从人脸图像快速构建高精度个性化人脸模型的方法
2019-11-22

从人脸图像快速构建高精度个性化人脸模型的方法

本发明公开了一种从人脸图像快速构建高精度个性化人脸模型的方法,属于计算机视觉和计算机图形学交叉领域,用于解决从真实人脸图像中快速重建个性化人脸三维几何模型和高精度人脸二维纹理贴图这一问题。该方法包括以下步骤:首先从多个角度拍摄5张人脸图像;其次在人脸图像和中性人脸模型上标记41个特征点的位置和对应关系;接着将中性人脸模型在虚拟摄像机焦平面上的投影与人脸图像对齐;然后对中性人脸模型进行层次化几何变形得到个性化人脸几何模型;最后根据5张人脸图像合成高精度人脸纹理贴图。本发明提供的人脸建模方法具有数据采集方便、建模速度快、建模精度高等优点,在视频通信、电子游戏、人机交互等领域具有较高的实用价值。

本发明克服了现有技术中的缺点,提供了一种从人脸图像快速构建高精度个性化人脸模型的方法,结合计算机视觉和计算机图形学前沿技术,可从5张人脸图像中快速重建出个性化人脸三维几何模型和高精度人脸二维纹理贴图,既降低了建模成本又保证了建模精度,使得用户利用普通数码相机即可快速制作出自身的虚拟人脸模型,可应用于视频游戏、数字娱乐、视频通信等领域。

其中A为n+14行n列矩阵,计算公式如下:

从人脸图像快速构建高精度个性化人脸模型的方法

图I是本发明方法的技术方案流程图。

计算机视觉和计算机图形学技术的进步促进了互动式数字媒体产业的诞生和发展。虚拟角色作为参与者在虚拟世界中的代表,将现实世界中的人物代入到虚拟世界中,在影视制作、游戏娱乐、视频通信等领域具有广泛应用。人脸是人类表达感情、气质和情绪最为重要的部分之一,具有个性化、多样化、形象化等特征。随着人们对虚拟角色娱乐性和真实感要求的不断提高,构建与参与者本人相似的真实感虚拟角色成为学术界和工业界的研究开发重点。 至今已经有多种人脸建模方法提出。第一类是交互式人脸建模方法。建模人员利用通用三维建模软件,例如Autodesk公司的3DSMAX或MAYA,完全手动构建人脸模型的每个细节元素,其优点是对人脸建模细节的控制更加精确,缺点是建模操作复杂、建模工作量大,并且构建与真实人脸相似的人脸模型需要较高的建模技巧。第二类是三维人脸扫描方法。建模人员利用三维激光扫描仪对人脸进行数据采集,获得人脸点云,然后进行去噪、光顺、网格化等处理,生成三维人脸模型,其优点是建模精度高,缺点是操作复杂、建模速度慢,并且需要特殊的硬件设备,建模成本较高。第三类是从人脸图像或人脸视频中重建出三维人脸模型。这类方法使用人脸图像或视频中的几何、纹理等信息驱动人脸模型逐步生成,其优点是建模速度快、操作简便、建模成本低,缺点是建模精度有一定损失。

41个特征点的位置和对应关系参见图2。在人脸图像上,特征点位置用图像像素的二维坐标表示,特征点对应关系用特征点序号表示。在中性人脸模型上,特征点位置用模型顶点的三维坐标表示,特征点对应关系同样用特征点序号表示。

其中ne、I^npnk分别表示顶点ve、Vi'V」、Vk处的法向量。

X为n行I列矩阵,为待求解模型顶点的X坐标分量,表示为:

其中N(i)=Ul(i,j)eE},为第i个顶点一环领域内的顶点索引集合,Cli=|N(i)I为第i个顶点的度,即第i个顶点一环领域内顶点的数量。

X=(X1,X2,,xn)T

图4是多图像源的逐像素人脸纹理贴图合成原理图。具体实施方式