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Statistical learning based facial animation

Journal of Zhejiang University-Science C(Computers and Electronics) 2013年第7期14卷 542-550页

作者： shibiao xu Guanghui MA Weiliang MENG Xiaopeng ZHANG National Laboratory of Pattern Recognition Institute of Automation Chinese Academy of Sciences

To synthesize real-time and realistic facial animation, we present an effective algorithm which combines image- and geometry-based methods for facial animation simulation. Considering the numerous motion units in the expression coding system, we present a novel simplified motion unit based on the basic facial expression, and construct the corresponding basic action for a head model. As image features are difficult to obtain using the performance driven method, we develop an automatic image feature recognition method based on statistical learning, and an expression image semi-automatic labeling method with rotation invariant face detection, which can improve the accuracy and efficiency of expression feature identification and training. After facial animation redirection, each basic action weight needs to be computed and mapped automatically. We apply the blend shape method to construct and train the corresponding expression database according to each basic action, and adopt the least squares method to compute the corresponding control parameters for facial animation. Moreover, there is a pre-integration of diffuse light distribution and specular light distribution based on the physical method, to improve the plausibility and efficiency of facial rendering. Our work provides a simplification of the facial motion unit, an optimization of the statistical training process and recognition process for facial animation, solves the expression parameters, and simulates the subsurface scattering effect in real time. Experimental results indicate that our method is effective and efficient, and suitable for computer animation and interactive applications.

关键词： Facial animation Motion unit Statistical learning Realistic rendering Pre-integration

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适应立体匹配任务的端到端深度网络

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计算机研究与发展 2020年第7期57卷 1531-1538页

作者：李曈马伟徐士彪张晓鹏北京工业大学信息学部北京100124 中国科学院自动化研究所北京100190

针对现有立体匹配深度网络中特征提取模块冗余度高以及用于视差计算的3D卷积模块感受野受限问题,提出改进的端到端深度网络.相比现有网络,该网络特征提取模块遵循立体匹配特性,结构更简洁;引入分离3D卷积实现大卷积核3D卷积运算以扩充... 详细信息

针对现有立体匹配深度网络中特征提取模块冗余度高以及用于视差计算的3D卷积模块感受野受限问题,提出改进的端到端深度网络.相比现有网络,该网络特征提取模块遵循立体匹配特性,结构更简洁;引入分离3D卷积实现大卷积核3D卷积运算以扩充感受野.在SceneFlow数据集上,从匹配精度和计算开销等方面评估所提出网络.实验结果显示:所提出网络在准确度上达到了先进水平;相比现有同类型模块,所提出特征提取模块在保证结果精度的同时能减少90%的参数量,并减少约25%的训练时间;相比3D卷积,所提出的分离3D卷积将卷积核大小提升至覆盖整个视差维度,搭配群组归一化(group normalization, GN),其端点误差(end-point-error, EPE)较基础方法降低了12%的相对量.

关键词：立体匹配视差计算特征提取 3D卷积端到端网络

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自顶向下导引式特征融合的物体轮廓检测网络

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计算机辅助设计与图形学学报 2021年第6期33卷 855-863页

作者：马伟龚超凡徐士彪张晓鹏北京工业大学信息学部北京100124 中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室北京100190

针对现有方法所得物体轮廓位置欠准确、线条粗、乱等问题,提出自顶向下导引式逐层融合的物体轮廓检测网络.首先采用常用卷积神经网络作为主干网络提取不同尺度特征;鉴于低层特征中边缘位置准确但包含较多非轮廓噪声,而高层特征更有助于... 详细信息

针对现有方法所得物体轮廓位置欠准确、线条粗、乱等问题,提出自顶向下导引式逐层融合的物体轮廓检测网络.首先采用常用卷积神经网络作为主干网络提取不同尺度特征;鉴于低层特征中边缘位置准确但包含较多非轮廓噪声,而高层特征更有助于区分轮廓和非轮廓,自顶向下逐渐融合相邻尺度特征,借助高层特征强化轮廓边缘并抑制非轮廓噪声;最后提出改进的2分类交叉熵损失函数,训练网络生成物体轮廓.在PyTorch环境下,用公开数据集SBD测试所提出网络.量化和可视化实验结果表明,相比现有方法,该网络所得物体轮廓位置更准确、线条更细、更干净.

