浅谈人脸建模与动画技术

对人脸建模与动画的概念、基本技术与实现思路进行分类总结，分析各种技术的特点与缺点，对人脸动画的发展过程进行全面的认识，并描述一种人脸建模特定化的一般过程。     

三维人脸衰老数据库的生成

采用改进的形变模型方法将真实人脸衰老图像重建成三维人脸,进而生成三维人脸衰老数据库,并根据性别和年龄形成三维衰老人脸性别子库和衰老子库.结果表明,此方法可有效地为三维人脸衰老化研究提供三维衰老人脸数据.     

基于MPEG-4的三维人脸动画

具有真实感的三维人脸动画是计算机图形学研究的一个重要分支,有着广泛的应用领域。如何在三维人脸模型上实时地模拟人脸的运动,产生具有真实感的人脸表情和动作,是其中的一个难点。该文在MPEG-4的三维人脸动画原理的基础上提出一种新的基于MPEG-4的、适宜于任意拓扑结构模型的三维人脸动画实现方法。该方法能够在FAP帧的驱动下实现真实感较强的三维人脸动画。     

聚类与跟踪相结合的人脸数据集生成方法研究

为提高人脸数据集生成的准确率和效率,提出了一种将人脸跟踪与人脸聚类相结合的人脸数据集生成方法.首先,对KCF算法进行改进,并将改进的KCF算法用于人脸跟踪,得到不同时间片段的人脸图像集; 其次,从每个人脸图像集中通过人脸图像优选算法选出高质量的人脸图像; 再次,将优选出来的人脸图像进行人脸聚类,以完成视频中每个人的人脸数据集的生成; 最后,通过实验对比基于人脸跟踪、基于人脸聚类和基于本文方法的人脸数据集生成效果.实验结果表明,本文方法与基于人脸跟踪的人脸数据集生成方法相比,纯度提升约15%; 与基于人脸聚类的人脸数据集生成方法相比,效率提升约50%.     

基于肤色和人脸形状约束的正面人脸轮廓提取算法

提出了一种基于肤色和人脸形状约束的正面人脸封闭轮廓提取方法.首先在YCgCr空间中对图像数据进行阈值分析,建立肤色模型,并通过肤色模型对肤色区域进行初定位,再经过对肤色区域的连通区域标记,进而根据区域像素数量筛选去除非人脸区域.然后提取人脸初步轮廓,并结合人脸形态比例去除颈部轮廓.最后通过相关形态参数构建出人脸下巴轮廓,最终得到一个连续、封闭的人脸轮廓.     

基于MPEG-4的人脸表情动画

为了减少人脸表情动画中奇异的变形,提出了一种用人脸表情库来实现人脸表情动画的方法。这种方法利用人脸表情库中模型的先验知识来约束模型变形,有效地防止了奇异变形的产生。该方法首先对照MPEG-4中定义的人脸定义参数(FDP)选取一些特征点,然后根据人脸动画参数(FAP)来计算这些特征点的位移,最后由人脸表情库实时地组合出新的人脸表情。     

基于SDM及加权均值滤波的人脸美化系统

提出了一种基于监督下降法(SDM)及加权均值滤波的人脸美化系统。该系统首先采用SDM实现人脸关键点定位,接着采用交互式图像变形实现人脸局部变形,最后采用表面模糊算法实现肤质调整。实验结果表明,与其他人脸美化系统相比,该系统可通过调整修图的力度达到瘦脸、美目、去斑等人脸美化效果,同时美化后的图片保留原图的清晰度和细节特征信息。     

三维人脸库数据还原处理

利用北京工业大学多媒体与智能软件技术实验室创建的中国人彩色三维人脸数据库中所提供的三维人脸数据，还原到规格化前的三维人脸数据，并建立了几何图与纹理图的双向映射关系．这一研究对于后续研究时的三维人脸数据操作具有重要意义．     

一种基于线连通的人脸定位法

提出一种基于线连通的区域聚合法,结合肤色处理和区域特征等方法对人脸进行定位.这种新的区域聚合法能快速有效地获取图像区域的几何特性,从而可以提取区域的各种特征,最终能根据人脸的基本特征对图像的人脸进行定位.实验证明,这种方法速度快、实现简单,能较好地克服人脸倾斜、大小、表情、姿态变化等不利因素的影响,达到很好的定位效果.     

具有真实感的虚拟人脸合成

建立了一个可变形的三维人脸网格模型，通过两种变形方法使网格模型与特定人脸照片相匹配；利用所提供的特定人脸的照片，合成人脸的无缝拼接纹理图，同时对变形后的特定人脸网格模型进行了Bezier磨光；将人脸无缝拼接纹理图映射到Bezier磨光后的特定人脸网格模型上，从而生成具有真实感的三维人脸．     

人脸图像中斑点自动去除系统的设计与实现

人脸图像中斑点的自动去除是高清晰人脸图像美化的重要步骤。本文提出了一种人脸图像斑点自动去除系统的设计思路和实现方法,系统首先采用AdaBoost算法从输入图像中检测人脸区域和双眼位置,然后利用人脸部件分布的先验知识检测出眼睛、鼻子、嘴巴等部件位置,最后利用迭代多级中值滤波方法对人脸非部件区域进行平滑处理。整个系统在VC++6.0环境下借助OpenCV图像处理库实现。实验结果表明,本系统能较好地去除脸部斑点,实现人脸图像美化。     

基于重采样的三维人脸样本扩充

为了对现有三维人脸数据库的数据规模和数据覆盖范围进行扩充,提出一种基于样本重采样的三维人脸样本扩充算法.该方法首先根据面部器官的分布规律对人脸样本进行区域划分,并获得关于各个器官的样本集;然后通过从各个器官样本集中选择器官并重组的方式来获取新的三维人脸样本,为了保证新器官之间的无缝融合,提出了基于薄板样条函数(thin-plate-spline,TPS)的几何信息缝合方法和基于微分算子的纹理缝合方法.实验结果表明:本文提出的样本扩充方法能对现有三维人脸数据库进行扩充;扩充后的样本集可以提高算法的效果.     

