快乐与愤怒表情识别眼动研究

刘 平，冯晓杭

（长春师范学院教育科学学院，吉林长春 130032）

表情识别（Emotion Expression Recognition）是近年来情绪心理学研究领域中日趋引人注目的研究主题之一。早在1972年，心理学家Ekman与Friesen最早提出了人类有六种主要情感，每种情感都以唯一的表情反映一种独特的心理活动。这六种情感被称为基本情感，由快乐(happiness)、愤怒（anger）、悲伤(sadness)、惊讶(surprise)、厌恶(disgust)和恐惧(fear)组成，其中快乐和愤怒是人类社会活动中较为普遍存在和发生的基本情绪[1]。

人类表情的识别在个体发展过程中起着重要的作用，同时表情识别技术在社会生活中的应用也越来越广泛，主要应用领域包括人机交互、安全领域、机器人制造、医疗、通信领域等。美国心理学家Ekman等人主要运用人脸活动的编码系统FACS(Facial Action CodingSystem)方法进行表情识别的研究。他们根据人面部肌肉的类型和运动特征定义了基本表情活动单元，称为AU（Action Unit），人脸面部的各种表情最终能分解对应到各个AU上来，从而可以系统地分析各种表情特征信息，为表情识别的研究提供了一种较为有效的方法。随着对表情研究技术的不断深入探讨，人们逐渐开始探索应用多种不同的方法和手段来分析人们表情识别的特征。眼动实验就是近年来应用越来越多的研究方法之一。眼动实验是指人们借助某些仪器，对被试在进行操作时的眼睛活动情况进行记录，借此分析大脑的思维过程。早期人们主要利用照相、电影摄影等方式来记录眼球运动情况，现在利用眼动仪等先进实验工具，可以得到更加精确的眼动记录，为心理学研究，尤其是表情识别提供更加有效、科学的数据信息。眼动实验的原理主要是：主试利用一小束对人体无害的微弱光束，射向被试的眼睛，这束从眼球表面反射回来的光就记录了眼球运动的情况。对该光束进行分析，即可对人脑思维活动情况进行推测。本研究主要是利用眼动技术记录人们在进行快乐和愤怒这两种情绪识别时的特征，进而分析人们情绪识别时的特征，在眼动指标方面，如注视时间、注视次数、眼跳潜伏期、回视次数以及总注视时间上的差异。

1 实验过程

1.1 实验对象

预备实验：首先，招募高校在读大学生参加情绪图片识别，共40人（男生20人，女生20人），研究者通过预备实验，让被试对快乐和愤怒这两种情绪进行情绪识别，确定正式实验所用的情绪图片。然后，进行情绪图片的预备眼动实验研究。招募高校在读大学生10人参加眼动预备实验。通过预备实验，对实验程序进行修改和完善。

正式实验：36名大学生参加眼动正式实验（男生16人，女生20人，平均年龄22.1岁），删除无效被试10人，最终参加正式实验的有效被试是26人。被试裸视、矫正视力均为正常，实验前无强烈情绪反应，情绪较为平稳，符合进行该项实验的基本要求。

1.2 实验仪器

采用的是加拿大SR-research公司生产的EYELINK-II型头盔式眼动仪。该眼动仪器主要是通过头盔上的两个摄像头负责采集瞳孔或角膜反射的红外光信号，然后通过头盔与主试机之间的连线将数据信号传人主试机程序中，最后研究者对此数据进行处理与分析。

1.3 实验材料

实验采用429cm×618cm的快乐与愤怒表情图片。实验前通过图片库查找同一张人脸的快乐与愤怒两种情绪图片，被试对两种表情图片进行辨认采用的是5等级评分，即数字“1”代表“完全不符合”，数字“5”代表“完全符合”。正式实验的材料是一名男性表情面孔，为快乐与愤怒两种表情图片。根据实验研究的目的每张情绪图片配有两个选项，在被试对图片做出判断后，请被试做出选择。

