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《中国科学技术大学》 2011年
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基于双目立体视觉的人脸三维重建与识别

孙曦  
【摘要】:人脸是日常生活中不可或缺的一个重要对象。作为生物特征识别的一个重要分支,人脸识别不仅在身份认证、视频监控、安全反恐和人机交互等领域有着广泛的应用前景,而且由人脸识别所引出的相关理论、方法和算法对于模式识别研究而言具有重要的指导意义,可以为相关研究在若干关键技术上取得突破打下一个良好的基础。虽然近几十年来,人脸识别研究受到了广泛的关注和投入,也取得许多值得称道的进展。但不可否认的是,人脸识别研究仍面临着很大的困难和挑战。其中一个主要的困难和挑战是,在不同光照条件和不同人脸姿态下采集的同一个人的人脸图像在灰度上所表现出来的差异性要远大于在相同光照和姿态条件下采集的不同人的人脸图像在灰度上所表现出的差异性。 随着计算机性能的不断提高和三维数据获取技术的不断发展,人脸三维数据的引入为人脸识别系统在不同摄像条件下抽取人脸本质的形状特征进而实现鲁棒的人脸识别提供了基础。但在目前的技术水平下,要以低廉的代价和自然的方式实时地获取人脸的三维数据仍然是不太现实的。这些问题限制了三维人脸数据 在人脸识别系统中的实际应用。在上述研究背景下,本文就是从基于立体图对的人脸三维建模入手,再利用重建出的人脸三维模型,深入开展可变光照与可变姿态下的人脸识别研究。立体相机标定是立体视觉的基础,其标定精度直接影响着后续重建的效果,尤其是对于人脸这种精细的建模对象。本文从立体相机标定的原理出发,深入的分析了重投影误差作为立体相机参数优化代价函数时的不足,提出了一种基于极线校正误差作为代价函数的立体相机标定算法。 在基于图像的人脸建模方面,由于人脸表面的低纹理特性,导致传统的立体匹配算法在人脸图对上视差计算的结果不可靠。针对这一问题,本文提出了一种改进的基于虚拟图像变形的立体图像匹配算法,在使用一个通用人脸三维模型辅助计算出图像间的初始视差之后,利用DAISY特征描述算子进一步优化视差计算结果并重建出可靠的人脸点云数据。然后,将双边滤波引入到人脸三维点云平滑过程中,并经过表面建模最终得到较高精度的人脸三维模型。 在可变光照与可变姿态下的人脸识别研究方面,利用前面基于立体图对重建出的人脸三维模型,采用2D-3D相结合的人脸识别方法进行处理。 针对可变光照下的人脸识别,本文采取了两种研究策略:第一种策略是合成出多种光照条件下的虚拟人脸图像组成多光照人脸图像模板库,然后基于特征脸方法进行可变光照下的人脸识别过程;第二种策略是构建人脸低维光照空间。对于输入的待识别人脸图像,首先利用人脸低维光照空间估计其光照条件,然后结合光照比图像,变换正面光照下的人脸图像模板库,合成出与输入图像光照条件相同的虚拟人脸图像模板库,再基于Cross-Correlation算法将输入人脸图像与虚拟人脸模板库相匹配来完成人脸识别过程。 对于可变姿态下的人脸识别,本文利用重建的人脸三维模型合成出多种姿态下的虚拟人脸图像,并针对每一种姿态构建一个人脸图像模板库。对于输入的待识别人脸,首先定位出其面部特征点,并根据特征点位置估计其姿态参数,然后选择与之姿态最接近的模板库,基于特征脸方法完成人脸识别过程。 对于可变姿态与可变光照下的人脸识别过程,本文利用重建的人脸三维模型合成出多种姿态多种光照下的虚拟人脸图像,并针对每一种姿态构建一个多光照人脸图像模板库,每个模板库中都包含了该姿态下人脸的多种光照图像样本。对于输入的待识别人脸,首先定位出其面部特征点,并根据特征点位置估计其姿态参数,然后选择与之姿态最接近的模板库,基于特征脸方法完成人脸识别过程。 基于上述解决思路,本文还构建了一套基于立体图对的人脸三维建模与识别系统。该系统中人脸库的注册是通过采集该人脸的立体图对并重建出其三维人脸模型来完成的。识别阶段则是通过采集人脸的2D图像作为输入数据来判定。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP391.41

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 袁建英;刘甲甲;王凯;李柏林;;一种非定标图像高精度三维重建算法[J];计算机应用研究;2012年12期
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 孙正春;智能视频监控中的人脸识别[D];电子科技大学;2012年
2 李蓓;汉语文本驱动的人脸动画演示系统设计[D];武汉理工大学;2013年
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4 王刚;基于双目立体视觉的人脸三维模型重建研究[D];吉林大学;2014年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
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中国博士学位论文全文数据库 前6条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 王一丁;杨虹;;基于多目标线性规划的人脸识别方法[J];北方工业大学学报;2009年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘善磊;张亮;;基于相位相关和SURF算法的关键帧实时匹配研究[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
