單張人臉正面照片自動轉換為三維人臉模型的方法技術

本發明專利技術涉及一種單張人臉正面照片自動轉換為三維人臉模型的方法，其特征在于包含以下步驟：a.用戶輸入一張正面人物圖片；b.提取特征點并進行分區；c.建立標準人臉三維模型；d.對標準人臉模型頂點進行分組，分離出五官點群；所述五官點群可以選擇由眉毛、眼睛、鼻子、嘴以及臉部輪廓的頂點群構成。e.標準三維人臉模型頂點位置調整模塊對標準三維人臉模型進行整體縮放；f.標準三維人臉模型頂點位置調整模塊調整；g.最后完成整個標準人臉三維模型的重構。本發明專利技術提供的方法可以通過一張人臉正面照片自動轉換為3D人臉，以符合人臉生物學特征的方式來最大程度的還原真實人臉，且便于后續動畫處理。

【技術實現步驟摘要】
單張人臉正面照片自動轉換為三維人臉模型的方法[
]本專利技術屬于三維人臉合成方法，具體的說是通過單張人臉正面照片自動轉換為三維人臉模型的方法。[
技術介紹
]目前，通過單幅正面人臉照片轉換為3D人臉的技術，普遍流程為對照片進行特征提取、標準模型變形、皮膚紋理映射。此技術雖然可以在一定程度上重構3D人臉，一方面不能最大程度的還原真實人臉，另一方面，由于對人臉特征只是單純的模仿而應用到3D人臉上，具有很大的局限性，特別是不利于后期的臉部動畫及更高層次的技術應用。總結現有三維人臉合成技術，主要方法如下：(1)利用三角樣條曲面進行面部建模和研究；(2)從正面和側面兩幅圖像出發合成了三維人臉模型并制作了簡單的面部表情動畫；(3)基于激光掃描的三維數據獲取方法；方法(1)和(2)實現原理復雜，目前只限于理論方面的研究，實際應用很少涉及。方法(3)雖建模精確，但成本高不易普遍應用。[
技術實現思路
]本專利技術為了能夠最大程度的根據一張正面人臉照片還原真實人臉3D模型及兼顧后期臉部動畫及進一步的應用，提供了一種通過單張人臉正面照片中人物面部特征自動轉換為三維人臉模型的一套新型技術方案。本專利技術通過以下技術方案實現：該方法應用于由圖片人臉特征點自動提取模塊、標準三維人臉模型建立模塊、標準三維人臉模型頂點位置調整模塊、三維人臉模型頂點貼圖UV坐標計算模塊組成的系統中；根據圖片人臉特征點自動提取模塊在照片中提取特人物臉部征點再結合標準三維人臉模型建立模塊所建立的標準模型到標準三維人臉模型頂點位置調整模塊中調整頂點位置然后在三維人臉模型頂點貼圖UV坐標計算模塊中自動生成頂點uv坐標；該方法包含以下步驟：a.用戶輸入一張正面人物圖片；輸入后，可以采用人臉照片處理模塊對圖片進一步灰度圖處理，獲得并輸出人臉深度信息。b.圖片人臉特征點自動提取模塊解析正面人物圖片，提取出個人臉特征點XY坐標；圖片人臉特征點自動提取模塊分別從眉毛、眼睛、鼻子、嘴以及臉部輪廓區域，提取出56個人臉特征點XY坐標，以圖片左上角為原點，向右方向X從0增大至1，向下方向Y從0增大至1。c.標準三維人臉模型建立模塊加載人臉模型數據文件，建立標準人臉三維模型；標準三維人臉模型建立模塊加載的人臉模型數據文件包含113個頂點，標準人臉三維模型的中心點設為鼻尖所在的頂點。d.標準人臉布線數據化模塊對標準人臉三維模型進行布線數據化，獲得讀取的點線面，標準三維人臉模型建立模塊對標準人臉模型頂點進行分組，分離出五官點群；所述五官點群可以選擇由眉毛、眼睛、鼻子、嘴以及臉部輪廓的頂點群構成。e.