專利名稱：面部表情差異的測量方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及生物信號測量技術領域，更具體地說，是涉及一種面部表情差異的測量方法和裝置。
背景技術：
微笑是人類獨特的一種微妙動作，是產生頻率很高的一種面部表情。在人類進行這一動作時可以起到緩解壓力和放松精神作用。經過近代對微笑表情的腦機制的研究成果表明人類大腦的左前額皮層主要司職正性的積極情緒；右前額皮層主要管理負性情緒。當前，對于區別人類面部表情的特征差異，現有技術中采用最為廣泛的方法有無損測量人腦化學、電學和磁學特征的方法，基于上述方法主要包括磁共振譜成像(MRS)、正電子斷層成像(PET)、腦磁圖(MEG)和腦電圖(EEG) 等。在利用前三種方法進行面部表情的特征差異進行測量時，識別面部表情的成本較高，即所需要的費用很高，不利于被廣泛地使用；而利用費用相對較低的腦電圖對面部表情的特征差異進行測量時，需要大約10 120通道的探頭，較為復雜，同樣不利用于被廣泛地使用。因此，當前特別需要一種既保證測量面部表情特征差異的高準確度，同時又利于被廣泛使用的測量方法和裝置。

發明內容
有鑒于此，本發明提供了一種面部表情差異的測量方法和裝置，以克服現有技術中由于進行測量的設備在測量時較為復雜、并且成本高，從而不利于被廣泛使用的問題。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案—種面部表情差異的測量方法，包括確定測試點，所述測試點為左耳和右耳的耳額穴；獲取測試的面部表情變化前后所述測試點輸出的兩組主動近紅外透射電壓信號；將兩組所述主動近紅外透射電壓信號以李沙育圖形方式顯示，獲取疊加的第一球斑和第二球斑；計算對應所述第一球斑和第二球斑運動的軌跡所包含的第一面積和第二面積；比較所述第一面積和第二面積；當所述第一面積大于第二面積時，所述第一面積對應測試的面部表情為平靜表情，所述第二面積對應測試的面部表情為微笑表情；當所述第一面積小于第二面積時，所述第一面積對應測試的面部表情為微笑表情，所述第二面積對應測試的面部表情為平靜表情。優選地，所述獲取測試的面部表情之前還包括當工作于X-Y工作模式，信號提取電路未上電時，獲取處于靜止狀態的本地球斑。
優選地，所述兩組主動近紅外透射電壓信號中，每組包括兩路由測試點左耳和右耳的耳額穴分別輸出的主動近紅外透射電壓信號。優選地，當所述第一面積對應測試的面部表情為平靜表情，所述第二面積對應測試的面部表情為微笑表情時，所述第二面積是所述第一面積的0. 95 0. 99倍。優選地，所述主動近紅外透射電壓信號的波長范圍為850納米 900納米。優選地，獲取所述測試點分別輸出的875納米主動近紅外透射電壓信號。優選地，包括當所述第一面積對應測試的面部表情為微笑表情時，所述第一面積對應的第一球斑的中心位置以所述本地球斑的中心位置為基點，向右移動L長度；所述第二面積對應測試的面部表情為平靜表情時，所述第二面積對應的第二球斑的中心位置以所述本地球斑的中心位置為基點，向右移動M長度；所述M長度大于L長度。優選地，所述M長度的范圍為1.02L 1. IOL ；所述L長度的取值范圍為3. 0厘米 5.0厘米。一種面部表情差異的測量裝置，包括分別設置于測試點左耳和右耳的耳額穴處的左右近紅外探頭；分別連接所述左右近紅外探頭的信號提取電路；連接兩路所述信號提取電路的示波器，兩路所述信號提取電路提取的信號通過所述示波器的X通道和Y通道輸入，并在所述示波器上以X-Y工作模式顯示。經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本發明公開了一種面部表情差異的測量方法和裝置，僅通過設置于人左右耳的耳額穴的兩個近紅外探頭，在面部表情變化的情況下，通過信號提取電路提取耳額穴對應的腦額區所反映的信號，將提取到的信號通過示波器的X通道和Y通道輸入，并在該示波器上以X-Y工作模式顯示被疊加成為球斑的李沙育圖形，并通過對比面部表情變化前后所對應的球斑運動軌跡所包含面積的差異性，識別面部表情主要是微笑表情和平靜表情。本發明僅利用兩個近紅外線探頭對對應腦額區的耳額穴進行測量，并直接比較提取耳額穴信號在示波器上顯示李沙育圖形疊加成的球斑， 準確率高而且結構簡單，并無需外部濾波和考慮噪聲的干擾，可以在各種環境中進行測試， 即可以被廣泛使用和推廣。