基于GPU的快速三維人臉重建的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、一直以來，如何重建真實(shí)人臉3D模型都是計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。隨著三維重建技術(shù)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，人臉三維模型作為一個(gè)重要的“數(shù)據(jù)”，被應(yīng)用于許多行業(yè)。同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)視覺要處理的數(shù)據(jù)量的不斷增大，以及相應(yīng)處理算法對(duì)并行性的要求，傳統(tǒng)的串行處理器（如CPU）日益“舉步艱難”。圖像處理器(Graphic Process Unit,GPU)不同于CPU，其設(shè)計(jì)的目的就是針對(duì)于高效處理大規(guī)模并行計(jì)算。當(dāng)前，對(duì)于設(shè)計(jì)良好的并行算法，GPU

2、的運(yùn)算速度可以達(dá)到CPU的20倍以上。
　　本文從計(jì)算機(jī)視覺出發(fā)，提出了一個(gè)基于GPU的快速三維人臉重建系統(tǒng)。系統(tǒng)分為硬件和軟件兩個(gè)部分。硬件部分包括作為下位機(jī)的人臉采集平臺(tái)和作為上位機(jī)的算法實(shí)現(xiàn)平臺(tái)。人臉采集平臺(tái)由主體架構(gòu)、采集單元、補(bǔ)光單元以及同步單元組成，用于采集高質(zhì)量的人臉圖像。算法實(shí)現(xiàn)平臺(tái)采用CPU+GPU配置，滿足邏輯控制的同時(shí)實(shí)現(xiàn)算法加速。
　　為了能夠快速地重建人臉三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，提出了一種基于GPU實(shí)現(xiàn)的局部

3、立體匹配算法。該算法使用歸一化互相關(guān)作為特征點(diǎn)相似性的度量準(zhǔn)則，并使用三個(gè)約束項(xiàng)檢驗(yàn)視差的有效性。為了克服局部立體匹配會(huì)生成稀疏視差圖的缺點(diǎn)，同時(shí)也為了提升立體匹配的速度，本文建立4層的立體圖像對(duì)金字塔，并采用一種逐層的迭代式精細(xì)化方法來優(yōu)化每一層生成的視差圖，最終獲得稠密的視差圖。本文在GPU上實(shí)現(xiàn)了該算法，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，對(duì)比在CPU（使用了4線程的實(shí)現(xiàn)）的表現(xiàn)，算法在GPU上獲得了至少50的加速比。
　　本文同樣研究和分析了所提

4、出系統(tǒng)的采集單元在應(yīng)用場(chǎng)景中可能受到的影響，并提出一種用于人臉三維成像的在線標(biāo)定算法。算法使用離線標(biāo)定的結(jié)果作為先驗(yàn)知識(shí)，以“最小化重矯正誤差的同時(shí)，盡可能地保持離線標(biāo)定的結(jié)果”為準(zhǔn)則，對(duì)立體攝像機(jī)對(duì)實(shí)現(xiàn)在線標(biāo)定，更新標(biāo)定參數(shù)。針對(duì)人臉皮膚的特性，提出了一種有效地提取可靠匹配點(diǎn)對(duì)的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該在線標(biāo)定方法在較小鏡頭位移的情況下，具有較好的魯棒性；但對(duì)于那些能使雙目立體視覺系統(tǒng)的基準(zhǔn)尺度產(chǎn)生較大改變的情況（如，攝像機(jī)間距或角度的