人脸图像变形算法的研究与改进

论文摘要

图像是人们用视觉感知外界事物和传达各种信息的常用载体之一。随着计算机技术的飞速发展,人们对图像处理进行的相关研究越来越多。图像处理所涉及的研究领域很广,其中图像变形技术就是一个重要的研究分支。图像变形技术是在一定的变形函数基础上通过控制特征点,从而产生平滑自然的变形图像。本文主要研究人脸图像的变形方法,具体研究内容和成果如下：1.研究和实现了一种四边形网格图像变形算法。该算法是在人脸图像上首先建立四边形网格,整幅图像被四边形网格所覆盖。当改变四边形的一个或多个顶点的时候,周围的四边形的形状将发生变化,相应的两对四边形之间是一个射影变换的关系。在改变控制点后,人脸图像中的所有四边形通过建立2D到2D的四组点对应关系,应用直接线性变换（DLT）算法求得其变换矩阵,实现可控的人脸图像变形。2.本文改进了一种基于三角剖分图像变形算法,实现两幅人脸的渐变,改变传统使用交叉溶解的方法实现人脸渐变,更具有可控制和任意选择性。通过选取人脸不同特征部位点和一定数量的控制点控制整个变形过程。在Delaunay三角形网格定义特征区域中,特征点的选取更自由。三角剖分计算量大,实现起来费时,在计算当前三角形内像素点对应原图像素点坐标时,本文运用了一种基于改进的Bresenham坐标变换算法。改进后的Bresenham算法全部采用加减运算,有效的避免了乘法和舍入取整运算,因此提高了图像变形的运算速度。3.在参考MPEG-4标准的基础上,使用主动形状模型（ASM）特征点提取系统提取了输入人脸图像的68个人脸面部特征点。利用最小移动二乘算法MLS理论,建立移动最小二乘法的数学模型。分别对基于点集的仿射变换、相似变换和刚性变换的变形函数进行推导,在实际实验中,刚性变换算法结合人脸表情动作规则,参照人脸68个特征点分布,两次选取相同个数而位置不同的特征点来生成目标变形图像。实验证明,该方法进行的图像变形视觉效果流畅而且有真实感。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 图像变形技术研究背景和意义
• 1.3 图像变形技术的发展状况
• 1.4 本文研究的主要内容和组织结构
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 本文组织结构
• 第二章 基于四边形网格控制的图像变形
• 2.1 图像变形中的两种映射方式
• 2.2 常用的插值算法
• 2.2.1 最近邻点插值算法
• 2.2.2 双线性插值算法
• 2.3 图像的表示方法
• 2.4 四边形网格图像变形
• 2.4.1 原理分析
• 2.4.2 算法描述
• 2.5 本章小结
• 第三章 改进的快速三角剖分在人脸渐变中的应用
• 3.1 三角剖分
• 3.1.1 三角剖分定义
• 3.1.2 Delaunay三角剖分的五个准则
• 3.1.3 Delaunay三角剖分的局部最优化处理
• 3.1.4 Delaunay三角剖分的算法分析
• 3.1.5 Delaunay三角剖分效果图
• 3.2 改进的三角剖分进行图像变形
• 3.2.1 基于三角剖分的图像变形方法
• 3.2.2 三角形坐标变换的快速算法
• 3.2.3 实验结果
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于改进的移动最小二乘法在人脸变形中的应用
• 4.1 ASM人脸特征提取
• 4.1.1 人脸特征提取方法
• 4.1.2 主动形状模型（ASM）
• 4.1.3 ASM算法流程
• 4.1.4 ASM算法的自动人脸特征点提取实验结果
• 4.2 改进的移动最小二乘在人脸变形中的应用
• 4.2.1 移动最小二乘MLS概要
• 4.2.2 仿射变换变形函数
• 4.2.3 相似变换变形函数
• 4.2.4 刚性变换变形函数
• 4.2.5 最小移动二乘法权函数和变形区域
• 4.2.6 实验结果
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文及参加的项目