专利名称：面部表情差异的测量方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及生物信号测量技术领域，更具体地说，是涉及一种面部表情差异的测量方法和装置。
背景技术：
微笑是人类独特的一种微妙动作，是产生频率很高的一种面部表情。在人类进行这一动作时可以起到缓解压力和放松精神作用。经过近代对微笑表情的脑机制的研究成果表明人类大脑的左前额皮层主要司职正性的积极情绪；右前额皮层主要管理负性情绪。当前，对于区别人类面部表情的特征差异，现有技术中采用最为广泛的方法有无损测量人脑化学、电学和磁学特征的方法，基于上述方法主要包括磁共振谱成像(MRS)、正电子断层成像(PET)、脑磁图(MEG)和脑电图(EEG) 等。在利用前三种方法进行面部表情的特征差异进行测量时，识别面部表情的成本较高，即所需要的费用很高，不利于被广泛地使用；而利用费用相对较低的脑电图对面部表情的特征差异进行测量时，需要大约10 120通道的探头，较为复杂，同样不利用于被广泛地使用。因此，当前特别需要一种既保证测量面部表情特征差异的高准确度，同时又利于被广泛使用的测量方法和装置。

发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种面部表情差异的测量方法和装置，以克服现有技术中由于进行测量的设备在测量时较为复杂、并且成本高，从而不利于被广泛使用的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案—种面部表情差异的测量方法，包括确定测试点，所述测试点为左耳和右耳的耳额穴；获取测试的面部表情变化前后所述测试点输出的两组主动近红外透射电压信号；将两组所述主动近红外透射电压信号以李沙育图形方式显示，获取叠加的第一球斑和第二球斑；计算对应所述第一球斑和第二球斑运动的轨迹所包含的第一面积和第二面积；比较所述第一面积和第二面积；当所述第一面积大于第二面积时，所述第一面积对应测试的面部表情为平静表情，所述第二面积对应测试的面部表情为微笑表情；当所述第一面积小于第二面积时，所述第一面积对应测试的面部表情为微笑表情，所述第二面积对应测试的面部表情为平静表情。优选地，所述获取测试的面部表情之前还包括当工作于X-Y工作模式，信号提取电路未上电时，获取处于静止状态的本地球斑。
优选地，所述两组主动近红外透射电压信号中，每组包括两路由测试点左耳和右耳的耳额穴分别输出的主动近红外透射电压信号。优选地，当所述第一面积对应测试的面部表情为平静表情，所述第二面积对应测试的面部表情为微笑表情时，所述第二面积是所述第一面积的0. 95 0. 99倍。优选地，所述主动近红外透射电压信号的波长范围为850纳米 900纳米。优选地，获取所述测试点分别输出的875纳米主动近红外透射电压信号。优选地，包括当所述第一面积对应测试的面部表情为微笑表情时，所述第一面积对应的第一球斑的中心位置以所述本地球斑的中心位置为基点，向右移动L长度；所述第二面积对应测试的面部表情为平静表情时，所述第二面积对应的第二球斑的中心位置以所述本地球斑的中心位置为基点，向右移动M长度；所述M长度大于L长度。优选地，所述M长度的范围为1.02L 1. IOL ；所述L长度的取值范围为3. 0厘米 5.0厘米。一种面部表情差异的测量装置，包括分别设置于测试点左耳和右耳的耳额穴处的左右近红外探头；分别连接所述左右近红外探头的信号提取电路；连接两路所述信号提取电路的示波器，两路所述信号提取电路提取的信号通过所述示波器的X通道和Y通道输入，并在所述示波器上以X-Y工作模式显示。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种面部表情差异的测量方法和装置，仅通过设置于人左右耳的耳额穴的两个近红外探头，在面部表情变化的情况下，通过信号提取电路提取耳额穴对应的脑额区所反映的信号，将提取到的信号通过示波器的X通道和Y通道输入，并在该示波器上以X-Y工作模式显示被叠加成为球斑的李沙育图形，并通过对比面部表情变化前后所对应的球斑运动轨迹所包含面积的差异性，识别面部表情主要是微笑表情和平静表情。本发明仅利用两个近红外线探头对对应脑额区的耳额穴进行测量，并直接比较提取耳额穴信号在示波器上显示李沙育图形叠加成的球斑， 准确率高而且结构简单，并无需外部滤波和考虑噪声的干扰，可以在各种环境中进行测试， 即可以被广泛使用和推广。