CN102436668A - 京剧脸谱自动化妆方法 - Google Patents

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顾慧超
连惠城
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Abstract

本发明提供一种京剧脸谱自动化妆方法，根据输入的视频图片或视频，识别其中的是否存在人脸，并自动给出关键点的位置；根据关键点的坐标，将人脸图像分割多个三角形区块；然后将事先标定好特征点的京剧脸谱变换到图像或视频上的人脸。在一张脸谱图片上，设定并标注同样的对应关键点，并根据这些点进行三角形区块划分，运用变换算法，将脸谱三角形拉伸形变后，贴图到人脸图像中，重复此操作，直到规定区域都被贴上贴图为止。本发明提供的京剧脸谱自动化妆方法，采用人脸特征点定位与自动化贴图技术，降低了常规进行此操作时繁琐的步骤，并能够将其运用到摄像头实时视频处理中，具有处理速度快，引用范围广的特点，方便了京剧脸谱的化妆。

Description

京剧脸谱自动化妆方法
技术领域
本发明涉及一种京剧脸谱自动化妆方法，它是一种自动为人脸图像进行京剧脸谱化妆的方法, 属于图像处理技术领域。
背景技术
视频摄像头被广泛的运用于视频会议、游戏、远程医疗及实时监控等方面。普通的人也可以彼此通过摄像头在网络进行有影像、有声音的交谈和沟通。另外，人们还可以将其用于当前各种流行的数码影像，影音处理。
南京大学计算机科学与技术学院的姚伟，在2009年2月发表了题为《人脸表情识别与合成的研究》的文章。这篇文章公开了一种进行人脸特征点自动定位的方法。他通过训练一种称为是活动形状模型（ASM）的人脸建模方法，对未知人脸进行特征点定位。这些特征点包括人脸的眼镜、鼻子，嘴巴，眉毛以及下巴等67个点的坐标位置。
上述技术仅仅是自动的标出人脸的67个特征点的坐标，而没有对这些坐标点进行进一步地处理，本发明利用上述技术，自动检测出人脸的67个特征点的坐标，然后采用计算机图像学的技术，将事先手工标定好的京剧脸谱上的对应人脸，描绘到目标人脸上，从而完成京剧脸谱自动化妆的目的。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种京剧脸谱自动化妆方法，该方法可以对静态图片或者实时动态摄像头图像进行京剧脸谱的化妆。本发明利用事先手工标定好的京剧脸谱的特征点的位置，以及图像映射变换技术，对图像中的人脸和摄像头视频中的人脸进行京剧脸谱自动化妆，可应用于娱乐、视频聊天等。
为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种京剧脸谱自动化妆方法，本方法的步骤包括：
1）              对于输入的静态图像或视频动态图像信息，首先进行人脸图像特征点定位，如果图像中存在人脸信息，即将此人脸上的特征点进行标注；
2）              根据特征点的信息进行分块操作，将人脸图像分割成不同的三角形；
3）              在一张事先准备好的脸谱图片上进行特征点的手工标注，并进行分块操作；
4）              将人脸图像与脸谱图片上相应的特征点和由特征点组成的三角形进行三角形内的纹理映射处理，从而将脸谱图片贴图到人脸图像中，最后显示给用户。
上述步骤1）中对于特征点的标注，其标注的特征点为人脸的脸型轮廓以及脸部上的五官。
上述步骤2）中的分块操作，分块的方式与顺序并没有严格要求，但尽量避免分块后出现钝角三角形区块。
上述步骤3）中的所述脸谱图片的特征点标注是手工进行操作的，而三角形分块则是由计算机根据手工标注的特征点得到的，脸谱图片上的特征点标注仅需进行一次标注即可，这些特征点被记录下来，便可以使用该脸谱图像对任意多张人脸进行自动三角形映射处理。
上述步骤4）中的三角形映射处理并进行贴图的过程如下：
a)    对输入的人脸图像坐标系所包含的所有像素点进行扫描；
b)    判断这些像素点是否在所分块的三角形内部；
c)    对于在所分块的三角形内部的像素点，进行三角形映射，求出其在脸谱图像中对应的像素点；
d)    取出脸谱图像中像素点的RGB值，以此RGB值对人脸图像中对应的像素点进行RGB赋值；
e)    循环重复上述步骤a）-d），直到人脸图像中全部三角形中所有像素点都进行了赋值。
上述步骤b）中的判定像素点是否在所分块的三角形内部的方法为：计算该点与三角形任意两点所组成的共3个新三角形的面积总和，如与原三角形面积相等，即表示这个点在三角形内部。
上述步骤c）中的三角形映射，将人脸三角形中的点映射到脸谱三角形中的方法，即已知三角形ABC的三点坐标A                                                
Figure 2011102594867100002DEST_PATH_IMAGE001
，B，C
Figure 2011102594867100002DEST_PATH_IMAGE003
，三角形A’B’C’的三点坐标A’，B’
Figure 2011102594867100002DEST_PATH_IMAGE005
，C’ 
Figure 563585DEST_PATH_IMAGE006
，现已知ABC中一点P的坐标
Figure 2011102594867100002DEST_PATH_IMAGE007
,求P点对应在三角形A’B’C’中的点Q的坐标
Figure 749716DEST_PATH_IMAGE008
；
运用比例算法，步骤如下：
Figure 2011102594867100002DEST_PATH_IMAGE009
首先作直线AP，与BC交于M
Figure 660165DEST_PATH_IMAGE010
点，M点的坐标由（1）、（2）得出，
   
