基于机器视觉的肖像绘制机器人研究

摘要

肖像绘画是一种描绘具体人物形象的绘画领域，具有悠久的历史，一直到现在仍是一种非常流行的艺术表现形式。但是，绘制肖像画并不是人天生的本领，需经过长期的训练，艺术家才能绘制出非常逼真的肖像画。基于机器视觉的肖像绘制机器人是结合科技与娱乐的高科技机器人，向公众展示机器视觉和机器人运动控制的技术，达到寓教于乐的效果。 本文主要的研究内容和研究成果如下： 1. 基于YCbCr色彩空间，提出一种自动生成肖像画的算法。运用人脸特征区域的分割方法，将图像中人脸部分与背景以及衣服划分开来。使用人脸特征提取的方法，将人脸中的五官特征提取出来。采用数学彩态学的腐蚀与膨胀方法提取出轮廓线，完成肖像绘制机器人的自动生成肖像画算法。 2. 在所生成的肖像画基础上，进行人脸检测的研究。对于眼睛、眉毛、鼻子、嘴巴和头发这些人脸上重要的特征提出各种创新的检测方法，得到各个特征器官的区域。对于肖像绘制机器人所采取的图像有非常高的检测成功率，并且能在非常短的时间内检测出结果。 3. 在人脸检测的基础上，对于每个检测出来的部分，分别进行轮廓线的细化处理研究。对于眼睛和眉毛部分，进行了轮廓线的加深处理，达到画龙点睛的效果。对于鼻子和嘴巴部分，生成了一些很难得到的特征线，使得这两个器官轮廓线更为丰富。在头发部分，对头发区域内部进行了发线生成的研究。最后，将这些细化处理添加到生成的肖像画中，使得绘画出的肖像画能够完完全全地体现出绘画对象的神韵。 4. 完成对于生成肖像画的研究后，为了能从肖像画中提取出矢量点的轨迹来使机器人移动将肖像画绘制出来，进行了矢量化的研究。提出了针对肖像绘制机器人的一种八方搜索和矢量化算法，使机器人能够绘制出肖像图。 5. 实现并制造出肖像绘制机器人，并在展览馆现场运行，对于不限定的对象进行肖像画的绘制。 本文在国内外现有的研究基础上，成功开发肖像绘制机器人，机器人所绘出的肖像画能够体现出绘画对象的外表与特征。我们的研究着眼于未来的发展，对今后的研究工作具有重要的指导意义。