快樂與憤怒表情識(shí)別眼動(dòng)研究

劉 平，馮曉杭

（長(zhǎng)春師范學(xué)院教育科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130032）

表情識(shí)別（Emotion Expression Recognition）是近年來情緒心理學(xué)研究領(lǐng)域中日趨引人注目的研究主題之一。早在1972年，心理學(xué)家Ekman與Friesen最早提出了人類有六種主要情感，每種情感都以唯一的表情反映一種獨(dú)特的心理活動(dòng)。這六種情感被稱為基本情感，由快樂(happiness)、憤怒（anger）、悲傷(sadness)、驚訝(surprise)、厭惡(disgust)和恐懼(fear)組成，其中快樂和憤怒是人類社會(huì)活動(dòng)中較為普遍存在和發(fā)生的基本情緒[1]。

人類表情的識(shí)別在個(gè)體發(fā)展過程中起著重要的作用，同時(shí)表情識(shí)別技術(shù)在社會(huì)生活中的應(yīng)用也越來越廣泛，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括人機(jī)交互、安全領(lǐng)域、機(jī)器人制造、醫(yī)療、通信領(lǐng)域等。美國(guó)心理學(xué)家Ekman等人主要運(yùn)用人臉活動(dòng)的編碼系統(tǒng)FACS(Facial Action CodingSystem)方法進(jìn)行表情識(shí)別的研究。他們根據(jù)人面部肌肉的類型和運(yùn)動(dòng)特征定義了基本表情活動(dòng)單元，稱為AU（Action Unit），人臉面部的各種表情最終能分解對(duì)應(yīng)到各個(gè)AU上來，從而可以系統(tǒng)地分析各種表情特征信息，為表情識(shí)別的研究提供了一種較為有效的方法。隨著對(duì)表情研究技術(shù)的不斷深入探討，人們逐漸開始探索應(yīng)用多種不同的方法和手段來分析人們表情識(shí)別的特征。眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)就是近年來應(yīng)用越來越多的研究方法之一。眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)是指人們借助某些儀器，對(duì)被試在進(jìn)行操作時(shí)的眼睛活動(dòng)情況進(jìn)行記錄，借此分析大腦的思維過程。早期人們主要利用照相、電影攝影等方式來記錄眼球運(yùn)動(dòng)情況，現(xiàn)在利用眼動(dòng)儀等先進(jìn)實(shí)驗(yàn)工具，可以得到更加精確的眼動(dòng)記錄，為心理學(xué)研究，尤其是表情識(shí)別提供更加有效、科學(xué)的數(shù)據(jù)信息。眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)的原理主要是：主試?yán)靡恍∈鴮?duì)人體無害的微弱光束，射向被試的眼睛，這束從眼球表面反射回來的光就記錄了眼球運(yùn)動(dòng)的情況。對(duì)該光束進(jìn)行分析，即可對(duì)人腦思維活動(dòng)情況進(jìn)行推測(cè)。本研究主要是利用眼動(dòng)技術(shù)記錄人們?cè)谶M(jìn)行快樂和憤怒這兩種情緒識(shí)別時(shí)的特征，進(jìn)而分析人們情緒識(shí)別時(shí)的特征，在眼動(dòng)指標(biāo)方面，如注視時(shí)間、注視次數(shù)、眼跳潛伏期、回視次數(shù)以及總注視時(shí)間上的差異。

1 實(shí)驗(yàn)過程

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

預(yù)備實(shí)驗(yàn)：首先，招募高校在讀大學(xué)生參加情緒圖片識(shí)別，共40人（男生20人，女生20人），研究者通過預(yù)備實(shí)驗(yàn)，讓被試對(duì)快樂和憤怒這兩種情緒進(jìn)行情緒識(shí)別，確定正式實(shí)驗(yàn)所用的情緒圖片。然后，進(jìn)行情緒圖片的預(yù)備眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究。招募高校在讀大學(xué)生10人參加眼動(dòng)預(yù)備實(shí)驗(yàn)。通過預(yù)備實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行修改和完善。

