[发明专利]一种单幅正视人脸图像的虚拟多姿态生成方法

摘要

本发明公开了一种单幅正视人脸图像的虚拟多姿态生成方法，步骤包括：1、输入待变换单样本人脸；2、输入人脸面旋转变换方向及变换角度；3、人脸面向上旋转变换；4、人脸面向下旋转变换；5、人脸面向左旋转变换；6、人脸面向右旋转变换；步骤7、多姿态人脸求取，系数H分别代入上述步骤3、4、5、6中求得的H_up、H_down、H_left与H_right，即能够求得上述的四种姿态变换后的人脸结果；步骤8、输出生成的虚拟的多姿态人脸图像。本发明的方法，步骤简单，结果可靠。

主权项

1.一种单幅正视人脸图像的虚拟多姿态生成方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤1、输入待变换单样本人脸对输入的待变换单样本人脸要求必须为正视图人脸，设输入正视图人脸为h行w列图像F(i,j)h×w，其中i＝1,2...h，j＝1,2...w；忽略鼻子、眼睛的凹凸，假设其落在二维平面上，以下简称该二维平面为人脸面，即单样本的人脸正视图信息为成像物体，其不同角度拍摄下成像结果即为人脸在不同角度成像结果；步骤2、输入人脸面旋转变换方向及变换角度按照标准镜头视角设定摄像机视角为45度，输入需要得到的姿态变换角度为θ，已知人脸面原尺寸为h×w大小，原人脸正视图的平面以⑤⑥⑦⑧四个顶点表示该正视图与投影面重合，三维旋转之后，可见的旋转人脸图以①②③④四个顶点表示三维旋转后的图像成梯形形状，当人脸面向上旋转，即给出虚拟仰视姿态角度变化的话，转步骤3；当人脸面向下旋转，即给出虚拟俯视姿态角度变化的话，转步骤4；当人脸面向左旋转，即给出虚拟左偏姿态角度变化的话，转步骤5；当人脸面向右旋转，即给出虚拟右偏姿态角度变化的话，转步骤6；步骤3、人脸面向上旋转变换人脸面向上旋转变换时，三维旋转后的人脸图梯形顶点为①②③④，梯形高的值设为且为保证人脸面信息完整，令短边与长边大小分别设为与则当时，令否则角度θ按照需求任意设定，每设定一个角度，就能够获得一个虚拟姿态，对于本步骤三维旋转后的人脸图梯形①②③④与旋转前的正视图矩形⑤⑥⑦⑧建立平面直角坐标系，其中的⑦⑧边与③④边长度相等，此时已知，则对应点对坐标如下表1所示：表1、人脸面向上旋转时4对对应点对的坐标据上述表1所求4对点对的坐标，求得单应变换矩阵Hup：接下来转步骤7；步骤4、人脸面向下旋转变换人脸面向下旋转变换时，三维旋转后的人脸图梯形顶点为①②③④，梯形高的值设为且为保证人脸面信息完整，令短边与长边大小分别设为与则当时，令否则角度θ按照需求任意设定，每设定一个角度，就能够获得一个虚拟姿态，对于本步骤三维旋转后的人脸图像①②③④与旋转前的正视图⑤⑥⑦⑧建立平面直角坐标系，其中的⑤⑥边与①②边长度相等，此时已知，则对应点对坐标如下表2所示：表2、人脸面向下旋转时4对对应点对的坐标据上述表2所求4对点对的坐标，求得单应变换矩阵Hdown：接下来转步骤7；步骤5、人脸面向左旋转变换人脸面向左旋转变换时，三维旋转后的人脸图梯形顶点为①②③④)，梯形宽的值设为且为保证人脸面信息完整，令短边与长边大小分别设为与则当时，令否则角度θ按照需求任意设定，每设定一个角度，就能够获得一个虚拟姿态，对于本步骤三维旋转后的人脸图像①②③④与旋转前的正视图⑤⑥⑦⑧建立平面直角坐标系，其中的⑥⑧边与②④边长度相等，此时已知，则对应点对的坐标如下表3所示：表3、人脸面向左旋转时4对对应点对的坐标据上述表3所求4对点对坐标，求得单应变换矩阵Hleft：接下来转步骤7；步骤6、人脸面向右旋转变换人脸面向右旋转变换时，三维旋转后的人脸图梯形顶点为①②③④，梯形宽的值设为且为保证人脸面信息完整，令短边与长边大小分别设为与则当时，令否则角度θ按照需求任意设定，每设定一个角度，就能够获得一个虚拟姿态，对于本步骤三维旋转后的人脸图像①②③④与旋转前的正视图⑤⑥⑦⑧建立平面直角坐标系，其中的⑤⑦边与①③边长度相等，此时已知，则对应点对的坐标如下表4所示：表4、人脸面向右旋转时4对对应点对的坐标据上述表4所求4对点对的坐标，求得单应变换矩阵Hleft：接下来转步骤7；步骤7、多姿态人脸求取当两帧图像上的点来自空间同一平面时，则它们之间存在一个射影变换，用3×3的单应矩阵H表示，已知F(i,j)，i＝1,2...,h，j＝1,2...,w为输入的正视人脸图像上的点，f(i,j)，i＝1,2...,h，j＝1,2...,w为变换后的虚拟姿态人脸图像上的投影点，则满足F(i,j)＝H·f(i,j)，即f(i,j)＝H‑1·F(i,j)，系数H分别代入步骤3、步骤4、步骤5、步骤6中求得的Hup、Hdown、Hleft与Hright，即能够求得四种姿态变换后的人脸结果；步骤8、输出生成的虚拟的多姿态人脸图像。