基于单张图像的三维人脸建模与表情动画

在人机交互、数字娱乐等领域,传统的表情合成技术难以稳定地生成具有真实感的个性化人脸表情动画.为此,提出一种基于单张图像的三维人脸建模和表情动画系统.自动检测人脸在图像中的位置,自动定位人脸上的关键点,基于这些关键点和形变模型重建个性化三维人脸模型,对重建的人脸模型进行扩展得到完整的人脸网格,采用稀疏关键点控制的动画数据映射方法来驱动重建的人脸模型生成动态表情动画.实验结果表明,该方法稳定性强、自动化程度高,人脸模型与表情动画比较逼真.     

基于三维数据的人脸表情识别

为了充分利用三维图像,在前人的二维图像研究的基础上,该文提出了一种新的基于三维数据的人脸表情识别方法。在此方法中,根据三维成像仪的特性,直接利用得到的三维数据进行分析处理,避免了传统的通过二维图像生成三维图像的特点创建了新的模版匹配方法,同时也结合了原始的二维图像进行特征点识别,然后综合分析特征点的性质完成人验表情识别,实验表明,该方法能够对六种人脸表情进行识别,有较高的识别率。     

基于二维图像的三维人脸建模技术

建立三维人脸模型和表情动画是计算机图形学领域的一个研究热点。文章提出了一种基于二维图像的三维人脸建模方法,首先在给定的人脸的正侧面照片上提取事先定义好的反映人脸特征的特征点信息,与一个一般人脸模型上对应点的信息进行比较和修改,得到反映给定人脸特征的特定人脸模型。最后使用纹理映射技术给特定人脸模型添加纹理信息,形成真实感的虚拟三维人脸模型。     

融合SFM和动态纹理映射的视频流三维表情重建

为从未标定的单目视频序列中重建出具有真实感的三维人脸表情序列,提出一种仅需较少约束的自动化方法.首先用ASM算法从视频首帧自动标定人脸特征,并采用仿射矫正光流方法跟踪运动中的人脸特征;然后结合一般人脸模型,采用从运动恢复形状的方法重建出三维个性化人脸模型以及表情运动;最后采用动态纹理映射来代替传统的静态纹理映射,以产生真实感视觉外观.另外,使用基于特征脸的图像压缩方法,在尽量保持图像质量的前提下缩小原始视频占用的存储空间.实验结果表明,该方法能产生具有相当真实感的三维人脸表情序列,且在时间域和空间域上都保持了较高性能.     

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。     

基于网格变形的从图像重建三维人脸

从图像重建高质量三维人脸一直是计算机视觉和图形学的一个重要研究问题.不同于传统的基于立体匹配的窄基线多视几何和数据驱动的人脸形变方法,提出一种结合网格变形技术和立体视觉原理的、从图像重建高质量三维人脸模型方法.给定从不同视角拍摄的几幅人脸图像,基于健壮图像特征获得可靠的相机外部参数和稀疏三维点;在此基础上,提出一种结合几何细节保持和图像一致性约束的三维人脸变形算法重建三维人脸,通过对人脸模板的网格变形,使得变形人脸在多幅图像中的可见投影具有一致性的图像颜色强度.基于模板的人脸变形可以有效地解决三维模型成像中的遮挡问题,采用健壮估计法消除噪声、离群点和光照对目标函数收敛性的影响,对目标函数的多次非线性优化求解进一步改进了人脸重建的质量.采用合成人脸图像和真实人脸图像重建三维人脸的实验结果表明,文中算法可以从几幅宽基线图像重建高质量的三维人脸模型.     

三维人脸数据的获取及人脸特征自动定位

介绍了一种快速获取人脸三维面貌数据的结构光相移测量技术,并利用这种高速的相移技术在获取三维面貌数据的同时获得人脸纹理背景图像,结合二维人脸图像中的人脸特征识别手段,应用到三维人脸图像中,可以让计算机自动提取人脸图像的主要特征点.首先介绍了高速相移技术的基本原理,介绍了二维人脸图像中的积分投影方法来求取人脸轮廓粗略位置的方法,接着介绍了将二维图像做纹理映射到三维数据里面的方法,结合三维高度信息的曲线分析、曲率判断等,快速的提取出了人脸的三维特征.经实验验证,此方法对于三维人脸特征的自动定位有很高的准确性和通用性.     

