審查員，審查領(lǐng)域為人機交互，液晶顯示等。通信方式：qiaoyi@sipo.gov.cn。

一 情感計算的概念

近幾十年來，人機交互技術(shù)發(fā)展勢頭迅猛，但隨著各種智能機器不斷涌現(xiàn)，人們開始注意到計算機是否能夠感知情感的問題。眾所周知，人隨時隨地都會有喜、怒、哀、樂等情感的起伏變化，人在決策或處事時，摻雜太多的情感因素將會導(dǎo)致負(fù)面結(jié)果，而如果喪失了情感能力，理性的決策同樣難以達(dá)到。但沒有情感、無法感知情感的機器是否能見機行事呢？

“情感計算”一詞最早是由美國麻省理工學(xué)院的羅莎琳德·皮卡德（Rosalind W. Picard）教授在1997年出版的Affective Computing一書中提出來的，她把“情感計算”定義為：“與情感有關(guān)、由情感引發(fā)或者能夠影響情感的因素的計算?！盵1]情感計算的研究目的是通過賦予該計算系統(tǒng)識別、理解、表達(dá)和適應(yīng)人的情感的能力，以實現(xiàn)和諧、高效的人機交互，使計算機具有更高、更全面的智能[2]。

二 情感計算的技術(shù)特點

從情感計算的概念可以看出，情感計算涵蓋的內(nèi)容非常廣泛，幾乎所有和情感相關(guān)的研究都可以劃歸到這個領(lǐng)域。情感識別作為情感計算中最核心、最重要的研究內(nèi)容，按照具體研究對象的不同可以分為面部表情情感識別、人體姿態(tài)情感識別、語音語調(diào)情感識別、語義情感識別和生理信號情感識別等方面。其中，生理信號包括脈搏、呼吸頻率，心跳次數(shù)、肌電、腦電、皮膚電等。生理信號會隨著人們情感的不同而發(fā)生變化。例如，人在緊張時會心跳加速，在驚訝、感興趣時瞳孔會變大，而生氣時的咬牙切齒會導(dǎo)致肌電達(dá)到峰值。

為了對人的情感進行評估，首先需要對情感進行分類。通常，可將人類的情感分為基本情感和復(fù)合情感?；厩楦邪ǜ吲d、厭惡、驚奇、憤怒、悲傷、恐懼六種[3]?；厩楦惺翘焐?，不同的情感在內(nèi)在的生理機制和外觀表現(xiàn)上都存在差異。復(fù)合情感則是這六種情感的衍生和復(fù)合。將人類復(fù)雜的情感進行準(zhǔn)確、精細(xì)地分類，并了解各種不同的情感表現(xiàn)在外觀和生理信息上的差異，將有助于計算機對人類情感的識別。

簡單的情感計算可以通過單一的指標(biāo)進行情感判斷，如面部表情或語音語調(diào)等。面部表情是人們鑒別情感的主要標(biāo)志之一。人在喜、怒、哀、樂時的面部特征是不同的，甚至在真笑和假笑時的面部特征都會有所區(qū)分。在該類計算中，首先采集大量人處于不同情感，如高興、厭惡、驚奇、憤怒、悲傷、恐懼時的表情或語音語調(diào)作為樣本，并送入模式分類器進行訓(xùn)練，對于不同的情感數(shù)據(jù)可以采用不同的數(shù)學(xué)模型建模。訓(xùn)練完成的分類器即可對人們的表情或語音語調(diào)進行分類識別。因此，從本質(zhì)上來說，情感識別的過程實際上是一個模式識別的過程。

復(fù)雜的情感計算則可以建立一個多模式情感感知系統(tǒng)，依據(jù)表情、語音語調(diào)、腦電、肌電、呼吸頻率等在內(nèi)的多項指標(biāo)綜合評估人們的情感。由于不同的情感指標(biāo)在很大程度上是互補的，所以在決策時利用多種情感指標(biāo)建立的多模式系統(tǒng)進行融合就可以獲得更好的識別效果。由于生物電信號通常都非常微弱，因此，對生物電信號的采集需要采用特制的傳感器實現(xiàn)[4]。