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本发明实施例公开的一种面部表情差异的测量方法的流程图；图2为本发明实施例公开的另一种面部表情差异的测量方法的流程图；图3为本发明实施例公开的球斑特征识别示意图；图4为本发明实施例公开的一种面部表情差异的测量装置的结构示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。由背景技术可知，现有技术中用于进行面部表情的特征差异的测量时所使用的磁共振谱成像(MRS)、正电子断层成像(PET)和脑磁图(MEG)的成本较高，而基于脑电图 (EEG)的测量则需要大约10 120通道的探头，较为复杂，因而上述成本较高，测试复杂的测量方式都不利于被广泛的使用。因此，本发明公开了一种新型的面部表情特征差异测量方法和装置，在保证测量面部表情特征差异的高准确度，同时保证其结构简单使其利于被广泛使用和推广。本发明所依据的原理为由于脑神经血管耦合存在着高度相关性，具体为人脑神经递质和脑氧合血红蛋白等内源性物质具有生物化学低频振荡(IOmHz SOmHz)特性与非线性时空耦合特点。由分子生物学证明三种主要脑神经递质含量的减少与表情呈现相关性。其中，左前额皮层主要司职正性的积极情绪，右前额皮层主要管理负性情绪。由于脑额区与其对应的耳额穴呈现双向反射关系，其中，约2/3比例是对侧控制。 在本发明中选取耳额穴作为测试点，旨在间接测量人脑额区信息。并且由于耳垂(上部) 富含动脉血氧，通过医学测量得知耳垂部位的血氧饱和度高达97%。在人体组织的近红外低吸收窗口 700nm 900nm(nm，纳米)中，氧合血红蛋白与还原血红蛋白吸收优选的875nm 光波的比率约为2 1。结合考虑氧合血红蛋白与还原血红蛋白输运的反相特点，本发明采用单波长光(优点是远离水峰960nm)对氧合血红蛋白的吸收，提取左右两路耳额穴的氧合血红蛋白近红外透射电压信号，无需经过滤波，分别送给示波器双探头，采用X-Y工作模式显示李沙育图形叠加成的球斑，基于测量时球斑包含的面积随着不同表情的变化对比不同表情间的差异性。具体过程通过以下实施例进行说明。实施例一请参阅附图1，为本发明公开一种面部表情差异的测量方法的流程图，主要包括以下步骤步骤SlOl，确定测试点，所述测试点为左耳和右耳的耳额穴。在步骤SlOl中确定测试点的过程为选穴位的过程，所选穴位分别为左耳和右耳的耳额穴，这两个耳额穴与脑额区对应并呈现双向反射关系。步骤S102，获取测试的面部表情变化前后所述测试点输出的两组主动近红外透射电压信号。在执行步骤S102时，分别测试受试者前后两种不同的表情，并且获取测试点对应两种表情输出的两组主动红外透射电压信号，由于测试点对应的两个耳额穴，即左耳耳额穴和右耳耳额穴，因此，每一组分别包括两路分别由左耳和右耳的耳额穴分别输出的主动近红外透射电压信号。步骤S103，将两组所述主动近红外透射电压信号以李沙育图形方式显示，获取叠加的第一球斑和第二球斑。执行步骤S103，将步骤S102中获取的两组主动近红外透射电压信号，分别以李沙育图形方式在示波器上进行显示，获取叠加的第一球斑和第二球斑，这两个球斑的面积的搏动特征符合人体心脏的搏动规律。步骤S104，计算对应所述第一球斑和第二球斑运动的轨迹所包含的第一面积和第
二面积。执行步骤S104，按照第一球斑和第二球斑的运动轨迹计算其对应包含的第一面积和第二面积，即第一球斑的运动轨迹对应的面积为第一面积，第二球斑的运动轨迹对应的面积为第二面积。步骤S105，判断所述第一面积是否大于第二面积，如果是，则执行步骤S106 ；如果否，则执行步骤S107。步骤S106，确定第一面积对应测试的面部表情为平静表情，第二面积对应测试的面部表情为微笑表情。获取执行步骤S106的条件为所述第一面积大于第二面积。步骤S107，确定第一面积对应测试的面部表情为微笑表情，第二面积对应测试的面部表情为平静表情。获取执行步骤S107的条件为所述第一面积小于第二面积。需要说明的是，上述主动近红外透射电压信号的波长范围为850纳米 900纳米。 较为优选的为获取所述测试点分别输出的875纳米主动近红外透射电压信号。针对步骤S105的不同面部表情的差异判断，是基于人脑神经递质和脑氧合血红蛋白等内源性物质具有生物化学低频振荡(IOmHz SOmHz)特性与非线性时空耦合特点。 