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1、精选优质文档-倾情为你奉上项目名称：心理生理信息感知关键技术及应用提名奖种：2018年度国家技术发明奖二等奖主要完成人：胡斌、徐向民、郑文明、栗觅、马义德、赵庆林完成单位：兰州大学、华南理工大学、东南大学、北京工业大学项目简介：当前，脑科学及新一代人工智能的发展迫切需要有效地量化“感”+“知”人体的心理生理信息。通过有效感知人体心理生理信息并进行深入的量化分析，一方面可以对心理障碍（如抑郁、狂躁）实施客观量化评估，继而实现早期诊断、早期干预；另一方面，对于丰富我国安防和反恐甄别手段、提升军事人员履职能力等具有重要意义。同时，新一代人工智能中的“人机混合智能”特别强调机器的“类人”智能协同能力，
2、而有效感知人体心理生理信息，理解人的情感、注意等认知心理状态是实现人机混合智能的前提。然而，心理生理信息具有时序性、多变性和复杂性等特征，如何在自然情境中普适地、有效地获取心理生理信息就成为心理生理信息量化感知所面临的一个首要难题；另外，心理生理信息所具有的非结构化、低价值密度等特点也使其有效量化分析变得异常困难；最大的挑战还在于认知心理状态与心理生理信息之间的映射关系异常复杂，易受个体差异、时间及所处环境的影响，如何找出具有可靠性、复现性和普遍性的关联关系就成为能否实现量化感知的关键。鉴于此，本项目提出了“心理生理计算理论及方法”，旨在创新生物传感及普适化心理生理信息获取技术，探索特征优化、
3、多模数据融合等智能算法，依据心理生理学建立面向认知心理状态与功能的新型计算理论与方法。本项目从普适化生理信号、语音、表情、眼动等多模态感知信号入手，发明了便携式生物传感设备及心理生理数据量化分析方法，对“心理生理计算理论及方法”进行了有效的实践，主要技术发明包括：一、提出了面向心理生理信息量化感知的便携式脑电信号采集、实时去噪、电极部署及量化分析的一体化解决方案，开发了在功耗、精度、采样率等多项技术指标上均优于国际知名商业产品的便携式脑电传感器，结合优选的极简电极部署方案以及创新的眼电伪迹去除和特征提取算法，解决了脑电信号的普适化高质量采集和有效传输等难题，实现了以脑电信号为主、前额温度为辅的
4、心理状态有效评估，研制出了第一个便携式三导联抑郁障碍评估系统，在抑郁障碍量化评估及持续性监测等问题上取得了重大突破。二、提出了针对语音信息有效量化感知的核半监督判别分析方法，实现了基于说话人惩罚图学习算法的特征维数约简，解决了语音信息受个体差异影响较大而导致情感识别率较低的难题，并提出首个基于中文语音的心理状态识别方法，通过量化分析中文语音帧不同特征的时序模式，通过多段语音帧集成学习产生最终的心理状态评估结果。同时，填补了当前基于语音的抑郁状态识别仅限于英语、德语等少数语种，缺乏中文语音分析和评估系统的空白。三、提出了针对面部表情有效量化感知的图像颜色恒温性处理及姿态归一化方法，在提升图像滤波
5、和分块效果的同时，一定程度上解决了人脸姿态变化造成表情类内差异大的问题，并基于面部动作分块单元的组合及顺序关系，结合AAM模型实现了视频序列中的面部表情有效识别。同时整合面部表情和语音，提出了基于核降秩回归的情感识别融合算法，在心理状态的多模融合分析方面取得重要突破。四、提出了基于瞳孔直径的“情感带宽”新概念，发明了针对个体情感反应异常程度的有效量化分析方法。通过瞳孔直径这一物理指标客观地度量正性、负性情绪体验的大小和范围，解决了以往个体对于外界情绪体验的主观评分方法所存在的模糊性、不确定性、缺乏整体性和动态性等问题，研制出了第一台情感带宽心理状态测试仪，实现了基于瞳孔直径的抑郁障碍有效量化评