一种人脸的检测与定位方法

提出一种基于肤色的人脸检测定位算法,设计了基于肤色的人脸检测和定位系统.采用了增强人脸特征与脸部皮肤之间对比度的方法以及二值化方法,改进了预处理的效果.使用了基于边界方法和基于区域方法相结合的算法,提取了眼睛、嘴和鼻子等关键特征,最终较好地实现了人脸定位.在MicrosoftWindows ME平台上,利用Visual C 6.0开发了软件.实验结果表明,该软件对于一定尺寸范围内清晰的正面人脸图像能够正确检测定位并提取特征.     

基于惩罚因子的PNMS算法的人脸检测和对齐

针对人脸相互遮挡、人脸朝向等不确定性因素给人脸检测和对齐任务带来的困难问题,提出了基于惩罚因子的PNMS算法用以改进人脸检测和对齐的准确性。该算法首先根据人脸候选窗口相互之间的重叠度和候选窗口相应的检测得分,提出非连续的线性函数和基于高斯分布的连续函数,作为非极大值抑制算法的两种惩罚因子,用以改进并替代传统非极大值抑制算法对候选窗口的检测得分进行重分配。在此基础上,综合前两种惩罚因子的优缺点以及窗口之间的重叠度值,进一步提出连续非线性函数作为非极大值抑制算法的惩罚因子,使得窗口之间重叠度值越大则相应的惩罚权重越严重,且函数在整个重叠取值区间连续。将提出的算法在FDDB和WIDER FACE这2个人脸检测数据集上进行详尽的人脸检测实验验证,以及在AFLW人脸对齐数据集上进行人脸对齐实验验证。结果表明,提出的基于惩罚因子的PNMS算法相比于其他算法,在保持一定实时性的同时不仅有效地提高了人脸检测和对齐的准确率和可靠性,并且解决了一定程度的人脸相互遮挡被漏检的问题,降低了被遮挡人脸的漏检率。     

基于聚类建模的三维人脸识别技术研究

由于信息采集困难、环境条件约束、实现方式和手段不足等原因,三维人脸识别技术还很不成熟.为此提出将聚类技术应用到三维人脸建模过程中来提高建模的效果和效率.首先定义了三维人脸相似性,提出了圆锥曲线相似性定义方法.其次基于三维人脸聚类建模提出了人脸识别系统的新框架,设计了与新系统对应的识别策略.实验证明,基于聚类建模的人脸识别系统在进行人脸识别时所用的时间远远少于采用传统形变模型的方法所用的时间,而且对人脸样本的数量不敏感.     

基于MPEG-4的三维人脸动画系统

为了解决基于模型编码的新一代多媒体压缩标准中的MPEG-4人脸动画技术,引入了一个MPEG-4三维人脸动画系统.首先用3D Scanner获取的主体对象的深度信息和纹理信息特定化通用网格模型;然后采用参数模型和肌肉模型相结合的方法控制模型网格点的变化,生成人脸动画;同时引入人脸功能区的划分并定义了人脸动画表.实验表明:此方法可以在FAP(facial animation parameter)流的驱动下生成理想的三维人脸动画.     

摄像机主动位姿协同的人脸正视图像获取方法

为了主动调整摄像机的位置姿态以在物方空间降低由人脸旋转带来的影响,提出人脸-摄像机主动位姿协同方法. 利用工业摄像机与同步带类运动控制器搭建位姿协同环境,根据单像空间后方交会方法求解运动人脸姿态角和相对位置,计算人脸、摄像机和运动控制器各坐标系之间的映射关系,摄像机运动由相邻采样时刻摄像机相对位置和人脸姿态角计算得出的摄像机协同位姿控制,主动、实时地获取人脸正视图像. 实验表明,运动轴上的摄像机点位误差小于10 mm,取得的人脸正视图像提高了人脸纠正的精准度与鲁棒性.     

基于尺度不变特征变换的平面旋转人脸检测

针对平面旋转人脸检测的问题,改进了传统的尺度不变特征变换(SIFT)算法,利用其旋转、缩放、平移及部分仿射不变性完成平面旋转人脸的检测。首先通过模板与对比度加权的方法对SIFT关键点进行裁减,以提高计算效率并过滤无效关键点,然后提出一种更精确的主方向计算方法确定关键点主方向,通过Adaboost算法训练人脸公共特征分类器并计算关键点的匹配率作为置信权值,完成平面旋转人脸的检测,并根据关键点主方向进行扶正。最后通过实验与传统方法进行了对比,结果表明:本文方法在保证检测率的同时,在扶正精确度、检测速度方面均有较大提高。     

三维人脸纹理改善及其在模型匹配中的应用

为改善三维人脸库的颜色纹理,基于纹理映射技术,提出了一种改善方法．使用统计学中曲线拟合与线性回归的方法,根据扫描仪获取的三维人脸库颜色纹理空间,拟合、逼近真实纹理空间,进而得到改善的颜色纹理空间,建立了三维人脸库颜色纹理空间到改善的纹理空间之间的映射关系．根据该映射关系改善了三维人脸库颜色纹理,缩小了其与真实纹理之间的差异．实验结果证明,用该方法改善后的纹理与真实纹理的差明显小于扫描得到的纹理与真实纹理之间的差;在模型匹配过程中使用改善后的纹理,可提高模型匹配速度,缩短匹配时间．