CN104318606A - 3d脸型变化方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种3D脸型变化方法及系统，包括提取正面人脸照片的脸型特征点，然后建立标准三维人脸模型并设定顶点权重值和调整其控制点，从而生成最终的三维人脸模型。本发明可以通过一张人脸正面照片自动转换为三维人脸脸型，具有实现容易以及转换速度快的优点。
Description
技术领域
本发明涉及人脸识别与还原技术，具体地，涉及3D脸型变化方法及系统。
背景技术
3D脸型变化技术是三维人脸合成、分析、动画以及视频中人脸识别检测等研究的重要前提和实现基础，其应用领域不仅仅在生物特征识别中起到关键的作用，更在可视电话、人机交互、医学研究、虚拟游戏、
影视娱乐等等领域具有巨大以及广泛的应用前景。
目前，现有技术中采用的3D脸型变化方法主要有两种：
方法(1)：一种是根据二维图像或者视图，利用三角样条曲面进行面部建模和研究；
方法(2)另一种是基于三维激光扫描仪器得到的三维数据直接建立可视化的人脸模型；
但是，上述现有技术中的技术方案存在着不足之处，例如，方法(1)实现原理复杂，目前只限于理论方面的研究，实际应用很少涉及，又例 如，方法(2)虽建模精确，但成本高不易普遍应用。
因此，有必要设计一种实现容易且转换速度快的3D脸型变化技术。
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可以通过一张人脸正面照片自动转换为三维人脸脸型的3D脸型变化方法及系统。
根据本发明提供的一种3D脸型变化方法，包括如下步骤：
步骤A：获取正面人脸图片；
步骤B：解析正面人脸图片，提取出N个人脸特征点的坐标，其中，N个人脸特征点中含有k个用于描述脸部轮廓的脸型特征点，得到正面人脸图片中人脸的额头最上顶点与下巴最下顶点在垂直方向上的距离H；
步骤C：加载标准三维人脸模型数据文件，以将预设的标准三维人脸模型M1作为初始模型；将标准三维人脸模型M1的中心点调整为鼻尖所在的顶点，得到调整后的标准三维人脸模型M2；
步骤D：对调整后的标准三维人脸模型M2的顶点进行分组，区分出如下各个顶点群：
-组成眉毛的定点群；
-组成眼睛的顶点群；
-组成鼻子的顶点群；
-组成嘴的顶点群；
-组成脸部轮廓的顶点群；
步骤E：对所述各个顶点群中的顶点分别添加权重值，权重值用于表示顶点受到控制点影响的程度，当控制点移动时，顶点根据权重值移动相应的距离，其中，每个顶点最多受到p个控制点影响；
步骤F：对调整后的标准三维人脸模型M2的人脸进行整体缩放，使额头最上顶点与下巴最下顶点在垂直方向上的距离为步骤B中得到的H；
步骤G：使调整后的标准三维人脸模型M2的组成脸部轮廓的顶点群所形成的脸部轮廓形状与步骤B得到的脸型特征点形成的脸部轮廓的形状一致。
优选地，权重值为0至1，权重值为0时表示顶点不受控制点控制，权重值为1时表示顶点完全由控制点控制。
优选地，控制点范围权重大小根据肌肉规律进行设值，其中，所述控制点范围权重是指控制点所控制的顶点范围内的顶点被设置的权重，对控制点控制下的顶点根据肌肉规律设置不同的权重。
优选地，当控制点移动时，接受该控制点控制的顶点均相应地按照控制点的移动方向进行移动。
优选地，在步骤E中，当所述各个顶点群中的顶点被分别添加权重值后，将控制点根据正面人脸图片中相同部位的点进行对齐移动。
根据本发明提供的一种3D脸型变化系统，包括如下装置：
-图片人脸特征点自动提取模块，用于解析正面人脸图片，提取出N个人脸特征点的坐标，其中，N个人脸特征点中含有k个用于描述脸部轮廓的脸型特征点，得到正面人脸图片中人脸的额头最上顶点与下巴最下顶点在垂直方向上的距离H；
-标准三维人脸模型建立模块，用于加载标准三维人脸模型数据文件，以将预设的标准三维人脸模型M1作为初始模型；将标准三维人脸模型M1的中心点调整为鼻尖所在的顶点，得到调整后的标准三维人脸模型M2；
对调整后的标准三维人脸模型M2的顶点进行分组，区分出顶点群：组成眉毛的定点群、组成眼睛的顶点群、组成鼻子的顶点群、组成嘴的顶点群、组成脸部轮廓的顶点群；