Figure 2011102594867100002DEST_PATH_IMAGE011
            （1）
    
Figure 72692DEST_PATH_IMAGE012
                            （2）
由M点的坐标，求出BM:MC的比例
Figure 2011102594867100002DEST_PATH_IMAGE013
，以及AP:PM的比例
Figure 225325DEST_PATH_IMAGE014
；
Figure 2011102594867100002DEST_PATH_IMAGE015
                                          （3）
Figure 33006DEST_PATH_IMAGE016
                                          （4）
Figure 2011102594867100002DEST_PATH_IMAGE017
根据比例
Figure 347313DEST_PATH_IMAGE013
的值，在B’C’上求出与M点相对应的点N，如下；
Figure 2011102594867100002DEST_PATH_IMAGE019
                                            （5）
Figure 439345DEST_PATH_IMAGE020
                                     （6）
Figure 2011102594867100002DEST_PATH_IMAGE021
根据比例的值，在A’N上求出Q点的坐标
Figure 226221DEST_PATH_IMAGE008
，如下；
 
Figure 613340DEST_PATH_IMAGE022
                                           （7）
 
Figure 2011102594867100002DEST_PATH_IMAGE023
                                    （8）。
本发明与现有技术比较，具有如下显而易见的突出实质性特征和显著优点：
本发明提供的京剧脸谱自动化妆方法，能够自动检测出人脸的67个特征点的坐标，然后采用计算机图像学的技术，将事先手工标定好的京剧脸谱上的对应人脸，描绘到目标人脸上，从而完成京剧脸谱自动化妆的目的。本方法采用人脸特征点定位与自动化贴图技术，降低了常规进行此操作时繁琐的步骤，并能够将其运用到摄像头实时视频处理中，具有处理速度快，引用范围广的特点，方便了京剧脸谱的化妆。
附图说明
图1为本发明京剧脸谱自动化妆方法静态图片实施例流程图；
图2为本发明京剧脸谱自动化妆方法实时动态视频实施流程图；
图3为本发明京剧脸谱自动化妆方法中三角形块的贴图流程；
图4为本发明京剧脸谱自动化妆方法中人脸图像自动定位特征点图；
图5为本发明京剧脸谱自动化妆方法中人脸图像自动定位特征点形成的三角形块；
图6为本发明京剧脸谱自动化妆方法中京剧脸谱手动定位特征点图；
图7为本发明京剧脸谱自动化妆方法中京剧脸谱手动定位特征点形成的三角形块；
图8为本发明京剧脸谱自动化妆方法中人脸图像自动京剧脸谱化妆后结果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
一种京剧脸谱自动化妆方法，本方法的步骤包括：
1）              对于输入的静态图像，如图1所示，或视频动态图像信息，如图2所示，首先进行人脸图像特征点定位，如果图像中存在人脸信息，即将此人脸上的特征点进行标注；
2）              根据特征点的信息进行分块操作，将人脸图像分割成不同的三角形；
3）              在一张事先准备好的脸谱图片上进行特征点的手工标注，并进行分块操作；
4）              如图3所示，将人脸图像与脸谱图片上相应的特征点和由特征点组成的三角形进行三角形内的纹理映射处理，从而将脸谱图片贴图到人脸图像中，最后显示给用户。
如图4和图5所示，所述步骤1）中对于特征点的标注，其标注的特征点为人脸的脸型轮廓以及脸部上的五官。
所述步骤2）中的分块操作，分块的方式与顺序并没有严格要求，但尽量避免分块后出现钝角三角形区块。
