夏乾馨 付強(qiáng)

摘 要：隨著深度學(xué)習(xí)的不斷深入，計(jì)算機(jī)識(shí)別迎來了嶄新的發(fā)展機(jī)遇，以微表情行為識(shí)別、人臉識(shí)別、聲紋識(shí)別等為代表的前沿技術(shù)，已經(jīng)進(jìn)入新的研究階段，并且取得了非常顯著的效果。微表情識(shí)別技術(shù)由傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)傳承到由以深度學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的智能化識(shí)別，使得該項(xiàng)技術(shù)有了更廣泛的應(yīng)用場景。隨著該項(xiàng)技術(shù)的不斷成熟其應(yīng)用的場景將更加廣泛，通過對(duì)微表情的識(shí)別原理和基于深度學(xué)習(xí)的微表情識(shí)別技術(shù)的識(shí)別原理和技術(shù)特點(diǎn)的簡要介紹，拓展延伸出該項(xiàng)技術(shù)在偵查訊問、視頻偵查、監(jiān)所預(yù)警、重點(diǎn)人員篩查和大型活動(dòng)預(yù)警等領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：微表情；微表情識(shí)別；微表情應(yīng)用

Application of micro expression recognition technology to realize early warning mode of public security

XIA Qian Xin 1 ，F(xiàn)U Qiang 2

（Criminal Police Detachment of Fuxin Public Security Bureau， Fuxin 123000，China；Criminal Police Brigade of Fumeng County Public Security Bureau， Fuxin 123100， China）

Abstract： With the deepening of deep learning， computer multi-dimensional recognition should also have a new development opportunity. The cutting-edge technologies， such as micro expression behavior recognition， face recognition， voiceprint recognition， have entered a new research stage， and achieved very significant results. Micro expression recognition technology has been inherited from traditional experience to intelligent recognition based on deep learning， which makes it more widely used. With the continuous maturity of the technology， its application scenarios will be more extensive. Through the brief introduction of the recognition principle of micro expression and the recognition principle and technical characteristics of micro expression recognition technology based on deep learning， the application of the technology in the fields of investigation and interrogation， video investigation， prison early warning， key personnel screening and large-scale activity early warning will be expanded.

Keywords： Micro expression； micro expression recognition； micro expression application

引 言

“普通人在每十分鐘的談話中會(huì)說三個(gè)謊話”是2009年偵探題材的熱播系列美劇《別對(duì)我撒謊》經(jīng)典臺(tái)詞，該劇的主人公原型就是美國心理學(xué)家保羅·艾克曼，他最早是在 1969 年提出“微表情”這一概念，并認(rèn)為可通過分析一個(gè)人的臉、肢體動(dòng)作、聲調(diào)和話語來洞悉真相，這使得微表情這個(gè)詞迅速躥紅。隨著科學(xué)研究的不斷探索，研究面部表情和隨機(jī)肢體語言來判斷言語和行為的真假，通過分析人們的面部表情、肢體語言、手勢等非語言符號(hào)為線索，從而探測人們是否在撒謊以還原事件真相的故事。微表情識(shí)別通過對(duì)面部表情的外在識(shí)別探究人物的心理活動(dòng)，該項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中各領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。

一、微表情產(chǎn)生的基本原理

神經(jīng)生理是表情產(chǎn)生的物質(zhì)基礎(chǔ)，一切表情都與大腦生理結(jié)構(gòu)、功能、神經(jīng)運(yùn)動(dòng)、肌肉組織等相關(guān)，甚至直接體現(xiàn)。人類的面部表情由兩種神經(jīng)系統(tǒng)主宰，其中一種就是錐體束運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要驅(qū)動(dòng)自主的和來源于大腦皮層的面部運(yùn)動(dòng)。簡而言之，當(dāng)面部表情由錐體束運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，表現(xiàn)出的有可能是一種經(jīng)過思考、權(quán)衡的面部表情，但這種表情并不一定是當(dāng)事人內(nèi)心的真實(shí)感受。而由錐體束外運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的非自主的和來源于皮層下的面部運(yùn)動(dòng)是不經(jīng)過大腦思考的，也就是說這種面部運(yùn)動(dòng)（微表情）是不受個(gè)人意識(shí)控制的。因此，它往往表現(xiàn)出個(gè)體內(nèi)心的真實(shí)感受。

