基于改进三维形变模型的三维人脸重建和密集人脸对齐方法

针对现在广泛使用的三维形变模型表达能力不够,导致重建出的三维人脸模型泛化性能不佳的问题,提出了一种在姿态、表情和光照未知的条件下的基于单张人脸图片的三维人脸重建和密集人脸对齐的新方法。首先,通过卷积神经网络对现有的三维形变模型进行改进,以提高三维人脸模型的表达能力;然后,基于人脸光滑性和图像相似性,在特征点和像素层面提出新的损失函数,并使用弱监督学习训练卷积神经网络模型;最后,通过训练出的网络模型进行三维人脸重建和密集人脸对齐。实验结果表明,对于三维人脸重建任务,所提模型在AFLW2000-3D上实现了2.25的归一化平均误差;对于密集人脸对齐任务,所提模型在AFLW2000-3D和AFLW-LFPA上分别实现了3.80和3.34的归一化平均误差。与原始使用三维形变模型的方法相比,所提模型在三维人脸重建和密集人脸对齐上的归一化平均误差分别降低了7.4%和7.8%。针对不同光照环境以及角度的人脸图片,该网络模型的重建准确,鲁棒性好,且具有较高的三维人脸重建和密集人脸对齐质量。     

基于改进三维形变模型的三维人脸重建和密集人脸对齐方法

针对现在广泛使用的三维形变模型表达能力不够，导致重建出的三维人脸模型泛化性能不佳的问题，提出了一种在姿态、表情和光照未知的条件下的基于单张人脸图片的三维人脸重建和密集人脸对齐的新方法。首先，通过卷积神经网络对现有的三维形变模型进行改进，以提高三维人脸模型的表达能力；然后，基于人脸光滑性和图像相似性，在特征点和像素层面提出新的损失函数，并使用弱监督学习训练卷积神经网络模型；最后，通过训练出的网络模型进行三维人脸重建和密集人脸对齐。实验结果表明，对于三维人脸重建任务，所提模型在AFLW2000-3D上实现了2.25的归一化平均误差；对于密集人脸对齐任务，所提模型在AFLW2000-3D和AFLW-LFPA上分别实现了3.80和3.34的归一化平均误差。与原始使用三维形变模型的方法相比，所提模型在三维人脸重建和密集人脸对齐上的归一化平均误差分别降低了7.4%和7.8%。针对不同光照环境以及角度的人脸图片，该网络模型的重建准确，鲁棒性好，且具有较高的三维人脸重建和密集人脸对齐质量。     

基于改进SFM的三维重建算法研究

针对现有运动恢复结构算法重建模型存在点云稀疏等问题,提出一种利用不同匹配数据进行模型重建的算法。首先通过对比上下文直方图(CCH)生成匹配数据,利用M估计抽样一致(MSAC)估算图像基础矩阵,进而分解得到平移和旋转矩阵,并根据相机内参计算投影矩阵,然后利用KLT匹配算法更新匹配数据,最后三角化生成三维点云。该算法匹配精度高,图像基础矩阵易于收敛,通过位移实现特征点匹配,弥补了图像低频区域匹配数据不足的缺陷。实验结果表明,与现有算法相比,该算法生成的点云更致密;在真实环境下,该算法可用于物体三维重建。     

双目视觉下基于区域生长的三维人脸重建算法

为解决传统立体匹配算法匹配低纹理人脸图像时极易产生误匹配的问题,提出一种基于区域生长的人脸立体匹配算法。该算法利用级联回归树算法提取的人脸特征点将人脸划分为不同区域以分别限制各区域的视差搜索范围,从而避免在全局范围上查找匹配点;同时利用人脸的局部形状特性,采用局部曲面拟合的方式筛除误匹配种子点并生成大量可靠种子点用于区域生长;最后,分别在实验室环境采集的人脸图像和FRGC v2.0人脸数据库上进行定性和定量实验。实验结果表明,与传统算法相比,所提算法能够重建出更加准确的三维人脸模型。经点云配准后与人脸点云真实值的均方根误差在2 mm以内,且不同光照、姿态、表情下人脸图像的重建表明所改进的立体匹配算法具有较好的鲁棒性。     

基于改进MC算法的医学图像三维重建研究

MC算法是经典的三维重建方法。但它重建时效率低,产生了大量的三角面片,增加了绘制的时间和空间。而且存在拓扑二义性,会使重建后的图像产生空洞的结构,重建的效果也不是很理想。对此,提出相应的改进策略。介绍了如何提高计算效率、减少三角面片数量、消除二义性和平滑图像等方面。通过实验证明了改进算法的可行性。     

基于改进迭代收缩阈值算法的微观3D重建方法

迭代收缩阈值算法（ISTA）求解离焦深度恢复动态优化问题时,采用固定迭代步长,导致算法收敛效率不佳,使得重建的微观3D形貌精度不高。为此,提出一种基于加速算子梯度估计和割线线性搜索的方法优化ISTA——FL-ISTA。首先,在每一次迭代中,由当前点和前一个点的线性组合构成加速算子重新进行梯度估计,更新迭代点;其次,为了改变迭代步长固定的限制,引入割线线性搜索,动态确定每次最优迭代步长;最后,将改进的迭代收缩阈值算法用于求解离焦深度恢复动态优化问题,加快算法的收敛速度、提高微观3D形貌重建的精度。在对标准500 nm尺度栅格的深度信息重建实验中,与ISTA、快速ISTA （FISTA）和单调快速ISTA （MFISTA）相比,FL-ISTA收敛速度均有所提升,重建的深度信息值下降了10个百分点,更接近标准500 nm栅格尺度;与ISTA相比,FL-ISTA重建的微观3D形貌均方差（MSE）和平均误差分别下降了18个百分点和40个百分点。实验结果表明,FL-ISTA有效提升了求解离焦深度恢复动态优化问题的收敛速度,提高了微观3D形貌重建的精度。     

