近红外成像下的人脸特征提取和三维重建关键技术的研究

摘要

近年来，通过计算机对人脸进行自动处理成为当前计算机视觉、模式识别、计算机图形学等领域的一个热点研究课题，在影视制作、视频会议、智能人机交互等方面有着广泛的应用前景。 本文讨论基于近红外相机的人脸特征提取和三维重建系统的设计与实现问题。一般而言，人脸特征提取和三维重建系统应由以下几个模块组成：摄像机定标、特征检测提取、三维重建和三维显示。本文工作重点集中在两个方面，一方面研究特征检测提取模块关键技术，另一方面研究原型系统整体的架构与实现。 论文首先阐述了国内外研究现状和存在的问题，并简要介绍了论文的主要思路和内容。然后在第二章中分别对人脸表情特征提取和三维重建两个领域现有的主流方法进行了详细综述。接着在第三章中介绍了整个系统的设计与实现，重点讨论了根据近红外相机人脸成像的特点，对人脸图像的特征提取效果进行改进的两个方法：基于mark点几何特征和基于极线几何约束的方法，并介绍了利用Intel公司的Open Computer Vision Library(OpenCV)函数库实现系统的过程。论文最后对实验的结果进行了分析，对影响实验结果的三个重要因素的取值进行了讨论，并给出了结论。

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论文说明:图表目录

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第1章绪论

1.1研究目的

1.1.1人脸运动获取技术的出现及其研究意义

1.1.2国内外研究现状

1.1.3目前存在的问题及本文创新点

1.2本文的主要工作

1.2.1实验环境及实验装置

1.2.2人脸部mark点的自动提取和匹配

1.2.3人脸运动捕捉系统的设计与开发

1.3本文的组织结构

第2章人脸表情特征提取和三维重建技术回顾

2.1人脸表情特征提取技术回顾

2.1.1面部表情特征提取的研究现状

2.1.2几种主流方法的简要介绍

2.2人脸三维重建技术回顾

2.2.1基于扫描设备的人脸三维重建

2.2.2基于图像的三维人脸重建

2.3小结

第3章系统的设计与实现

3.1摄像机定标

3.1.1背景知识

3.1.2针孔成像模型

3.1.3定标物选择

3.1.4定标流程

3.2人脸特征点提取

3.2.1近红外相机拍摄人脸图像的主要特点

3.2.2人脸特征点提取算法

3.3三维重建

3.3.1人脸模型的几何表示

3.3.2三维重建

3.3.3三维人脸图像的特征点跟踪

3.4三维显示

3.5小结

第4章实验结果与分析

4.1人脸面部mark点识别结果分析

4.1.1方差阈值取值分析

4.1.2基本矩阵计算的分析

4.1.3像素阈值取值分析

4.2三维重建结果

4.3小结

第5章总结与展望

5.1工作总结

5.2进一步的研究与展望

参考文献

致谢

作者简历