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3 汪力;叶桦;夏良正;;利用特征点定位嘴巴[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 ;Loop-closing By Using SIFT Features for Mobile Robots[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 周凯;范瑞霞;李位星;;一种基于SIFT的MeanShift-粒子滤波融合跟踪算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 ;Rapid Target Recognition and Tracking under Large Scale Variation Using Semi-Naive Bayesian[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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8 邹丽晖;陈杰;张娟;窦丽华;;一种基于时空域流形的视频序列图像拼接算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
9 ;Machine Vision Based Flotation Froth Mobility Analysis[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 孙明竹;赵新;程小燕;孙程;卢桂章;;面向复杂作业的微操作机器人关键技术研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王玉全;基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 梁洪;基于内容的医学图像检索及语义建模关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 任桢;图像分类任务的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 王作为;具有认知能力的智能机器人行为学习方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 肖洁;视觉注意模型及其在目标感知中的应用研究[D];华中科技大学;2010年
8 朱清波;序列图像三维重建方法研究[D];华中科技大学;2010年
9 田文;多视图图像的快速三维场景重建[D];华中科技大学;2010年
10 涂虬;智能视觉监视中目标检测与跟踪算法研究[D];华中科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宋抗;压缩机活塞圆度误差数字检测系统研究[D];河南理工大学;2010年
2 陈忠翔;基于立体视觉的三维重建方法研究[D];南昌航空大学;2010年
3 刘桂珍;颅骨三维重建与信息提取[D];山东科技大学;2010年
4 宗雯雯;基于双目立体视觉的特征点匹配关键技术研究与应用[D];山东科技大学;2010年
5 王亚东;基于二代身份证图象的人脸检测与识别研究与设计[D];山东科技大学;2010年
6 雒燕飞;地质灾害应急地理信息数据库设计及其应用[D];山东科技大学;2010年
7 唐红梅;基于辐射与空间信息的遥感图像检索[D];山东科技大学;2010年
8 倪希亮;基于尺度不变特征的多源遥感影像配准[D];山东科技大学;2010年
9 贾伟洁;SAR影像与光学影像配准研究[D];山东科技大学;2010年
10 徐元;基于双目立体视觉的匹配算法研究[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郑世宝;;智能视频监控技术与应用[J];安防科技;2009年03期
2 管业鹏,顾伟康;基于双目视觉的基准差梯度立体匹配法[J];传感技术学报;2004年01期
3 罗诗途,罗飞路,张玘,王艳玲;基于梯度调整的矩不变自动阈值图像分割算法[J];电子技术应用;2004年06期
4 周杰,卢春雨,张长水,李衍达;人脸自动识别方法综述[J];电子学报;2000年04期
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10 徐奕,周军,周源华;立体视觉匹配技术[J];计算机工程与应用;2003年15期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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9 赵武锋;人脸识别中特征提取方法的研究[D];浙江大学;2009年
10 邸巍;基于视觉的全天候驾驶员疲劳与精神分散状态监测方法研究[D];吉林大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 童兵亮;基于嘴部状态的疲劳驾驶和精神分散状态监测方法研究[D];吉林大学;2004年
