[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

摘要

本发明提出一种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。首先对正面和侧面图像进行归一化处理；提取正面和侧面图像的人脸特征点；根据图像提取的人脸特征点对标准模型进行个性化变形，其他非特征点利用径向基插值变形算法进行相应变形；再利用提出的基于控制点邻域变形算法对人像产品点特征区域优化设计；以及利用提出的基于控制线邻域变形算法对人像产品线特征区域进行优化设计。该方法可对个性化人像产品的五官特征、发型、身体和服装点特征区域和线特征区域进行优化，克服了传统人像产品难以修改、模型相似度低、模型难以直接用于加工制造的缺点。

主权项

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.]]>