匹配图像与3维模型特征点的真实感3维头重建

提出并实现一种基于两张正交图像和一个标准3维头模型,并利用2D图像特征点和3D模型特征点的匹配进行3维头模型重建的算法。首先,进行面部区域和头发区域的分割,利用色彩传递对输入图像进行颜色处理。对正面图像利用改进后的ASM（主动形状模型）模型进行特征点定位。改进局部最大曲率跟踪(LMCT)方法,更为鲁棒的定位了侧面特征点。在匹配图像特征点与标准3维头上预先定义的特征点的基础上,利用径向基函数进行标准头形变,获得特定人的3维头部形状模型。采用重建好的3维头作为桥梁,自动匹配输入图像,进行无缝纹理融合。最后,将所得纹理映射到形状模型上,获得对应输入图像的特定真实感3维头模型。     

结合特征适配与拉普拉斯形变的3维人脸重建

目的 数字娱乐产业的发展要求3维人脸重建技术能重建高分辨率3维人脸,并具有较高计算效率和重建准确性。针对这一情况,提出一种基于单幅图像的高分辨率3维人脸重建方法。方法 该方法包含特征适配与拉普拉斯形变两部分。预先用1组3维人脸样本上的3维特征构造可变形模型。给定图像时,从其上自动提取2维特征点,并根据获得问题最优解的必要条件进行特征适配以重建个性化3维特征;然后基于拉普拉斯方法,用该3维特征对一般人脸模型进行变形以获得特定高分辨率3维人脸;最后通过纹理合成获得真实感人脸。结果 用本文方法和已有方法分别进行可变形模型适配和模型变形,本文的特征适配方法具有更快的收敛速度和更高的准确性,拉普拉斯方法具有更小的重建误差。纹理映射后的3维人脸具有很好的视觉效果。结论 本文方法将特征适配与拉普拉斯形变结合起来进行高分辨率3维人脸重建。实验结果表明所提出的方法具有较高的计算效率和准确性,能实现较为理想的高分辨率3维人脸重建。     

采用草绘轮廓的3维人脸建模方法

为方便用户进行3维人脸形状设计,提出一种基于手绘轮廓的3维人脸建模方法。该方法的主要特点在于,一方面,引用姿态估计技术对人脸草图进行解析,将用户绘制的侧视人脸草图转换成对应的正视人脸草图,可支持用户选择多个视角绘制人脸;另一方面,采用多层映射机制建立人脸草图特征点与3维人脸特征点之间的一一对应关系,由对应特征点之间的形变量来控制生成3维人脸,保证草图笔画的几何形状信息能有效映射到3维模型中。实验结果表明,文中方法能快速生成形状新颖的特定人脸,可有效支持用户进行3维人脸形状的手绘建模。     

结合曲面局部纹理特征的3维人脸识别

目的 人脸2维图像反映出来的纹理并非是3维人脸曲面真实的纹理,并且受光照和妆容的影响很大,因此探索3维局部纹理特征对于人脸识别任务有着重要的意义。为此详细分析了一种新颖的3维局部纹理特征mesh-LBP对于人脸纹理的描述能力。方法 首先,在特征提取和识别任务之前,进行一系列的预处理：人脸分割、离群点移除和孔洞填补;接着,在预处理后的人脸曲面上,提取原始mesh-LBP特征,以及基于阈值化策略的3种改进特征：mesh-tLBP、mesh-MBP和mesh-LTP;然后,对于上述提取的4种特征,采用不同的统计方法,包括整体直方图、局部分块直方图和整体编码图像,用做人脸纹理的特征描述。最后,针对CASIA3D数据集中不同表情和姿态变化的人脸,采用余弦相似度进行人脸的识别任务。结果 通过对比人脸曲面和普通物体曲面的纹理特征,发现人脸纹理完全不同于普通纹理,不规则并且难以描述;通过对比mesh-LBP两种变体,发现mesh-LBP（α₁）适用于姿态变化,而mesh-LBP（α₂）适用于表情变化;通过对比原始mesh-LBP及其3种改进,发现mesh-tLBP对于人脸不同表情变化下的识别准确率最高有0.5%的提升;通过对比3种不同的统计方法,发现采用整体编码图像进行统计的特征尽管弱于局部分块直方图,但相比整体直方图,识别率在不同表情变化下最高有46.8%的提升。结论 mesh-LBP特征是一种优良的3维局部纹理特征,未来将会在3维医学处理、3维地形起伏检测以及3维人脸识别中得到更多的应用。     

