基于MPEG-4的人脸表情图像变形研究

为了实时地生成自然真实的人脸表情,提出了一种基于MPEG-4人脸动画框架的人脸表情图像变形方法。该方法首先采用face alignment工具提取人脸照片中的88个特征点;接着在此基础上,对标准人脸网格进行校准变形,以进一步生成特定人脸的三角网格;然后根据人脸动画参数（FAP）移动相应的面部关键特征点及其附近的关联特征点,并在移动过程中保证在多个FAP的作用下的人脸三角网格拓扑结构不变;最后对发生形变的所有三角网格区域通过仿射变换进行面部纹理填充,生成了由FAP所定义的人脸表情图像。该方法的输入是一张中性人脸照片和一组人脸动画参数,输出是对应的人脸表情图像。为了实现细微表情动作和虚拟说话人的合成,还设计了一种眼神表情动作和口内细节纹理的生成算法。基于5分制（MOS）的主观评测实验表明,利用该人脸图像变形方法生成的表情脸像自然度得分为3.67。虚拟说话人合成的实验表明,该方法具有很好的实时性,在普通PC机上的平均处理速度为66.67 fps,适用于实时的视频处理和人脸动画的生成。     

基于三角剖分的人脸纹理映射

采用通用的三维人脸模型和任意的人脸纹理图像,基于Delaunay三角剖分,提出了一种灵活的3D人脸的纹理映射方法。该方法对人脸特征点集做三角剖分,在纹理图像和三维网格之间建立了一个准确的拓扑同构映射关系,从而得到高真实度的纹理映射。该算法不受网格调整精度的影响,同时适用于不同的纹理映射到同一三维人脸模型上。     

图像驱动的三维人脸自动生成与编辑算法

针对图像驱动的三维人脸建模这个计算机图形学中的研究热点问题,提出一种采用三维人脸形变模型的三维人脸自动生成与编辑算法.首先建立三维人脸形变模型,由三维人脸数据库统计学习得到线性混合人脸模型,用一个低维的参数向量来描述一个人脸;然后通过人脸检测、人脸对齐、边缘提取等方法从人脸图像中提取人脸的特征,根据这些特征实现三维人脸形变模型与图像的匹配,重建出与图像对应的三维人脸模型;最后,通过改变参数向量的值实现人脸的编辑.对5个输入人脸照片进行了三维人脸模型重建和编辑并且将重建的人脸模型和真实人脸模型进行了对比,实验结果表明,该算法可实现真实化的人脸重建效果.     

有限元法在人脸三维建模及表情动画中的应用研究

将机械工程中的有限元方法用于人脸的三维建模,利用人脸上提取的99个特征点和一些辅助点,用光滑的样条曲线模拟人脸表情肌分布位置连结成线,由线生成三角面片和四角面片组合的有限元建立的人脸几何模型.给该模型定义合适的单元类型、实常数等参数,定义能与人脸皮肤等效的材料属性,并在眼睛、嘴等动作敏感位置加一定量载荷求解,模拟人脸表情动作.从求解的应力图中可以看出,该几何模型变形均与人脸表情动作时皮肤弹性变形一致.该方法可以快速、准确的进行三维人脸参数化建模,可方便提取特征点进行人脸识别.这种建模方法为人脸三维建模提供了一种新的思路和可靠的理论依据,同时降低了后期人脸识别的难度.     

利用双线性分析的三维人脸表情模拟技术

具有真实感的三维人脸表情合成是计算机应用领域的一个热点问题.提出一种基于双线性分析的三维人脸表情生成方法.在对人脸数据进行分区域统计分析的基础上,建立了表情与身份相独立的双线性统计模型.设计了该模型的肌肉驱动方法,通过肌肉参数来驱动相应表情统计参数变化来生成丰富表情.对于输入的特定二维或三维人脸,利用形变模型(Morphable Model), 可自动实现其模型匹配.实验结果表明,该方法能够模拟各种具有较高真实感的人脸表情.     

基于自由形状变形的三维人脸表情控制

人脸表情控制是生物特征识别研究的重要内容,本文提出了一种基于MPEG-4中FAP、FAT标准进行三维人脸表情合成的方法。首先对人脸进行关键点定义和区域分割,然后使用面向表面的自由形状变形方法(SOFFD)生成人脸表情。在特定人脸表情生成过程中,使用了基表情的比例合成方法。实验表明,该方法可以有效地合成各种真实的人脸表情。     

GPU加速的三维人脸真实表情合成

为了对输入的某用户中性表情的三维人脸合成出尽量接近该用户的、带所指定表情类型的三维人脸,提出一种三维人脸表情并行合成算法.使用基于主测地分析(PGA)和径向基函数(RBF)的学习方法建立人脸真实表情模型,并借助泊松方程变形实现表情的合成;由于采用GPU并行执行,因此能够有效地对三维人脸模型进行表情实时合成,且具有高度可并行计算的特性.在Bu-3DFED数据库上的实验结果表明,使用GPU加速后,文中算法的执行速度是使用普通双核CPU执行速度的13倍,并达到近实时合成的性能.     