人類是善于通過表情來偽裝情緒的動(dòng)物，不過這都逃不過心理學(xué)家的敏銳觀察，微表情，是極大地壓縮了正常表現(xiàn)時(shí)間的完整的情緒性表現(xiàn)，盡管它完整地表現(xiàn)于臉上，但持續(xù)的時(shí)間僅止于一瞬間，快到讓人難以察覺。心理學(xué)家通過對(duì)微表情的識(shí)別與分析，來揭示人們?cè)噲D隱藏的真實(shí)情緒例如憤怒、憂慮、恐懼、氣餒、自卑、悲痛、否定、嫉妒、緊張、喜悅等等。心理學(xué)家保羅·?？寺鳛檠芯课⒈砬榈南闰?qū)，他不需要借助測謊儀之類的設(shè)備，甚至不需要對(duì)話，只需要觀察細(xì)微的表情變化便可以判斷一個(gè)人是否說謊。之所以能夠這樣，是因?yàn)槿藗冊(cè)隗w驗(yàn)情緒時(shí)會(huì)有一系列肌肉動(dòng)作不自覺地表現(xiàn)出來。例如一個(gè)人在對(duì)事物表示驚訝時(shí)，下顎會(huì)自然下垂，嘴唇和嘴巴放松，眼睛張大，眼瞼和眉毛會(huì)微微上抬，或者人們?cè)趹嵟瓡r(shí)，眉毛會(huì)緊皺下垂，眼瞼和嘴唇緊閉等等表情。在人們?cè)噲D掩飾自己真實(shí)情緒時(shí)泄露出來的面部動(dòng)作。這種表情可以完整的呈現(xiàn)人隱瞞的情緒，但轉(zhuǎn)瞬即逝，往往只有 1 /25 秒的時(shí)間，往往為人們所忽略。

二、基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的微表情識(shí)別

但正如對(duì)微表情的定義，微表情持續(xù)時(shí)間短暫、變化幅度微弱和動(dòng)作區(qū)域較少，很多時(shí)候人們很難注意到其存在。只有那些經(jīng)過大量訓(xùn)練的專家才能準(zhǔn)確地識(shí)別和解讀，這個(gè)過程往往耗費(fèi)人力、耗費(fèi)時(shí)間，而且準(zhǔn)確率還需要實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷錘煉。

深度學(xué)習(xí)的概念源于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究，含多個(gè)隱藏層的多層感知器就是一種深度學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)，通過組合低層特征形成更加抽象的高層屬性或類別特征，從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行表征。簡單來說機(jī)器學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)人工智能的方法，深度學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)的技術(shù)。深度學(xué)習(xí)的出現(xiàn)，為計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域帶來新的活力，也推動(dòng)了微表情識(shí)別、人臉比對(duì)、語義分割等領(lǐng)域研究進(jìn)入新的階段，并且取得了非常顯著的效果。深度學(xué)習(xí)是指依靠現(xiàn)階段強(qiáng)大的圖形計(jì)算能力和大數(shù)據(jù)的發(fā)展，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來學(xué)習(xí)特征的方式，其基本思想是通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方式將大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算并通過反向傳播更新網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，最后使得訓(xùn)練出來的模型能夠更好地反映數(shù)據(jù)特征。

要了解深度學(xué)習(xí)就不得不談人工智能，在1956年美國達(dá)特茅斯會(huì)議上幾個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)首次提出了“人工智能”的概念。在之后的幾十年中，人工智能一直呈現(xiàn)出兩極分化的局面。一種是被稱作人類文明耀眼未來的預(yù)言，另一種是被當(dāng)成技術(shù)瘋子的狂想扔到垃圾堆里。人工智能就一直縈繞于人們的腦海之中，并在科研實(shí)驗(yàn)室中慢慢孵化，這兩種聲音也一直此消彼長，直到2015年，人工智能開始大爆發(fā)，很大一部分是由于GPU的廣泛應(yīng)用，使得并行計(jì)算變得更快、更便宜、更有效。人工智能的子集，先是機(jī)器學(xué)習(xí)，然后是深度學(xué)習(xí)。如果用一個(gè)同心圓圖形描述就是，人工智能是最早出現(xiàn)的，也是最大、最外側(cè)的同心圓；其次是機(jī)器學(xué)習(xí)，稍晚一點(diǎn)；最內(nèi)側(cè)，是深度學(xué)習(xí)，當(dāng)今人工智能大爆炸的核心驅(qū)動(dòng)。

