CN105938627A - 用于人脸虚拟整形的处理方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种用于人脸虚拟整形的处理方法和系统,所述处理方法包括:获取用户人脸不同视角的三维点云数据;对所述不同视角的三维点云数据进行融合,并且对经过融合的不同视角的三维点云数据进行建模,得到所述用户的三维人脸模型;显示所述三维人脸模型,以接受对所述三维人脸模型进行的虚拟整形交互操作;根据对所述三维人脸模型进行的虚拟整形交互操作获取人脸的整形调整数据。采用本发明实施例的技术方案,为用户和整形医生之间的交流提供直观的交互方式,用户可以参与虚拟整形的交互过程,使获得的整形调整数据更为个性化;进一步地,所获得的整形调整数据可以供整形医生在整形手术过程中参考,辅助提高面部整形手术的精度。
Description
技术领域
本发明涉及整形技术领域,尤其涉及一种用于人脸虚拟整形的处理方法和系统。
背景技术
随着生活水平的提高,人们对容貌的要求越来越高,选择面部整形手术来改善相貌的人越来越多。传统的面部整形仅凭靠医生的经验进行手术设计,哪里需要垫高、哪里需要削低,垫高多少以及削低多少,只能凭着医生的经验和个人审美来进行,局限和误差不可避免。因此,传统整形受医生个人经验、习惯等主观因素影响较大,缺乏客观指标,效果不具有预见性。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种用于人脸虚拟整形的处理方法和系统,辅助提高面部整形手术的精度。
根据本发明的一方面,提供一种用于人脸虚拟整形的处理方法,所述处理方法包括:获取用户人脸不同视角的三维点云数据;对所述不同视角的三维点云数据进行融合,并且对经过融合的不同视角的三维点云数据进行建模,得到所述用户的三维人脸模型;显示所述三维人脸模型,以接受对所述三维人脸模型进行的虚拟整形交互操作;根据对所述三维人脸模型进行的虚拟整形交互操作获取人脸的整形调整数据。
进一步地,所述对所述不同视角的三维点云数据进行融合的处理包括:分别对不同视角获取的三维点云数据采用如下方式进行融合:将不同视角的三维点云数据中的同名点进行合并;对合并同名点后的三维点云数据进行插值运算;将插值后的三维点云数据进行滤波。
进一步地,所述处理方法还包括:获取参考三维人脸模型的数据;显示参考三维人脸模型。
进一步地,在对所述不同视角的三维点云数据进行融合的步骤之前,所述处理方法还包括:对所述三维点云数据进行姿态校正。
进一步地,在对所述不同视角的三维点云数据进行融合的步骤之前,所述处理方法还包括:对所述不同视角的三维点云数据进行点云对准。
进一步地,所述对所述不同视角的三维点云数据进行点云对准的处理包括:从所述不同视角的三维点云数据的第一帧起至最后一帧为止,将相邻帧中的后一帧相对于前一帧对准。
进一步地,所述对所述不同视角的三维点云数据进行点云对准的处理还包括:将对准后的三维点云数据以迭代方式进行点坐标转换,直至所述不同视角的三维点云数据中相邻两帧之间的误差小于误差阈值。
进一步地,在对所述不同视角的三维点云数据进行融合的步骤之前,所述处理方法还包括:获取同一用户的二维人脸图像;在对所述不同视角的三维点云数据进行融合,并且对经过融合的三维点云数据进行建模,得到所述用户的三维人脸模型的步骤之后,在显示所述三维人脸模型的步骤之前,所述方法还包括:根据获取所述不同视角的三维点云数据和获取所述二维人脸图像的设备的相对位置关系,将所述二维人脸图像映射到所述三维人脸模型上。
进一步地,在根据对所述三维人脸模型进行的虚拟整形交互操作获取人脸的整形调整数据的步骤之后,所述处理方法还包括:获取所述用户整形后人脸不同视角的三维点云数据;对所述整形后人脸不同视角的三维点云数据进行融合,并且对经过融合的整形后人脸不同视角的三维点云数据进行建模,得到所述用户整形后的三维人脸模型;比较所述整形前的三维人脸模型和所述整形后的三维人脸模型,获取人脸的整形误差数据。