在提取信号所显示的球斑中，中性情绪(平静表情)下的球斑运动轨迹所包含的面积比正性的积极情绪(微笑表情)所对应的球斑运动轨迹所包含的面积要大，而且发散，即对应正性的积极情绪的微笑表情的球斑形状比对应中性情绪的平静表情的球斑集中。因而通过上述测量获取的特征差异的对比，可识别微笑表情和平静表情，即可以识别中性情绪和正性的积极情绪。并且直接比较提取耳额穴信号在示波器上显示李沙育图形叠加成的球斑，准确率高而且结构简单，并无需外部滤波和考虑噪声的干扰，可以在各种环境中进行测试，即可以被广泛使用和推广。在上述本发明的基础上，在获取测试的面部表情之前还包括对示波器进行调试， 使其显示无信号输入时，处于静止状态的本地球斑。在此基础上针对先后测试两个不同面部表情的具体过程进行说明。请参阅附图2，主要包括以下步骤步骤S201，初始化，显示无信号输入时，处于静止状态的本地球斑。在执行步骤S201时处于X-Y工作模式下，对信号提取电路不上电，此时无信号输入，在示波器上显示无信号输入时，处于静止状态的本地球斑。步骤S202，确定测试点，所述测试点为左耳和右耳的耳额穴。步骤S203，获取当前测试面部表情时，测试点左右耳的耳额穴所输出的两路主动近红外透射电压信号。步骤S204，将两路所述主动近红外透射电压信号以李沙育图形方式显示，获取叠加的第一球斑。
步骤S205，计算所述第一球斑运动的轨迹所包含的第一面积。步骤S206，获取下一个进行测试的面部表情时，测试点左右耳的耳额穴所输出的两路主动近红外透射电压信号。步骤S207，将两路所述主动近红外透射电压信号以李沙育图形方式显示，获取叠加的第二球斑。步骤S208，计算所述第二球斑运动的轨迹所包含的第二面积。步骤S209，判断所述第一面积是否大于第二面积，如果是，则执行步骤S210 ；如果否，则执行步骤S211。步骤S210，确定第一面积对应测试的面部表情为平静表情，第二面积对应测试的面部表情为微笑表情。步骤S211，确定第一面积对应测试的面部表情为微笑表情，第二面积对应测试的面部表情为平静表情。需要说明的是，请参阅附图3，针对显示的球斑特征识别示意图可知，当第一面积 Sl对应测试的面部表情为微笑表情时，所述第一面积Sl对应的第一球斑A的中心位置以所述本地球斑0的中心位置为基点，向右移动L长度。此时，所述第二面积S2对应测试的面部表情为平静表情时，所述第二面积S2对应的第二球斑B的中心位置以所述本地球斑0的中心位置为基点，向右移动M长度。由图3 可知，该M长度大于L长度具体用公式(1)表示为M = LX [1+ % 10% )](1)即M长度的范围为1. 02L 1. 10L。由图3可知，对应平静表情对应的球斑B比微笑表情对应的球斑A较为发散。面积Sl和S2则为对应球斑的搏动轨迹所包含的范围。针对两个球斑搏动轨迹的面积Sl和S2的比较可知S1 = S2X [1-(1% 5% )]， 即所述第一面积Sl是所述第二面积S2的0. 95 0. 99倍。需要说明的是，针对上述过程，当第一面积对应测试的面部表情为平静表情，第二面积对应测试的面部表情为微笑表情时，此时的第一面积为S2，第二面积为Si。即确定平静表情所对应的球斑比微笑表情的对应的球斑大即可。在上述X-Y工作模式下显示球斑的过程中，示波器上所显示的L的长度的范围为 3. 0 5. 0格，即为3. 0 5. 0厘米；S2的取值范围为0. 8格*0. 8格 1. 5格*1. 5格，即 0.8厘米*0. 8厘米 1.5厘米*1. 5厘米。由此，根据公式(1)，以及Sl和S2的关系，可知 Sl和M的取值范围。上述本发明公开的实施例中详细描述了一种面部表情差异的测量方法，对于本发明的方法可采用多种形式的装置实现，因此本发明还公开了一种面部表情差异的测量装置，下面给出具体的实施例进行详细说明。请参阅附图4，为本发明实施例公开的一种面部表情差异的测量装置的结构示意图，主要包括左、右近红外探头101(图4中的L表示左耳，R表示右耳)、两个信号提取电路102和示波器103。左右近红外探头101设置于测试点左耳和右耳的耳额穴处，用于测试左耳和右耳的耳额穴输出的两路主动近红外透射电压信号。