深度學(xué)習(xí)作為機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域中前沿的研究方向，該技術(shù)將微表情識(shí)別的三個(gè)步驟特征選擇、學(xué)習(xí)及分類集成為一體。深度學(xué)習(xí)通過模仿人腦的機(jī)理對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述。一般而言，深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)具有交替分層的結(jié)構(gòu)，例如卷積層、下采樣層與全連接層等。實(shí)踐表明，深度學(xué)習(xí)是一種高效的特征提取方法，它通過組合低層特征形成更加抽象的高層表示特征實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)更本質(zhì)的刻畫。深度學(xué)習(xí)的本質(zhì)在于通過組建含有多層結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，從大量的數(shù)據(jù)中，學(xué)習(xí)并提取有效的特征信息進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)模型的建模與泛化能力。微表情識(shí)別技術(shù)是目前極具前瞻性的研究領(lǐng)域，深度學(xué)習(xí)模型的引入，較大提升了微表情識(shí)別性能，也將加速該領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展。通過大數(shù)據(jù)量的不斷積累，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)深度學(xué)習(xí)模型的可視化技術(shù)研究，提高學(xué)習(xí)模型的可靠性分析，并在可解釋性的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高微表情識(shí)別準(zhǔn)確度。

三、微表情識(shí)別技術(shù)在警務(wù)實(shí)戰(zhàn)中的應(yīng)用

我們知道面部表情是可以受主觀意識(shí)控制，例如一個(gè)人可能因其知識(shí)、閱歷、能力等原因，在內(nèi)心波濤洶涌的時(shí)候做到面不改色。然而，微表情是面部肌肉條件反射地表現(xiàn)出情緒所對(duì)應(yīng)的行為。正是因?yàn)槿绱耍⒈砬橥軌蚪沂救祟愒噲D隱藏的真實(shí)情緒。對(duì)與微表情的識(shí)別技術(shù)在實(shí)戰(zhàn)中具有廣泛的應(yīng)用。

（一）審訊輔助

一場成功的審訊，如一場無硝煙的博弈，是偵查人員與犯罪嫌疑人信息不對(duì)稱的較量，更是偵查人員與犯罪嫌疑人的心理較量。如何讓偵查人員快速抓住犯罪嫌疑人心理與情緒狀態(tài)，將是偵查訊問成敗的關(guān)鍵。然而，基層公安機(jī)關(guān)普遍存在的偵查訊問能力不強(qiáng)等問題。實(shí)際偵查訊問工作中，人員能力的提升都是通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累和相互交流學(xué)習(xí)來實(shí)現(xiàn)的，但這種經(jīng)驗(yàn)積累需要一個(gè)很長時(shí)間積淀的過程。

微表情識(shí)別技術(shù)是通過在訊問中的嫌疑人應(yīng)對(duì)訊問時(shí)的問題刺激追蹤其情緒變化，來進(jìn)行謊言識(shí)別的一種手段之一，其目的是揭露犯罪嫌疑人的故意欺騙。在對(duì)嫌疑人進(jìn)行訊問時(shí)，嫌疑人即使能比較成功地掩飾自身的主要情緒反應(yīng)，但難免泄露某些微表情。這些嫌疑人的微表情反應(yīng)與普通面部表情不同，因?yàn)橄右扇撕茈y意識(shí)到做出該表情，所以更有真實(shí)性。從而輔助偵查人員對(duì)嫌疑人心理情緒進(jìn)行監(jiān)控。