根据本发明的另一方面,提供一种用于人脸虚拟整形处理的系统,所述系统包括:一个或多个处理器;存储器;以及,一个或多个程序,所述一个或多个程序存储在所述存储器中,且经配置以由所述一个或者多个处理器执行所述一个或者多个程序包含的用于执行如前所述的用于人脸虚拟整形的处理方法的指令。
采用本发明实施例提供的一种用于人脸虚拟整形的处理方法和系统,在用户作脸部整形手术前,根据用户人脸不同视角的的三维点云数据得到所述用户的三维人脸模型;并显示所述三维人脸模型,以接受对所述三维人脸模型进行的虚拟整形交互操作;根据对所述三维人脸模型进行的虚拟整形交互操作,获取人脸的整形调整数据,用户和整形医生可以对三维人脸模型进行虚拟整形交互操作,为用户和整形医生之间的交流提供直观的交互方式,用户可以参与虚拟整形的交互过程,使获得的整形调整数据更为个性化;进一步地,所获得的整形调整数据可以供整形医生在整形手术过程中参考,辅助提高面部整形手术的精度。
进一步地,采用本发明的技术方案,手术后,将整形后三维人脸模型与整形前三维人脸模型的数据比较获取整形误差数据,来评估整形手术的效果,有利于医生不断提高自己的手术水平。
附图说明
图1示出本发明实施例一中一种用于人脸虚拟整形的处理方法的流程图;
图2示出本发明实施例一中点云融合的视角示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的示例性实施例。
实施例一
图1示出本发明实施例一中一种用于人脸虚拟整形的处理方法的流程图,参见图1,一种用于人脸虚拟整形的处理方法包括S110、S120、S130和S140。
在S110,获取用户人脸不同视角的三维点云数据。
在逆向工程中通过测量仪器得到的扫描对象外观表面的点数据集合称为点云数据,三维点云数据是通过三维激光或者摄像装置得到的扫描对象外观表面的点数据集合,在本实施例中的扫描对象是人体。三维点云数据中可以包括但不限于三维坐标XYZ和颜色信息RGB等。
在本实施例中,通过人体数据采集和人脸检测两个步骤来获取用户人脸不同视角的三维点云数据。其中人体数据采集是指连续采集多帧包含人脸的三维人体点云数据。人脸检测是指为了专注于人脸区域处理,采集人体数据的同时自动对人体数据进行人脸检测,以降低后续处理的内存开销和计算复杂度。可选地,在人体数据采集时可以一并采集二维人体彩色图像。
上述人体数据采集的处理包括:通过图像获取设备拍摄体现人脸多个角度特征的多帧三维人体点云数据和二维彩色图像数据。可利用“单目彩色相机+深度相机”,将两个相机同步后进行连续采集。单目彩色相机用于采集二维彩色人体图像;深度相机用于采集三维人体数据。
上述人脸检测的处理包括:以扫描方式获取的多帧三维人体点云数据中,每帧三维人体点云数据至少包括人的脸部的点云数据。采用文献H.Wang,C.Wang,H.Luo et al..3-D Point Cloud Object Detection basedon Supervoxel Neighborhood with Hough Forest Framework[J].IEEEJournal of Selected Topics in Applied Earth Observations and RemoteSensing.2015,8(4):1570–1581中的霍夫森林模型检测方法对所述多帧三维人体点云数据进行三维人脸检测,截取多个对应于不同帧的初始人脸三维点云,使后续的处理专注于人脸区域,进而大大降低后续处理的内存开销和计算复杂度。
在S120,对所述不同视角的三维点云数据进行融合,并且对经过融合的三维点云数据进行建模,得到所述用户的三维人脸模型。
在对不同视角的三维点云数据进行融合之前,还需要进行人脸姿态校正和点云对准的操作。
