[发明专利]基于控制点和控制线邻域变形的个性化人像产品设计方法

权利要求书

1.一种基于控制点和控制线变形的个性化人像产品设计方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

第一步，图像归一化处理，其中，设正面图像眼角到嘴角高度为H_f，侧面图像眼角到嘴角高度为H_p，标准模板图像眼角到嘴角高度为H，归一化方法为：

H_f=H_p=H  （1）

第二步，二维特征点提取，在正面图像和侧面图像上分别定义人脸五官的11个特征点，分别与标准模型中相应的特征点进行对应；

第三步，标准模型的个性化变形，其中，根据第二步提取的五官特征点进行个性化变形，包括人脸五官11个特征点的变形和其他点的变形；

11个特征点的变形方法为：

从正面图像提取的11个二维特征点决定标准模型中对应点的X和Y坐标值，侧面图像提取的11个二维特征点决定标准模型中对应特征点的Z坐标值，将标准模型按照特征点确定的新坐标进行变形从而确定个性化人脸11个特征点位置；

其他点采用径向基插值法进行变形，具体方法为：

基函数由单个变量函数构成，设点（x,y）的基函数的形式为：

h_k(x,y)=h(d_k)  （2）

其中，d_k指由点（x,y）到第k个数据点的距离；插值公式为：

F(x,y)=Σk=1nakhk(x,y)+Σk=1mbkqk(x,y)---(3)]]>

其中，q_k(x,y)是一多项式基，阶次小于m；系数a_k和b_k满足下面方程组：

Σk=1nakhk(xi,yi)+Σk=1mbkqk(xi,yi)=fiΣi=1naiqj(xi,yi)=0i=1,...,n,j=1,...,m,i=1,...,n---(4)]]>

方程组共有m+n个方程式，联立求解便可得到待定系数；

对于特征点i，其变形后个性化人脸坐标记为p_i=(x_i,y_i,z_i)，变形前标准模型坐标记为p_i⁽⁰⁾=(x_i⁽⁰⁾,y_i⁽⁰⁾,z_i⁽⁰⁾)，则该点的位移计算式为：

u_i=p_i-p_i⁽⁰⁾

人脸模型上每一点的位移记为u，取f(p)满足f(p_i)=u_i，这样标准模型上的每一点p_j的位移可从f(p_j)中得到；径向基函数如下所示：

u=Σi=1nciφ(||p-pi||)+Mp+t---(5)]]>

其中，n为特征点数目，c_i为特征点p_i对应的权系数，φ为径向基函数，选取高斯函数，即M和t分别是3×3矩阵和3×1向量；通过式（6）可确定系数c_i、M和t；

ui=f(pi)Σi=1nci=0Σi=1ncipiT=0---(6)]]>

第四步，基于控制点邻域变形的人像产品点区域优化，其中，基于控制点邻域变形的人像产品点区域优化算法如下所述：

建立坐标系，Z_c为变形起始点，Z_c'为变形后位置，则变形区域内任一点Z变形后新位置Z'的计算方程为：

Z'=Z+f  （7）

f为变形函数，其计算方程为：

f=h·exp(-||Z-ZC||2(r2/r1)2)-exp(-(r1)2(r2/r1)2)exp(-||Zmin-ZC||2(r2/r1)2)-exp(-(r1)2(r2/r1)2)·N→·t---(8)]]>

h控制变形幅度，沿控制点曲面的法向方向变形；r₁表示变形影响区域；r₂控制变形的陡峭程度；Z_min指与变形起始点最近的点；表示变形起始点Z_c所在曲面的法向方向；t表示变形的次数；

第五步，基于控制线邻域变形的人像产品线区域优化，其特征为：设约束曲线上的顶点为Z_i，Z_i即为所有控制点（i=1，…，n），Z_i'为Z_i变形后的位置，下标i的顺序与Z_i在控制曲线上的顺序一致；控制线上任一点Z变形后新位置Z'计算式为：

Z′=Σi=1nwiZi′---(9)]]>

其中，wi=|Q-Pi|-1Σi=1n|Q-Pi|-1,]]>且Σi=1nwi=1.]]>

2.根据权利要求1所述的基于控制点和控制线变形的个性化人像产品设计方法，其特征在于：基于控制线变形的人像优化方法的另一特征为，变形可实现沿控制线方向的非均匀变形，非均匀变形实现方法为：公式（9）中Z_i'计算式中h_i做如下变形：

控制曲线C，长度为L，端点为A和B，l为控制线上任一点Z到其中点的距离，h₀为用户自定义的变形高度初始值，则控制线上控制点处的变形高度h_i的计算式定义为：

hi=h0·cos(π·l-αL+2α)-L2≤l′<αh0α≤l′≤β,α=-L2andβ=L2h0·cos(π·l-βL+2β)β<l′≤L2---(10)]]>

α和β表示模型沿控制线非均匀变化的比例，α≤β且α，β，l∈[-L/2,L/2]；

其中，拐点M和N用百分比进行确定，则α和β由下面公式进行确定