基于雙目立體視覺的三維人臉建模技術(shù)研究.pdf

1、人臉是人類相互表達情感的重要部分。在計算機虛擬世界中,虛擬人臉是虛擬人表情達意的載體。人臉的造型和表情動畫作為虛擬現(xiàn)實技術(shù)和計算機圖形學中的一個分支己有30年歷史了。隨著影視技術(shù)、游戲娛樂、虛擬環(huán)境、遠程通信、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)域越來越受到人們的關(guān)注。
　　盡管目前人們在人臉建模與動畫方面取得了一些技術(shù)上的突破,但還遠遠不能滿足各種實際的需求。不同的應(yīng)用需求決定了研究的不同特點,本論文著眼于在不需要

2、昂貴設(shè)備以計算機視覺理論為基礎(chǔ)的條件下,創(chuàng)建具有真實感的三維人臉模型。
　　本論文詳述了國內(nèi)外人臉建模與動畫方面的研究現(xiàn)狀及國內(nèi)外已有的人臉造型與表情動畫系統(tǒng)。并以Marr的計算機視覺理論為基礎(chǔ),在分析和總結(jié)各種方法的基礎(chǔ)上,對計算機視覺研究中的各個環(huán)節(jié)進行了系統(tǒng)的研究。
　　在圖像的預(yù)處理階段,作為立體視覺技術(shù)的一個重要組成部分的邊緣檢測技術(shù),國內(nèi)外學者在不斷地進行研究,現(xiàn)已有了許多經(jīng)典算法和各種針對特有圖像的實用算法。為

3、了獲得更好的檢測效果,針對所研究的雙目立體視覺提出了基于膚色的人臉檢測算法,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,因為立體匹配是典型的視覺“病態(tài)”計算問題,所以目前的立體匹配方法都有各種各樣的缺點和不足。基于以上考慮,提出了特征和相位聯(lián)合匹配的方法,該方法的特點是:對人臉的邊緣特征點進行特征匹配,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。
　　在對圖像對進行了邊緣檢測和立體匹配之后,結(jié)合相機標定結(jié)果的內(nèi)外部參數(shù),通過計算可以獲得空間點的三維坐標。在三維重構(gòu)階段,本論文針對映射法的缺點,提出了一種對空間離散點集進行直接三角剖分的方法。該方法通過引入三角形法向量夾角、閾值距離以及最小內(nèi)角等幾個參數(shù)對三角形的生長進行約束,同時利用生長法,對空間中的離散點集進

5、行逐步三角劃分,直至所有三角形擴展完畢。實驗結(jié)果表明,該算法使最優(yōu)點的搜索范圍大大降低,提高了三角形擴展的準確性,保證了三角網(wǎng)格的質(zhì)量,可以準確高效的對空間中的離散點集進行直接三角剖分,具有很高的實用價值。同時,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)有的雙目視覺系統(tǒng)下,完成了包括立體圖對的采集、標定、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,驗證了基于雙目