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。     

从多张非标定图像重建三维人脸

为了在人脸动画中方便地重建真实感强的三维人脸模型,提出一种从多角度、非标定图像重建三维人脸的方法.首先利用一种基于规则网格变形的模型归一化方法建立人脸形变模型;然后分别在5幅人脸图像上手动标注不超过14个关键点,通过拟合图像上的关键点重建个性化的人脸几何形状;最后从每个角度渲染出一幅形状无关纹理,并将5幅形状无关纹理融合成一幅平滑的纹理图像.重建结果显示,该方法能在较少的手动交互的情况下重建出具有真实感的个性化人脸模型.     

动态人脸表情合成的模型特征驱动算法综述

分析人脸模型的动态表情合成方法并依据它们内在特点进行分类描述。尽管这个领域已经存在较多文献,但是动态人脸表情合成仍然是非常活跃的研究热点。根据输出类型的不同,分类概览二维图像平面和三维人脸曲面上的合成算法。对于二维图像平面空间合成人脸表情主要有如下几种算法：主动表情轮廓模型驱动的人脸表情合成算法,基于拉普拉斯算子迁移计算的合成方法,使用表情比率图合成框架的表情合成算法,基于面部主特征点offset驱动的人脸表情合成算法,基于通用表情映射函数的表情合成方法和近来基于深度学习的表情合成技术。对于三维空间人脸合成则主要包括：基于物理肌肉模型的合成,基于形变的表情合成,基于三维形状线性回归的表情合成,基于脸部运动图的表情合成和近来基于深度学习的三维人脸表情合成技术。对以上每一种类别讨论它们的方法论以及其主要优缺点。本工作有望帮助未来研究者更好地定位研究方向和技术突破口。     

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.     

基于标准肤色的人脸图像纹理合成与三维重建应用

本文提出一种基于单幅人脸图像并结合标准肤色的人脸图像纹理合成和三维重建算法.首先,利用ASM算法提取人脸特征点,并通过基于局部线性嵌入算法的编辑传播实现颜色转换,使图像人脸色调与三维人脸模型标准肤色一致.接着,将人脸图像五官区域与标准肤色图进行泊松融合,并考虑眉毛遮挡情况,利用人脸对称性或眉毛模板还原眉毛.尤其对于半遮挡眉毛,采用Li模型和角点检测相结合的方法重建眉毛轮廓,得到最终人脸纹理图.最后通过纹理映射将人脸纹理图映射到三维人脸模型上,得到较好的个性化三维人脸重建效果.实验表明,本文算法能够适用于不同复杂背景和光照条件下拍摄的人脸图像,具有较快的处理速度,能够应用于人脸实时重建产品中.     

单幅人脸图像的全景纹理图生成方法

目的针对从单幅人脸图像中恢复面部纹理图时获得的信息不完整、纹理细节不够真实等问题,提出一种基于生成对抗网络的人脸全景纹理图生成方法。方法将2维人脸图像与3维人脸模型之间的特征关系转换为编码器中的条件参数,从图像数据与人脸条件参数的多元高斯分布中得到隐层数据的概率分布,用于在生成器中学习人物的头面部纹理特征。在新创建的人脸纹理图数据集上训练一个全景纹理图生成模型,利用不同属性的鉴别器对输出结果进行评估反馈,提升生成纹理图的完整性和真实性。结果实验与当前最新方法进行了比较,在Celeb A-HQ和LFW(labled faces in the wild)数据集中随机选取单幅正面人脸测试图像,经生成结果的可视化对比及3维映射显示效果对比,纹理图的完整度和显示效果均优于其他方法。通过全局和面部区域的像素量化指标进行数据比较,相比于UVGAN,全局峰值信噪比(peak signal to noise ratio,PSNR)和全局结构相似性(structural similarity index,SSIM)分别提高了7.9 d B和0.088,局部PSNR和局部SSIM分别提高了2.8 d B和0...     

