基于散斑结构光编码的三维人脸重建方法研究

三维人脸信息获取通过三维相机和三维人脸重建算法进行三维人脸建模。真实环境中三维重建方法往往存在匹配误差较高、表面粗糙等问题。针对三维人脸重建中的问题设计一套三维人脸重建算法用以提高三维重建效果,通过向人脸投射散斑图案增强人脸纹理,改进ZNCC算法生成平滑的三维人脸模型。通过仿真实验验证了该算法可以得到较高精度的平滑三维人脸模型。     

基于弱监督学习的三维人脸形状与纹理重建

三维人脸相较于二维人脸包含了更多特征信息, 可应用于如人脸识别、影视娱乐、医疗美容等更多实际应用场景, 因此三维人脸重建技术一直是计算机视觉领域的研究热点. 由于真实三维人脸数据较难获取, 很多基于深度学习的重建算法首先利用传统重建方法为大量二维人脸图像构建三维标签, 作为训练数据, 这些数据可能并不精准, 从而导致算法的重建精度受到影响. 为此, 本文提出一种基于multi-level损失函数的弱监督学习模型, 结合传统三维人脸形变模型3DMM与深度学习方法, 直接从大量无三维标签的二维人脸图像中学习三维人脸特征信息, 从而实现基于单张二维人脸图像的三维人脸重建算法. 此外, 为解决二维人脸图像中常存在遮挡或大姿态情况而影响人脸纹理重建的问题, 本文使用基于CelebAMask-HQ数据集的人脸解析分割算法对图像进行预处理去除遮挡区域. 实验结果表明, 基于本文方法的三维人脸重建质量与重建精度均实现了一定的提升.     

基于压缩感知理论的3维人脸快速重建

形变模型是当前人脸重建研究中的一种主要方法。针对形变模型方法中模型构建的缺陷,提出一种基于压缩感知理论的快速三维人脸重建方法。首先,利用压缩感知理论估计三维原型人脸与目标人脸的形状相似性,根据相似性对原型样本进行筛选并构建相应的形变模型,提高建模精度和效率;然后,利用特征点信息进行稀疏模型匹配,并结合径向基函数插值重建生成特定的三维人脸,提高重建表面的平滑性。在BJUT三维数据库和CAS_PEAL二维数据库上的实验结果表明,与经典方法相比,本文方法能够有效地提高重建精度和速度,重建人脸具有较强真实感。     

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.     

基于仿射迭代模型的特征点匹配算法

图像序列中的特征点匹配是计算机视觉中的一个基本问题,也是目标识别、图像检索以及3维重建等问题的基础。为了提高图像匹配的精度,提出了一种针对两幅图像的高精度特征点自动匹配算法。该算法首先分析并提出两幅图像中相应特征点的邻域窗口之间的单应映射可以用仿射变换模型来近似;然后通过快速的基于仿射变换模型的迭代优化方法,不仅估计并矫正了相应邻域窗口之间的透视畸变,同时还补偿了在特征点检测阶段对相应特征点的定位误差,从而使匹配结果达到子像素级精度;最后通过真实图像的实验以及与现有算法的比较结果表明,该算法不仅得到了更多的匹配关系,还提高了特征点匹配的精度。     

基于改进Census变换的自由曲面立体匹配方法

针对基于网格投影的自由曲面三维重建方法中,特征点集中分布于投影网格线条之上,而投影网格线条未能覆盖的部分即投影网格线条间的自由曲面区域无特征点,导致重建精度较低的问题,提出一种基于自适应窗口的改进Census变换立体匹配方法,对投影网格线条间的自由曲面进行三维重建;将特征匹配算法与区域匹配算法相结合,以图像中目标物体上的投影网格指导Census变换;利用可变视差范围计算Hamming距离作为匹配代价;通过筛选获得精度较高的匹配点对。实验结果表明,该算法应用于双目视觉图像三维重建,可有效提高投影网格线条间自由曲面的重建精度。     

基于双目视觉的无人机悬停精度测量研究

为评测悬停状态无人机的稳定性,设计了一套基于双目立体视觉的无人机悬停状态评测系统。首先结合双目相机标定对视频图像校正,并利用提出的邻域灰度改进分级匹配策略,获取匹配特征点;然后根据重建原理计算求得视野中无人机三维坐标数据;最后利用悬停精度测量函数评测无人机的稳定程度。实验证明系统有效匹配目标的特征点,计算出目标三维坐标,同时根据其相对控制精度的浮动,对无人机悬停状态进行评测。     

