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具有视觉的仿人头像机器人及人类表情识别与再现的研究

作　者: 鹿麟
导　师: 吴伟国
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 仿人头像机器人 视觉 表情识别 表情再现 表情特征点偏移系数
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 265次
引　用: 2次
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内容摘要


机器人技术日新月异,正在朝着人性化、情感化、表情化的方向发展,未来的智能机器人将能够与人类自然、和谐、友好的共存和交流。仿人头像机器人及人工情感的研究涉及机器人学以及人类心理学、行为科学、人像艺术等多门学科,其研究将进一步丰富和发展机器人学,因此本文的研究具有深远的科学意义。本文设计并研制了具有视觉、表情识别与再现功能的仿人头像机器人H&F ROBOT-II系统。该系统由仿人头像机器人H&F ROBOT-II本体、CCD图像采集设备、表情及面部器官控制系统、表情识别软件等部分组成。本文合理地设计了眼球、眼睑、下颚等面部器官的机构及驱动系统,该设计节省了空间;实现了面部器官动作的单片机控制。采用基于知识的方法,设计并编写了表情识别算法程序,实现了人脸检测、表情特征提取和表情分类;通过对5组不同人的基本表情的识别测试,识别率达到80%。以人类的基本表情为参照建立了表情分类器,实现了使用表情特征变量的组合来进行表情分类的功能,能够识别正常、开心、生气、悲伤、惊讶、厌恶6种基本表情。本文还探索性地研究了仿人头像机器人等强度再现人类表情的理论问题,提出了表情特征点偏移量及偏移系数的概念,解决了人类表情到机器人表情的等强度转换问题。利用研制出的仿人头像机器人H&F ROBOT-II系统进行面部器官动作及表情再现实验,结果表明该机器人系统能够识别并再现人类的自然、开心、生气、悲伤、惊讶、厌恶6种人类基本面部表情。本文的研究为进一步的仿人头像机器人高度集成化设计与研究奠定了理论与技术基础。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状与分析  10-14
    1.2.1 仿人机器人的研究现状  10-11
    1.2.2 仿人头像机器人的研究现状  11-12
    1.2.3 面部表情识别的研究  12-14
    1.2.4 分析与总结  14
  1.3 主要研究内容  14-16
第2章 人脸面部表情与头部运动的分析  16-21
  2.1 人脸面部表情分析  16-17
  2.2 头部运动和面部器官运动分析  17-18
  2.3 面部表情研究  18-19
  2.4 仿人头像机器人面部表情的实现方法  19-20
  2.5 本章小结  20-21
第3章 具有视觉的仿人头像机器人系统设计  21-35
  3.1 系统的组成  21
  3.2 CCD图像采集装置  21-22
  3.3 表情识别与表情特征点偏移量  22-23
  3.4 仿人头像机器人H&F ROBOT-II机构设计  23-27
    3.4.1 面部皮肤与面部表情驱动机构  23-24
    3.4.2 面部器官机构及驱动  24-27
  3.5 控制系统设计  27-34
    3.5.1 面部表情控制系统  27-29
    3.5.2 面部器官运动控制系统设计  29-34
  3.6 本章小结  34-35
第4章 表情识别与表情特征点偏移量  35-50
  4.1 人脸面部表情识别概述  35-37
    4.1.1 人脸面部表情识别流程  35-36
    4.1.2 表情识别常用图像处理方法  36-37
  4.2 用于仿人头像机器人系统的人脸面部表情识别  37-42
    4.2.1 用于仿人头像机器人系统表情识别的特点与方法  37
    4.2.2 用于仿人头像机器人系统的表情识别的原理  37-42
  4.3 表情特征点偏移量及偏移系数概念的提取  42-43
  4.4 表情识别软件的开发  43-49
    4.4.1 ImgCX程序的界面  44
    4.4.2 ImgCX的流程图  44-46
    4.4.3 ImgCX表情识别处理结果  46-49
  4.5 本章小结  49-50
第5章 仿人头像机器人系统研制与实验  50-54
  5.1 仿人头像机器人H&F ROBOT-II系统研制  50
  5.2 仿人头像机器人H&F ROBOT-II系统实验  50-53
    5.2.1 H&F ROBOT-II头部器官动作实验  51-52
    5.2.2 H&F ROBOT-II眼球眼睑动作实验  52-53
  5.3 H&F ROBOT-II的表情再现实验  53
  5.4 本章小结  53-54
结论  54-55
参考文献  55-58
攻读学位期间发表的学术论文  58-59
哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明  59
哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书  59-60
哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理  60-61
致谢  61

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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