基于雙目立體視覺(jué)的三維人臉建模技術(shù)研究.pdf

1、人臉是人類(lèi)相互表達(dá)情感的重要部分。在計(jì)算機(jī)虛擬世界中,虛擬人臉是虛擬人表情達(dá)意的載體。人臉的造型和表情動(dòng)畫(huà)作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的一個(gè)分支己有30年歷史了。隨著影視技術(shù)、游戲娛樂(lè)、虛擬環(huán)境、遠(yuǎn)程通信、輔助醫(yī)療、刑事鑒別等方面應(yīng)用的日益廣泛,這一研究領(lǐng)域越來(lái)越受到人們的關(guān)注。
　　盡管目前人們?cè)谌四樈Ｅc動(dòng)畫(huà)方面取得了一些技術(shù)上的突破,但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足各種實(shí)際的需求。不同的應(yīng)用需求決定了研究的不同特點(diǎn),本論文著眼于在不需要

2、昂貴設(shè)備以計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論為基礎(chǔ)的條件下,創(chuàng)建具有真實(shí)感的三維人臉模型。
　　本論文詳述了國(guó)內(nèi)外人臉建模與動(dòng)畫(huà)方面的研究現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外已有的人臉造型與表情動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)。并以Marr的計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論為基礎(chǔ),在分析和總結(jié)各種方法的基礎(chǔ)上,對(duì)計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　在圖像的預(yù)處理階段,作為立體視覺(jué)技術(shù)的一個(gè)重要組成部分的邊緣檢測(cè)技術(shù),國(guó)內(nèi)外學(xué)者在不斷地進(jìn)行研究,現(xiàn)已有了許多經(jīng)典算法和各種針對(duì)特有圖像的實(shí)用算法。為

3、了獲得更好的檢測(cè)效果,針對(duì)所研究的雙目立體視覺(jué)提出了基于膚色的人臉檢測(cè)算法,該算法能夠有效地保留圖像更多信息。
　　在立體匹配階段,作為立體視覺(jué)技術(shù)中重要的一部分,現(xiàn)有的匹配方法主要分為區(qū)域匹配,特征匹配和相位匹配三種,因?yàn)榱Ⅲw匹配是典型的視覺(jué)“病態(tài)”計(jì)算問(wèn)題,所以目前的立體匹配方法都有各種各樣的缺點(diǎn)和不足?；谝陨峡紤],提出了特征和相位聯(lián)合匹配的方法,該方法的特點(diǎn)是:對(duì)人臉的邊緣特征點(diǎn)進(jìn)行特征匹配,然后將特征匹配結(jié)果作為匹配路徑

4、的一個(gè)全局約束,利用相位信息,從全局最優(yōu)約束的角度解決匹配問(wèn)題,這充分利用了特征匹配算法與相位匹配算法的不同優(yōu)勢(shì)。
　　在對(duì)圖像對(duì)進(jìn)行了邊緣檢測(cè)和立體匹配之后,結(jié)合相機(jī)標(biāo)定結(jié)果的內(nèi)外部參數(shù),通過(guò)計(jì)算可以獲得空間點(diǎn)的三維坐標(biāo)。在三維重構(gòu)階段,本論文針對(duì)映射法的缺點(diǎn),提出了一種對(duì)空間離散點(diǎn)集進(jìn)行直接三角剖分的方法。該方法通過(guò)引入三角形法向量夾角、閾值距離以及最小內(nèi)角等幾個(gè)參數(shù)對(duì)三角形的生長(zhǎng)進(jìn)行約束,同時(shí)利用生長(zhǎng)法,對(duì)空間中的離散點(diǎn)集進(jìn)

5、行逐步三角劃分,直至所有三角形擴(kuò)展完畢。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該算法使最優(yōu)點(diǎn)的搜索范圍大大降低,提高了三角形擴(kuò)展的準(zhǔn)確性,保證了三角網(wǎng)格的質(zhì)量,可以準(zhǔn)確高效的對(duì)空間中的離散點(diǎn)集進(jìn)行直接三角剖分,具有很高的實(shí)用價(jià)值。同時(shí),本論文采用OpenGL作為可視化工具,使重構(gòu)效果更加直觀、形象。
　　最后,在現(xiàn)有的雙目視覺(jué)系統(tǒng)下,完成了包括立體圖對(duì)的采集、標(biāo)定、預(yù)處理、立體匹配及視差圖的后處理、三維重構(gòu)及可視化等全部環(huán)節(jié)在內(nèi)的整合仿真,驗(yàn)證了基于雙目