关键词：物体轮廓检测细轮廓卷积神经网络特征融合

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基于卷积神经网络的边缘保真图像去噪算法

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计算机辅助设计与图形学学报 2020年第11期32卷 1822-1831页

作者：刘一畅马伟徐士彪张晓鹏北京工业大学信息学部北京100124 中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室北京100190

现有图像去噪算法在去除噪声的同时,容易导致边缘过度光滑.为解决该问题,提出一种基于卷积神经网络的边缘保真去噪算法,它由基准去噪模块和基于多特征融合的边缘提取模块组成.首先,针对基准去噪模块所得结果,采用边缘提取网络提取边缘细... 详细信息

现有图像去噪算法在去除噪声的同时,容易导致边缘过度光滑.为解决该问题,提出一种基于卷积神经网络的边缘保真去噪算法,它由基准去噪模块和基于多特征融合的边缘提取模块组成.首先,针对基准去噪模块所得结果,采用边缘提取网络提取边缘细节;进而,通过多层次边缘损失代价最小化,反向优化基准去噪网络去噪性能,引导其生成具有更多边缘细节信息的干净图像.在PyTorch环境下用常见的图像去噪数据集Set5,Set14,Kodak,McMaster,RNI15以及跨类型医学图像数据集上测试所提出算法,并与FFDNet等去噪算法进行对比.实验结果表明,所提出算法峰值信噪比值等指标均高于其他对比算法;在视觉效果上,所提出算法能够保留更多边缘细节和纹理特征,得到的去噪后图像更加清晰.

关键词：图像去噪边缘提取卷积神经网络多特征融合

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部位级遮挡感知的人体姿态估计

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计算机研究与发展 2022年第12期59卷 2760-2769页

作者：褚真米庆马伟徐士彪张晓鹏北京工业大学信息学部北京100124 北京邮电大学人工智能学院北京100876 模式识别国家重点实验室(中国科学院自动化研究所) 北京100190

随着深度学习的快速发展,人体姿态估计技术近年来取得显著进步,但是现有方法仍难以较好地处理普遍存在的遮挡问题.针对此问题,提出一种部位级遮挡感知的人体姿态估计方法.首先,采用基准人体姿态估计网络从含遮挡噪声的图像中获得各人体... 详细信息

随着深度学习的快速发展,人体姿态估计技术近年来取得显著进步,但是现有方法仍难以较好地处理普遍存在的遮挡问题.针对此问题,提出一种部位级遮挡感知的人体姿态估计方法.首先,采用基准人体姿态估计网络从含遮挡噪声的图像中获得各人体部位的带噪声特征表达.然后,通过遮挡部位预测模块估计人体被遮挡部位,从而获得可见性向量.遮挡部位预测模块由遮挡部位分类网络和可见性编码器组成,前者预测关节点的遮挡状态,后者利用注意力机制将遮挡状态转换为一组权重.最后,通过通道重加权方式融合可见性向量和带噪声特征,获得部位级遮挡感知的人体部位相关特征,用于计算关节点热图.在MPII和LSP(leeds sports pose)数据集上的实验结果表明,相比基准姿态估计网络,该方法能够在较小的额外计算代价下更好地应对遮挡问题,并且取得了比目前先进方法更佳的结果.

关键词：人体姿态估计人体关节点检测遮挡推理通道注意力机制多任务学习

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基于画作线条结构分解的高清古画修复

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计算机辅助设计与图形学学报 2018年第9期30卷 1652-1661页

作者：马伟龙晴晴秦悦徐士彪张晓鹏北京工业大学信息学部北京100124 中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室北京100190

高清中国古画包含纹路纵横的画布和线条交错的画作内容,画面结构复杂.为了实现自然的古画修复效果,提出一种交互式引导的分解式修复方法.首先分离画作内容和画布.之后,结合张量投票算法和用户交互线索对画作线条分解并逐条修复.同时采... 详细信息

高清中国古画包含纹路纵横的画布和线条交错的画作内容,画面结构复杂.为了实现自然的古画修复效果,提出一种交互式引导的分解式修复方法.首先分离画作内容和画布.之后,结合张量投票算法和用户交互线索对画作线条分解并逐条修复.同时采用基于样例的修复方法填补画布.最后整合修复后的画作内容和画布.以多幅中国古画高清图像为实验数据验证该方法,并与Laplacian修复等方法进行修复效果的主观和量化比较.实验结果表明,该方法修复的区域与周边衔接更加自然.