正式實(shí)驗(yàn)：36名大學(xué)生參加眼動(dòng)正式實(shí)驗(yàn)（男生16人，女生20人，平均年齡22.1歲），刪除無效被試10人，最終參加正式實(shí)驗(yàn)的有效被試是26人。被試裸視、矯正視力均為正常，實(shí)驗(yàn)前無強(qiáng)烈情緒反應(yīng)，情緒較為平穩(wěn)，符合進(jìn)行該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的基本要求。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

采用的是加拿大SR-research公司生產(chǎn)的EYELINK-II型頭盔式眼動(dòng)儀。該眼動(dòng)儀器主要是通過頭盔上的兩個(gè)攝像頭負(fù)責(zé)采集瞳孔或角膜反射的紅外光信號(hào)，然后通過頭盔與主試機(jī)之間的連線將數(shù)據(jù)信號(hào)傳人主試機(jī)程序中，最后研究者對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。

1.3 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)采用429cm×618cm的快樂與憤怒表情圖片。實(shí)驗(yàn)前通過圖片庫(kù)查找同一張人臉的快樂與憤怒兩種情緒圖片，被試對(duì)兩種表情圖片進(jìn)行辨認(rèn)采用的是5等級(jí)評(píng)分，即數(shù)字“1”代表“完全不符合”，數(shù)字“5”代表“完全符合”。正式實(shí)驗(yàn)的材料是一名男性表情面孔，為快樂與憤怒兩種表情圖片。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究的目的每張情緒圖片配有兩個(gè)選項(xiàng)，在被試對(duì)圖片做出判斷后，請(qǐng)被試做出選擇。

實(shí)驗(yàn)材料的呈現(xiàn)：被試機(jī)為19英寸純平液晶顯示器，通過被試機(jī)的程序設(shè)置呈現(xiàn)給被試。被試機(jī)的刷新率為85Hz。實(shí)驗(yàn)時(shí)被試眼睛與屏幕中心的距離保持為60cm。

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

該實(shí)驗(yàn)采用的是單因素被試內(nèi)設(shè)計(jì)。自變量為兩種基本情緒——快樂和憤怒，因變量為注視次數(shù)、平均注視時(shí)間、最大瞳孔距離、平均瞳孔距離、總注視時(shí)間。

1.5 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)過程分兩個(gè)階段。階段一：預(yù)備實(shí)驗(yàn)。階段二：正式實(shí)驗(yàn)。預(yù)備實(shí)驗(yàn)和正式實(shí)驗(yàn)的基本流程一致，主要由練習(xí)部分和正式部分組成。（1）練習(xí)部分：練習(xí)部分的指導(dǎo)語(yǔ)如下：“同學(xué)，你好！這是一項(xiàng)關(guān)于快樂和憤怒兩種情緒識(shí)別的眼動(dòng)研究，請(qǐng)您判斷下面的圖片屬于哪一種情緒，請(qǐng)真實(shí)作答。一旦做出判斷，請(qǐng)迅速按鍵，按鍵1=快樂，按鍵2=恐懼。請(qǐng)準(zhǔn)備好，開始！”（2）正式部分：練習(xí)部分結(jié)束后，被試稍作休息，接著正式實(shí)驗(yàn)部分開始。正式實(shí)驗(yàn)部分的指導(dǎo)語(yǔ)如下：“下面我們開始正式實(shí)驗(yàn)。”指導(dǎo)語(yǔ)如下：“同學(xué)，你好！這是一項(xiàng)關(guān)于快樂和憤怒兩種情緒識(shí)別的眼動(dòng)研究，請(qǐng)您判斷下面的圖片屬于哪一種情緒，請(qǐng)真實(shí)作答！一旦做出判斷，請(qǐng)迅速按鍵，按鍵1=快樂，按鍵2=恐懼。請(qǐng)準(zhǔn)備好，開始！”

1.6 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

采用SPSS17.0軟件進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 注視次數(shù)眼動(dòng)分析

對(duì)眼動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行T檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，選取注視次數(shù)進(jìn)行平均數(shù)比較。數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示兩種基本情緒快樂與憤怒眼動(dòng)在注視次數(shù)這個(gè)眼動(dòng)指標(biāo)上差異顯著（表1）。

