[发明专利]一种图像与视频的虚拟发型建模方法

权利要求书

1.一种图像与视频的虚拟发型建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）发型图像数据的采集与预处理：使用数码设备对目标人物进行数据采集，要求发型部分清晰完整，并使用画笔选取工具分割得到图像中发型部分区域；

（2）基于图像的发型方向场计算：求解图像发型方向场的方向歧义性问题，将该无歧义的图像发型方向场结合空间发型体区域求解空间发型方向场；

（3）静态发型模型的迭代构建：通过以拟合的人物头部模型上定义的头皮区域为发根位置，于空间发型方向场内以发根采样点起始进行生长得到初始的发型模型，随后通过迭代方式改进该初始结果，得到分布均匀、符合原图发型区域的静态发型模型；

（4）基于视频的动态发型建模：在步骤3得到的静态发型模型的基础上，通过追踪头部模型运动并估算非刚性形变来计算视频中发型的运动，生成运动过程中每一时刻的动态发型模型，使其自然拟合视频中发型的真实运动；

（5）发型建模结果的导出：将上述步骤的建模结果，包括步骤3得到的静态发型模型以及步骤4得到的动态发型模型，导出与存储。

2.根据权利要求1所述的图像与视频的虚拟发型建模方法，其特征在于，所述步骤2包括如下子步骤：

（2.1）对输入图像中人物头部区域自动拟合三维人头模型；

（2.2）在步骤1分割得到的发型区域内计算稀疏的图像发型方向场，并基于此追踪得到一系列二维发丝曲线；

（2.3）求解二维发丝的方向信息，得到无方向歧义的二维发丝集合；

（2.4）利用步骤2.3获得的无方向歧义的二维发丝与步骤2.1拟合得到的人头模型估算发丝的深度信息并构建空间中的头发体；

（2.5）在步骤2.4的头发体内构建空间网格，求解定义在该网格单元上的空间发型方向场。

3.根据权利要求2所述的图像与视频的虚拟发型建模方法，其特征在于，所述步骤3包括如下子步骤：

（3.1）基于步骤2.1中得到的拟合三维人头模型，对其上的头皮区域进行二维参数化构建，并均匀采样得到初始发根位置；

（3.2）以步骤3.1中发根为起始点于步骤2.5得到的空间发型方向场为生长方向定义追踪所有发丝直至结束，得到初始静态发型模型；

（3.3）以如下方式进行迭代改进：在空间中发型体内采样得到备选发丝的初始位置，以双向追踪的方式得到一系列备选发丝，对当前发型模型与所有备选发丝进行剪切与重组得到改进的静态发型模型。

4.根据权利要求1所述的图像与视频的虚拟发型建模方法，其特征在于，所述步骤4包括如下子步骤：

（4.1）对输入视频序列的参考帧构建静态发型模型；

（4.2）追踪头部模型的运动得到各帧相对参考帧的刚性变换；

（4.3）对视频序列中各帧求解参考帧到该帧的稠密光流场；

（4.4）在图像的发型区域中通过自动检测或用户指定的方式指定可靠的特征点位置，追踪这些特征点得到稀疏的特征对应关系，将该稀疏特征对应关系通过保持边缘的滤波方法扩散到整个图像区域中得到特征场；

（4.5）对视频序列的每一帧，首先依据步骤4.2得到的刚性变换对步骤4.1得到的发型模型进行三维对齐，随后结合步骤4.3得到的光流场和步骤4.4得到的特征场生成二维变形场，对刚体对齐后的发型模型所有顶点进行变形偏移并保持发丝的连续性得到该帧的动态发型模型。