一种曲线松弛约束逼近的三维人脸图像建模算法

针对人脸特征表情变化极为复杂、传统的匹配方法不能很好刻画细微表情变化、三维人脸建模的准确度不强 的问题,提出一种基于小区域点曲线逼近的三维人脸建模算法。对人脸的三维区域表情变化较为丰富的区域进行小 区域划分,运用特征点曲线松弛约束逼近技术,模拟较为复杂的人脸曲线轮廓,避免了传统算法中用直线进行轮廓刻 画带来的刻画不准、特征模拟失真的弊端。实验表明,该方法能很好地恢复三维人脸表情变化较为丰富区域的特征信 息,使三维人脸重建更加准确,特征刻画准确度更高。     

改进的统计模型三维人脸特征点标定算法框架

自动三维人脸特征点标定是计算机视觉领域的研究热点,其广泛应用于人脸识别,人脸模型配准,表情识别,脸部动画等领域。通过对三维人脸样本统计建模,采用遗传算法对待匹配模型的生成数目进行参数优化,利用模型相似性匹配方法及其映射关系对三维人脸特征点进行自动标定。首先,对三维人脸数据预处理,然后对其统计建模并通过模型形变得到有映射关系的基准模型和待匹配模型。利用遗传算法对待匹配模型中的待匹配模型生成数目参数进行优化,生成与之对应的待匹配模型数;接着计算待测模型与待匹配模型的相似度。最后,利用模型相似度和模型映射关系,间接得到待测模型的特征点。实验结果表明,提出的算法是可行的,能够在一定程度上提高原有算法的效率。该算法可以自动标定三维人脸模型的特征点,当距离阈值为10像素时,39个三维人脸特征点定位的准确率都可以达到100%,并有效解决了传统方法中三维人脸模型平滑区域特征点精度不高的问题。     

基于多视角的高精度三维人脸重建

提出了一种多阶段优化的方法来解决基于多视角图片在未知姿态、表情以及光照条件下的高精度三维人脸重建问题.首先,通过重新渲染合成的方法将参数化模型拟合到输入的多视角图片,然后在纹理域上求解一个光流问题来获取不同视角之间的对应关系.通过对应关系可以恢复出人脸的点云,并利用基于明暗恢复几何的方法来恢复人脸细节.在真实数据以及合成数据下的实验结果表明,文中方法能够恢复出带有几何细节的高精度的三维人脸模型,并且提高了现有方法的重建精度.     

基于三维不变矩的三维人脸特征分析技术

本文针对人脸三维结构特性的描述问题,提出基于3D-Zernike的三维人脸特征提取方法.3D-Zernike描述子可以充分反映出目标的三维空间结构,具有平移,尺度,旋转不变性.文中利用3D-Zernike特征针对真实人脸三维数据进行分析和比较,实验验证了特征的有效性.     

Reshaping 3D facial scans for facial appearance modeling and 3D facial expression analysis

3D face scans have been widely used for face modeling and analysis. Due to the fact that face scans provide variable point clouds across frames, they may not capture complete facial data or miss point-to-point correspondences across various facial scans, thus causing difficulties to use such data for analysis. This paper presents an efficient approach to representing facial shapes from face scans through the reconstruction of face models based on regional information and a generic model. A new approach for 3D feature detection and a hybrid approach using two vertex mapping algorithms, displacement mapping and point-to-surface mapping, and a regional blending algorithm are proposed to reconstruct the facial surface detail. The resulting models can represent individual facial shapes consistently and adaptively, establishing facial point correspondences across individual models. The accuracy of the generated models is evaluated quantitatively. The applicability of the models is validated through the application of 3D facial expression recognition using the static 3DFE and dynamic 4DFE databases. A comparison with the state of the art has also been reported.     