关键词：高清古画修复线条分解张量投票中国古画修复

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Hybrid tree guided PatchMatch and quantizing acceleration for multiple views disparity estimation

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中国体视学与图像分析 2021年第1期26卷 47-61页

作者：张吉光徐士彪张晓鹏 National Laboratory of Pattern Recognition Institute of AutomationChinese Academy of SciencesBeijingChina

Existing stereo matching methods cannot guarantee both the computational accuracy and efficiency for ihe disparity estimation of large-scale or multi-view *** tree method can obtain a disparity estimation fast with relatively low accuracy,while PatchMatch can give high-precision disparity value with relatively high computational *** this work,we propose the Hybrid Tree Guided PatchMatch which can calculate the disparity fast and ***,an initial disparity map is estimated by employing hybrid tree cost aggregation,which is used to constrain the label searching range of the ***,a reliable normal searching range for each current normal vector defined on the initial disparity map is calculated to refine the ***,an effective quantizing acceleration strategy is designed to decrease the matching computational cost of continuous *** results demonstrate that the disparity estimation based on our algorithm is better in binocular image benchmarks such as Middlebury and *** also provide the disparity estimation results for multi-view stereo in real scenes.

关键词： stereo matching multiple views disparity estimation hybrid tree PatchMatch

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远距离空间增强现实系统的设计与实现

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系统仿真学报 2017年第7期29卷 1419-1427页

作者：葛水英刘书曼徐士彪张晓鹏中国科学院文献情报中心北京100190 中国科学院自动化研究所北京100190

为扩展增强现实中标识物识别的距离,利用Open CV,Open GL以及Kinect API,构建基于深度传感器的远距离跟踪注册技术,开发了基于PC平台的远距离增强现实系统。Kinect结合摄像头构成追踪系统,改进了一般摄像头在远距离识别所存在的不足,实... 详细信息

为扩展增强现实中标识物识别的距离,利用Open CV,Open GL以及Kinect API,构建基于深度传感器的远距离跟踪注册技术,开发了基于PC平台的远距离增强现实系统。Kinect结合摄像头构成追踪系统,改进了一般摄像头在远距离识别所存在的不足,实现了人机交互的增强现实。通过对姿态标定模块、无标记虚实注册模块、自然交互模块等主要功能模块实现的描述。实验验证了该系统的实时性、稳定性和有效性,同时该系统为增强现实无法远距离识别的问题提供了一种解决方案。

关键词：空间增强现实远距离无标记注册远距离系统平台自然交互

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面向视角非对齐数据的多视角聚类方法

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通信学报 2022年第7期43卷 143-152页

作者：李骜冯聪牛宇童徐士彪张英涛孙广路哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院黑龙江哈尔滨150080 北京邮电大学人工智能学院北京100876 哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院黑龙江哈尔滨150001

如何在视角对齐关系错位时有效进行非对齐多视角学习是一类新的挑战性问题。针对这一问题,提出面向视角非对齐数据的多视角聚类方法。一方面,为了捕获多视角异构特征的跨视角相似度信息,基于多视角非负矩阵分解进行表示学习,将原始特征... 详细信息

如何在视角对齐关系错位时有效进行非对齐多视角学习是一类新的挑战性问题。针对这一问题,提出面向视角非对齐数据的多视角聚类方法。一方面,为了捕获多视角异构特征的跨视角相似度信息,基于多视角非负矩阵分解进行表示学习,将原始特征嵌入一个可度量的低维同构空间。另一方面,在低维同构空间中,以二部图最优匹配模型建模视角对齐关系,并提出参考视角概念将模型推广至多视角情形。将表示学习和视角对齐关系学习整合到统一的Bi-level优化框架,使其在迭代中相互促进,进一步提高模型对视角非对齐数据的学习能力。在视角非对齐数据聚类应用上的大量实验结果表明,相比于8种先进的多视角聚类方法,所提方法在3个数据集上的多项性能指标均取得了较优的性能。

关键词：聚类分析多视角学习视角非对齐数据非负矩阵分解

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基于激光特征点的环幕多通道投影拼接融合

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系统仿真学报 2019年第3期31卷 549-555页

作者：葛水英能纪涛徐士彪张晓鹏中国科学院文献情报中心北京100800 中国科学院自动化研究所北京100080

实现了一种基于激光特征点的多通道投影拼接融合软件方法。所用方法为在已知环幕的半径、弧度、高度等几何参数的基础上,在环幕上通过激光点阵列标注出若干特征点,并借助这些特征点求出各个投影仪投影矩阵参数。使用求出的投影参数实现... 详细信息

实现了一种基于激光特征点的多通道投影拼接融合软件方法。所用方法为在已知环幕的半径、弧度、高度等几何参数的基础上,在环幕上通过激光点阵列标注出若干特征点,并借助这些特征点求出各个投影仪投影矩阵参数。使用求出的投影参数实现对各个投影仪图像画面的几何校正,并通过色彩融合将多个投影仪的投射图像拼接融合成一副完整的图像显示在环幕上。实验结果表明,该方法解决了操作便捷性和可扩展性的问题,可以稳定有效地实现环幕多投影仪拼接融合。

关键词：环幕多通道拼接融合几何校正色彩融合

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