[发明专利]一种基于画家知识的肖像艺术光影效果生成方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机摄像学领域，特别是图像处理的方法。具体的说是基于画家知识的肖像艺术光影效果生成方法。

背景技术

光是艺术家创作艺术作品的主要手段，也是影响视觉艺术作品(照片或绘画等)美感的重要因素，但是掌握用光的技巧需要艺术家长期的练习和训练，普通摄影者或者绘画爱好者往往难以拍摄出或者绘制出具有艺术美感的肖像图像，因此需要一种方便的在普通肖像中生成艺术光影效果的方法与系统。本发明的目的是利用计算机技术，使用户能够方便的生成肖像的艺术光影效果。

目前关于肖像图像艺术光影效果生成的工作主要集中于三个方面：基于商图或可变性模板的光影效果生成方法、基于单幅图像的光影效果生成方法、艺术光影分析与评价方法。

在基于商图的光影效果生成方面，美国南加州大学的Peers等利用商图对人脸进行光照迁移，通过采集静态参考人脸对象在不同光照条件下反射场，并利用同一对象在不同光照条件下的人脸图像与在正面均匀光照条件下的人脸图像之间比值，构建相应光照条件下该对象的材质属性图，也称作商图。同时将期望光照条件所对应的商图进行变形，并迁移到目标人脸上，以生成目标图像/视频场景的光照效果。该方法用于对人脸视频/图像进行后期重光照处理。该方法局限是：目标人脸和数据库人脸具有相近的几何特性和材质属性，难以适用于只有一幅参考图像的情况，由于其光影效果来源于实验室搭建的点光源阵列环境，因此难以模拟艺术摄影或者艺术绘画中大面积光源的光影效果。

在基于可变性模板的光影效果生成方面，美国卡耐基梅隆大学的Yang wang等在未知人脸几何信息和反照率信息情况下的进行人脸图像重光照。该方法输入仅需要一张在任意苛刻光照环境下的人脸图像。利用了一种可变形人脸模型来估计人脸几何信息，利用球谐函数基来表示光照条件，并通过马尔科夫随机场模型来模拟子区域的统计分布和人脸纹理的空间一致性。该方法通过使用一个可变性人脸模型来估计人脸图像的光照条件，而且能处理复杂光照条件或者人脸图像过度曝光和曝光不足的情况，能极大的提高人脸识别的准确率。但该方法假设人脸表面是朗波表面，并用一个可变形人脸模型来拟合人脸图像估计几何信息，因此生成的重光照人脸图像与真实图像相比缺乏一定的真实感，并且难以适用于参考另一幅图像光影效果的情况。

在基于单幅图像的人脸光影效果生成方面，人脸识别领域的研究人员提取各种不同的光照不变特征，例如整体变分模型、自商图等等，以达到人脸光照归一化的效果。这类方法通常只适用于低分辨率的人脸图像，目的是去除人脸光影效果以提高人脸识别率，而不是生成逼真的人脸光影效果。本征图像技术能够将图像逐像素地分解成光照部分与反射部分，但这是一个病态问题，通常自动的计算方法难以适应各种复杂的自然图像，虽然有研究人员提出了基于用户交互的本征图像分解方法，但是仍然难以达到理想的分解效果，从而无法直接应用于基于单幅图像的人脸光影效果生成。阴影去除方面的技术目前还集中于投射阴影的去除，然而艺术光影效果通常不仅包含投射阴影还包含自阴影。

在艺术光影分析与评价方面，通常包含基于模型(图像场景中的三维形状已知)与无模型(图像场景中的三维形状未知)两类方法，然而这两类方法都主要集中于分析主光源的方向和位置，而在艺术摄影和艺术绘画中，经常同时使用多种复杂形状的光源，所以目前的技术难以分析复杂的艺术光影效果，更加难以直接应用于艺术光影效果生成。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种基于画家知识的肖像艺术光影效果生成方法，能够使用户方便的生成肖像的艺术光影效果；其特征在于该方法采取以下步骤：

(1)基于画家经验构建肖像艺术光影模板库；

(2)基于光影模板库的肖像艺术光影效果生成。

进一步的，步骤(1)所述的构建肖像艺术光影模板库采取以下步骤：

(1.1)根据画家经验选取在光照方面具有代表性的艺术肖像；

(1.2)根据画家经验提取艺术肖像的艺术光照模板，即光模板；

(1.3)根据画家经验提取艺术肖像的艺术阴影模板，即影模板。

进一步的，步骤(2)所述的肖像艺术光影效果生成包括以下方式：

(2.1)参考库中艺术肖像生成艺术光影效果；

(2.2)参考用户自定义艺术肖像生成艺术光影效果；

(2.3)肖像光影一键艺术化。

进一步的，方式(2.1)所述的参考库中艺术肖像生成艺术光影效果采取以下步骤：

(2.1.1)利用活动形状模型在人脸上定位160个特征点；