实验材料的呈现：被试机为19英寸纯平液晶显示器，通过被试机的程序设置呈现给被试。被试机的刷新率为85Hz。实验时被试眼睛与屏幕中心的距离保持为60cm。

1.4 实验设计

该实验采用的是单因素被试内设计。自变量为两种基本情绪——快乐和愤怒，因变量为注视次数、平均注视时间、最大瞳孔距离、平均瞳孔距离、总注视时间。

1.5 实验过程

实验过程分两个阶段。阶段一：预备实验。阶段二：正式实验。预备实验和正式实验的基本流程一致，主要由练习部分和正式部分组成。（1）练习部分：练习部分的指导语如下：“同学，你好！这是一项关于快乐和愤怒两种情绪识别的眼动研究，请您判断下面的图片属于哪一种情绪，请真实作答。一旦做出判断，请迅速按键，按键1=快乐，按键2=恐惧。请准备好，开始！”（2）正式部分：练习部分结束后，被试稍作休息，接着正式实验部分开始。正式实验部分的指导语如下：“下面我们开始正式实验。”指导语如下：“同学，你好！这是一项关于快乐和愤怒两种情绪识别的眼动研究，请您判断下面的图片属于哪一种情绪，请真实作答！一旦做出判断，请迅速按键，按键1=快乐，按键2=恐惧。请准备好，开始！”

1.6 实验数据处理

采用SPSS17.0软件进行独立样本t检验统计分析。

2 数据分析

2.1 注视次数眼动分析

对眼动数据进行T检验统计分析，选取注视次数进行平均数比较。数据分析结果显示两种基本情绪快乐与愤怒眼动在注视次数这个眼动指标上差异显著（表1）。

表1 注视次数比较分析

由表1得知，大学生在识别快乐和愤怒这两种基本情绪时，快乐的注视次数显著高于愤怒的注释次数，即M快乐7.85>M愤怒7.31，P<0.05。

2.2 最大瞳孔距离的眼动分析

经T检验统计分析，结果发现大学生在进行快乐与愤怒两种基本表情识别时，最大瞳孔距离差异不显著（表2）。

表2 最大瞳孔距离比较分析

由表2得知，大学生在识别快乐和愤怒这两种表情时，最大瞳孔距离没有显著不同，但是总体上快乐的最大瞳孔距离高于愤怒的最大瞳孔距离，即M快乐834.69>M愤怒796.96。

2.3 总注视时间的眼动分析

经T检验统计分析，发现在大学生在识别快乐与愤怒这两种基本情绪时，总注视时间差异显著（P=0.005）（表3）。

表3 总注视时间比较分析

由表3可以得知，大学生在识别基本情绪快乐、愤怒时，用来识别愤怒的时间要显著高于快乐的表情识别，即 M快乐1854.92

3 讨论

首先，通过本研究发现，大学生在识别快乐和愤怒这两种基本情绪时，快乐的注视次数显著高于愤怒的注视次数。这一研究结果说明，人们在进行表情识别和判断时会更多地运用注视的次数，来判断和识别情绪的类型。与愤怒的表情相比，快乐被注视的次数相对更多，即被注视的频次较多。其次，大学生在识别快乐和愤怒这两种表情时，最大瞳孔距离没有显著差异。瞳孔距离即两个眼球中心点的距离，也就是指两眼瞳孔中心之间的距离，在眼位没有任何偏斜的情况下瞳距等于两眼视轴之间的距离[2]。当个体在识别或者辨认图片时，瞳孔大小会发生变化。虽然本研究发现快乐与恐惧的最大瞳孔距离没有显著不同，但是从二者的平均分数上可以看出快乐的最大瞳孔距离高于愤怒的最大瞳孔距离，也就是说，有可能人们在进行快乐这种情绪识别时，会更多地睁大双眼。这一观点还有待进一步的研究验证。最后，本研究发现大学生在识别快乐、愤怒时，愤怒表情的识别所需要的总注视时间显著高于快乐表情识别。这说明人们在识别愤怒时，相对于快乐而言关注的时间较长。分析差异的原因，这可能与这两种表情发生时参与的面部活动单位不同有关，参与表现愤怒的表情活动更加丰富，而快乐的面部肌肉活动单位较为明显[3]。

[1]陈少华.情绪心理学[M].济南：济南大学出版社，2008：34-45.

[2]李强，侯艳红，苗丹民，等.不同情绪模式图片眼动特征的研究[J].中国行为医学科学,2006,12(12)：1121-1122.

[3]（美）卡莱特.情绪[M].周仁来，译.北京：中国轻工业出版社，2009：29-46.