针对视频的人脸卡通化方法研究

摘要

近几年来，动漫产业呈现爆炸式的增长，卡通人物形象更是被创造性地应用在视频通话、角色游戏等方面，这些都离不开计算机辅助动画合成技术在降低工作量、提高表现效果方面发挥着的关键性作用。其中，视频人脸卡通化一方面要考虑视频的实时性要求；另一方面，人脸表情变化丰富细微，要兼顾生成卡通与真实人脸的相似性，因此人脸卡通化一直是计算机辅助动画合成技术面临的重点和难点。
　　现有的视频卡通化方法需要复杂的预处理或大量的后期工作，难以实时地生成个性化的卡通人脸。本文围绕视频人脸卡通化这个问题进行了深入研究，在此基础上，进一步研究了基于平均脸的人脸夸张化方法，具体研究内容如下：
　　1.提出了改进的交互式人脸卡通化方法，该方法能够实现在复杂背景下合成效果较好的卡通人脸，仅需要简单的用户交互。本文首先提出了基于回归树特征点模型的人脸卡通合成方法，针对人脸卡通轮廓线合成效果不好的问题，提出基于二次 B样条插值的修正方法；针对复杂背景下头发区域分割效果不好的问题，提出了分块闭操作方法。
　　2.提出了一种人脸视频卡通生成方法，包括基于器官状态的相似帧查找以及基于回归树特征点模型的卡通驱动。针对基于灰度值的相似帧查找错误率高的问题，提出以器官的状态作为两帧相似的判定标准，改善了查找的准确性。基于回归树模型的卡通驱动将视频中器官的运动分解为刚性运动和柔性运动，通过对视频的压缩处理提高特征点的检测速度，并根据检测到的器官运动参数驱动相应的卡通器官完成对两种运动的响应。
　　3.提出了基于平均脸的两种人脸夸张化方法：人脸整体夸张方法和针对突出器官的局部夸张方法。前者分别构造并比较测试人脸与平均人脸之间的特征向量，对所有存在差异的部分使用薄样条插值函数进行夸张变形；后者根据欧氏距离得到最突出的器官，并对测试人脸的脸型进行判定，最后仅对最突出器官及脸型进行夸张变形。
　　4.视频人脸卡通化系统开发。该系统能够通过简单的人机交互实现视频人脸卡通化算法以及对人脸的夸张化算法。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 课题的国内外研究现状

1.3 论文的研究内容与结构

第二章 初始帧交互式人脸卡通化方法

2.1 引言

2.2 交互式人脸卡通化方法

2.3 对交互式方法的改进

2.4 实验结果与分析

2.5 本章小结

第三章 视频人脸卡通化生成方法

3.1 引言

3.2 算法框架

3.3 相似帧查找

3.4 基于ERT模型的卡通驱动方法

3.5 背景更换

3.6 本章小结

第四章 基于平均脸的人脸夸张变形方法研究

4.1 引言

4.2 平均脸模型的建立

4.3 基于平均脸的人脸夸张变形

4.4 实验结果与分析

4.5 本章小结

第五章 针对视频的人脸卡通化系统设计与实现

5.1 引言

5.2 视频人脸卡通化系统功能设计

5.3 系统实现过程

5.4 系统测试结果

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文研究工作总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

攻硕期间取得的成果