一种人脸标准光照图像的线性重构方法

基于相同光照下不同人脸图像与其标准光照图像之间的稳定关系,文中提出一种人脸标准光照图像重构方法。首先,为消除人脸结构影响,引入人脸三维变形,实现图像像素级对齐。其次,根据图像明暗变化,给出一种基于图像分块的光照分类方法。最后,对于形状对齐后的不同光照类别样本,训练出基于子空间的线性重构模型。该方法有效避免传统预处理方法带来的重构图像纹理丢失和子空间方法引起的图像失真。Extended Yale B数据库上实验表明,该方法对图像真实度与人脸识别率的提升,也验证文中人脸对齐和光照分类方法的有效性。     

基于HMM的单样本可变光照、姿态人脸识别

提出了一种基于HMM的单样本可变光照、姿态人脸识别算法.该算法首先利用人工配准的训练集对单张正面人脸输入图像与Candide3模型进行自动配准,在配准的基础上重建特定人脸三维模型.对重建模型进行各种角度的旋转可得到姿态不同的数字人脸,然后利用球面谐波基图像调整数字人脸的光照系数可产生光照不同的数字人脸.将产生的光照、姿态不同的数字人脸同原始样本图像一起作为训练数据,为每个用户建立其独立的人脸隐马尔可夫模型.将所提算法对现有人脸库进行识别,并与基于光照补偿和姿态校正的识别方法进行比较.结果显示,该算法能有效避免光照补偿、姿态校正方法因对某些光照、姿态校正不理想而造成的识别率低的情况,能更好地适应光照、姿态不同条件下的人脸识别.     

基于SFM算法的三维人脸模型重建

提出了一种根据两幅正面人脸图像和一幅侧面图像重建人脸三维模型的算法，该算法主要包括4个步骤：寻找匹配点；采用SFM算法计算出特征点的三维坐标，并组成稀疏的三维网格结构；采用分步紧支撑径向基函数进行三维插值，得到三维模型；最后根据多分辨图像拼接算法生成纹理图像并将其映射到三维模型上，从而增强真实感，与其它算法相比，该算法最大的不同之处在于匹配点的寻找，匹配点的准确与否直接影响SFM算法结果的正确性，许多寻找匹配点的算法如角点匹配算法，在处理人脸图像时得到的结果并不稳定，这是因为人脸图像上包含了许多低纹理和重复纹理区域，大多数算法将代表人脸结构基本特征的基准模型运用在重建过程的最后一步，通过三维逼近运算，得到最终的重建模型，而该算法将反映人脸共性特征的几何对称性和规律性运用到匹配点的寻找中，能够快速准确地找出SFM算法需要的匹配点，用户使用普通照相机拍摄到的图像经本算法的处理后就可以得到相应的三维人脸结构。     

鲁棒的镜头边界检测与基于运动信息的视频摘要生成

根据基于内容的视频索引与检索等应用的需求,提出一种视频摘要生成方法.首先进行鲁棒的镜头边界检测,基于颜色直方图计算相邻帧间距离来进行初步检测,并通过分析帧间运动向量去除由相机运动引起的误检测;然后根据镜头的运动指示图将镜头分为静态镜头、包含对象运动的镜头和包含显著相机运动的镜头;最后提出镜头间基于多实例表示的距离度量方法以及聚类算法的初始化方法,采用核K-均值算法对每类镜头进行聚类,抽取每类中最靠近类簇中心的镜头作为关键镜头,将关键镜头按时间序组合起来形成视频摘要.与已有方法相比,文中方法能进行更鲁棒的镜头边界检测,识别镜头中的运动信息,并对镜头分类后进行分别处理,从而增强视频摘要的信息概括能力.     

基于相关型图像传感器3维人脸成像的3维AAMs人脸识别方法的研究

主动外观模型是基于统计分析建立物体2维模型的有效方法,它融合了目标的形状和纹理信息。在基于相关型图像传感器3维人脸成像的基础上,提出了一种建立3维人脸模型的方法,该方法利用由相关型图像传感器得到的深度信息和与之对应的亮度信息将2维AAMs扩展为3维AAMs,融合人脸的形状,纹理和深度信息来构建3维人脸模型。人脸识别实验结果表明,该方法在不同人脸姿态,表情和光照条件下识别效果要优于Eigenface和2维AAMs。     

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。