[发明专利]一种基于两幅图像的三维头部建模方法

权利要求书

1.一种基于两幅人脸图像的三维头部建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：调整三维头部模型的三维位置与姿态角度，使其与给定的两幅人脸图像的用户脸部位置、姿态对应一致；

步骤S2：调整三维头部模型中脸部轮廓区域控制点的位置，使其与给定图像的用户脸部形状对应一致；

步骤S3：在调整脸部轮廓区域控制点的同时，利用移动最小二乘法实时计算三维头部模型中所有非控制点的局部形变；

步骤S4：交互调整眼眉、眼睛、鼻子与嘴部区域控制点的位置，使这四个区域与给定图像的用户五官区域对应一致；

步骤S5：在调整五官控制点的同时，利用移动最小二乘法实时计算所有非控制点的形变；

步骤S6：计算形变后模型的包络圆柱纹理坐标，进而通过获取输入人脸图像中的颜色值，合成纹理图像并贴至模型表面，生成具有真实感的头部模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中的脸部轮廓区域包含11个控制点，其中，8个控制点用来定义脸部的外轮廓，3个控制点用于定义脸部的中心线。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中使用的移动最小二乘法的目标函数为：

minΣiwi||Lv(pi)-qi||2,]]>

其中，p_i是三维头部模型中任一控制点顶点的坐标值，q_i是p_i对应的变换位置的坐标值，w_i是一加权核函数，L_v(x)为三维头部模型的任一其它顶点v的最优局部线性变换函数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中眼眉、双眼、鼻子与嘴部区域控制点数分别为6个、8个、4个和6个。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，脸部区域控制点组成的集合P分为五组子集合：P＝P₁∪P₂∪P₃∪P₄∪P₅，其中，P₁为脸部轮廓区域控制点集，P₂为脸部眼眉区域控制点集，P₃为脸部双眼区域控制点集，P₄为脸部鼻子区域控制点集，P₅为脸部嘴部区域控制点集；这五组控制点集之间没有交集，即满足：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在调整控制点的过程中，五组控制点集分为两层：L₁＝{P₁}和L₂＝{P₂，P₃，P₄，P₅}，且设定L₁驱动的形变计算影响L₂的结果，但L₂驱动的形变对L₁却无影响。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动最小二乘法所使用的局部线性变换函数为三维欧氏刚性变换。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述移动最小二乘法所使用的加权核函数为尺度控制参数h＝0.2时的高斯函数和h＝0.5时的Wendland函数。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过比较不同加权核函数在不同尺度下对每一组控制点的影响域图来选择所述加权核函数。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括以下步骤：

步骤S61：计算形变后模型顶点在其包络圆柱表面的位置，将圆柱表面展开作为纹理图像，即得模型顶点所对应的纹理坐标；

步骤S62：对于非顶点对应的纹理像素，首先通过计算相对坐标找到它所属的纹理图像上的三角形，进而向该三角形对应的三维三角面片做反向投影，获得该像素对应的三维位置；

步骤S63：根据模型点在输入人脸图像中的投影位置，获取纹理坐标点的对应颜色值，从而合成彩色的纹理图像；

步骤S64：通过纹理贴图将生成的彩色纹理图像映射到形变后的三维模型表面，从而生成具有真实感的三维头部模型。