標準三維人臉模型頂點位置調整模塊對標準三維人臉模型進行整體縮放，使額頭最上頂點與下巴最下頂點的距離為步驟b中計算出來的H值，H值設為額頭最上頂點和下巴最下頂點在Y方向的距離；f.標準三維人臉模型頂點位置調整模塊調整步驟d區分出的組成眼睛、鼻子、嘴及臉部輪廓的頂點群的XY坐標，使它們的形狀與步驟b對應的人臉特征點組成的眼睛、鼻子、嘴及臉部輪廓的形狀一致；g.最后根據圖片提取特征點完成整個標準人臉三維模型的重構：三維人臉模型頂點貼圖UV坐標計算模塊計算出標準三維人臉模塊所有頂點的UV坐標，根據UV坐標直接利用正面人物圖片完成貼圖。UV坐標計算公式為：U=(x+W/2)/W；V=(y+H/2)/H。參數定義：所有的圖象文件都是二維的一個平面。水平方向是U，垂直方向是V，通過這個平面的，二維的UV坐標系。"UV"這里是指u,v紋理貼圖坐標的簡稱(它和空間模型的X,Y,Z軸是類似的).它定義了圖片上每個點的位置的信息.這些點與3D模型是相互聯系的,以決定表面紋理貼圖的位置.UV就是將圖像上每一個點精確對應到模型物體的表面.在點與點之間的間隙位置由軟件進行圖像光滑插值處理.W是貼圖的寬度，H是貼圖的高度，X是模型頂點x軸坐標，Y是模型頂點y軸坐標。最后還可以增加一步步驟h，紋理映射模塊將重構后的標準人臉三維模型進一步根據圖片提取的人臉深度信息對模型進行紋理映射。本專利技術提供的方法可以通過一張人臉正面照片自動轉換為3D人臉，以符合人臉生物學特征的方式來最大程度的還原真實人臉，且便于后續動畫處理。[附圖說明]圖1為標準人臉模型示意圖；圖2為模塊流程圖。[具體實施方式]實施例為若干模塊統一來完成的一套完整的方案，可應用于由圖片人臉特征點自動提取模塊、標準三維人臉模型建立模塊、標準三維人臉模型頂點位置調整模塊、三維人臉模型頂點貼圖UV坐標計算模塊組成的系統中；具體步驟參照圖2：步驟a：用戶輸入一張正面人物圖片，圖片格式不限。由人臉照片處理模塊對圖片進行灰度圖處理，獲得并輸出人臉深度信息。步驟b：圖片人臉特征點自動提取模塊根據圖片格式選擇對應的FaceSDK庫。步驟c：圖片人臉特征點自動提取模塊對應的FaceSDK庫，利用FaceSDK庫解析正面人物圖片，并提取出56個人臉特征點XY坐標，圖片左上角為原點，向右方向X從0增大至1，向下方向Y從0增大至1，設H為額頭最上頂點和下巴最下頂點在Y方向的距離。步驟d：標準三維人臉模型建立模塊加載obj文件格式的candide-3人臉模型數據文件（包含113個頂點）建立標準人臉三維模型，標準人臉三維模型的中心點調整為鼻尖所在的頂點。candide-3人臉標準模型如圖1所示。步驟e：標準三維人臉模型建立模塊對candide-3人臉模型頂點進行分組，區分出組成眉毛、眼睛、鼻子、嘴以及臉部輪廓的頂點群。具體分組方式參照圖1。步驟f：標準三維人臉模型頂點位置調整模塊對標準三維人臉模型進行整體縮放，使額頭最上頂點與下巴最下頂點的距離為步驟3中計算出來的H。步驟g：標準三維人臉模型頂點位置調整模塊調整步驟5區分出的組成眼睛、鼻子、嘴及臉部輪廓的頂點群的XY坐標，使它們的形狀與步驟3對應的人臉特征點組成的眼睛、鼻子、嘴及臉部輪廓的形狀一致。步驟h：三維人臉模型頂點貼圖UV坐標計算模塊計算出標準三維人臉模塊所有頂點的UV坐標，根據UV坐標直接利用照片完成完成貼圖。UV坐標計算公式如下：U=(x+W/2)/WV=(y+H/2)/H。參數定義：二維的UV坐標系中，水平方向是U，垂直方向是V，W是貼圖的寬度，H是貼圖的高度，X是模型頂點x軸坐標，Y是模型頂點y軸坐標。