基于三维模型的行人徘徊行为检测算法

针对不同应用场景给出了不同的徘徊定义,并提出一种基于三维模型的行人徘徊行为检测算法。该方法利用融合前景检测和行人检测的方法获取目标,并利用摄像机标定信息和图像信息建立目标的三维模型。针对传统算法无法获取目标真实轨迹的问题,利用三维模型对分块目标跟踪方法进行改进,以提取目标的真实运动轨迹。根据不同的应用场景对目标轨迹进行分析,判断目标是否有徘徊行为。实验结果表明,该方法能够获得较为准确的目标三维模型,得到目标的真实运动轨迹,从而鲁棒地、快速地检测目标的徘徊行为。     

视频图像中的车辆检测跟踪和分类

介绍了一种在固定的单摄像头拍摄的交通图像序列中检测、跟踪、分类车辆的方法。该方法大致可分为三部分:抽取背景图像和图像分割;基于针孔模型的摄像机定标,计算透视投影矩阵;利用区域特征进行匹配跟踪,建立目标链,恢复目标三维信息,采用模型匹配法对车型分类。实验证明该方法简单可行。     

基于先验知识的单视图三维点云重建算法研究

单幅图像的三维重建是一个不适定问题,由于图像与三维模型间存在的表示模式差异,通常存在物体自遮挡、低光照、多类对象等情况,针对目前单幅图像三维模型重建中重建模型具有歧义性的问题,提出了一种基于先验信息指导的多几何角度约束的三维点云模型重建方法。首先,通过预训练三维点云自编码器获得先验知识,并最小化输入图像特征向量与点云特征向量的差异,使得输入图像特征分布逼近点云特征分布;然后,利用可微投影模块将图像的三维点云表示形式从不同视角投影到二维平面;最后,通过最小化投影图与数据集中真实投影图的差异,优化初始重建点云。在ShapeNet和Pix3D数据集上与其他方法的定量定性比较结果表明了该方法的有效性。     

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。     

结合语义分割与模型匹配的室内场景重建方法

目的 由于室内点云场景中物体的密集性、复杂性以及多遮挡等带来的数据不完整和多噪声问题,极大地限制了室内点云场景的重建工作,无法保证场景重建的准确度。为了更好地从无序点云中恢复出完整的场景,提出了一种基于语义分割的室内场景重建方法。方法 通过体素滤波对原始数据进行下采样,计算场景三维尺度不变特征变换（3D scale-invariant feature transform,3D SIFT）特征点,融合下采样结果与场景特征点从而获得优化的场景下采样结果;利用随机抽样一致算法（random sample consensus,RANSAC）对融合采样后的场景提取平面特征,将该特征输入PointNet网络中进行训练,确保共面的点具有相同的局部特征,从而得到每个点在数据集中各个类别的置信度,在此基础上,提出了一种基于投影的区域生长优化方法,聚合语义分割结果中同一物体的点,获得更精细的分割结果;将场景物体的分割结果划分为内环境元素或外环境元素,分别采用模型匹配的方法、平面拟合的方法从而实现场景的重建。结果 在S3DIS （Stanford large-scale 3D indoor space dataset）数据集上进行实验,本文融合采样算法对后续方法的效率和效果有着不同程度的提高,采样后平面提取算法的运行时间仅为采样前的15%;而语义分割方法在全局准确率（overall accuracy,OA）和平均交并比（mean intersection over union,mIoU）两个方面比PointNet网络分别提高了2.3%和4.2%。结论 本文方法能够在保留关键点的同时提高计算效率,在分割准确率方面也有着明显提升,同时可以得到高质量的重建结果。     

基于极线几何约束的非标定图像的立体匹配

立体匹配是计算机视觉领域的一个关键问题，是计算机三维重建中的一个核心问题。基于极线几何约束是特征匹配中最强有力的约束，独立于场景结构，因此将特征匹配与极线几何有机结合起来，实现了一个鲁棒的匹配算法在非标定图像中的应用。其中，对基础矩阵估计及其引导匹配均采用点到极线距离最小约束准则。对真实图像的实验表明，该算法具有较好的实用性。     

