儿童人脸数据集制作

人脸数据集的特征提取分为人工和深度学习技术两种提取方式,有关儿童脸部视频和照片,应该使用哪种方式来提取,如何裁剪,如何将其制作成为合格的含有训练集、验证集、测试集的情绪识别数据集。

该制作的合规注意事项有哪些?

1. 人工特征 vs 深度学习特征:你应该用哪种?

结论:你应该用深度学习方式提取特征。

原因:

  • 儿童人脸与成人差异大(五官比例、皮肤纹理、表情幅度),人工特征(HOG、LBP、SIFT)表现很差
  • 深度学习(如 ResNet、MobileNet、VGG、Transformer)能自动学习儿童面部特征
  • 情绪识别(FER)目前 SOTA 方法全部基于深度学习
  • 若你已有视频和照片,深度学习需要大量数据,正好匹配你的资源

如果你需要输出特征向量(比如用于聚类、分类、检索),可以:

  • 先用深度学习模型(如 ResNet18)训练 FER 任务
  • 然后去掉最后一层全连接层,用前面的特征作为 "深度特征"

2. 如何从视频 / 照片中裁剪儿童人脸

自动化代码运行分类出每个儿童的照片视频,人工手动为每个类别进行命名。

建议流程:

  1. 人脸检测推荐模型:

    • MTCNN(对儿童脸效果好)
    • RetinaFace(速度快、精度高)
    • YOLOv8-face(最新、适合视频)
  2. **关键点检测(可选但推荐)**用于对齐儿童人脸,提高情绪识别效果模型:

    • MTCNN 自带 5 点关键点
    • MediaPipe Face Mesh(468 点,更精细)
  3. 人脸对齐与裁剪对齐方式:

    • 基于双眼关键点进行相似变换(旋转、缩放、平移)
    • 将人脸裁剪为 224×224 或 112×112(根据模型要求)
  4. 视频处理

    • 按每秒 1~5 帧采样(避免数据冗余)
    • 对每一帧做人脸检测 + 裁剪
    • 保留检测置信度高的帧(如 >0.9)

3. 如何构建训练集 / 验证集 / 测试集

目前以照片为主

建议比例:

  • 训练集:70%
  • 验证集:15%
  • 测试集:15%

构建方式:

  1. 按 "人" 划分,而不是按 "图片" 划分避免同一个孩子的照片同时出现在训练集和测试集,否则会导致模型 "作弊"。

  2. 步骤:

    a. 给每个儿童分配唯一 IDb. 将所有儿童随机分为 train /val/test 三组c. 按儿童 ID 将其所有照片 / 视频帧放入对应集合

  3. 数据增强(训练集使用)儿童人脸适合的增强:

    • 随机亮度、对比度
    • 随机水平翻转
    • 轻微旋转(±10°)
    • 随机裁剪
    • 颜色抖动注意:不要做垂直翻转(不自然)

4. 情绪识别数据集的标注规范

建议情绪类别(与 FER2013 一致):

  • 愤怒
  • 厌恶
  • 恐惧
  • 快乐
  • 悲伤
  • 惊讶
  • 中性

标注方式:

  1. 单标签标注(大多数 FER 任务使用)每张图只标一种情绪

  2. 多标签标注(如果需要更精细)例如:又哭又怕 → 悲伤 + 恐惧

  3. 视频标注

    • 可以按帧标注
    • 或按 "片段" 标注(例如 1~30 帧为 "哭泣")
  4. 标注工具推荐

    • LabelStudio
    • VGG Image Annotator (VIA)
    • CVAT(适合视频)

5. 如何制作一个 "合格" 的情绪识别数据集

最终数据集结构示例:

plaintext

复制代码
dataset/
  train/
    angry/
    disgust/
    fear/
    happy/
    sad/
    surprise/
    neutral/
  val/
    ...(同上)
  test/
    ...(同上)

每个类别下存放:

  • 裁剪好的人脸图片(224×224 或 112×112)
  • 命名建议:childID_xxx.jpg

6. 合规注意事项(非常重要,尤其是儿童数据)

若你处理的是儿童面部数据,必须遵守:

  • 中国《个人信息保护法》
  • 《未成年人保护法》
  • 《网络安全法》
  • 若用于科研,还需遵守伦理审查要求

以下是必须做到的:

  1. 必须获得监护人书面同意

    • 明确告知数据用途
    • 明确告知数据保存方式
    • 明确告知可以随时撤回同意
  2. 数据必须匿名化

    • 删除姓名、身份证号、学校、家庭住址等信息
    • 儿童 ID 用随机字符串代替
    • 不要在图片中包含可识别背景(学校、家庭环境)
  3. 数据存储安全

