人脸图像变形动画技术研究

论文摘要

人脸图像变形动画技术是计算机动画研究的一个重要分支。无论是电影电视、游戏娱乐、远程通信还是虚拟环境,人脸动画技术都被应用其中,为人们的交流、文化和娱乐带来极大的便利和乐趣,因此,这一研究领域越来越受到人们的关注。它涉及到人体生理学、心理学、艺术、计算机图形学和视觉等等多个学科。在此领域,无数的研究者奉献了自己的心力,为我们带来更好更有表现力的人脸动画技术。本文研究的是二维人脸图像的变形动画技术。文章概括了几种常见的人脸特征提取方法,系统的介绍了各种图像变形技术和人脸动画技术,总结了图像变形的基本原理、现状研究和存在的问题。在人脸图像特征区域提取方面,通过对不同提取方法适用范围的对比,针对人脸图像结构特征和局部变形动画实现的需要,采用了积分投影与数据分析的特征区域的提取方法。在源图像到目标图像间的变形方面,提出了改进的基于特征线段的图像变形方法。这种方法先要从源图像和目标图像提取出的特征中,找出对应的特征线对,建立起两幅图像之间的映射关系。再对源图像和目标图像按一定比例进行插值,由此生成一组渐变的人脸变形图像。针对改进前的方法存在着计算量较大、运行等待时间较长的问题,本文改进后的算法运行速度有了明显提高。人脸局部变形方面,本文提出了一种基于像素点位移的变形方法,即通过一定的映射关系使图像中的像素点的像素值的位移发生改变,从而生成新的变形图像。本文以人脸局部变形中变化最明显的嘴巴和眼睛为例,研究和分析了它们的变形算法思想,提出了具体的算法。该算法生成的人脸局部变形动画连续性好、可参数化交互实现多种变形效果。本文主要就人脸图像变形动画技术的两大核心环节——人脸特征提取、图像变形展开说明,从实践的角度,论述了相关技术的实现过程。研究的方法和实验数据具备一定的实用参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 研究内容的应用
• 1.3 国内外研究进展
• 2 人脸图像特征提取
• 2.1 人脸特征的基本概念
• 2.2 几种人脸图像特征提取技术
• 2.2.1 积分投影方法
• 2.2.2 小波分解频谱分析法
• 2.2.3 奇异值分解法
• 2.2.4 主动形状模型法
• 2.2.5 几种人脸特征提取方法的比较
• 2.3 提取人脸特征区域的实现过程
• 2.4 本章小节
• 3 图像变形
• 3.1 变形的基本知识
• 3.2 二维图像变形的原理
• 3.2.1 初始画面变形
• 3.2.2 初始画面和最终画面变形
• 3.3 图像变形算法基础
• 3.4 图像变形算法分类
• 3.4.1 基于网格的图像变形算法
• 3.4.2 基于域的图像变形算法
• 3.4.3 基于点的图像变形算法
• 3.4.4 图像变形算法的比较
• 3.5 图像局部变形
• 3.5.1 变形基函数
• 3.5.2 单点与多点变形
• 3.5.3 逆向插值
• 3.5.4 图像局部变形的实现步骤
• 3.6 图像变形中的关键问题
• 3.7 本章小结
• 4 人脸图像变形与动画
• 4.1 人脸变形动画技术概况
• 4.2 人脸变形动画现有方法
• 4.2.1 关键帧插值法
• 4.2.2 参数化法
• 4.2.3 物理模型法
• 4.2.4 其他方法
• 4.3 从源图像到目标图像的人脸变形动画
• 4.3.1 图像线性插值技术
• 4.3.2 基于特征线的两幅图像间的变形
• 4.3.3 算法改进
• 4.3.4 实验结果及分析
• 4.4 基于像素点位移的图像局部变形方法
• 4.4.1 嘴巴局部变形算法
• 4.4.2 眼睛局部变形算法
• 4.4.3 实验结果及分析
• 5 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 进一步工作
• 参考文献
• 攻读学位期间的主要学术成果
• 致谢