刚性区域特征点的3维人脸识别

目的 针对3维人脸识别中存在表情变化的问题,提出了一种基于刚性区域特征点的3维人脸识别方法。方法 该方法首先在人脸纹理图像上提取人脸图像的特征点,并删除非刚性区域内的特征点,然后根据采样点的序号,在人脸空间几何信息上得到人脸图像特征点的3维几何信息,并建立以特征点为中心的刚性区域内的子区域,最后以子区域为局部特征进行人脸识别测试,得到不同子区域对人脸识别的贡献,并以此作为依据对人脸识别的结果进行加权统计。结果 在FRGC v2.0的3维人脸数据库上进行实验测试,该方法的识别准确率为98.5%,当错误接受率（FAR）为0.001时的验证率为99.2%,结果表明,该方法对非中性表情下的3维人脸识别具有很好的准确性。结论 该方法可以有效克服表情变化对3维人脸识别的影响,同时对3维数据中存在的空洞和尖锐噪声等因素具有较好的鲁棒性,对提高3维人脸识别性能具有重要意义。     

结合三维几何形状信息和二维纹理的3D目标匹配

为了实现场景中三维目标与模型之间的匹配,提出了一种结合三维几何形状信息和二维纹理的三维目标匹配方法。首先提取场景中深度图像的尺度不变特征变换(SIFT)特征,用SIFT算法与三维模型重建时所用到的一系列2.5维深度图像进行一一匹配,找到与场景中目标姿态最为相似的深度图像,提取此深度图像的三维几何形状特征与模型进行匹配,实现模型的初始化,即将模型重置到与场景目标相接近的姿态。最后用融合二维纹理信息的迭代就近点（ICP）算法实现场景中目标与模型之间的匹配,从而得到场景中三维目标的准确姿态。实验结果验证了方法的可行性与精确性。     

基于人脸标准化的纹理和光照保持3D人脸重构

现有人脸纹理重建方法对于人脸的皱纹、胡须、瞳孔颜色等重建效果往往不够细致.为了解决此问题,文中提出基于人脸标准化的纹理和光照保持3D人脸重构.首先对2D人脸图像标准化,使用光照信息和对称纹理重构人脸自遮挡区域的纹理.然后依据2D-3D点对应关系从标准化的2D人脸图像获取相应的3D人脸纹理,结合人脸形状重构和纹理信息,得到最终的3D人脸重构结果.实验表明文中方法有效保留原始2D图像的纹理和光照信息,重构的人脸更自然,具有更丰富的人脸细节.     

基于样例学习的任意光照下的人脸3D重建方法

待匹配的人脸图像与数据库中的原型图像之间的光照差异是自动人脸识别的主要瓶颈问题之一。提出了一种基于样例学习方式的3D人脸形状重建方法,既可以生成任意光照条件下的数据库中人脸图像,也可以对待识别图像进行重新光照,合成无阴影的图像。该方法在建立人脸数据库时利用光度立体技术分离人脸图像的纹理和形状信息,并用多面体模型在最小二乘意义下恢复其3D信息并更新法向量场以克服阴影误差,从而可以利用计算机图形学的方法合成任意光照条件下和小角度姿态改变时的人脸图像;在识别时采用数据库中3D数据的线性组合形式对输入图像建模,以估计其3D信息,从而可以重新照明。在YaleB人脸数据库上的实验表明,在建立3D人脸数据库后,该方法可以快速恢复输入单幅图像中人脸的3D信息,并生成任意光照条件的该人脸图像。     