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明實施例公開的一種面部表情差異的測量方法的流程圖；圖2為本發明實施例公開的另一種面部表情差異的測量方法的流程圖；圖3為本發明實施例公開的球斑特征識別示意圖；圖4為本發明實施例公開的一種面部表情差異的測量裝置的結構示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。由背景技術可知，現有技術中用于進行面部表情的特征差異的測量時所使用的磁共振譜成像(MRS)、正電子斷層成像(PET)和腦磁圖(MEG)的成本較高，而基于腦電圖 (EEG)的測量則需要大約10 120通道的探頭，較為復雜，因而上述成本較高，測試復雜的測量方式都不利于被廣泛的使用。因此，本發明公開了一種新型的面部表情特征差異測量方法和裝置，在保證測量面部表情特征差異的高準確度，同時保證其結構簡單使其利于被廣泛使用和推廣。本發明所依據的原理為由于腦神經血管耦合存在著高度相關性，具體為人腦神經遞質和腦氧合血紅蛋白等內源性物質具有生物化學低頻振蕩(IOmHz SOmHz)特性與非線性時空耦合特點。由分子生物學證明三種主要腦神經遞質含量的減少與表情呈現相關性。其中，左前額皮層主要司職正性的積極情緒，右前額皮層主要管理負性情緒。由于腦額區與其對應的耳額穴呈現雙向反射關系，其中，約2/3比例是對側控制。 在本發明中選取耳額穴作為測試點，旨在間接測量人腦額區信息。并且由于耳垂(上部) 富含動脈血氧，通過醫學測量得知耳垂部位的血氧飽和度高達97%。在人體組織的近紅外低吸收窗口 700nm 900nm(nm，納米)中，氧合血紅蛋白與還原血紅蛋白吸收優選的875nm 光波的比率約為2 1。結合考慮氧合血紅蛋白與還原血紅蛋白輸運的反相特點，本發明采用單波長光(優點是遠離水峰960nm)對氧合血紅蛋白的吸收，提取左右兩路耳額穴的氧合血紅蛋白近紅外透射電壓信號，無需經過濾波，分別送給示波器雙探頭，采用X-Y工作模式顯示李沙育圖形疊加成的球斑，基于測量時球斑包含的面積隨著不同表情的變化對比不同表情間的差異性。具體過程通過以下實施例進行說明。實施例一請參閱附圖1，為本發明公開一種面部表情差異的測量方法的流程圖，主要包括以下步驟步驟SlOl，確定測試點，所述測試點為左耳和右耳的耳額穴。在步驟SlOl中確定測試點的過程為選穴位的過程，所選穴位分別為左耳和右耳的耳額穴，這兩個耳額穴與腦額區對應并呈現雙向反射關系。步驟S102，獲取測試的面部表情變化前后所述測試點輸出的兩組主動近紅外透射電壓信號。在執行步驟S102時，分別測試受試者前后兩種不同的表情，并且獲取測試點對應兩種表情輸出的兩組主動紅外透射電壓信號，由于測試點對應的兩個耳額穴，即左耳耳額穴和右耳耳額穴，因此，每一組分別包括兩路分別由左耳和右耳的耳額穴分別輸出的主動近紅外透射電壓信號。步驟S103，將兩組所述主動近紅外透射電壓信號以李沙育圖形方式顯示，獲取疊加的第一球斑和第二球斑。執行步驟S103，將步驟S102中獲取的兩組主動近紅外透射電壓信號，分別以李沙育圖形方式在示波器上進行顯示，獲取疊加的第一球斑和第二球斑，這兩個球斑的面積的搏動特征符合人體心臟的搏動規律。步驟S104，計算對應所述第一球斑和第二球斑運動的軌跡所包含的第一面積和第
二面積。執行步驟S104，按照第一球斑和第二球斑的運動軌跡計算其對應包含的第一面積和第二面積，即第一球斑的運動軌跡對應的面積為第一面積，第二球斑的運動軌跡對應的面積為第二面積。步驟S105，判斷所述第一面積是否大于第二面積，如果是，則執行步驟S106 ；如果否，則執行步驟S107。步驟S106，確定第一面積對應測試的面部表情為平靜表情，第二面積對應測試的面部表情為微笑表情。獲取執行步驟S106的條件為所述第一面積大于第二面積。步驟S107，確定第一面積對應測試的面部表情為微笑表情，第二面積對應測試的面部表情為平靜表情。獲取執行步驟S107的條件為所述第一面積小于第二面積。需要說明的是，上述主動近紅外透射電壓信號的波長范圍為850納米 900納米。 較為優選的為獲取所述測試點分別輸出的875納米主動近紅外透射電壓信號。針對步驟S105的不同面部表情的差異判斷，是基于人腦神經遞質和腦氧合血紅蛋白等內源性物質具有生物化學低頻振蕩(IOmHz SOmHz)特性與非線性時空耦合特點。 在提取信號所顯示的球斑中，中性情緒(平靜表情)下的球斑運動軌跡所包含的面積比正性的積極情緒(微笑表情)所對應的球斑運動軌跡所包含的面積要大，而且發散，即對應正性的積極情緒的微笑表情的球斑形狀比對應中性情緒的平靜表情的球斑集中。