对所述各个顶点群中的顶点分别添加权重值，权重值用于表示顶点受到控制点影响的程度，当控制点移动时，顶点根据权重值移动相应的距离，其中，每个顶点最多受到p个控制点影响；
-标准三维人脸模型顶点位置调整模块，用于对调整后的标准三维人脸模型M2的人脸进行整体缩放，使额头最上顶点与下巴最下顶点在垂 直方向上的距离为步骤B中得到的H；进一步地，使调整后的标准三维人脸模型M2的组成脸部轮廓的顶点群所形成的脸部轮廓形状与图片人脸特征点自动提取模块得到的脸型特征点形成的脸部轮廓的形状一致。
优选地，权重值为0至1，权重值为0时表示顶点不受控制点控制，权重值为1时表示顶点完全由控制点控制。
优选地，控制点范围权重大小根据肌肉规律进行设值，其中，所述控制点范围权重是指控制点所控制的顶点范围内的顶点被设置的权重，对控制点控制下的顶点根据肌肉规律设置不同的权重。
优选地，当控制点移动时，接受该控制点控制的顶点均相应地按照控制点的移动方向进行移动。
优选地，在标准三维人脸模型建立模块中，当所述各个顶点群中的顶点被分别添加权重值后，将控制点根据正面人脸图片中相同部位的点进行对齐移动。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明可以通过一张人脸正面照片自动转换为三维人脸脸型，具有实现容易以及转换速度快的优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明 的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的3D脸型变化方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明的目的是实现通过单张人脸正面照片自动转换为三维人脸模型的方法，根据照片中正面人物面部特征自动生成三维人脸模型。
本发明通过以下技术方案实现：
本发明提供的方法包括如下步骤：
步骤1：用户输入一张正面人脸图片，图片格式不限。
步骤2：图片人脸特征点自动提取模块解析正面人脸图片，提取出68个人脸特征点的XY坐标，其中9个点为脸型特征点。正面人脸图片左上角为原点，向右方向X从0增大至1，向下方向Y从0增大至1，设H为额头最上顶点和下巴最下顶点在Y方向上的距离。
步骤3：标准三维人脸模型建立模块加载标准三维人脸模型数据文件， 建立标准三维人脸模型，标准三维人脸模型的中心点调整为鼻尖所在的顶点。
步骤4：标准三维人脸模型建立模块对标准三维人脸模型顶点进行分组，区分出组成眉毛、眼睛、鼻子、嘴以及脸部轮廓的顶点群。
步骤5：对标准三维人脸模型上区分出组成眉毛、眼睛、鼻子、嘴以及脸部轮廓的顶点群添加权重数值，每个顶点最多受到3个控制点影响。其中，每一个控制点对一个顶点群中的若干个顶点进行控制，定点群中的顶点可以接受多个控制点的控制。当控制点移动时，接受该控制点控制的顶点均相应地按照控制点的移动方向进行移动。顶点群添加权重数值后，调整三维模型控制点，具体地，这是一个自动对齐的过程，模型上的控制点会根据照片上取得的点对齐移动。
对每个顶点设置权重大小，权重值为0-1，值为0时顶点不受控制点的控制，值为1时顶点完全由控制点控制(例如权重值为1时，控制点移动1毫米则对应的顶点也移动1毫米)。
控制点范围权重大小根据肌肉规律进行设值。其中，所述控制点范围权重是指控制点所控制的顶点范围内的顶点被设置的权重。优选地，对控制点控制下的顶点根据肌肉规律设置不同的权重。
如何设置权重值的公式如下：
假设某一个顶点受到的第一个控制点影响的权重为w1，第二个控制点 影响的权重为w2，第三个控制点影响的权重为w3。则{w1＝1，w1+w2＝1，w1+w2+w3＝1}，其中，w2＝w3＝0，表示该顶点不受第二、三个控制点的影响。
步骤6：标准三维人脸模型人头顶点位置调整模块对标准三维人脸模型人头进行整体缩放，使额头最上顶点与下巴最下顶点的距离为步骤2中计算出来的H。
步骤7：标准三维人脸模型顶点位置调整模块调整步骤5区分出脸部轮廓的顶点群的XY坐标，使它们的形状与步骤4对应的人脸特征点的脸部轮廓的形状一致。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种3D脸型变化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A：获取正面人脸图片；
