瞄一瞄你的下巴，就知道你有没有在难过。
这个温馨的场景对应的不是窝在怀里的小猫咪，而是……
Neck Face，一款用于监控情绪的智能工具。
它被设计成项链及颈带样式，AI 只需要看到使用者的下巴，就可以获取面部表情数据。
这款设备的面部识别原理，不仅打破了必须在正面放置摄像头的局限，而且还能做到在运动过程中持续捕捉表情信息。
智能项链 Neck Face
项链式仪器包含一组 Neck Face，由红外摄像头 OV5647、近红外 LED 和红外带通滤波器组成，佩戴时位于下巴正下方；颈带式仪器包含两组，佩戴时分别位于两侧锁骨位置。
摄像头位置这么靠下，能看到我们的表情吗？
如此低的机位，自然看不到完整的面部表情，只能获得包含下巴部分下半张脸的轮廓图像。
AI 通过对这部分图像的信息提取，以算法推测出完整面部表情。
当我们做面部表情时，面部肌肉会拉伸和收缩，推拉皮肤影响附近面部肌肉的张力，这种效果会导致脸颊轮廓发生变化。
Neck Face 从颈部和下巴下方角度，用红外相机记录面部肌肉运动，以及所引起的面部轮廓变化。
获得脸部轮廓红外图像后，通过卷积神经网络帮助将二维图像轮廓重构为完整信息，并利用计算机视觉和深度学习模型，找到颈部和下巴红外图像与完整面部的联系。
结合 ARKit，从深度相机中提取了 52 个混合形状参数 (blend-shape)，以及头部偏转角度数据，重构出完整的表情。
经过这样的处理过程，能够从下巴角度图像获得完整面部表情。并且可以在佩戴过程中，连续记录表情变化。
为验证这款设备监测结果准不准确，研究人员使用了苹果手机深度相机作对比分析。
测试者被要求在静坐和行走过程做出八种不同的表情，并且包含了上下左右四个方向转动头部的过程。
对比各种情况下手机和可穿戴仪器表情识别的差异，计算所得出的混合形状参数（分值 0-1000）平均绝对误差。
通过对测试结果总结分析，可穿戴表情监测仪器误差在 20-35 之间。且可识别头部转动角度，角度误差在 2-4.5 度。
▲ 左侧为手机摄像头识别处理的结果，右侧为 NeckFace 面部重建的结果。
两种设计相比，颈带式设备性能优于项链式，原因可能在于两侧摄像头能够捕获更多信息。
应用优势
现代人对自身健康越来越重视，不仅是身体机能的健康，心理健康也逐渐得到了更多关注。
以科学的方法对情绪进行监控，可以更好地掌握自身状况，及时做出调整或治疗，避免影响到身体机能。
记录情绪及心理状态建立起数据库，还可以方便个体追踪自身行为，有利于就医等社会活动。
提到大数据，一定会有人担心隐私泄漏的问题，由于 Neck Face 都是从头部下方对面部表情进行检测，而仅仅通过下半张脸无法识别到用户全部面部信息。
另外，Neck Face 是红外成像，对环境不作识别，可以很好地隐藏环境信息。
对 Neck Face 的测试过程中也提到了，设备可以在行走中保持工作，这就大大解放了远程办公或视频会议时对使用者的局限，可以更自由地参与线上讨论。
研究团队
本研究主要由北京大学学生陈拓潮，麦吉尔大学学生 Yaxuan Li 完成，参与单位还有康奈尔大学 SciFi 实验室，康奈尔信息科学学院研究人员等。
康奈尔大学计算机与信息科学学院 Cheng Zhang 教授研发出可穿戴传感器 C-Face。在此基础上，陈拓潮等人做出改进，开发出这款更方便穿戴，性能更好的 Neck Face。
▲ 左侧为使用者佩戴 C-Face，右侧为 3D 模型反馈的面部表情。
参考文献：https://dl.acm.org/doi/10.1145/3463511
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