因而通過上述測量獲取的特征差異的對比，可識別微笑表情和平靜表情，即可以識別中性情緒和正性的積極情緒。并且直接比較提取耳額穴信號在示波器上顯示李沙育圖形疊加成的球斑，準確率高而且結構簡單，并無需外部濾波和考慮噪聲的干擾，可以在各種環境中進行測試，即可以被廣泛使用和推廣。在上述本發明的基礎上，在獲取測試的面部表情之前還包括對示波器進行調試， 使其顯示無信號輸入時，處于靜止狀態的本地球斑。在此基礎上針對先后測試兩個不同面部表情的具體過程進行說明。請參閱附圖2，主要包括以下步驟步驟S201，初始化，顯示無信號輸入時，處于靜止狀態的本地球斑。在執行步驟S201時處于X-Y工作模式下，對信號提取電路不上電，此時無信號輸入，在示波器上顯示無信號輸入時，處于靜止狀態的本地球斑。步驟S202，確定測試點，所述測試點為左耳和右耳的耳額穴。步驟S203，獲取當前測試面部表情時，測試點左右耳的耳額穴所輸出的兩路主動近紅外透射電壓信號。步驟S204，將兩路所述主動近紅外透射電壓信號以李沙育圖形方式顯示，獲取疊加的第一球斑。
步驟S205，計算所述第一球斑運動的軌跡所包含的第一面積。步驟S206，獲取下一個進行測試的面部表情時，測試點左右耳的耳額穴所輸出的兩路主動近紅外透射電壓信號。步驟S207，將兩路所述主動近紅外透射電壓信號以李沙育圖形方式顯示，獲取疊加的第二球斑。步驟S208，計算所述第二球斑運動的軌跡所包含的第二面積。步驟S209，判斷所述第一面積是否大于第二面積，如果是，則執行步驟S210 ；如果否，則執行步驟S211。步驟S210，確定第一面積對應測試的面部表情為平靜表情，第二面積對應測試的面部表情為微笑表情。步驟S211，確定第一面積對應測試的面部表情為微笑表情，第二面積對應測試的面部表情為平靜表情。需要說明的是，請參閱附圖3，針對顯示的球斑特征識別示意圖可知，當第一面積 Sl對應測試的面部表情為微笑表情時，所述第一面積Sl對應的第一球斑A的中心位置以所述本地球斑0的中心位置為基點，向右移動L長度。此時，所述第二面積S2對應測試的面部表情為平靜表情時，所述第二面積S2對應的第二球斑B的中心位置以所述本地球斑0的中心位置為基點，向右移動M長度。由圖3 可知，該M長度大于L長度具體用公式(1)表示為M = LX [1+ % 10% )](1)即M長度的范圍為1. 02L 1. 10L。由圖3可知，對應平靜表情對應的球斑B比微笑表情對應的球斑A較為發散。面積Sl和S2則為對應球斑的搏動軌跡所包含的范圍。針對兩個球斑搏動軌跡的面積Sl和S2的比較可知S1 = S2X [1-(1% 5% )]， 即所述第一面積Sl是所述第二面積S2的0. 95 0. 99倍。需要說明的是，針對上述過程，當第一面積對應測試的面部表情為平靜表情，第二面積對應測試的面部表情為微笑表情時，此時的第一面積為S2，第二面積為Si。即確定平靜表情所對應的球斑比微笑表情的對應的球斑大即可。在上述X-Y工作模式下顯示球斑的過程中，示波器上所顯示的L的長度的范圍為 3. 0 5. 0格，即為3. 0 5. 0厘米；S2的取值范圍為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，根據公式(1)，以及Sl和S2的關系，可知 Sl和M的取值范圍。上述本發明公開的實施例中詳細描述了一種面部表情差異的測量方法，對于本發明的方法可采用多種形式的裝置實現，因此本發明還公開了一種面部表情差異的測量裝置，下面給出具體的實施例進行詳細說明。請參閱附圖4，為本發明實施例公開的一種面部表情差異的測量裝置的結構示意圖，主要包括左、右近紅外探頭101(圖4中的L表示左耳，R表示右耳)、兩個信號提取電路102和示波器103。左右近紅外探頭101設置于測試點左耳和右耳的耳額穴處，用于測試左耳和右耳的耳額穴輸出的兩路主動近紅外透射電壓信號。
兩個信號提取電路102，分別連接所述左右近紅外探頭101，將測試獲取到的兩路主動近紅外透射電壓信號，通過示波器103的X通道和Y通道輸入至與兩個信號提取電路 102連接的示波器103中。該示波器103以X-Y工作模式將獲取的兩路主動近紅外透射電壓信號以李沙育圖形方式顯示，獲取疊加球斑。通過對對比前后采集到的不同的主動近紅外透射電壓信號所反映的球斑，即其球斑的運動軌跡所包含面積的差異性，識別面部表情主要是微笑表情和平靜表情。綜上所述本發明通過利用兩個近紅外線探頭對對應腦額區的耳額穴進行測量，并直接比較提取耳額穴信號在示波器上顯示李沙育圖形疊加成的球斑，準確率高而且結構簡單，并無需外部濾波和考慮噪聲的干擾，可以在各種環境中進行測試，即可以被廣泛使用和推廣。本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。結合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執行的軟件模塊，或者二者的結合來實施。軟件模塊可以置于可移動磁盤、CD-ROM或者技術領域內所公知的任意其它形式的存儲介質中。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求
