[发明专利]一种基于特征点定位的人脸卡通画生成方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理和计算机视觉技术，具体涉及是一种基于单幅正面人脸图像的卡通画生成方法。

背景技术

目前人脸卡通化的方法主要有基于模板的方法、基于图像处理的方法、基于样本学习的方法等。

基于模板的方法主要是通过观察与统计的方法找到测试人脸与“平均人脸”的不同之处，并通过人为的指定夸张变形参数将不同之处进行夸张处理。由于基于模板的方法主要针对的是指定的特征进行夸张变形，虽具有较强的交互性，但是变化形式固定，缺乏艺术感和美感。

基于图像处理的方法是对图像本身的像素进行处理，处理后的图像能自动生成具有幽默效果的卡通图像。该方法虽然最后的生成结果具有一定的夸张幽默的效果，但是存在着与真实人脸图像相差甚远、计算时间较长、实时性较差等问题。

基于样本学习的方法是建立在由艺术家绘制的具有某种艺术风格的图像训练库的基础上，将从训练样本中学习到的某种夸张方式运用到输入的测试图像上，从而得到具有同样某种风格的卡通人脸图像。其中最具有代表性的有H.Chen等人的非均匀的马尔可夫随机场模型、L.Liang等人的PLS（partial least-squares）算法和J.F.Liu等人的主成分分析对应映射的方法。这些方法可以有效的生成具有某种艺术风格的卡通人脸，但学习过程极为复杂，并且生成的卡通图像和输入的人脸图像在相似性上存在很大差异。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种与输入人脸的相似性较高，卡通效果较好且易于实现的人脸卡通化方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种基于特征点定位的人脸卡通画生成方法，包括以下步骤：

将输入图像转换为灰度图像，获取输入图像的特征点，所述特征点包括具有标志性的面部轮廓点、眉毛轮廓点、眼睛轮廓点、鼻子轮廓点以及嘴巴轮廓点；

根据获取的眉毛轮廓点、眼睛轮廓点、鼻子轮廓点对输入图像中的眼睛、眉毛、鼻子分别进行重叠分块，针对一个面部器官使用3个或3个以上的分块；

在人脸图像块库中为所有分块寻找最佳匹配块，各最佳匹配块对应在卡通图像块库的卡通块即为找到的卡通匹配块；

将卡通匹配块合成为完整的器官块，按照特征点的位置将这些器官放到输入图像的相应位置；

面部轮廓直接通过勾勒面部轮廓点合成；嘴巴轮廓通过勾勒嘴巴轮廓点合成外唇线与中唇线，并按照特征点的位置将面部轮廓与嘴巴放到输入图像的相应位置；

取得输入图像中头发区域的掩膜，从而得到头发部分，并将头发部分放到输入图像的相应位置；

对卡通化后的图像进行上色，生成最终的人脸卡通画。

本发明利用特征点对输入图像进行分块，从而寻找出最佳匹配块合成完整器官，能够较快、较好地接近真实人脸。

具体的，通过主动表观模型AAM搜索特征点。

进一步的，为了保证合成之后左右眼睛能够对称且大小一致，仅对一只眼睛的分块寻找最佳匹配块，并在卡通图像库中将与这只眼睛对应的卡通匹配块对称的卡通图块作为另一只眼睛的卡通匹配块。

进一步的，头发部分的提取使用利用统计学习的方法，依据训练库中头发的颜色统计直方图和位置直方图，分别对输入图像进行颜色阈值处理和位置阈值处理，从而得到头发区域的掩膜，进而提取出头发部分。

具体的，卡通图像的上色利用交互式分割方法首先得到人脸肤色区域的掩膜，从而用一种接近肤色的颜色对脸部区域进行上色。对于嘴巴区域的上色首先勾勒出嘴巴的外部唇线，再对闭合区域内部进行颜色填充。

进一步的，上色后，还可以根据用户选择对合成后的整条眉毛进行修正：对当前卡通化生成的整条眉毛用HOG特征进行描述，在卡通图像库中选择HOG特征与当前眉毛HOG特征绝对误差最小的整条眉毛代替当前眉毛。

进一步的，上色后，还可以对面部轮廓线检测不准确的部分进行修正:得到输入图像的肤色区域的掩膜，从而得到肤色区域，对该肤色区域图像求梯度；

将面部轮廓的特征点分为三段，第一段为左边脸部轮廓，第二段为下巴轮廓，第三段为右边脸部轮廓；将第一、第三段的特征点在左右邻域内整体移动，对第二段的特征点在上下邻域内整体移动，找梯度最大的位置作为该特征点的新的位置；

最后利用曲线拟合的方法进行对新确定的特征点进行轮廓线的平滑。

本发明的有益效果是，生成的卡通效果好，与输入图像有较高的相似性。

附图说明

图1：本发明流程示意图。

图2：输入的原始测试图像。

图3：特征点定位后的图像。