表1 注視次數(shù)比較分析

由表1得知，大學(xué)生在識(shí)別快樂和憤怒這兩種基本情緒時(shí)，快樂的注視次數(shù)顯著高于憤怒的注釋次數(shù)，即M快樂7.85>M憤怒7.31，P<0.05。

2.2 最大瞳孔距離的眼動(dòng)分析

經(jīng)T檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大學(xué)生在進(jìn)行快樂與憤怒兩種基本表情識(shí)別時(shí)，最大瞳孔距離差異不顯著（表2）。

表2 最大瞳孔距離比較分析

由表2得知，大學(xué)生在識(shí)別快樂和憤怒這兩種表情時(shí)，最大瞳孔距離沒有顯著不同，但是總體上快樂的最大瞳孔距離高于憤怒的最大瞳孔距離，即M快樂834.69>M憤怒796.96。

2.3 總注視時(shí)間的眼動(dòng)分析

經(jīng)T檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)在大學(xué)生在識(shí)別快樂與憤怒這兩種基本情緒時(shí)，總注視時(shí)間差異顯著（P=0.005）（表3）。

表3 總注視時(shí)間比較分析

由表3可以得知，大學(xué)生在識(shí)別基本情緒快樂、憤怒時(shí)，用來識(shí)別憤怒的時(shí)間要顯著高于快樂的表情識(shí)別，即 M快樂1854.92

3 討論

首先，通過本研究發(fā)現(xiàn)，大學(xué)生在識(shí)別快樂和憤怒這兩種基本情緒時(shí)，快樂的注視次數(shù)顯著高于憤怒的注視次數(shù)。這一研究結(jié)果說明，人們?cè)谶M(jìn)行表情識(shí)別和判斷時(shí)會(huì)更多地運(yùn)用注視的次數(shù)，來判斷和識(shí)別情緒的類型。與憤怒的表情相比，快樂被注視的次數(shù)相對(duì)更多，即被注視的頻次較多。其次，大學(xué)生在識(shí)別快樂和憤怒這兩種表情時(shí)，最大瞳孔距離沒有顯著差異。瞳孔距離即兩個(gè)眼球中心點(diǎn)的距離，也就是指兩眼瞳孔中心之間的距離，在眼位沒有任何偏斜的情況下瞳距等于兩眼視軸之間的距離[2]。當(dāng)個(gè)體在識(shí)別或者辨認(rèn)圖片時(shí)，瞳孔大小會(huì)發(fā)生變化。雖然本研究發(fā)現(xiàn)快樂與恐懼的最大瞳孔距離沒有顯著不同，但是從二者的平均分?jǐn)?shù)上可以看出快樂的最大瞳孔距離高于憤怒的最大瞳孔距離，也就是說，有可能人們?cè)谶M(jìn)行快樂這種情緒識(shí)別時(shí)，會(huì)更多地睜大雙眼。這一觀點(diǎn)還有待進(jìn)一步的研究驗(yàn)證。最后，本研究發(fā)現(xiàn)大學(xué)生在識(shí)別快樂、憤怒時(shí)，憤怒表情的識(shí)別所需要的總注視時(shí)間顯著高于快樂表情識(shí)別。這說明人們?cè)谧R(shí)別憤怒時(shí)，相對(duì)于快樂而言關(guān)注的時(shí)間較長(zhǎng)。分析差異的原因，這可能與這兩種表情發(fā)生時(shí)參與的面部活動(dòng)單位不同有關(guān)，參與表現(xiàn)憤怒的表情活動(dòng)更加豐富，而快樂的面部肌肉活動(dòng)單位較為明顯[3]。

[1]陳少華.情緒心理學(xué)[M].濟(jì)南：濟(jì)南大學(xué)出版社，2008：34-45.

[2]李強(qiáng)，侯艷紅，苗丹民，等.不同情緒模式圖片眼動(dòng)特征的研究[J].中國(guó)行為醫(yī)學(xué)科學(xué),2006,12(12)：1121-1122.

[3]（美）卡萊特.情緒[M].周仁來，譯.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2009：29-46.