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第 20 卷 第 4 期 南 京 邮 电 学 院 学 报 ( 自 然 科 学 版) Vol. 20 No. 4
2000 年 12 月 Journal of Nanjing University of Posts and Telecommunications ( Natural Science) Dec. 2000
文章编号: 1000-1972( 2000) 04- 0076-04
标 准 人 头 脸 三 维 模 型 建 模 研 究
汪海燕, 张 磊
( 南京邮电学院 通信工程系, 江苏 南京 210003)
摘 要: 提出了一种通过标准人脸的正面像及侧面 像来生 成标准人 头脸三 维模型 的建模 方法。所建 立
的标 准人头脸三维模型可用于模型基图像编码、计算机视 觉、计算机动画和多媒体通 信等方面 的研
究和应用, 具有良好的准确度和可操作性。
关键词: 模型基编码; 多媒体通信; 三维线框模型
中图分类号:TN919.8 文献标识码: B
1 引 言
近年来, 人头脸三维模型基图像编码在通信领
域( 可视通信、多媒体通信、宽带无线通信、个人通信
等) 以及虚拟现实中的地位日趋重要。人头脸三维
模型基图像编码是一种基于景物三维模型的方法,
通信双方有一个相同的景物三维模型, 在编码器中
用图像分析提取景物的参数, 在解码器用图像合成
技术再重建图像。它充分利用了图像中景物的内容
和知识, 采用结构化的方法描述图像, 因而模型基编
码可实现良好的图像质量和非常高的压缩比。
人头脸三维模型基图像编码必须具备下列三个
关键的技术
[ 1~ 3]
: ( 1) 人物头脸部( 及肩部) 的三维
模型建立; ( 2) 运动参数和表情参数的估值; ( 3) 图
像合成技术。
1.1 人物头脸部的三维模型
建立一个完整的人脸模型并综合成逼真的脸部
图像是模型基编码的基础。对于人脸形状, 为了便
于人脸的图像分析和合成, 可以用很多个小三角的
组合( 即线框) 来近似标准人脸, 建立起标准人脸的
三维线框模型。这个模型一旦建立就固定不变, 并
成为编码端和解码端的共同知识。
若要得到特定人脸的模型, 可以利用一定数量
的形状参数通过对模型中的一簇特征点坐标的线性
变化得到。另外, 只要给出运动参数, 这个模型还可
以通过仿射变换随实际图像中的头部运动而运动。
收稿日期: 2000-04-10; 修回日期: 2000-06-26
在这个灵活的三维线框模型上, 可以用 Phong 提出
的光照模型绘制综合的头部灰度图像, 也可以将已
知图像中的脸部灰 度值“ 蒙皮” 似的蒙在线框模型
上
[ 3]
。
1.2 三维运动估值
为了达到压缩的目的, 必须从原始图像中提取
有关的形状、运动和灰度等特征参数, 这些参数共同
作用在模型上便可恢复出特定人脸的运动图像。人
脸的三维运动由两种运动组成: 头部的刚体运动和
脸部的表情变化。通过利用图像处理、模式识别、计
算机视觉等技术, 对原序列进行分析, 提取脸部特征
参数即运动、姿态和表情参数。
1.3 图像合成技术
利用图像分析得到的三类参数, 可以恢复出序
列图像。首先根据接收到的形状参数, 利用比例变
换建立符合特定人脸的头部线框模型, 并将第一帧
图像的灰度数据解码后“ 蒙皮”到线框模型上。其次
根据接收到的运动参数, 对头部的姿态进行调整, 在
线框作三维运动的同时, 第一帧图像中被蒙在模型
上的灰度数据也随之运动, 之后可能会出现一些不
利因素要分别解决, 比如遮挡等。在刷新帧到来之
前可初步用邻近处的灰度来代替。实验证明这样的
处理方法是可行的, 这样我们就得到了可以随着原
始图像序列活动的头部图像。有了以上所得到的头
部序列之后, 要想合成一个非常逼真的图像, 必须采
用一些计算机技术如纹理映射技术, 还必须加上表
情。为了得到完整的综合图像, 要加上背景和肩部
图像, 这些信息来自解码后的第一帧恢复图像。背