三 情感計算的應(yīng)用現(xiàn)狀

情感計算在教學(xué)、智能可穿戴系統(tǒng)、智能駕駛、健康監(jiān)控等多個領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。

1.在智能可穿戴系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著可穿戴設(shè)備的發(fā)展，其越來越多的功能為情感計算提供了基礎(chǔ)。例如，通過智能眼鏡可獲取使用者的面部特征，通過智能手環(huán)或手表可獲取用戶的心率、血壓等參數(shù)。獲取了這些數(shù)據(jù)后，就可以很方便地進行情感計算。在一款能夠監(jiān)控用戶是否對瀏覽的內(nèi)容感興趣的智能眼鏡中，通過在智能眼鏡上設(shè)置多個傳感器可以監(jiān)測人的情緒狀態(tài)：在嘴邊設(shè)置熱傳感器可以監(jiān)測使用者的呼吸頻率，在眼鏡附近設(shè)置攝像頭可以觀察使用者瞳孔大小的變化，在臉部皮膚附近設(shè)置皮膚傳感器可以監(jiān)測使用者的出汗情況。當(dāng)使用者佩戴該智能眼鏡瀏覽網(wǎng)頁或觀看廣告時，綜合分析使用者對瀏覽的網(wǎng)頁或廣告的反應(yīng)，或是呼吸急促，或是出汗增加，或是瞳孔放大，即可判斷出使用者對當(dāng)前觀看的內(nèi)容是否感興趣。

2.在智能駕駛中的應(yīng)用

情感因素在汽車駕駛時發(fā)揮著重要的作用。駕駛員在駕駛過程中由于交通狀況的變化或者自身原因出現(xiàn)如焦急、煩躁、攻擊性傾向、悲傷、緊張、疲勞等情感狀態(tài)時，容易導(dǎo)致車禍的發(fā)生。而智能駕駛系統(tǒng)可以通過采集駕駛員的面部表情、語音、姿勢、生理參數(shù)等多項情感信息，對駕駛員的情感狀態(tài)進行評估，并及時提醒駕駛員由于負(fù)面情緒的出現(xiàn)導(dǎo)致潛在的安全隱患或者直接操控汽車進入自動駕駛模式，以避免交通事故的發(fā)生[5]。

3.在Elearning中的應(yīng)用

在以因特網(wǎng)為媒介的遠(yuǎn)程虛擬教學(xué)活動，即Elearning系統(tǒng)中，配備情感計算系統(tǒng)能夠使教師隨時了解學(xué)生對授課內(nèi)容的掌握程度以及出現(xiàn)的負(fù)面情緒。在該系統(tǒng)中，教師可借助圖像采集裝置對學(xué)生的面部特征、姿態(tài)進行掃描，同時通過多個生物傳感器，如設(shè)置在鼠標(biāo)上的多個生物傳感器，采集學(xué)生上課時生理參數(shù)的變化，就能實時了解學(xué)生的注意力是否集中、是否對授課內(nèi)容存在疑問以及是否出現(xiàn)負(fù)面情緒等。

四 結(jié) 語

綜上所述，情感計算是一門新興的技術(shù)，在人機交互領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。通過計算機科學(xué)與心理學(xué)、行為科學(xué)等多學(xué)科的結(jié)合，研究人與計算機交互過程中的情感特點，設(shè)計具有情感反饋的人機交互環(huán)境，最終能夠使得計算機具備理解人的情感并做出適當(dāng)反應(yīng)的能力。

參考文獻

[1] Picard R W. Affective computing[M]. Cambridge， MA： the MIT Press，1997.

[2] 張迎輝，林學(xué)照.情感可以計算—情感計算綜述[J].計算機科學(xué).2008，35（5）：5-8.

[3] Ekman P， Friesen W V. Unmasking the Face[M]. New Jersey： Prentice Hall， 1975.

[4] Fletcher R R， Dobson K， Goodwin M S， et al. iCalm： Wearable sensor and network architecture for wirelessly communicating and logging autonomic activity[J]. IEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine， vol.14， no.2， March 2010： 215-223.

[5] Eyben F， Wllmer M， Poitschke T， et al. Emotion on the road—necessity， acceptance， and feasibility of affective computing in the car[J]. Advances in humancomputer interaction， 2010：Article ID 263593.