3DMM与GAN结合的实时人脸表情迁移方法

快速实时生成表情逼真、姿态自然的虚拟人脸一直是较为有挑战性的研究。提出一种基于3DMM与GAN结合的实时人脸表情迁移方法。通过目标人脸的一段表演视频,将表演人员与目标人脸关键点建立映射关系,使用二维RGB摄像头实时跟踪表演人脸关键点并利用GAN生成目标虚拟人脸特征点,进一步估计人脸姿态。利用3DMM构成二维到三维人脸模型的重建,实时渲染出当前姿态的二维人脸表情,再将表演人脸表情与目标人脸表情进行融合,生成表情逼真的目标人脸。对比实验表明,该方法能得到更为逼真的人脸表情,可以模仿出目标人脸真实的表情,同时也能够达到实时性,在创建逼真的视频方面实现了更大的灵活性。同时,提出一种针对人脸表情迁移仿真效果的验证方法可以客观评价仿真人脸的结果。     

三维人脸模型孔洞修补技术研究

研究三维人脸模型孔洞修补问题。针对在建模过程中的佩戴饰物遮挡、建模角度等因素的影响,造成三维人脸模型孔洞的存在,人脸模型完整度、清晰度不高的问题。为解决上述问题,提出一种插值算法的三维人脸模型孔洞修补技术。根据已有的人脸模型三维信息,通过进行三角剖分,进行人脸面部轮廓的细化计算,增加孔洞处组成三维人脸的数据点的数目,进而对模型的孔洞处进行修复。实验结果表明,改进方法能够很好的恢复孔洞处三维人脸基本信息,能够大幅增加三维人脸模型的清晰度,有极大的应用价值。     

面向影视动画的真实感三维人脸快速建模算法

针对影视动画领域,利用LS_5000型三维激光扫描仪,提出了一套真实感三维人脸快速建模算法。只需输入真实演员人脸的三维扫描点云和未定标的照片,以及极少的人工交互,即可生成虚拟演员真实感的三维人脸模型（包括几何模型、纹理模型和面向动画的可变模型）。实验结果表明,算法输出的模型简洁规范,可直接应用于实际的影视动画制作,提高了人脸模型建模效率。     

基于深度数据的空间人脸旋转角度估计

提出一种基于三维人脸深度数据的人脸姿态计算方法。利用人脸的深度数 据以及与其一一对应的灰度图像,根据微分几何原理和相应的曲率算法与人脸数据中的灰度 特征对人脸面部关键特征点定位,进而计算出人脸姿态在三维空间中的3 个姿态角。实验证 明该方法能在姿态变化情况下实现对人脸旋转角的准确估计,为进一步的人脸识别和表情分 析提供基础。     

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。     

融合LBP和局部稀疏表示的人脸表情识别

为更好获取人脸局部表情特征,提出了一种融合局部二值模式（Local Binary Pattern,LBP）和局部稀疏表示的人脸表情特征与识别方法。为深入分析表情对人脸子区域的影响,根据五官特征对人脸进行非均匀分区,并提取局部LBP特征;为精细刻画人脸局部纹理,整合人脸局部特征,设计了人脸局部稀疏重构表示方法,并根据表情对各局部子区域的影响因子,加权融合局部重构残差进行人脸表情识别。在JAFFE2表情人脸库上的对比实验,验证了该方法的可行性和鲁棒性。     

结合加权局部旋度模式的3维人脸表情识别

目的 3维人脸的表情信息不均匀地分布在五官及脸颊附近,对表情进行充分的描述和合理的权重分配是提升识别效果的重要途径。为提高3维人脸表情识别的准确率,提出了一种基于带权重局部旋度模式的3维人脸表情识别算法。方法 首先,为了提取具有较强表情分辨能力的特征,提出对3维人脸的旋度向量进行编码,获取局部旋度模式作为表情特征;然后,提出将ICNP（interactive closest normal points）算法与最小投影偏差算法结合,前者实现3维人脸子区域的不规则划分,划分得到的11个子区域保留了表情变化下面部五官和肌肉的完整性,后者根据各区域对表情识别的贡献大小为各区域的局部旋度模式特征分配权重;最后,带有权重的局部旋度模式特征被输入到分类器中实现表情识别。结果 基于BU-3DFE 3维人脸表情库对本文提出的局部旋度模式特征进行评估,结果表明其分辨能力较其他表情特征更强;基于BU-3DFE库进行表情识别实验,与其他3维人脸表情识别算法相比,本文算法取得了最高的平均识别率,达到89.67%,同时对易混淆的“悲伤”、“愤怒”和“厌恶”等表情的误判率也较低。结论 局部旋度模式特征对3维人脸的表情有较强的表征能力; ICNP算法与最小投影偏差算法的结合,能够实现区域的有效划分和权重的准确计算,有效提高特征对表情的识别能力。试验结果表明本文算法对3维人脸表情具有较高的识别率,并对易混淆的相似表情仍具有较好的识别效果。     

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。