1.一種面部表情差異的測量方法，其特征在于，包括 確定測試點，所述測試點為左耳和右耳的耳額穴；獲取測試的面部表情變化前后所述測試點輸出的兩組主動近紅外透射電壓信號； 將兩組所述主動近紅外透射電壓信號以李沙育圖形方式顯示，獲取疊加的第一球斑和第二球斑；計算對應所述第一球斑和第二球斑運動的軌跡所包含的第一面積和第二面積； 比較所述第一面積和第二面積；當所述第一面積大于第二面積時，所述第一面積對應測試的面部表情為平靜表情，所述第二面積對應測試的面部表情為微笑表情；當所述第一面積小于第二面積時，所述第一面積對應測試的面部表情為微笑表情，所述第二面積對應測試的面部表情為平靜表情。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取測試的面部表情之前還包括 當工作于X-Y工作模式，信號提取電路未上電時，獲取處于靜止狀態的本地球斑。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述兩組主動近紅外透射電壓信號中，每組包括兩路由測試點左耳和右耳的耳額穴分別輸出的主動近紅外透射電壓信號。
4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，當所述第一面積對應測試的面部表情為平靜表情，所述第二面積對應測試的面部表情為微笑表情時，所述第二面積是所述第一面積的0. 95 0. 99倍。
5.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述主動近紅外透射電壓信號的波長范圍為850納米 900納米。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，獲取所述測試點分別輸出的875納米主動近紅外透射電壓信號。
7.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，包括當所述第一面積對應測試的面部表情為微笑表情時，所述第一面積對應的第一球斑的中心位置以所述本地球斑的中心位置為基點，向右移動L長度；所述第二面積對應測試的面部表情為平靜表情時，所述第二面積對應的第二球斑的中心位置以所述本地球斑的中心位置為基點，向右移動M長度； 所述M長度大于L長度。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述M長度的范圍為1.02L 1. IOL ；所述L長度的取值范圍為3. 0厘米 5. 0厘米。
9.一種面部表情差異的測量裝置，其特征在于，包括 分別設置于測試點左耳和右耳的耳額穴處的左右近紅外探頭； 分別連接所述左右近紅外探頭的信號提取電路；連接兩路所述信號提取電路的示波器，兩路所述信號提取電路提取的信號通過所述示波器的X通道和Y通道輸入，并在所述示波器上以X-Y工作模式顯示。
全文摘要
本發明公開了一種面部表情差異的測量方法和裝置，通過設置于人左右耳的耳額穴的兩個近紅外探頭，利用信號提取電路提取耳額穴對應的腦額區所反映的信號，將提取到的信號通過示波器的X通道和Y通道輸入，并在該示波器上以X-Y工作模式顯示被疊加成為球斑的李沙育圖形，并通過對比面部表情變化前后所對應的球斑運動軌跡所包含面積的差異性，識別面部表情。本發明僅利用兩個近紅外線探頭對對應腦額區的耳額穴進行測量，并直接比較提取耳額穴信號在示波器上顯示李沙育圖形疊加成的球斑，準確率高而且結構簡單，并無需外部濾波和考慮噪聲的干擾，可以在各種環境中進行測試，即可以被廣泛使用和推廣。
文檔編號A61B5/00GK102389292SQ20111017738
公開日2012年3月28日 申請日期2011年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者李文石, 李雷 申請人:蘇州大學