[发明专利]基于变形垂足曲线的人脸轮廓提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机视觉技术领域，特别涉及一种基于变形垂足曲线的人脸轮廓提取方法。 

背景技术

人脸轮廓是一种描述人脸形状和结构的特征，作为人脸特征的重要组成部分，是后续其它人脸特征检测提取和人脸识别的基础，对人脸信息处理和分析有着重要的作用。由于人脸形状的多样性和复杂性，在使用刚性模型提取轮廓时遇到了很大困难，而常规的边缘检测算子得到的边缘是不连续的，曲线进化方法是20世纪80年代后期发展起来的一种图像分割方法，特别适用于建模和提取任意形状的变形轮廓，因此也必然适用于人脸这样一个高度非刚体目标的轮廓提取。 

水平集方法是求解曲线进化的一种新颖方法，它最初由Osher和Sethian提出，其基本思想是将平面闭合曲线隐含地表达为二维曲面函数的水平集，即具有相同函数值的点集，通过水平集函数曲面的进化隐含地求解曲线的运动。这种方法的数学基础是Crandall和Lions建立的Hamilton-Jacobi方程的粘性解理论，它使象水平集方程这样的几何偏微分方程，能够通过计算机模拟精确地找到Lipschitz连续的唯一解，从而可以避免陷入局部极值和对初始位置敏感的缺陷。此外，这种曲线进化方式的最大优点是，即使隐含在水平集函数中的闭合曲线发生了拓扑结构变化(合并或分裂)，水平集函数仍保持为一个有效的函数，即它可以自然地处理曲线的拓扑变化。而且，曲线内在的几何特征(如单位法向向量和曲率等)也可以利用水 平集函数直接计算出来。由于水平集方法的良好特性，已经引起了越来越多的关注，在图像处理和计算机视觉的许多领域中得到了广泛的应用。 

垂足曲线是微分几何中的一种重要的数学曲线，它可以很方便地同水平集方法结合以实现曲线变形的能力，从而可以用于描述非刚体目标的形状，并且可以同时处理形状的全局变形和局部变形。 

发明内容

本发明是针对现有人脸轮廓提取困难的问题，提出了一种基于变形垂足曲线的人脸轮廓检测方法，借助于变形垂足曲线能同时表示全局形状和局部形变的能力，将人脸形状的先验知识嵌入到该模型中，同时利用水平集方法做数值求解，从而能自然地处理曲线的拓扑变化，而且该方法在检测出人脸轮廓的同时可以粗略估计出人脸的大小位置和水平旋转角度等信息。 

本发明的技术方案为：一种基于变形垂足曲线的人脸轮廓提取方法，其特征在于，方法包括如下步骤： 

1)人脸全局形状参数估计：人脸的全局形状由垂足曲线的发生器控制，人脸椭圆全局形状参数{(x₀，y₀)，θ，a，b}利用垂足曲线的一阶和二阶矩来快速估计，其中(x₀，y₀)为椭圆中心，a，b分别为椭圆的长短轴半径，水平旋转角度θ，设垂足曲线用p_e(t)表示， 

则椭圆中心点坐标(x₀，y₀)可以通过p_e(t)的重心估计：x0=M10M00,]]>y0=M01M00]]>式中M_ij为p_e(t)的i+j阶原点矩；