步驟i，紋理映射模塊將重構后的標準人臉三維模型進一步根據圖片提取的人臉深度信息對模型進行紋理映射。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種單張人臉正面照片自動轉換為三維人臉模型的方法，其特征在于所述方法包括由圖片人臉特征點自動提取模塊、標準三維人臉模型建立模塊、標準三維人臉模型頂點位置調整模塊、三維人臉模型頂點貼圖UV坐標計算模塊組成的系統，根據圖片人臉特征點自動提取模塊在照片中提取特人物臉部征點再結合標準三維人臉模型建立模塊所建立的標準模型到標準三維人臉模型頂點位置調整模塊中調整頂點位置然后在三維人臉模型頂點貼圖UV坐標計算模塊中自動生成頂點uv坐標；所述方法包括以下步驟：a.用戶輸入一張正面人物圖片；b.圖片人臉特征點自動提取模塊解析正面人物圖片，提取出個人臉特征點XY坐標；c.標準三維人臉模型建立模塊加載人臉模型數據文件，建立標準人臉三維模型；d.標準人臉布線數據化模塊對標準人臉三維模型進行布線數據化，獲得讀取的點線面，標準三維人臉模型建立模塊對標準人臉模型頂點進行分組，分離出五官點群；e.標準三維人臉模型頂點位置調整模塊對標準三維人臉模型進行整體縮放，使額頭最上頂點與下巴最下頂點的距離為步驟b中計算出來的H值，H值設為額頭最上頂點和下巴最下頂點在Y方向的距離；f.標準三維人臉模型頂點位置調整模塊調整步驟d區分出的組成眼睛、鼻子、嘴及臉部輪廓的頂點群的XY坐標，使它們的形狀與步驟b對應的人臉特征點組成的眼睛、鼻子、嘴及臉部輪廓的形狀一致；g.最后根據圖片提取特征點完成整個標準人臉三維模型的重構：三維人臉模型頂點貼圖UV坐標計算模塊計算出標準三維人臉模塊所有頂點的UV坐標，根據UV坐標直接利用正面人物圖片完成貼圖。...

【技術特征摘要】
1.一種單張人臉正面照片自動轉換為三維人臉模型的方法，其特征在于所述方法包括由圖片人臉特征點自動提取模塊、標準三維人臉模型建立模塊、標準三維人臉模型頂點位置調整模塊、三維人臉模型頂點貼圖UV坐標計算模塊組成的系統，根據圖片人臉特征點自動提取模塊在照片中提取特人物臉部征點再結合標準三維人臉模型建立模塊所建立的標準模型到標準三維人臉模型頂點位置調整模塊中調整頂點位置然后在三維人臉模型頂點貼圖UV坐標計算模塊中自動生成頂點uv坐標；所述方法包括以下步驟：a.用戶輸入一張正面人物圖片，輸入正面人物圖片后，由人臉照片處理模塊對圖片進行灰度圖處理，獲得并輸出人臉深度信息；b.圖片人臉特征點自動提取模塊解析正面人物圖片，提取出個人臉特征點XY坐標；c.標準三維人臉模型建立模塊加載人臉模型數據文件，建立標準人臉三維模型；d.標準人臉布線數據化模塊對標準人臉三維模型進行布線數據化，獲得讀取的點線面，標準三維人臉模型建立模塊對標準人臉模型頂點進行分組，分離出五官點群；所述五官點群由眉毛、眼睛、鼻子、嘴以及臉部輪廓的頂點群構成，標準三維人臉模型建立模塊加載的人臉模型數據文件包含113個頂點，標準人臉三維模型的中心點設為鼻尖所在的頂點；e.標準三維人臉模型頂點位置調整模塊對標準三維人臉模型進行整體縮放，使額頭最上頂點與下巴最下頂...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐小明，徐宇，夏敏，
申請(專利權)人：上海明穆電子科技有限公司，
類型：發明
國別省市：