对表情鲁棒的面部轮廓线3维人脸识别

目的表情变化是3维人脸识别面临的主要问题。为克服表情影响,提出了一种基于面部轮廓线对表情鲁棒的3维人脸识别方法。方法首先,对人脸进行预处理,包括人脸区域切割、平滑处理和姿态归一化,将所有的人脸置于姿态坐标系下;然后,从3维人脸模型的半刚性区域提取人脸多条垂直方向的轮廓线来表征人脸面部曲面;最后,利用弹性曲线匹配算法计算不同3维人脸模型间对应的轮廓线在预形状空间(preshape space)中的测地距离,将其作为相似性度量,并且对所有轮廓线的相似度向量加权融合,得到总相似度用于分类。结果在FRGC v2.0数据库上进行识别实验,获得97.1%的Rank-1识别率。结论基于面部轮廓线的3维人脸识别方法,通过从人脸的半刚性区域提取多条面部轮廓线来表征人脸,在一定程度上削弱了表情的影响,同时还提高了人脸匹配速度。实验结果表明,该方法具有较强的识别性能,并且对表情变化具有较好的鲁棒性。     

面向单幅图像的逼真3D人脸重建方法EI北大核心CSCD

针对3DMM参数拟合方法生成的纹理过于粗糙、结果不够逼真的问题,提出一种基于深度学习的单幅图像逼真3D人脸重建方法.首先构建RP-Net回归网络和包含5万幅人脸图像的数据集,从输入图像中学习参数,并拟合人脸模型生成3D人脸几何;然后通过构造多层次的损失函数进行弱监督学习,包括低水平的像素损失、地标损失和高水平的身份损失;最后通过纹理映射的方式生成逼真的人脸纹理.在2个通用人脸数据集和1个人工生成的人脸数据集上与最近的3D人脸重建方法进行对比实验,并对影响重建的光照、表情和转向等因素进行实验,根据SSIM和PSNR对3D重建结果进行量化分析.实验结果表明,所提方法面向单幅图像可以生成准确的3D人脸形状和逼真的人脸纹理;与最近的3D人脸重建方法相比,该方法的训练时间和迭代次数分别降低了6%和13%,SSIM值增加0.005~0.010,PSNR值平均提高0.03~0.08 dB.     

Automatic 3D face recognition from depth and intensity Gabor features

As is well known, traditional 2D face recognition based on optical (intensity or color) images faces many challenges, such as illumination, expression, and pose variation. In fact, the human face generates not only 2D texture information but also 3D shape information. In this paper, we investigate what contributions depth and intensity information makes to face recognition when expression and pose variations are taken into account, and we propose a novel system for combining depth and intensity information to improve face recognition systems. In our system, local features described by Gabor wavelets are extracted from depth and intensity images, which are obtained from 3D data after fine alignment. Then a novel hierarchical selecting scheme embedded in linear discriminant analysis (LDA) and AdaBoost learning is proposed to select the most effective and most robust features and to construct a strong classifier. Experiments are performed on the CASIA 3D face database and the FRGC V2.0 database, two data sets with complex variations, including expressions, poses and long time lapses between two scans. Experimental results demonstrate the promising performance of the proposed method. In our system, all processes are performed automatically, thus providing a prototype of automatic face recognition combining depth and intensity information.     

基于多分类器融合算法的3D人脸年龄识别

为了提高人脸识别中待测人脸图像年龄估计的正确率,提出了一种基于多分类器融合的3D人脸年龄识别算法.首先.利用人脸的纹理信息将二维图像映射到标准三维模型上,并以贝叶斯决策理论为基础,对Kittler提出的多分类器融合算法理论框架及其组合规则进行了详细的研究、讨论和改进,然后应用改进后的多分类器组合规则将多个单独识别分类器加以融合以达到分类未知年龄目标人脸的目的,并估计人脸年龄.实验结果表明,算法可有效估计日标人脸年龄,并减小估计误差.     

三维人脸建模及在跨姿态人脸匹配中的有效性验证

针对现有三维人脸采集技术对采集场景存在诸多限制,提出了自由场景下基于多张图像的三维人脸建模技术,并对其进行了有效性验证。首先,提出一个姿态及深度值迭代计算模型,实现了特征点深度值的准确估计;然后,进行了基于多张图像的深度值融合及整体形状建模;最后,将深度迭代优化算法（IPDO）与目前最优的非线性最小二乘法（NLS1_SR）在Bosphorus Database数据集上进行了对比,建模精度提高了9%,所重建的三维人脸模型投影图像与二维图像具有较高的相似度。实验结果表明,在大姿态变化条件下,该识别算法借助三维信息相较于未借助的情况下,其识别率可以提高50%以上。     

