姜柏軍

（浙江商業(yè)職業(yè)技術學院 浙江 杭州 310053）

摘 要：本文運用算法合成的方法，對于給定的二維人臉圖像，重建成3D人臉的方法進行了論述。結果表明，目前重建3D人臉的算法研究方法很多也比較成熟，也出現了有實用價值的應用，但在現實生活中的應用推廣還是較少。如何利用這些人臉識別的算法生成的三維人臉，在人們日常生活中進行有效的推廣與應用，文中闡述了3D人臉重建的過程，引申了應用于發(fā)型輔助設計中，具有非常好的應用價值。

關鍵詞：二維圖像；人臉識別；人臉重建；發(fā)型設計

0 前言

從人臉重建研究以來，對于人臉重建的方法和應用一直得到人們的廣泛關注。人臉是一個復雜的幾何形狀和膚色材質。全世界所有人的臉都各不相同，也為通過算法建模生成到計算機中的三維人臉帶來了困難。尤其是建立一個通用的人臉庫，工作量巨大。人臉是個非剛體，每個人臉識別都要用一套算法去處理。人臉數據庫計算量非常龐大，對于人臉非剛體的識別計算量相應的數量級增加。

1 研究對象與方法

本文的研究方法，通過一個高清的CCD與計算機相連，拍攝一張正面圖像和側面圖像輸入到計算機里。為了便于二維圖像的處理、識別與預處理。本文使用以下方法。

（1）規(guī)范化[1]人臉圖像，給定特定人臉的三幅圖像，正面和左右側?？s放圖像，裁剪圖像，統(tǒng)一標準，歸一化[2]。

（2）一般人臉模型的整體調整。借助于造型軟件導出三維多邊形網格模型[3]。

（3）人臉三維特征關鍵點的獲取方法。整個識別過程包括人臉相似度[4]計算、人臉輪廓提取、人臉定位、人臉內部輪廓提取、眼睛定位、鼻子定位、嘴定位、眉毛定位、耳朵定位、下巴定位等。為了進行人臉檢測，采用基于膚色法進行人臉識別，為了精確識別，將人臉圖像進行顏色空間映射，再建立膚色模型獲得相似度矩陣，最后歸一化。對確認的人臉區(qū)域，進行區(qū)域擴充，形成包含全部頭部的區(qū)域A。然后在區(qū)域A中用多閾值進行二值化合并得到二值圖像B。在得到的二值圖像B中，用區(qū)域標號算法對不同的“黑”連通區(qū)域進行標號化，用預設的面積閾值過濾由于噪聲造成的小的孤立連通區(qū)[5]。通過眼睛的垂直位置，剖面分析獲得的鼻子、嘴、下巴，可以限制面部特征提取這個矩形窗口。每個區(qū)域的位置和大小是確定的基礎上的垂直位置和面部特征的典型大小。

2 人臉重建的意義

研究人臉重建的應用在理論知識和算法技術上都有重要的意義：一是收集和豐富人臉庫；二是推進對人類視覺系統(tǒng)的進一步認識；三是可以滿足人工智能和機器視覺的需要。采用人臉識別技術，建立三維人臉模型生成三維人臉。當前人臉重建在安防系列產品中的使用最為常見，伴隨著技術的不斷更新和發(fā)展，利用計算機實現對三維人臉重建應用會越來越廣，產生的價值也會隨之增加。

3 結果與分析

3.1 人臉重建的現狀

國內研究起步相對較晚，自上個世紀90年代末才開始研究人臉建模和動畫，并實現了一些人臉建模和動畫系統(tǒng)。國內的院校和研究機構有：中國科學院計算所、哈爾濱工業(yè)大學、浙江大學、中國科技大學、上海交通大學等。國內目前仍然處于理論研究、初步實踐和開發(fā)的階段，中國也在建造屬于中國人的人臉數據庫。雖然國內人臉重建起步比較晚，但是也取得了一些成就。中國現在大多為理論研究算法，真正實現應用于產品涉及的較少，通過理論研究，通過建立的高效算法實現有應用價值的系統(tǒng)是目前的一塊空白。