構(gòu)建以微表情識(shí)別和語音情感分析的審訊輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)視覺和聽覺技術(shù)，融合犯罪認(rèn)知心理學(xué)理論，在為微表情識(shí)別技術(shù)和音頻語義情感分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建類腦智能化的審訊輔助分析技術(shù)，捕捉犯罪嫌疑人瞬態(tài)及全景微表情圖譜，從而形成重要的客觀偵查訊問線索，超越人工捕捉的極限；系統(tǒng)基于對(duì)犯罪認(rèn)知心理學(xué)理論和犯罪嫌疑人的在心理測試過程中微表情特征，構(gòu)建表情對(duì)應(yīng)的心理情緒圖譜，輔助心理測試人員及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)和掌握犯罪嫌疑人心理特征及行為傾向，同時(shí)在偵查訊問中，有效結(jié)合人工智能手段來完成偵查訊問的經(jīng)驗(yàn)的傳承。

（二）監(jiān)控預(yù)警

1.視頻監(jiān)控預(yù)警

由于現(xiàn)代化信息技術(shù)的普及與發(fā)展，大數(shù)據(jù)逐漸成為公安工作創(chuàng)新發(fā)展的重要手段[1]，視頻監(jiān)控領(lǐng)域也在數(shù)據(jù)支持下取得飛躍式發(fā)展。面對(duì)日益復(fù)雜嚴(yán)峻的社會(huì)公共安全形勢和違法犯罪行為的科技含量越來越高，以視頻偵查及視頻感知解析為引領(lǐng)的公安信息化技術(shù)發(fā)展已經(jīng)成為維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定、提升打擊能力、增強(qiáng)警務(wù)核心戰(zhàn)斗力不可或缺的科技支撐。將微表情識(shí)別技術(shù)，融入到視頻結(jié)構(gòu)感知解析領(lǐng)域，通過人臉識(shí)別技術(shù)對(duì)通過視頻結(jié)構(gòu)化的人臉微表情進(jìn)行識(shí)別，微表情識(shí)別的目的在于通過機(jī)器智能為人們提供預(yù)警參考。如何根據(jù)表情情緒識(shí)別的結(jié)果，進(jìn)行合理的表情變化預(yù)測分析，進(jìn)而及時(shí)排查出可疑人員進(jìn)行預(yù)警。進(jìn)行多維度、多指標(biāo)聯(lián)合預(yù)警策略，是對(duì)情感分析所反映的潛在行為分析的有效途徑。保障預(yù)警的實(shí)時(shí)性和可靠性，輔助偵查人員對(duì)特殊事件快速做出反應(yīng)，為公安科技創(chuàng)新發(fā)展?fàn)I造機(jī)遇[2]。

2.監(jiān)所管理管部門的監(jiān)控預(yù)警

當(dāng)前，我國正處于社會(huì)轉(zhuǎn)型期，各類矛盾凸顯，仍處于各類違法犯罪高發(fā)期，特別是涉黑、涉暴恐、涉毒等惡性犯罪對(duì)社會(huì)公眾的負(fù)面刺激越來越強(qiáng)烈。面對(duì)新的形勢，我們要積極探索新思路，在監(jiān)管場所治理的思維方式、手段方式、管理體系、隊(duì)伍治理能力等方面推陳出新，各地都積極穩(wěn)妥推進(jìn)“智慧監(jiān)管”建設(shè)。在“智慧監(jiān)管”系統(tǒng)中引入微表情識(shí)別技術(shù)是對(duì)部分疑似高危被監(jiān)管人員，進(jìn)行心理與情緒分析，能夠協(xié)助監(jiān)管部門更有針對(duì)性地開展管理工作。通過監(jiān)控結(jié)構(gòu)化的人臉數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對(duì)，對(duì)被監(jiān)管人員的心理與情緒狀態(tài)進(jìn)行全監(jiān)控，用顏色條進(jìn)行數(shù)字化、可視化提示，對(duì)高危和可疑人員進(jìn)行預(yù)警。

