[发明专利]一种三维人脸模型的构造方法和系统

说明书

技术邻域

本发明涉及图像处理技术邻域，尤其涉及一种三维人脸模型的构造方法和系统。

背景技术

目前的人脸建模的方法大致可以分为两类：一类是传统的基于多张相片的形状重建方法，另外一类是基于正交图片的模型拟合的方法。

传统的基于多张相片的形状重建方法一般包含以下步骤：相机标定、特征点匹配、三维点重建、构建三角网、纹理映射。传统的重建方法的理论基础比较成熟，但是实现起来比较困难。相机标定的目的是计算相机的内方位元素(焦距、主点、畸变参数等)和外方位元素(相机的空间位置和姿态参数)，标定一般是需要利用专门的辅助设备来完成。近年来提出的自标定方法虽然可以不需要任何辅助设备，但是需要大量的特征对应点。而特征点匹配是一个非常困难的问题，至今还没有非常有效的方法。在标定和特征点匹配完成后，为了获得精确的重建结果，一般会采样光束法(Bundle Adjustment)来对所有的未知数进行整体优化。

另外一类重建方法避开了传统方法中的标定和特征点匹配。其思想是对人脸拍摄正面和侧面图像，由于正面图像和侧面图像正交，所以可以从图像中直接提取出人脸特征点的三维坐标。然后用提取出的三维坐标来对一个通用的三维人脸模型进行拟合，就可以得到一个外形和图像中人脸相似的模型。基于正交图像的方法原理比较简单，不过一般需要手工交互来确定人脸特征点的位置，而且需要用户拍摄出正交图像，这在实际中操作起来比较麻烦。

总之，现有的构造三维人脸模型的方法比较复杂，需要本领域技术人员提出更加方便、快捷的构造三维人脸模型的解决方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种三维人脸模型的构造方法和系统，能够更加方便、快捷的构造三维人脸模型。

为解决上述技术问题，本发明公开了一种三维人脸模型构造方法，包括以下步骤：

依据在正面人脸图片中的轮廓控制点和人脸网格模型上对应网格控制点之间建立的第一映射关系，对所述人脸网格模型中所有的点作相应的位置调整；所述人脸网格模型由通用三维人脸模型投影得到，所述第一映射关系由多个选取的对应点计算得到；

在正面人脸图片器官上的轮廓控制点和已调整过的人脸网格模型器官上的网格控制点中选取对应的关键轮廓控制点和关键网格控制点，并确定各个点的邻域；所述邻域内还包括多个轮廓控制点和网格控制点；

依据关键网格控制点建立三角网，确定人脸网格模型上的非网格控制点所在的三角网中的三角形；

依据建立的邻域内对应的轮廓控制点和网格控制点的第二映射关系，对确定该邻域的关键网格控制点进行位置调整；

依据各个三角形的三个顶点调整前后的坐标，分别建立各自的第三映射关系，依据第三映射关系对所述三角形内的所有非网格控制点进行位置调整；

将调整后的人脸网格模型中的点的平面坐标作为通用三维人脸模型的X，Y坐标，对通用三维人脸模型进行调整；

对调整后的通用三维人脸模型添加纹理，得到三维人脸模型。

优选的，在投影得到人脸网格模型之前还包括对通用三维人脸模型进行姿态矫正步骤。

优选的，所述姿态矫正步骤包括：

在通用三维人脸模型上标出双眼中心的位置和嘴巴中心的位置，根据这三个点计算出经过这三个点的平面的法向量N；

调整通用三维人脸模型，直至法向量N与三维坐标的Z轴重合。

优选的，在建立第一映射关系之前进一步包括：将正面人脸图片和人脸网格模型上的坐标原点调整至脸部相同位置点的坐标归一化处理步骤。

优选的，通过以下方式建立第一映射关系：

将多个相应的轮廓控制点和网格控制点代入二元一次方程；

计算得到各个系数，建立具体的二元一次关系式。

优选的，所述确定关键轮廓控制点或关键网格控制点的邻域的预置规则为：

以该点为中心，长、宽为该点所在器官长度的1/3单位的正方形。

优选的，通过以下方式建立第二映射关系：

将邻域中的多个相应的轮廓控制点和邻域中的网格控制点代入二元一次方程；

计算得到各个系数，建立具体的二元一次关系式。

优选的，通过以下方式建立第三映射关系：

将三角网中某一三角形三个顶点的原坐标和调整后的坐标代入二元一次方程；

计算得到各个系数，建立针对该三角形的具体的二元一次关系式。

依据本发明的实施例，公开了一种三维人脸模型构造系统，包括：

投影装置，用于将通用三维人脸模型投影到二维平面得到人脸网格模型；