其中,首先进行人脸姿态校正,当然,人脸姿态校正是可选地步骤,如果不同视角的三维点云数据获取过程中,人脸的姿态的偏转角度小于人脸姿态校正的偏转角度阈值,则可以不执行人脸姿态校正的处理。人脸姿态校正的处理包括:采用文献A.S.Mian,M.Bennamoun and R.Owens.An efficient multimodal 2D-3D hybrid approach to automatic facerecognition[J].IEEE Trans.Pattern Anal.Mach.Intell..2007,29(11):1927-1943.中提出的PCA方法进行人脸姿态校正。
其次,进行点云对准,在本实施例中的点云对准的处理包括:一、第一对准操作,从所述不同视角的三维点云数据的第一帧起至最后一帧为止,将相邻帧中的后一帧相对于前一帧对准。具体地,用文献郭裕兰,点云局部特征描述与三维目标重建识别技术研究[D],2015,国防科技大学,长沙.中的一致对应验证法,即以第1帧的人脸三维点云作为参考对象,以第2帧的人脸三维点云作为调整对象,调整对象以使其与参考对象对准,然后,再以粗对准后的第2帧的人脸三维点云为参考对象,以第3帧的人脸三维点云作为调整对象,进行第3帧的对准,依次类推,直到所有帧对应的人脸三维点云均被对准。二、第二对准操作,将对准后的三维点云数据以迭代方式进行点坐标转换,直至所述不同视角的三维点云数据中相邻两帧之间的误差小于误差阈值。
图2示出本发明实施例一中点云融合的视角示意图。点云集成的目的是将多帧点云中的同名点融合为模型表面上的一点,对于人脸点云而言,在三个视角进行点云集成就能获得较为完整准确的三维模型。参见图2,对于已经正则化的人脸点云而言,左视点实际上是左半边脸的点云数据融合,相应的右视点和前视点对应的是右半边脸和正脸,分别对三个视角观察到的点云进行融合,再集成到同一个三维模型,集成时仅需在边界上进行一致性处理。现以左视点为例说明点云融合的处理包括:同名点合并、孔洞消除和平滑滤波的处理。
其中,同名点合并的处理包括将不同视角的三维点云数据中的同名点进行合并,可选地可以将该部分点云投影到yoz平面,并将人脸在yoz平面的区域栅格化,栅格大小取决于空间分辨率,例如分辨率为1mm*1mm。落在同一栅格内的点合并为一个点,x坐标为该栅格内所有点x坐标的均值。
孔洞消除的处理包括对合并同名点后的不同视角的三维点云数据进行插值运算,具体地可以采用立方卷积插值(Cubic)算法对yz面的栅格数据进行插值。
平滑滤波的处理包括将插值后的不同视角的三维点云数据进行滤波,可选地采用双边滤波器对yz面的栅格数据进行滤波,以降低噪声,平滑曲面。最后将栅格数据映射到xyz三维空间。
优选地,对不同视角的三维点云数据先姿态校正再融合的处理方式,利用了人脸的几何形状特性,既保持了数据的精度,又降低了问题的复杂度;同时,采用第一对准操作和第二对准操作两步操作进行三维点云数据的对准,既可避免陷入局部最优,又加速了收敛速度。
在本实施例中,对经过融合的不同视角的三维点云数据进行建模,得到三维人脸模型数据。优选地,在S110中,还可以通过单目彩色相机获取同一用户的二维人脸图像,在本步骤中,根据获取所述不同视角的三维点云数据和获取所述二维人脸图像的设备的相对位置关系,将所述二维人脸图像映射到所述三维人脸模型上,在本实施例中获取所述不同视角的三维点云数据的设备为深度相机,获取所述二维人脸图像的设备为单目彩色相机,因此根据采集人体数据时记录的彩色相机与深度相机的相对位置关系将彩色图像映射到三维人脸模型上,得到具有真实感的三维人脸模型。
在S130,显示所述三维人脸模型,以接受对所述三维人脸模型进行的虚拟整形交互操作。
通过显示设备显示所述三维人脸模型,美容者和医生交互式地在三维人脸模型上实施虚拟手术,交互式地在三维人脸模型上实施虚拟手术,如将眼睛放大、鼻子隆高、嘴唇修薄、除斑去痣等,经过一系列的交互式操作,获得最终满意的三维人脸模型。
可选地,该方法还可以包括获取参考三维人脸模型的数据;以及显示参考三维人脸模型。参考三维人脸模型包括但不限于明星的三维人脸模型、已整形成功的美容者的三维人脸模型和/或预先设计的三维人脸模型等。用户和医生在对三维人脸模型上实施虚拟手术的时候,可以结合该参考三维人脸模型进行调整。