6、估。本项目核心技术共获授权发明专利20多项，其中核心发明专利10项（包括美国发明专利1项），发表相关SCI论文40余篇，累计被引用次数达到1600多次。专家鉴定认为，本项目成果立题新颖，创新性强，并具有重大的推广应用价值，经济效益和社会效益显著，与国内外同类技术研究相比较，其整体技术指标达到国际先进水平，部分达到国际领先水平。同时，本项目部分核心技术及应用分别获教育部科学研究优秀成果奖2016年度技术发明一等奖和2015年度自然科学二等奖。目前，通过与产业界积极合作，联合攻关，本项目涉及的各项技术发明及创新理论已经在广州汇智通信技术有限公司、德赛信息科技有限公司、瑞士RUI-Tech GmbH
7、、宏智力科技有限公司、广东省中山市读书郎电子有限公司等多家企业的相关产品中得到了应用，产生经济效益约20亿元。相关原型产品还用于包括北京安定医院、上海精神卫生中心、天水市第三人民医院、军事医学科学院在内的多家医疗或科研机构的临床和前沿研究工作中，涉及抑郁障碍的临床研究及辅助诊断、单兵典型情绪的实时监控等，累计开展临床实验1700多人次。2017年本项目获批军委科技委有关军事人员精神状态评估的重大项目立项，项目总金额达到3000万元。由此可见，本项目核心技术已经取得了突出的实际应用效果，经济效益和社会效益显著。客观评价：1)成果鉴定意见2016年5月18日由兰州大学组织召开的专家鉴定会认为，本项
8、目成果立题新颖，创新性强，并具有重大的推广应用价值，经济效益和社会效益显著，与国内外同类技术研究相比较，其整体技术指标达到国际先进水平，部分达到国际领先水平。2) 项目曾获科技奖励情况“心理生理信息感知关键技术及应用”获得2016年度教育部科学研究优秀成果奖技术发明一等奖。“鲁棒人脸视觉特征的提取、建模与识别的理论和方法研究”获得2015年度教育部科学研究优秀成果奖自然科学二等奖。推广应用情况：通过与产业界积极合作，联合攻关，本项目涉及的各项技术发明及创新理论已经深圳宏智力科技有限公司、上海乐相科技有限公司、深圳市德力凯医疗设备股份有限公司、广东省中山市读书郎电子有限公司、惠州德赛信息科技有限
9、公司、广州汇智通信技术有限公司、北京爱生科贸有限公司、瑞士RUI-Tech GmbH公司等企业的产品中得到了的应用，累计经济效益约20亿元人民币。而相关原型产品也已经用于北京安定医院、上海精神卫生中心、兰州市第三人民医院、天水市第三人民医院等多家国内医疗机构的心理障碍诊断临床实验和军事医学科学院、中国科学院心理研究所计算网络心理实验室等多家科研机构的相关研究，累计开展临床实验1700多人次。2017年本项目获批军委科技委有关军事人员精神状态评估的重大项目立项，项目总金额达到3000万元。主要知识产权证明目录：知识产权类别知识产权具体名称国家（地区）授权号授权日期证书编号权利人发明人专利有效状态
10、发明专利一种脑电与温度相结合的抑郁人群判定方法中国ZL0.9兰州大学胡斌； 赵庆林； 彭宏； 周昱； 李志学； 彭茹； 马永昊有效发明专利一种基于单幅图像的颜色恒常性处理方法中国ZL1.8华南理工大学徐向民；翁俊武；叶佳木有效发明专利一种基于核半监督的语言情感识别方法中国ZL4.3东南大学郑文明；徐新洲；赵力；魏昕；余华；黄程韦；刘健刚有效发明专利一种情感带宽测定方法和系统中国ZL0.4北京工业大学栗觅；吕胜富；王刚；钟宁有效发明专利一种便携式脑电采集方法中国ZL2.4兰州大学胡斌；赵庆林；彭宏有效发明专利一种可穿戴的并馈天线中国ZL4.7兰州大学胡斌、高国平、彭宏、贺乐乐、赵晋宁、田晓龙有效
11、发明专利一种基于AAM模型的视频序列人脸识别方法中国ZL6.X华南理工大学徐向民；陈晓仕；黄卓彬；林旭斌有效发明专利一种姿态归一化的非正面人类表情识别方法中国ZL5.X东南大学郑文明；冯天从有效发明专利一种基于说话人惩罚的独立于说话人语言情感识别方法中国ZL3.4东南大学郑文明；徐新洲；赵力；黄程韦；余华；吴尘；查诚有效发明专利Affective Bandwidth Measurement and Affective Disorder Determination美国14/731,928USB2北京工业大学MiLi;Sengfulv;Gang Wang; NingZhong有效专心-专注-专业主