基于平面曲面化的三维人脸建模方法

通过一幅正面人脸照片或者两副正交人脸照片得到人脸的参数,采用基于照片的特征点及轮廓参数提取的方法建立与原型三维人脸模型之间的匹配对齐,应用MPEG-4中定义的三维人脸参数,驱动三维模型生成真实感人脸,提出了一种平面曲面化人脸形变模型.结果证实该方法计算量大大减少,该方法不仅可以进行有效的真实感三维人脸建模,而且变形简单流畅,具有广阔的应用前景.     

一种基于全部和局部平滑光流的分步人脸重建算法

提出一种基于全部和局部（combined local-global approach, CLG）平滑光流的分步人脸重构算法。首先利用原始CLG得到图像初始匹配值; 再以反投影残差、光流梯度、人脸光流范围进行约束, 找出初始匹配中不可信匹配区域; 最后对不可信图像区域提取纹理并再次计算光流值。实验表明, 该人脸重建算法的重建精度与鲁棒性比原始CLG算法高, 能够得到光顺的人脸三维数据。     

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。     

一种改进的三维人脸重建方法

以径向基函数散乱数据插值算法为基础,针对该算法在三维人脸建模中的不足,提出一种改进的算法：在三维人脸建模中,根据特征点和非特征点的不同特性对基函数选择不同的参数值,使通用人脸模型的调整变换更加合理;然后应用二元三次多项式插值方法对特征点局部区域进行二次平滑,避免了畸变模型的产生,最终得到完整的三维人脸模型。实验结果表明,使用该算法构建的三维人脸模型生成速度快,且具有较高的精确度。     

基于立体视觉的三维重建算法

针对PMVS(patch multi-view stereo)算法在三维重建过程中容易出现重建表面不够光滑和连续,某些区域与真实物体的形状有偏差,以及在片面扩展时算法的空间和时间复杂度非常高,在处理高分辨率图像时需要付出巨大的时间和空间代价等问题,提出了一种加入法向调整的PMVS改进算法,使重建出的表面在某些细节部位更加符合真实物体形状,同时通过采用多分辨率分级重建的策略在一定程度上缩短了算法的运行时间,提高了重建效率。通过实验表明了改进后的算法的准确性和高效性。     

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。     

An interpolation algorithm fitted for dynamic 3D face reconstruction

In order to solve the problem of low recognition accuracy in later period which is caused by the too few extracted parameters in the 3D face recognition, and the incapable formation of completed point cloud structure. An automatic iterative interpolation algorithm is proposed. The new and more accurate 3D face data points are obtained by automatic iteration. This algorithm can be used to restore the data point cloud information of 3D facial feature in 2D images by means of facial three-legged structure formed by 3D face and automatic interpolation. Thus, it can realize to shape the 3D facial dynamic model which can be recognized and has high saturability. Experimental results show that the interpolation algorithm can achieve the complete the construction of facial feature based on the facial feature after 3D dynamic reconstruction, and the validity is higher.     

基于改进遗传算法的稀疏重构算法

稀疏重构算法中凸松弛法在恢复效率方面、贪婪追踪法在恢复精度方面存在不足,基于遗传算法迭代优化的思想,结合模拟退火以及多种群算法的优势,提出了基于模拟退火遗传算法和基于多种群遗传算法的启发式稀疏重构算法。所提算法均从传统遗传算法易陷入局部最优解的缺陷出发,分别通过保持个体间的差异性和提高种群多样性来搜索待求稀疏信号的全局最优解,并通过理论分析证明了所提算法参数选取及搜索策略的有效性。此外,以阵列信号处理中空间信源的波达方向（DOA）估计问题为例,验证所提算法的有效性。仿真结果表明,相较于正交匹配追踪OMP算法和基于l1范数奇异值分解的l1-SVD算法,所提算法提高了DOA估计的精度,且降低了运算复杂度,使其快速收敛至全局最优解。     

基于Canny算法的改进Kirsch人脸边缘检测方法

针对Kirsch边缘检测算法的不足,提出了一种基于Canny算法改进的Kitsch人脸边缘检测算法.该算法先对原始图像用高斯滤波器平滑,计算其梯度图像.然后将梯度图像用改进后的Kitsch算法进行计算,并根据和两个阈值进行边缘提取.试验结果表明,采用该算法提取人脸边缘不容易受噪声的干扰能检测到真正的弱边缘,效果优于经典Kitsch边缘检测算法.     

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。     

基于双目视觉的三维重构算法实现

基于Altera DE1 SOC开发平台,选用OV7725互补金属氧化物半导体(CMOS)摄像头组进行图像采集,经现场可编程门阵列(FPGA)预处理后由视频图形阵列(VGA)显示器显示.基于双目视觉的三维场景重构算法包含图像预处理、多线程加速立体匹配以及AD-Census匹配,采用了Verilog HDL和统一计算设备架构(CUDA)编程实现.实验结果表明:系统实现了以7帧/s速度计算640像素×480像素大小的深度图;并且可以将以1.8°为间隔的150幅深度图转换为点云,重构出270°左右视野内的三维场景.