如图6和图7所示，所述步骤3）中的所述脸谱图片的特征点标注是手工进行操作的，而三角形分块则是由计算机根据手工标注的特征点得到的，脸谱图片上的特征点标注仅需进行一次标注即可，这些特征点被记录下来，便可以使用该脸谱图像对任意多张人脸进行自动三角形映射处理。
如图3所示，所述步骤4）中的三角形映射处理并进行贴图的过程如下：
a)    对输入的人脸图像坐标系所包含的所有像素点进行扫描；
b)    判断这些像素点是否在所分块的三角形内部；
c)    对于在所分块的三角形内部的像素点，进行三角形映射，求出其在脸谱图像中对应的像素点；
d)    取出脸谱图像中像素点的RGB值，以此RGB值对人脸图像中对应的像素点进行RGB赋值；
e)    循环重复上述步骤a）-d），直到人脸图像中全部三角形中所有像素点都进行了赋值。
所述步骤b）中的判定像素点是否在所分块的三角形内部的方法为：计算该点与三角形任意两点所组成的共3个新三角形的面积总和，如与原三角形面积相等，即表示这个点在三角形内部。
所述步骤c）中的三角形映射，将人脸三角形中的点映射到脸谱三角形中的方法，即已知三角形ABC的三点坐标A，B
Figure 499836DEST_PATH_IMAGE002
，C
Figure 296891DEST_PATH_IMAGE003
，三角形A’B’C’的三点坐标A’
Figure 30360DEST_PATH_IMAGE004
，B’
Figure 203853DEST_PATH_IMAGE005
，C’ ，现已知ABC中一点P的坐标,求P点对应在三角形A’B’C’中的点Q的坐标
Figure 904721DEST_PATH_IMAGE008
；
运用比例算法，步骤如下：
Figure 740958DEST_PATH_IMAGE009
首先作直线AP，与BC交于M点，M点的坐标由（1）、（2）得出，
   
Figure 745004DEST_PATH_IMAGE011
            （1）
    
Figure 954530DEST_PATH_IMAGE012
                            （2）
由M点的坐标，求出BM:MC的比例
Figure 204246DEST_PATH_IMAGE013
，以及AP:PM的比例；
Figure 623912DEST_PATH_IMAGE015
                                          （3）
Figure 694636DEST_PATH_IMAGE016
                                          （4）
根据比例
Figure 213921DEST_PATH_IMAGE013
的值，在B’C’上求出与M点相对应的点N
Figure 694581DEST_PATH_IMAGE018
，如下；
Figure 987022DEST_PATH_IMAGE019
                                            （5）
Figure 968754DEST_PATH_IMAGE020
                                     （6）
Figure 663040DEST_PATH_IMAGE021
根据比例
Figure 314602DEST_PATH_IMAGE014
的值，在A’N上求出Q点的坐标
Figure 986017DEST_PATH_IMAGE008
，如下；
 
Figure 381226DEST_PATH_IMAGE022
                                           （7）
 
Figure 54653DEST_PATH_IMAGE023
                                    （8）。
重复上述过程，将所有需要进行贴图的三角形区块进行贴图，即可完成整张脸部的京剧脸谱化妆。将程序完成之后，只要输入任何带有人脸的图像，程序就会自动完成京剧脸谱的化妆，实现脸谱化妆效果，如图8所示，并将结果显示给用户。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍在本发明的专利范围内。

Claims (7)