两个信号提取电路102，分别连接所述左右近红外探头101，将测试获取到的两路主动近红外透射电压信号，通过示波器103的X通道和Y通道输入至与两个信号提取电路 102连接的示波器103中。该示波器103以X-Y工作模式将获取的两路主动近红外透射电压信号以李沙育图形方式显示，获取叠加球斑。通过对对比前后采集到的不同的主动近红外透射电压信号所反映的球斑，即其球斑的运动轨迹所包含面积的差异性，识别面部表情主要是微笑表情和平静表情。综上所述本发明通过利用两个近红外线探头对对应脑额区的耳额穴进行测量，并直接比较提取耳额穴信号在示波器上显示李沙育图形叠加成的球斑，准确率高而且结构简单，并无需外部滤波和考虑噪声的干扰，可以在各种环境中进行测试，即可以被广泛使用和推广。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于可移动磁盘、CD-ROM或者技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种面部表情差异的测量方法，其特征在于，包括 确定测试点，所述测试点为左耳和右耳的耳额穴；获取测试的面部表情变化前后所述测试点输出的两组主动近红外透射电压信号； 将两组所述主动近红外透射电压信号以李沙育图形方式显示，获取叠加的第一球斑和第二球斑；计算对应所述第一球斑和第二球斑运动的轨迹所包含的第一面积和第二面积； 比较所述第一面积和第二面积；当所述第一面积大于第二面积时，所述第一面积对应测试的面部表情为平静表情，所述第二面积对应测试的面部表情为微笑表情；当所述第一面积小于第二面积时，所述第一面积对应测试的面部表情为微笑表情，所述第二面积对应测试的面部表情为平静表情。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取测试的面部表情之前还包括 当工作于X-Y工作模式，信号提取电路未上电时，获取处于静止状态的本地球斑。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述两组主动近红外透射电压信号中，每组包括两路由测试点左耳和右耳的耳额穴分别输出的主动近红外透射电压信号。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述第一面积对应测试的面部表情为平静表情，所述第二面积对应测试的面部表情为微笑表情时，所述第二面积是所述第一面积的0. 95 0. 99倍。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述主动近红外透射电压信号的波长范围为850纳米 900纳米。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，获取所述测试点分别输出的875纳米主动近红外透射电压信号。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，包括当所述第一面积对应测试的面部表情为微笑表情时，所述第一面积对应的第一球斑的中心位置以所述本地球斑的中心位置为基点，向右移动L长度；所述第二面积对应测试的面部表情为平静表情时，所述第二面积对应的第二球斑的中心位置以所述本地球斑的中心位置为基点，向右移动M长度； 所述M长度大于L长度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述M长度的范围为1.02L 1. IOL ；所述L长度的取值范围为3. 0厘米 5. 0厘米。
9.一种面部表情差异的测量装置，其特征在于，包括 分别设置于测试点左耳和右耳的耳额穴处的左右近红外探头； 分别连接所述左右近红外探头的信号提取电路；连接两路所述信号提取电路的示波器，两路所述信号提取电路提取的信号通过所述示波器的X通道和Y通道输入，并在所述示波器上以X-Y工作模式显示。
全文摘要
本发明公开了一种面部表情差异的测量方法和装置，通过设置于人左右耳的耳额穴的两个近红外探头，利用信号提取电路提取耳额穴对应的脑额区所反映的信号，将提取到的信号通过示波器的X通道和Y通道输入，并在该示波器上以X-Y工作模式显示被叠加成为球斑的李沙育图形，并通过对比面部表情变化前后所对应的球斑运动轨迹所包含面积的差异性，识别面部表情。本发明仅利用两个近红外线探头对对应脑额区的耳额穴进行测量，并直接比较提取耳额穴信号在示波器上显示李沙育图形叠加成的球斑，准确率高而且结构简单，并无需外部滤波和考虑噪声的干扰，可以在各种环境中进行测试，即可以被广泛使用和推广。
文档编号A61B5/00GK102389292SQ20111017738
公开日2012年3月28日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者李文石, 李雷 申请人:苏州大学