步骤B：解析正面人脸图片，提取出N个人脸特征点的坐标，其中，N个人脸特征点中含有k个用于描述脸部轮廓的脸型特征点，得到正面人脸图片中人脸的额头最上顶点与下巴最下顶点在垂直方向上的距离H；
步骤C：加载标准三维人脸模型数据文件，以将预设的标准三维人脸模型M1作为初始模型；将标准三维人脸模型M1的中心点调整为鼻尖所在的顶点，得到调整后的标准三维人脸模型M2；
步骤D：对调整后的标准三维人脸模型M2的顶点进行分组，区分出如下各个顶点群：
-组成眉毛的定点群；
-组成眼睛的顶点群；
-组成鼻子的顶点群；
-组成嘴的顶点群；
-组成脸部轮廓的顶点群；
步骤E：对所述各个顶点群中的顶点分别添加权重值，权重值用于表示顶点受到控制点影响的程度，当控制点移动时，顶点根据权重值移动相应的距离，其中，每个顶点最多受到p个控制点影响；
步骤F：对调整后的标准三维人脸模型M2的人脸进行整体缩放，使额头最上顶点与下巴最下顶点在垂直方向上的距离为步骤B中得到的H；
步骤G：使调整后的标准三维人脸模型M2的组成脸部轮廓的顶点群所形成的脸部轮廓形状与步骤B得到的脸型特征点形成的脸部轮廓的形状一致。
2.根据权利要求1所述的3D脸型变化方法，其特征在于，权重值为0至1，权重值为0时表示顶点不受控制点控制，权重值为1时表示顶点完全由控制点控制。
3.根据权利要求1所述的3D脸型变化方法，其特征在于，控制点范围权重大小根据肌肉规律进行设值，其中，所述控制点范围权重是指控制点所控制的顶点范围内的顶点被设置的权重，对控制点控制下的顶点根据肌肉规律设置不同的权重。
4.根据权利要求1所述的3D脸型变化方法，其特征在于，当控制点移动时，接受该控制点控制的顶点均相应地按照控制点的移动方向进行移动。
5.根据权利要求1所述的3D脸型变化方法，其特征在于，在步骤E中，当所述各个顶点群中的顶点被分别添加权重值后，将控制点根据正面人脸图片中相同部位的点进行对齐移动。
6.一种3D脸型变化系统，其特征在于，包括如下装置：
-图片人脸特征点自动提取模块，用于解析正面人脸图片，提取出N个人脸特征点的坐标，其中，N个人脸特征点中含有k个用于描述脸部轮廓的脸型特征点，得到正面人脸图片中人脸的额头最上顶点与下巴最下顶点在垂直方向上的距离H；
-标准三维人脸模型建立模块，用于加载标准三维人脸模型数据文件，以将预设的标准三维人脸模型M1作为初始模型；将标准三维人脸模型M1的中心点调整为鼻尖所在的顶点，得到调整后的标准三维人脸模型M2；
对调整后的标准三维人脸模型M2的顶点进行分组，区分出顶点群：组成眉毛的定点群、组成眼睛的顶点群、组成鼻子的顶点群、组成嘴的顶点群、组成脸部轮廓的顶点群；
对所述各个顶点群中的顶点分别添加权重值，权重值用于表示顶点受到控制点影响的程度，当控制点移动时，顶点根据权重值移动相应的距离，其中，每个顶点最多受到p个控制点影响；
-标准三维人脸模型顶点位置调整模块，用于对调整后的标准三维人脸模型M2的人脸进行整体缩放，使额头最上顶点与下巴最下顶点在垂直方向上的距离为步骤B中得到的H；进一步地，使调整后的标准三维人脸模型M2的组成脸部轮廓的顶点群所形成的脸部轮廓形状与图片人脸特征点自动提取模块得到的脸型特征点形成的脸部轮廓的形状一致。
7.根据权利要求6所述的3D脸型变化系统，其特征在于，权重值为0至1，权重值为0时表示顶点不受控制点控制，权重值为1时表示顶点完全由控制点控制。
8.根据权利要求6所述的3D脸型变化系统，其特征在于，控制点范围权重大小根据肌肉规律进行设值，其中，所述控制点范围权重是指控制点所控制的顶点范围内的顶点被设置的权重，对控制点控制下的顶点根据肌肉规律设置不同的权重。
9.根据权利要求6所述的3D脸型变化系统，其特征在于，当控制点移动时，接受该控制点控制的顶点均相应地按照控制点的移动方向进行移动。
10.根据权利要求6所述的3D脸型变化系统，其特征在于，在标准三维人脸模型建立模块中，当所述各个顶点群中的顶点被分别添加权重值后，将控制点根据正面人脸图片中相同部位的点进行对齐移动。
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