3.大型活動(dòng)安保及群體性事件的監(jiān)控預(yù)警

大型活動(dòng)安保和應(yīng)對(duì)重大突發(fā)事件的能力是一個(gè)城市現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。自911事件以后，各個(gè)國家更加迫切需要行之有效的社會(huì)安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。目前我國正進(jìn)入“突發(fā)公共事件的高發(fā)期”和“社會(huì)高風(fēng)險(xiǎn)期”。如何利用科技手段應(yīng)對(duì)“兩高”，是擺在我們面前的一個(gè)難題。大型活動(dòng)和群體性事件都是人員聚集密度大的現(xiàn)場。群體性事件是一個(gè)利益訴求和情感宣泄不斷相互交織的過程，在其中群體性的非理性沖動(dòng)表現(xiàn)的非常突出，如果不能把握好群體情緒動(dòng)態(tài)走向，事態(tài)發(fā)展瞬息萬變，對(duì)社會(huì)秩序和穩(wěn)定有很大的破壞性，通過微表情識(shí)別技術(shù)可以對(duì)群體情緒的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析、研判給決策者提供數(shù)據(jù)支持。在大型活動(dòng)的特定場所，微表情識(shí)別技術(shù)可以借助高清探頭，在嫌疑人無防備的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)對(duì)非危險(xiǎn)分子的預(yù)警處理，從而彌補(bǔ)高危人群數(shù)據(jù)庫的局限性。當(dāng)然目前微表情分析預(yù)警受環(huán)境、清晰度、算法、數(shù)據(jù)庫的限制，但隨著深度的學(xué)習(xí)的不斷融合深入，數(shù)據(jù)量的不斷擴(kuò)增，微表情的應(yīng)用也將進(jìn)一步提高。

4.重點(diǎn)交通樞紐的監(jiān)控預(yù)警

在機(jī)場、火車站、客運(yùn)站、出入境口岸等重點(diǎn)交通樞紐和人員聚集的重點(diǎn)地區(qū)，將微表情識(shí)別技術(shù)融入視頻監(jiān)控中，在對(duì)人臉識(shí)別比對(duì)的同時(shí)對(duì)進(jìn)出入的人員進(jìn)行微表情識(shí)別，通常人們?cè)趯?shí)施犯罪前往往會(huì)有因?yàn)閮?nèi)心的罪惡感、被發(fā)現(xiàn)后面臨嚴(yán)重懲罰的恐懼感、從未實(shí)施過此行為的慌亂感等產(chǎn)生的異常情緒流露，當(dāng)視頻圖像定位到人臉后，通過提取表情特征，確定表情特征分類從而對(duì)異常者實(shí)現(xiàn)主動(dòng)預(yù)警。

人類的面部表情是具有普遍性的，不分種族、文化、年齡和性別，人在成長過程中逐步學(xué)會(huì)了情緒管理和表情的調(diào)整。但是由于面部表情過于復(fù)雜且具有人們難以破除的習(xí)慣性，相比傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)提取特征的方式難以揭示表情數(shù)據(jù)中隱藏的本質(zhì)聯(lián)系，微表情分析是目前極具前瞻性的研究領(lǐng)域，深度學(xué)習(xí)技術(shù)的引入，極大提升了微表情識(shí)別性能，深度學(xué)習(xí)又可以挖掘數(shù)據(jù)背后深層次的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，自主的從數(shù)據(jù)中全面且有效地提取特征。隨著數(shù)據(jù)量的增加，深度學(xué)習(xí)可以獲取更好的識(shí)別性能。促進(jìn)人工智能的“類腦”大數(shù)據(jù)分析技術(shù)與微表情識(shí)別技術(shù)的深度融合，也將加速該領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展。

微表情識(shí)別的目的在于通過機(jī)器智能為人們提供預(yù)警參考。如何分析表情識(shí)別的數(shù)據(jù)結(jié)果，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行，合理的預(yù)測分析，保障預(yù)警的實(shí)時(shí)性和可靠性，輔助相關(guān)人員對(duì)特殊事件快速做出反應(yīng)，進(jìn)而及時(shí)排查出可疑人員是我們今后一個(gè)時(shí)期研究的重點(diǎn)。通過多指標(biāo)聯(lián)合預(yù)警方案策略和微表情識(shí)別技術(shù)的不斷發(fā)展，加大視頻巡控力度，堅(jiān)持高起點(diǎn)規(guī)劃[3]，大力推進(jìn)微表情技術(shù)在公安預(yù)警中的應(yīng)用，充分發(fā)揮技術(shù)革新的作用，促進(jìn)微表情識(shí)別裝備的智能化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)科技強(qiáng)警。

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