    • 加密存储
    • 禁止公开上传到 GitHub、百度网盘等
    • 仅限项目成员访问
  4. 禁止向第三方泄露

    • 不能把数据给同学、公司或上传到公共数据集
  5. 若用于论文 / 毕设,必须经过学校伦理审查

    • 提交伦理审查表
    • 提交监护人同意书模板
    • 提交数据处理方案
  6. 数据保存期限

    • 研究结束后必须删除或匿名化归档

基础知识概念衍生:

人工特征VS深度学习特征

人工特征是"教计算机怎么看",深度学习特征是"让计算机自己学怎么看"。

一、 核心概念

1. 人工特征提取 (Handcrafted Feature Extraction)
  • 概念:由人类专家(算法工程师)根据图像的物理特性(如边缘、颜色、纹理),设计出特定的数学公式或规则,将图像像素转化为一组固定长度的数值(特征向量)。
  • 核心逻辑:人类先总结规律,再让计算机去计算。
  • 代表算法
    • HOG (Histogram of Oriented Gradients):提取边缘方向分布(常用于行人检测)。
    • SIFT (Scale-Invariant Feature Transform):提取关键点(用于图像匹配)。
    • LBP (Local Binary Pattern):提取纹理特征(常用于人脸识别、表情识别)。
    • Haar-like Features:提取明暗变化(用于人脸检测)。
2. 深度学习特征提取 (Deep Learning Feature Extraction)
  • 概念:利用深度神经网络(如 CNN、Transformer),通过大量数据的训练,自动学习图像中的底层(线条)、中层(五官部件)到高层(抽象概念)的特征。
  • 核心逻辑:人类提供数据和目标,让计算机通过反向传播算法自己总结规律。
  • 代表模型
    • CNN 系列:AlexNet, VGG, ResNet, MobileNet。
    • Vision Transformer (ViT):利用注意力机制提取全局特征。

二、 详细对比区分

维度 人工特征 (Handcrafted) 深度学习特征 (Deep Learning)
设计方式 人为设计:需要深厚的领域知识,设计周期长。 自动学习:模型自动优化,无需手动设计特征。
特征层次 浅层 / 中层:主要捕捉边缘、纹理等低级信息。 多层次:从边缘到抽象概念(如 "这是一张笑脸")。
泛化能力 :针对特定场景设计,换个场景(如光照变化、角度变化)效果暴跌。 :模型具有很强的鲁棒性,能适应不同光照、姿态。
数据依赖 :少量数据即可训练分类器(如 SVM)。 :需要海量标注数据才能训练出好的特征。
计算复杂度 :数学运算简单,CPU 即可实时处理。 :矩阵运算量大,通常需要 GPU 加速。
可解释性 :知道特征代表什么(如 LBP 代表纹理)。 :像 "黑盒子",很难解释某个神经元具体代表什么。

三、 针对你的 "儿童情绪识别" 项目的深度分析

既然你做的是儿童人脸表情识别 (FER),这两者的选择差距非常大:

1. 为什么人工特征(如 LBP+SVM)不适合你?
  • 儿童脸部特征不稳定:儿童的五官比例随年龄变化大,且皮肤光滑(纹理少),LBP 等依赖纹理的算法效果很差。
  • 表情幅度差异:儿童表情往往比成人夸张或扭曲,人工设计的几何特征(如眼睛长宽比)很难准确描述。
  • 遮挡与姿态:儿童照片中常有低头、转头、遮挡(手、玩具),人工特征对这些变化非常敏感。
2. 为什么深度学习特征(如 ResNet)是唯一解?
  • 端到端学习:输入一张图,直接输出情绪类别,中间过程自动优化。
  • 强大的拟合能力:能够学习到儿童特有的细微表情模式。
  • 迁移学习 (Transfer Learning):这是关键点!你可以先用成人数据集(如 FER2013)预训练一个 ResNet,然后用你的儿童数据进行 "微调"。这样即使你的儿童数据量不是特别巨大,也能取得很好的效果。

OS:使用技术栈:PyTorch框架+ResNet18作为骨干网络(Backbone)

采用深度卷积神经网络ResNet18进行端到端的特征提取与分类...的方法。

在 2025 年的今天,做图像分类和情绪识别,深度学习特征是绝对的主流和标准,人工特征仅用于极其简单的嵌入式设备或学术对比。

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