一种用于未标定图像三维重建的立体匹配算法*

提出了一种适用于未标定图像三维重建的立体匹配算法。该算法首先引入限制因子来消除Harris角点聚簇的现象,使用高斯曲面拟合内插使Harris角点达到亚像素级;接着采用特征点的Sift特征描述符进行初始匹配,利用随机抽样算法估计基础矩阵的同时剔除误匹配点对;最后在估计的基础矩阵的引导下进行双向匹配。实验证明,该算法能够很好地恢复物体的结构,是一种有效的用于未标定图像三维重建的立体匹配算法。     

基于未标定多幅图的三维重建算法

为得到鲁棒的三维重建效果,提出了一种基于未标定多幅图像的三维重建算法。该算法首先采用Harris算法检测特征点,针对双向匹配算法匹配速度慢的缺点,使用改进的双向匹配算法进行特征点匹配,在已知摄像机参数的情况下进行两幅图的三维重建;接着采用四元数算法进行坐标转换,将由每两幅图得到的不同部分的重建结果转移到同一坐标系下,实现了多幅图像的三维重建;最后利用集束调整优化重建结果。实验结果证明,该算法能获得比较满意的重建效果。     

乒乓球的三维运动轨迹重建

主要基于图像序列对乒乓球的运动轨迹进行三维重建,并对乒乓球运动形态进行分析.首先对采集的图像进行立体校正,利用颜色识别和改进的霍夫圆检测算法提取出序列图像中乒乓球的圆心坐标;然后根据前后帧图像的特征点坐标差值在时间序列上匹配特征点;最后,利用三角测量法对匹配的特征点进行三维重建,并计算出乒乓球不同时刻的速度和加速度,实现了动态物体的三维运动重建.实验结果表明该三维运动重建方法提高了特征提取的准确性,有效地实现了时间序列上的匹配,获得了物体的三维运动数据.     

基于色彩空间分块匹配的三维动画融合技术

为了提高影视动画制作的三维图像成像质量,需要进行动画图像的动态信息融合处理,提出一种基于二维色彩空间分块匹配的三维动画图像的动态信息融合处理技术,采用虚拟视景重构技术进行三维动画图像采集和特征投影处理,对三维动画图像进行二值拟合和边缘轮廓检测,采用RGB分解技术进行三维动画图像的颜色分量提取,采用颜色模板空间投影算法进行三维动画图像的分块融合处理,提高三维动画图像的边缘像素点的特征配对性能,结合三维动画图像的色彩空间分块融合结果进行像素特征优化配置,计算匹配窗口相关系数,实现三维动画图像的动态信息融合处理。仿真结果表明,采用该方法进行三维动画图像的动态信息融合处理,能提高图像输出峰值信噪比,提高动态成像质量。     

基于拓扑分析的三维动漫人物造型重构

传统方法在三维动漫人物造型重构过程中未确定关键特征点,导致姿态图像匹配度低和收敛速度慢,为此设计一种基于拓扑分析的三维动漫人物造型重构方法。引用拓扑分析确定三维动漫人物造型的点、线、面结构,运用基于融合技术的边缘检测方法提取造型特征点,计算特征点的梯度值和梯度方向,以此来确定关键特征点,生成主方向和特征描述符。在此基础上计算与其对应的源数据库中关键点的描述符距离,根据最小距离和次小距离的比值实现特征点的匹配,利用交互式几何约束变形完成三维动漫人物造型重构。测试结果表明：设计的三维动漫人物造型重构方法的姿态图像匹配度整体在0.6以上,远高于传统重构方法的匹配度,且该方法的收敛速度较快,说明其适合应用在三维动漫人物造型重构设计中。     

基于图像运动的三维重建及虚拟化应用

提出了一种稳定、快速地获取摄像机视频运动图像的三维重建方法,并对该运动图像做适当的虚拟化处理以展示重建效果。采用基于尺度不变特征点匹配的摄像机标定进行三维重建。尺度不变特征对于视频图像中的特征具有优秀敏锐的匹配能力,极大地放宽了摄像机标定对于设备上的限制,拓宽了实时三维重建的适用范围。通过对系统的一系列优化,不但提升了三维重建的精度,减少了错误匹配对摄像机标定的影响,而且进一步提升了处理速度。通过在三维重建的基础之上进行虚拟化处理,展示了本系统的三维重建效果。实验结果表明,该系统适用范围广,处理速度较快,重建精度高,实现了基于视频运动图像的三维重建。