3.2 人臉重建的基礎研究不足

目前人臉重建研究在停留在實驗室、基礎算法的研究相對薄弱，，因為這個領域的門檻比較高。尤其是人臉數據庫的收集，要建立一種通用的模型，需要有更多的人臉素材加入到這個素材庫，才能建立一個合理的模型，這樣人臉匹配的精確度更高，關鍵是將二維轉換成三維的時候特征點的對應。

3.3 人臉重建的算法效率不高

人臉重建涉及到圖像領域的處理，當前由于數碼設備的硬件的參數不斷提到，拍攝的照片像素越來越多，一張高清的照片容量是幾M到幾十M之間。計算機在處理的圖像過程中，需要調入內存，圖片越大，算法對于內存的管理是非常重要的，計算機算法對于圖像數據的處理，內存的分配使用，起著關鍵的作用。

3.4 應用需要進一步推廣

（1）影視游戲 使用計算機軟硬件生成更逼真生動的人臉是影視以及游戲設計開發(fā)人員需解決的一個重要問題，如好萊塢的幾部動畫大片《獅子王》、《汽車總動員》等，都是利用人物表情技術與人臉重建技術的結合，在立體場景中構造虛擬人物，帶來逼真栩栩如生的視覺效果。

（2）醫(yī)學 計算機圖形學在醫(yī)學領域有著廣泛的應用，利用三維人臉重建和動畫技術可以對頭顱進行虛擬手術及人臉外科手術的仿真模擬，根據模擬可以制訂詳細準確的手術方案，以降低手術風險，提高成功率。

（3）安防 近幾年，安防工作的地位逐漸突出，人臉重建在人臉識別技術的基礎上，利用人的面部圖像特征重建成真實人臉，與真實人臉比對，判斷人員身份，使人更容易判斷，提高準確性。

（4）輔助設計 當前，隨著人們生活水平的提高和計算機技術的普及，計算機技術應用到人的生活越來越緊密。當一個人要去做發(fā)型時，先拍攝兩張二維照片，在電腦里重建成三維人臉。頭發(fā)也通過軟件在電腦里虛擬生成，按照人的要求由發(fā)型師在電腦里輔助設計，客戶選自己喜歡的發(fā)型繼而決定真實的設計發(fā)型。這樣的虛擬設計既可以減少浪費，又能設計客戶滿意的發(fā)型。

4 建議

本文探討的人臉識別與重建的算法過程，能借助于這些成熟的算法和技術在發(fā)型輔助設計領域進行推廣與應用。在現有研究的基礎上，將研究過程中的方法、思路、經驗發(fā)表成論文，同時通過論文與其他研究人員交流，專門將人臉重建項目發(fā)展成一個行業(yè)性的開源項目。與國內做的成功研究所、高校展開理論研究合作，且不斷的完善開發(fā)的應用軟件，通過數據比對來提高準確度。通過互聯網平臺，積極探索行業(yè)里需要用到人臉重建的應用方向，展開深度合作與開發(fā)，借助于這個人臉庫、軟件模塊開發(fā)實用的行業(yè)軟件。

參考文獻

[1] 楊家紅，史超，王耀南.基于規(guī)范化KDDA的人臉識別算法[J].計算機工程與應用：2007（43）.

[2] 薛迎春.基于圖像矩的圖像歸一化的設計與實現[J].數字技術與應用：2013（4）.

[3] 宋師.真實感人臉網格模型的紋理映射研究[D].武漢理工大學：2012：11-11.

[4] 張凱. 基于相似度空間尋優(yōu)的開集人臉識別方法[J].微型電腦應用：2010（26）.

[5] 鄭強.基于顏色特征的圖像檢索模型[D].西南大學碩士學位論文：2010：20-22.