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 袁建英;李柏林;陈友庆;王琼;刘甲甲;;一种基于全部和局部平滑光流的分步人脸重建算法[J];计算机应用研究;2013年11期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 刘同敏;基于图像序列的三维重建方法研究[D];南昌航空大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李华胜,杨桦,袁保宗;人脸识别系统中的特征提取[J];北方交通大学学报;2001年02期
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1 朱长仁;复杂背景下的多姿态人脸识别技术研究[D];国防科学技术大学;2001年
2 王正群;手写体汉字识别研究[D];南京理工大学;2001年
3 杨健;线性投影分析的理论与算法及其在特征抽取中的应用研究[D];南京理工大学;2002年
4 宋加涛;基于二值边缘图像的眼睛定位和人脸识别[D];浙江大学;2004年
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
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【相似文献】
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7 李自力,夏学知,刘玉亮,彭复员,石雄;9自由度会聚双目立体视觉的虚拟飞行导航[J];系统仿真学报;2005年02期
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5 任小芳;黄玉美;;移动机器人的双目立体视觉导航[A];制造技术自动化学术会议论文集[C];2004年
6 汤春林;;双目立体视觉在模型姿态非接触测量中的应用研究[A];第十二届全国图象图形学学术会议论文集[C];2005年
7 周平;刘越;王涌天;;ADSP-BF561和XC3S1200E在双目立体视觉系统中的应用[A];第十四届全国图象图形学学术会议论文集[C];2008年
8 张静;李琳;刘晓平;;基于双目视觉的虚拟手的实现[A];计算机技术与应用进展——全国第17届计算机科学与技术应用(CACIS)学术会议论文集(上册)[C];2006年
9 蒋路帆;刘博;白相志;周付根;;术中放疗计划软件的开发及其关键技术研究[A];第十一届中国体视学与图像分析学术会议论文集[C];2006年
10 孙伟;沈家军;张弘怀;洪宝宁;何小元;;土体表面三维位移测试的新方法[A];第一届中国水利水电岩土力学与工程学术讨论会论文集(下册)[C];2006年
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1 本报记者 段佳;果蔬采摘机器人有了三维视力[N];大众科技报;2009年
2 刘戈三;国产3D作何打算[N];人民日报;2010年
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2 刘斌;基于双目立体视觉的大锻件尺寸在位测量关键技术研究[D];燕山大学;2010年
3 罗桂娥;双目立体视觉深度感知与三维重建若干问题研究[D];中南大学;2012年
4 韩慧妍;基于双目立体视觉的三维模型重建方法研究[D];中北大学;2014年
5 项荣;开放环境中番茄的双目立体视觉识别与定位[D];浙江大学;2013年
6 彭祺;基于模式识别的双目立体视觉匹配研究[D];武汉大学;2013年
7 张光伟;立体内视测量技术研究[D];长春理工大学;2008年
8 潘锋;仿人眼颈视觉系统的理论与应用研究[D];浙江大学;2005年
9 张可;基于双目立体视觉原理的自由曲面三维重构[D];华中科技大学;2005年
10 周灿林;用于三维位移测量的投影栅和图像相关的研究[D];天津大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 韩坤芳;基于双目立体视觉的物体形状重建[D];浙江大学;2011年
2 张元元;基于双目立体视觉的无线柔性坐标测量技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 朱军军;双目立体视觉系统摄像机标定方法及控制系统研究[D];扬州大学;2010年
4 曹莉;手术导航中双目立体视觉系统的设计及关键技术的研究[D];济南大学;2011年
5 张杨;基于双目立体视觉的CCD测距系统设计[D];长春理工大学;2010年
6 于希娟;双目立体视觉技术的理论研究与程序实现[D];华北电力大学(北京);2004年
7 陈莹莹;基于双目立体视觉的电力接触导线测高仪样机研制[D];南京理工大学;2010年
8 魏春苗;数码相机双目立体视觉的三维重建[D];兰州理工大学;2011年
9 孙慧;用双目立体视觉技术重建电器触头立体图象[D];河北工业大学;2002年
10 沈璐;基于双目立体视觉的三维重构剖分算法研究[D];东北师范大学;2010年
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