12、要完成人情况：姓名排名职务/职称工作单位/完成单位对本项目技术创造性贡献胡斌1院长/教授兰州大学/兰州大学项目负责人，负责项目总体思路、技术方法、技术路线的设计，对发明创新一、二、三、四均有重要贡献，提出了心理生理可计算理论及方法，确立了心理生理学与信息科学相融合的研究方向。发明创新一主要提出面向心理生理信息量化感知的便携式脑电信号采集、实时去噪、电极部署及量化分析的一体化解决方案，研制出了具有国际先进水平的便携式脑电采集系统，实现了以脑电信号为主、前额温度为辅的抑郁障碍有效评估；发明创新二主要提出了基于中文语音的抑郁障碍识别方法，填补了当前国际上基于语音的抑郁障碍识别仅限于英语、德语等少数语
13、种，缺乏中文语音分析和评估系统的空白；发明创新三主要整合了语音和面部表情，提出了面向心理状态评估的多模融合分析方法；发明创新四主要基于“情感带宽”技术，联合提出了面向抑郁患者注意偏向的量化评估方法，实现了抑郁障碍的有效客观评估。以第一作者/通讯作者发表相关SCI论文40余篇，获得相关授权国家发明专利4项。2016年获得教育部科学研究优秀成果奖技术发明一等奖，2014年获得第五届中国侨界贡献奖。徐向民2副院长/教授华南理工大学/华南理工大学项目主要完成人，对发明创新三有重要贡献，主要提出了一种针对面部表情有效量化感知的图像颜色恒温性处理方法，实现了基于AAM模型的视频序列人脸识别。以第一作者/通
14、讯作者发表相关SCI论文11篇，获得相关授权国家发明专利3项。郑文明3主任/教授东南大学/东南大学项目主要完成人，对发明创新一、二、三均有重要贡献。发明创新一主要提出了针对脑电信号的有效通道选择和新型特征选择算法；发明创新二主要提出了针对语音信息有效量化感知的核半监督判别分析方法，实现了基于说话人惩罚图学习算法的特征维数约简，解决了语音信息受个体差异影响较大而导致情感识别率较低的难题。发明创新三主要提出了针对面部表情图像的姿态归一化方法，一定程度上解决了人脸姿态变化造成表情类内差异大的问题。以第一作者/通讯作者发表相关SCI论文20余篇，获得相关授权国家发明专利4项。2015年获得教育部科学研
15、究优秀成果奖自然科学二等奖。栗觅4副教授北京工业大学/北京工业大学项目主要完成人，对发明创新四有重要贡献，主要提出了“情感带宽”新概念，通过瞳孔直径这一物理指标客观地度量正性、负性情绪体验的大小和范围。以第一作者/通讯作者发表SCI论文10篇，获得相关授权国家发明专利4项，相关授权美国发明专利1项。马义德5教授兰州大学/兰州大学项目主要完成人，对发明创新三有重要贡献，主要对PCNN进行深入研究，将其应用于面部表情图像处理中，并提出多种改进算法及融合算法，对图像处理、图像分割、图像识别等均有良好的效果。以第一作者/通讯作者发表SCI论文20余篇。赵庆林6副教授兰州大学/兰州大学项目主要完成人，对
16、发明创新一有重要贡献，用极简电极部署方案以及创新的眼电伪迹去除和特征提取算法，解决了脑电信号的普适化高质量采集和有效传输等难题。以第一作者/通讯作者发表SCI论文3篇，获得授权国家发明专利2项（第二完成人）。完成人合作关系说明：2009年以来，项目第一完成人胡斌教授先后主持了国家自然科学基金面上项目，欧盟框架七计划项目、国家国际科技合作专项、“973计划”项目、国防特区计划项目等科研项目，系统研究心理生理信息感知关键技术，与项目第五、第六完成人为同一团队，与项目其他完成人均有合作关系。与第二完成人徐向民教授的合作方式：共同立项, 论文合著。与第三完成人郑文明教授的合作方式：共同立项。与第四完成人栗觅副教授的合作方式：共同立项、论文合著。与第五完成人马义德教授为同一团队，合作方式：共同立项。与第六完成人赵庆林副教授为同一团队，并指导赵庆林获得博士学位，赵庆林副教授为其团队骨干，合作方式：论文合著、共同立项、共同知识产权。