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基于中国人面貌形态学特征的人脸姿态估计方法研究

作　者: 李华明
导　师: 耿国华
学　校: 西北大学
专　业: 计算机应用
关键词: 姿态估计面貌形态学特征统计分析特征点提取射影几何
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 309次
引　用: 10次
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内容摘要

人脸姿态估计一直是计算机视觉以及人脸识别领域一个关键的研究内容,具备广泛的应用价值,例如自动视频监控、三维人脸识别及人脸动画合成等等。同时由于通过人脸的姿态可以得到人脸方向和眼睛注视位置,姿态估计技术也是人的动作估计及心理意识理解领域的一个重要的组成部分。本文结合人类面貌形态测量学在中国人面貌特征方面统计出的规律特征,配合射影几何理论,研究在普通单目摄影环境下,通过一张人脸照片进行快速姿态估计的方法。主要研究内容包括: 1.) 计算机辅助的面貌形态测量模型的建立。在人类学和形态学知识的基础上,分析了姿态估计技术需要使用的面貌形态特征,确定了测量涉及到的人脸特征点,形成可计算模型。姿态估计技术就是在这个模型的基础上展开工作的。 2.) 人脸器官及特征点定位。主要研究如何在照片中准确定位人脸关键特征点。分析了当前技术热点之一,主动形状模型(ASM)方法的原理和缺点。在实际测量过程中实现了用模板作为辅助手段进行点提取的半自动方法。本章中还包括前期对二维人脸照片的特定预处理,例如图像增强、图像平滑缩放。 3.) 中国人面貌形态学特征的统计发现。录入大量人脸正面照片的测量数据,分别计算出器官特征点分布几何特征,对这些特征从统计学的角度进行分析,寻找出支撑姿态估计技术所需要的面貌形态学特征规律。 4.) 姿态估计技术研究。利用单目摄影环境的成像原理,由照片中人脸可计算模型的变化并结合获得的中国人面貌形态学特征,计算出摄影时人脸实际三维偏转角度,实现姿态估计。 5.) 在理论研究的同时,我们采用Visual .Net以及Direct3D图形包设计实现了姿态估计系统平台PoseEstimate。该系统能标定照片上的标志点、进行面貌形态特征测量统计,实现姿态估计。系统应用本论文中提到的算法进行的姿态估计,试验结果验证了算法的可行性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-13
  §1．1 研究背景及意义  7-8
  §1．2 国内外研究现状  8-10
  §1．3 本文主要研究内容  10-11
  §1．4 本文章节安排  11-13
第二章面貌形态学测量  13-22
  §2．1 人脸生理结构  13-14
  §2．2 面貌形态学  14-17
    2．2．1 研究内容和方法  14-15
    2．2．2 面貌形态学特征规律  15-17
  §2．3 人脸特征点的定义  17-19
  §2．4 测量特征点集及测量模型  19-20
  §2．5 测量内容的定义  20-21
  §2．6 本章小结  21-22
第三章人脸器官及特征点定位  22-41
  §3．1 二维照片的预处理  22-30
    3．1．1 图像增强  22-26
    3．1．2 图像缩放  26-30
  §3．2 人脸器官检测标定  30-39
    3．2．1 主动形状模型(ASM)方法  31-39
    3．2．2 结果分析  39
  §3．3 特征点定位  39-40
  §3．4 本章小结  40-41
第四章面貌形态学特征统计发现  41-59
  §4．1 统计内容说明  41
  §4．2 统计指标  41-44
  §4．3 特征统计结果  44-58
    4．3．1 两个眼长比例特征描述  44-46
    4．3．2 鼻长与嘴长比例特征描述  46-48
    4．3．3 鼻长与鼻嘴距比例特征描述  48-50
    4．3．4 平均眼长与鼻长比例特征描述  50-52
    4．3．5 平均眼长与嘴长比例特征描述  52-54
    4．3．6 鼻下点与两个嘴角点之间形成的夹角特征描述  54-56
    4．3．7 鼻下点与两个内眼点之间形成的夹角特征描述  56-58
  §4．4 本章小结  58-59
第五章姿态估计技术研究  59-69
  §5．1 人脸自由度  59-60
  §5．2 姿态估计双三角模型  60-61
  §5．3 姿态估计方法  61-67
    5．3．1 人脸对应于Z轴的旋转角度γ计算方法  61-62
    5．3．2 人脸对应于Y轴的旋转角度β计算方法  62-64
    5．3．3 人脸对应于X轴的旋转角度α计算方法  64-66
    5．3．4 姿态估计算法整体流程  66-67
  §5．4 结果分析  67-68
  §5．5 本章小结  68-69
第六章姿态估计系统平台  69-74
  §6．1 系统功能设计  69-70
  §6．2 系统流程  70
  §6．3 系统实现  70-73
  §6．4 本章小结  73-74
第七章总结与展望  74-76
  §7．1 本文的工作总结  74
  §7．2 未来的研究工作  74-76
参考文献  76-80
攻硕期间参加的科研工作及发表的论文  80-81
致谢  81

基于中国人面貌形态学特征的人脸姿态估计方法研究

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