[发明专利]基于圆柱坐标的人脸点云关键点定位方法

权利要求书

1.一种基于圆柱坐标的人脸点云关键点定位方法，其特征在于，包括：

步骤1，基于人头形状特征，将无序的直角坐标点云转为有序的网格化圆柱坐标点云；

步骤2，将径向长度作为特征值，采用中值滤波简并点云；

步骤3，根据人脸器官在柱坐标中的特点，利用横切曲线及半径的积分投影曲线分别定位人脸中的鼻、嘴、眼和眉的位置，具体包括：

1)人脸部分点云的初始截取

根据人头后部空缺点的边界角度θ_min和θ_max，找出人脸部分的180°范围，初始获取人脸部分的点云；

重新调整点云坐标点的存储结构，只保留θ’＝0°和θ’＝180°范围内的人脸部分点云:

X’(θ’_i’,h_i’,r_i’)＝x(θ_i,h_i,r_i)

Y’(θ’_i’,h_i’,r_i’)＝y(θ_i,h_i,r_i)

Z’(θ’_i’,h_i’,r_i’)＝z(θ_i,h_i,r_i)(i’＝0,1,…180)

其中：当θ’₀＝0时，θ为(θ_min+θ_min)/2+90°/360°的余数；θ’_i’+1＝θ’_i’+1°,θ_i+1＝θ_i+1°,θ’_i’+1＝180°；

2)空点的填充

设空缺点为P’(X’(θ’,h)，Y’(θ’,h)，Z’(θ’,h))，采用邻域平均法进行填充，邻域大小取5×5；

式中：m为(X’(θ’+u,θ’+v),Y’(θ’+u,θ’+v),Z’(θ’+u,θ’+v))不为空缺的个数；

3)鼻子的定位

计算鼻尖的位置即z值最大的位置：

则鼻尖的坐标为：

X’(θ_max，h_max)，Y’(θ_max，h_max)，Z’(θ_max，h_max)

根据鼻尖的y坐标h_max，取人脸的鼻尖附近50°～130°的横切曲线，并进行平滑处理，根据曲线的斜率，从鼻尖左右开始，当曲线的斜率近似小于1时，则为鼻子的左右边界θ₁和θ₂；

4)嘴巴的垂直位置定位

将点云按鼻尖的角度θ_max绕Y轴旋转，使鼻尖在投影面上，在鼻尖下部鼻中心的左右圆周方向按半径进行求和并投影，突出嘴部垂直位置，如下式：

再对投影进行平滑处理：

极大值对应的垂直位置为上嘴唇位置，极小值为两嘴唇间的垂直位置；

5)眼睛及眉毛的垂直位置定位

将点云按鼻尖的角度θ_max绕Y轴旋转，在鼻尖上部鼻中心的左右圆周方向按半径进行积分投影，突出眼睛和眉毛垂直位置，积分范围在鼻子范围以外：

h_max+5≤h≤y_max-y_min-5

再对投影进行平滑处理：

h_max+8≤h≤y_max-y_min-8

极大值对应眉毛的垂直位置，极小值为眼睛的垂直位置E_min；

6)眼睛的水平宽度定位

在眼睛的垂直位置E_min得到横切点云曲线，进行平滑处理，并且跳过鼻梁中间的位置，根据曲线的斜率，初步确定眼睛的水平范围。