[發(fā)明專利]一種嬰幼兒依戀類型自動預(yù)測系統(tǒng)及其預(yù)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811561925.8
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109711310A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李紅改;崔錦實;王莉;查紅彬
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G06N3/04;A61B5/16
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

1.一種嬰幼兒依戀類型自動預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于，所述嬰幼兒依戀類型自動預(yù)測系統(tǒng)包括：嬰兒安全座椅、第一攝像機和計算機；其中，嬰兒坐在嬰兒安全座椅上，照料者面對嬰兒；在嬰兒和照料者的側(cè)面設(shè)置第一攝像機，嬰兒和照料者的整個身體位于第一攝像機的成像視野內(nèi)；第一攝像機連接至計算機；照料者按照流程指示程序與嬰兒進行互動，第一攝像機拍攝照料者與嬰兒的互動行為，并將視頻傳輸至計算機，得到視頻數(shù)據(jù)；對視頻數(shù)據(jù)采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得到三維特征，經(jīng)過矩陣運算得到一維序列特征，輸入至預(yù)訓(xùn)練好的循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得到嬰兒的依戀類型。

2.如權(quán)利要求1所述的嬰幼兒依戀類型自動預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于，還包括第二攝像機和第三攝像機，分別正對嬰兒和照料者的臉部，拍攝嬰兒和照料者的臉部的視頻，第二和第三攝像機分別連接至計算機。

3.一種嬰幼兒依戀類型自動預(yù)測方法，其特征在于，所述自動預(yù)測方法，包括以下步驟：

1)設(shè)計流程指示程序；

2)預(yù)訓(xùn)練循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型：

a)收集數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫包括多個嬰兒與照料者的靜止臉實驗的視頻數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，并且每一個訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)標(biāo)注有依戀類型標(biāo)簽；

b)對數(shù)據(jù)庫中的訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過多個卷積層加池化層運算，得到三維特征；

c)對三維特征經(jīng)過矩陣運算，得到一維序列特征；

d)將一維序列特征輸入到以長短期記憶LSTM為基本單元的循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到輸出結(jié)果；

e)將輸出結(jié)果與訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)所對應(yīng)的真實的依戀類型標(biāo)簽相比較，調(diào)整循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)、連接方式、參數(shù)、損失函數(shù)和優(yōu)化方式，重復(fù)步驟b)～d)，使得輸出結(jié)果與真實的依戀類型標(biāo)簽的差異最小化，得到訓(xùn)練好的循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；

3)將被測試的嬰兒放置在嬰兒安全座椅上，照料者面對嬰兒，在嬰兒和照料者的側(cè)面設(shè)置第一攝像機，嬰兒和照料者的整個身體位于第一攝像機的成像視野內(nèi)；

4)照料者按照流程指示程序與嬰兒進行互動，第一攝像機拍攝照料者與嬰兒的互動行為，并將視頻傳輸至計算機，計算機得到視頻數(shù)據(jù)；

5)對視頻數(shù)據(jù)利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過多個卷積層和池化層運算，得到三維特征；

6)對三維特征經(jīng)過矩陣運算，得到一維序列特征；

7)對一維序列特征輸入至預(yù)訓(xùn)練好的循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，得到被測試的嬰兒的依戀類型結(jié)果。

4.如權(quán)利要求3所述的自動預(yù)測方法，其特征在于，在步驟2)中，數(shù)據(jù)庫中的訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)的個數(shù)為35個以上。

5.如權(quán)利要求3所述的自動預(yù)測方法，其特征在于，在步驟2)的a)靜止臉實驗中，將明確依戀類型的嬰兒放置在嬰兒安全座椅上，照料者面對嬰兒，在嬰兒和照料者的側(cè)面設(shè)置第一攝像機，嬰兒和照料者的整個身體位于第一攝像機的成像視野內(nèi)；照料者按照設(shè)計好的流程指示程序與嬰兒進行互動，第一攝像機拍攝照料者與嬰兒的互動行為，并將視頻傳輸至計算機，計算機得到靜止臉實驗的視頻數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，對訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)標(biāo)注依戀類型標(biāo)簽。

6.如權(quán)利要求3所述的自動預(yù)測方法，其特征在于，在步驟2)的e)中，連接方式為循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不同的隱藏層之間的輸入與輸出的連接關(guān)系；參數(shù)包括學(xué)習(xí)率、批次規(guī)模、訓(xùn)練輪數(shù)、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱藏層的個數(shù)以及訓(xùn)練集與測試集的比例；損失函數(shù)為用于評估輸出結(jié)果與真實依戀類型標(biāo)簽之間的不一致程度的函數(shù)；優(yōu)化方式為用于約束網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程，使得訓(xùn)練朝著損失函數(shù)最小化的方向發(fā)展。

7.如權(quán)利要求3所述的自動預(yù)測方法，其特征在于，在步驟4)中，照料者與被測試的嬰兒的互動，與數(shù)據(jù)庫中照料者與嬰兒的互動的流程指示程序完全相同。

8.如權(quán)利要求3所述的自動預(yù)測方法，其特征在于，還包括第二攝像機和第三攝像機，分別正對嬰兒和照料者的臉部，拍攝嬰兒和照料者的臉部的視頻。