1.一种京剧脸谱自动化妆方法，其特征在于，本方法的步骤包括：
1）对于输入的静态图像或视频动态图像信息，首先进行人脸图像特征点定位，如果图像中存在人脸信息，即将此人脸上的特征点进行标注；
2）根据特征点的信息进行分块操作，将人脸图像分割成不同的三角形；
3）在一张事先准备好的脸谱图片上进行特征点的手工标注，并进行分块操作；
4）将人脸图像与脸谱图片上相应的特征点和由特征点组成的三角形进行三角形内的纹理映射处理，从而将脸谱图片贴图到人脸图像中，最后显示给用户。
2.根据权利要求1所述的一种京剧脸谱自动化妆方法，其特征在于，所述步骤1）中对于特征点的标注，其标注的特征点为人脸的脸型轮廓以及脸部上的五官。
3.根据权利要求1所述的一种京剧脸谱自动化妆方法，其特征在于，所述步骤2）中的分块操作，分块的方式与顺序并没有严格要求，但尽量避免分块后出现钝角三角形区块。
4.根据权利要求1所述的一种京剧脸谱自动化妆方法，其特征在于，所述步骤3）中的所述脸谱图片的特征点标注是手工进行操作的，而三角形分块则是由计算机根据手工标注的特征点得到的，脸谱图片上的特征点标注仅需进行一次标注即可，这些特征点被记录下来，便可以使用该脸谱图像对任意多张人脸进行自动三角形映射处理。
5.根据权利要求1所述的一种京剧脸谱自动化妆方法，其特征在于，所述步骤4）中的三角形映射处理并进行贴图的过程如下：
a）对输入的人脸图像坐标系所包含的所有像素点进行扫描；
b）判断这些像素点是否在所分块的三角形内部；
c）对于在所分块的三角形内部的像素点，进行三角形映射，求出其在脸谱图像中对应的像素点；
d）取出脸谱图像中像素点的RGB值，以此RGB值对人脸图像中对应的像素点进行RGB赋值；
e）循环重复上述步骤a）-d），直到人脸图像中全部三角形中所有像素点都进行了赋值。
6.根据权利要求5所述的一种京剧脸谱自动化妆方法，其特征在于，所述步骤b）中的判定像素点是否在所分块的三角形内部的方法为：计算该点与三角形任意两点所组成的共3个新三角形的面积总和，如与原三角形面积相等，即表示这个点在三角形内部。
7.根据权利要求5所述的一种京剧脸谱自动化妆方法，其特征在于，所述步骤c）中的三角形映射，将人脸三角形中的点映射到脸谱三角形中的方法，即已知三角形ABC的三点坐标A                                                
Figure 179687DEST_PATH_IMAGE001
，B
Figure 147643DEST_PATH_IMAGE002
，C
Figure 368409DEST_PATH_IMAGE003
，三角形A’B’C’的三点坐标A’
Figure 814433DEST_PATH_IMAGE004
，B’
Figure 571299DEST_PATH_IMAGE005
，C’ ，现已知ABC中一点P的坐标
Figure 418218DEST_PATH_IMAGE007
,求P点对应在三角形A’B’C’中的点Q的坐标
Figure 667934DEST_PATH_IMAGE008
；
运用比例算法，步骤如下：
Figure 653207DEST_PATH_IMAGE009
首先作直线AP，与BC交于M
Figure 589065DEST_PATH_IMAGE010
点，M点的坐标由（1）、（2）得出，
   
Figure 659789DEST_PATH_IMAGE011
            （1）
                                （2）
由M点的坐标，求出BM:MC的比例
Figure 677609DEST_PATH_IMAGE013
，以及AP:PM的比例；
Figure 76809DEST_PATH_IMAGE015
                                          （3）
Figure 933907DEST_PATH_IMAGE016
                                          （4）
Figure 752827DEST_PATH_IMAGE017
根据比例的值，在B’C’上求出与M点相对应的点N
Figure 449704DEST_PATH_IMAGE018
，如下；
Figure 471012DEST_PATH_IMAGE019
                                            （5）
Figure 19805DEST_PATH_IMAGE020
                                     （6）
Figure 107847DEST_PATH_IMAGE021
根据比例的值，在A’N上求出Q点的坐标
Figure 58934DEST_PATH_IMAGE008
，如下；
 
Figure 727812DEST_PATH_IMAGE022
                                           （7）
 
Figure 986755DEST_PATH_IMAGE023
                                    （8）。
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