在S140,根据对所述三维人脸模型进行的虚拟整形交互操作,获取人脸的整形调整数据。
通过对比虚拟手术前后三维人脸模型的变化,获取人脸的整形调整数据,医生可以在后续整形手术中参考所获取的整形调整数据。例如,整形调整数据中包括但不限于三维人脸模型中的选定点的厚度增加或者减少的数值、选定区域的面积增大或者缩小的数值和/或选定区域形状调整的数值等等。整形调整数据是精确的数字,医生可以按照该整形调整数据进行术前准备和实施手术,这样就完全改变了那种经验化的盲目的手术情形,使手术的水平、效果和满意度提升,既缩短了手术时间,又降低了手术风险。由于美容者也参与了虚拟手术的过程,也可以减少医患纠纷。
进一步地,在根据对所述三维人脸模型进行的虚拟整形交互操作获取人脸的整形调整数据的步骤之后,所述处理方法还包括术后比较步骤,具体地包括:获取所述用户整形后人脸不同视角的三维点云数据;对所述整形后不同视角的三维点云数据进行融合,并且对经过融合的整形后不同视角三维点云数据进行建模,得到所述用户的整形后的三维人脸模型;比较所述整形前的三维人脸模型和所述整形后的三维人脸模型,获取人脸的整形误差数据。
在手术后,将整形后三维人脸模型与整形前三维人脸模型的数据比较获取整形误差数据,来评估整形手术的效果,有利于医生不断提高自己的手术水平。整形误差数据可以包括但不限于:预定调整区域面积扩大或者缩小的误差值、预定调整形状变化差值和/或预定点调整厚度变化差值等等,可以导出word格式或者其他文档格式的结果报告,为手术效果提供参考,有利于医生不断提高自己的水平。
采用本实施例的技术方案,在用户作脸部整形手术前,根据用户人脸不同视角的三维点云数据得到所述用户的三维人脸模型;并显示所述三维人脸模型,以接受用户和整形医生对所述三维人脸模型进行的虚拟整形交互操作;根据对所述三维人脸模型进行的虚拟整形交互操作,获取人脸的整形调整数据,通过对三维人脸模型进行的虚拟整形交互操作,为用户和整形医生之间的交流提供直观的交互方式,用户可以参与虚拟整形的交互过程,使获得的整形调整数据更为个性化;进一步地,所获得的整形调整数据可以供整形医生在整形手术过程中参考,辅助提高面部整形手术的精度。
实施例二
本实施例提供一种用于人脸虚拟整形处理的系统,所述系统包括:一个或多个处理器;存储器;一个或多个程序,所述一个或多个程序存储在所述存储器中,且经配置以由所述一个或者多个处理器执行所述一个或者多个程序包含的用于执行如实施例一中所述的用于人脸虚拟整形的处理方法的指令。
采用本实施例的技术方案,在用户作脸部整形手术前,根据用户人脸不同视角的三维点云数据得到所述用户的三维人脸模型;并显示所述三维人脸模型,以接受用户和整形医生对所述三维人脸模型进行的虚拟整形交互操作;根据对所述三维人脸模型进行的虚拟整形交互操作,获取人脸的整形调整数据,通过对三维人脸模型进行虚拟整形交互操作,为用户和整形医生之间的交流提供直观的交互方式,用户可以参与虚拟整形的交互过程,使获得的整形调整数据更为个性化;进一步地,所获得的整形调整数据可以供整形医生在整形手术过程中参考,辅助提高面部整形手术的精度。
上述根据本发明的方法可在硬件、固件中实现,或者被实现为可存储在记录介质(诸如CD ROM、RAM、软盘、硬盘或磁光盘)中的软件或计算机代码,或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码,从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件(诸如ASIC或FPGA)的记录介质上的这样的软件处理。可以理解,计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件(例如,RAM、ROM、闪存等),当所述软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时,实现在此描述的处理方法。此外,当通用计算机访问用于实现在此示出的处理的代码时,代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的处理的专用计算机。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于人脸虚拟整形的处理方法,其特征在于,所述处理方法包括:
获取用户人脸不同视角的三维点云数据;
对所述不同视角的三维点云数据进行融合,并且对经过融合的不同视角的三维点云数据进行建模,得到所述用户的三维人脸模型;
显示所述三维人脸模型,以接受对所述三维人脸模型进行的虚拟整形交互操作;
根据对所述三维人脸模型进行的虚拟整形交互操作获取人脸的整形调整数据。
2.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述对所述不同视角的三维点云数据进行融合的处理包括:分别对不同视角获取的三维点云数据采用如下方式进行融合:
将不同视角的三维点云数据中的同名点进行合并;
对合并同名点后的三维点云数据进行插值运算;
将插值后的三维点云数据进行滤波。
3.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述处理方法还包括:
获取参考三维人脸模型的数据;
显示参考三维人脸模型。
4.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,在对所述不同视角的三维点云数据进行融合的步骤之前,所述处理方法还包括:
对所述三维点云数据进行姿态校正。
5.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,在对所述不同视角的三维点云数据进行融合的步骤之前,所述处理方法还包括:
对所述不同视角的三维点云数据进行点云对准。
6.根据权利要求5所述的处理方法,其特征在于,所述对所述不同视角的三维点云数据进行点云对准的处理包括:
从所述不同视角的三维点云数据的第一帧起至最后一帧为止,将相邻帧中的后一帧相对于前一帧对准。
7.根据权利要求6所述的处理方法,其特征在于,所述对所述不同视角的三维点云数据进行点云对准的处理还包括:
将对准后的三维点云数据以迭代方式进行点坐标转换,直至所述不同视角的三维点云数据中相邻两帧之间的误差小于误差阈值。
8.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,在对所述不同视角的三维点云数据进行融合的步骤之前,所述处理方法还包括:
获取同一用户的二维人脸图像;
在对所述不同视角的三维点云数据进行融合,并且对经过融合的三维点云数据进行建模,得到所述用户的三维人脸模型的步骤之后,在显示所述三维人脸模型的步骤之前,所述方法还包括:
根据获取所述不同视角的三维点云数据和获取所述二维人脸图像的设备的相对位置关系,将所述二维人脸图像映射到所述三维人脸模型上。
9.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,在根据对所述三维人脸模型进行的虚拟整形交互操作获取人脸的整形调整数据的步骤之后,所述处理方法还包括:
获取所述用户整形后人脸不同视角的三维点云数据;
对所述整形后人脸不同视角的三维点云数据进行融合,并且对经过融合的整形后人脸不同视角的三维点云数据进行建模,得到所述用户整形后的三维人脸模型;
比较所述整形前的三维人脸模型和所述整形后的三维人脸模型,获取人脸的整形误差数据。
10.一种用于人脸虚拟整形处理的系统,其特征在于,所述系统包括:
一个或多个处理器;
存储器;
以及,一个或多个程序,所述一个或多个程序存储在所述存储器中,且经配置以由所述一个或者多个处理器执行所述一个或者多个程序包含的用于执行如权利要求1至9任一项所述的用于人脸虚拟整形的处理方法的指令。
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