多信息融合的多姿态三维人脸面部五官标志点定位方法

针对三维人脸模型面部五官标志点定位对姿态变化非常敏感的问题,提出了一种基于多信息融合的多姿态三维人脸五官标志点定位方法.首先对二维人脸纹理图像采用仿射不变的Affine- SIFT方法进行特征点检测,再利用映射关系将其投影到三维空间,并采用局部邻域曲率变化最大规则和迭代约束优化相结合的方法对面部五官标志点进行精确定位.在FRGC2.0和自建NPU3D数据库的实验结果表明,文中方法无需对姿态和三维数据的格式进行预先估计和定义,算法复杂度低,同时对人脸模型的姿态有着较强的鲁棒性,与现有五官标志点定位方法相比,有着更高的定位精度.     

深度学习人脸特征点自动定位综述

人脸特征点定位是根据输入的人脸数据自动定位出预先按人脸生理特征定义的眼角、鼻尖、嘴角和脸部轮廓等面部关键特征点,在人脸识别和分析等系统中起着至关重要的作用。本文对基于深度学习的人脸特征点自动定位进行综述,阐释了人脸特征点自动定位的含义,归纳了目前常用的人脸公开数据集,系统阐述了针对2维和3维数据特征点的自动定位方法,总结了各方法的研究现状及其应用,分析了当前人脸特征点自动定位技术在深度学习应用中的现状、存在问题及发展趋势。在公开的2维和3维人脸数据集上对不同方法进行了比较。通过研究可以看出,基于深度学习的2维人脸特征点的自动定位方法研究相对比较深入,而3维人脸特征点定位方法的研究在模型表示、处理方法和样本数量上都存在挑战。未来基于深度学习的3维人脸特征点定位方法将成为研究趋势。     

基于单幅正面照片的三维人脸重建方法

三维人脸重建算法需要多张照片实现重建且重建效率低下。针对上述问题,提出一种利用单幅正面照片重建三维人脸的方法。采用薄板样条函数对数据库中的三维人脸确立点对点的对应关系,建立平均三维人脸模型,利用LMA算法优化形状系数以恢复其三维形状,人脸颜色纹理信息可通过垂直投影得到。实验结果表明,利用该方法重建得到的三维人脸逼真且时间效率高。     

基于单张人脸图片和一般模型的三维重建方法

提出一种使用单幅人脸照片进行特征提取、标准模型变形的全自动三维人脸重建方法。使用改进ASM方法自动精确提取人脸特征点,通过使稀疏形变模型匹配平面特征点来获取照片人脸的深度信息,再将一般人脸模型变形到特定人脸。基于肤色模型优化的ASM提取人脸特征,使得一定角度的侧面照片也可以有很好的重建效果。同时,使用基于肤色模型的纹理融合技术使侧面信息缺失的问题得到很好解决。实验证明,该方法快速简便,只用单幅照片全自动化完成重建,无须用户交互,生成的三维模型有较好的真实感。     

基于特征分块的三维人脸重建和识别

针对传统三维人脸重建算法效率低且难以满足实际应用的缺陷,提出一种基于特征分块的三维人脸重建算法,并将此算法应用到三维人脸识别中,实现了基于特征分块的加权三维人脸识别。首先,利用基于平面模板的非均匀重采样法对原始数据进行归一化;其次,采用主动形状模型(ASM)算法对三维人脸和二维人脸图像进行特征定位和特征分块;然后,利用基于分块主元分析(PCA)的稀疏形变模型算法实现每个人脸分块的三维重建;最后,实现了此算法在三维人脸识别中的应用。实验表明,此重建算法具有较高的精度和重建效率,还可以达到全局最优,并且可以提高三维人脸的识别率。     

一种自动鲁棒的三维人脸重建方法

三维人脸模型已经广泛应用到视频电话、视频会议、影视制作、电脑游戏、人脸识别等多个领域。目前三维人脸建模一般使用多幅图像，且要求表情中性。本文提出了基于正、侧面任意表情三维人脸重建方法。首先对二维图像中的人脸进行特征提取，然后基于三维人脸统计模型，通过缩放、平移、旋转等方法，及全局和局部匹配，获得特定的三维人脸。基于二维图像中的人脸纹理信息，通过纹理映射，获得完整的三维人脸。通过对大量实际二维人脸图像的三维人脸重建，证实了该方法的有效性和鲁棒性。