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基于自遮挡的三维人脸重建算法研究

基于自遮挡的三维人脸重建算法研究

作者：刘刚辽宁大学

学位级别：硕士

三维人脸重建技术长期以来一直是计算机图形学以及人机交互中非常活跃的研究领域,随着软硬件的成熟,在电影,游戏,安防,地图等领域,三维重建技术的应用也越来越多,从而三维建模也受到了人们越来越多的关注,其中三维人脸模型重建就是三维... 详细信息

三维人脸重建技术长期以来一直是计算机图形学以及人机交互中非常活跃的研究领域,随着软硬件的成熟,在电影,游戏,安防,地图等领域,三维重建技术的应用也越来越多,从而三维建模也受到了人们越来越多的关注,其中三维人脸模型重建就是三维建模领域的关键技术之一。目前获取三维模型的方法主要包括三种,手工建模,仪器采集与基于图像建模。针对单幅图像建模是近几年的研究热点,然而目前基于单幅图像进行三维人脸重建的图像特征点大部分是可见的,对于受到光照,遮挡,姿态等因素影响下的三维人脸重建技术还存在建模效果和效率不能同时满足应用的问题。本文主要解决了自遮挡下通过单幅图像进行三维人脸重建的问题,实现了端到端的三维人脸重建算法。主要工作包括:1.提出了一种基于自遮挡的单幅图像人脸特征点定位的优化算法,即3DDFA-ESDM算法。该算法在经过卷积神经网络将输入图像拟合到3D人脸模型后,利用3D人脸实现大角度遮挡的人脸对齐,为了避免参数化形状模型限制人脸形变的能力,随后抽取HOG特征作为输入,使用线性回归ESDM算法来进一步提升2D特征点的定位精度。实验表明,新算法在对于自遮挡下二维人脸图像的特征点提取上,相较于前人已有算法,具有明显提升的效果。2.为了在提取出的特征点基础上进行三维人脸重建,所以在回归特征点的同时也同步回归三维人脸的形变量,从而提出基于特征点回归的三维人脸重建算法。该算法基于2D特征点和3D人脸形状之间很强的相关性,从而将二维人脸图像特征点定位与三维人脸重建过程耦合起来,通过两组级联的线性回归,一组用来更新2D特征点,另一组用来更新3D人脸形状,在每一次迭代中,先通过ESDM算法得到特征点的更新量,再根据特征点的更新量去估计出3D人脸形状的更新量,整个过程2D特征点,3D人脸形状的更新都是一个由粗到精的估算过程。最后实验表明,通过此算法重构出来的三维人脸的有效性,解决了由于人脸自遮挡产生的特征点不可见影响三维人脸重建精度的问题。

关键词：自遮挡人脸对齐卷积神经网络三维人脸重建级联线性回归

基于深度图像自遮挡信息的下一最佳观测方位研究

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基于深度图像自遮挡信息的下一最佳观测方位研究

作者：李鑫燕山大学

学位级别：硕士

自遮挡是由物体自身的一部分遮挡住另一部分造成的,其在生活中随处可见。随着计算机视觉领域研究的不断深入以及对深度图像应用的普及,基于深度图像自遮挡信息的下一最佳观测方位问题逐渐成为了当前的研究热点。本文综合分析国内外研究... 详细信息

自遮挡是由物体自身的一部分遮挡住另一部分造成的,其在生活中随处可见。随着计算机视觉领域研究的不断深入以及对深度图像应用的普及,基于深度图像自遮挡信息的下一最佳观测方位问题逐渐成为了当前的研究热点。本文综合分析国内外研究现状,对基于深度图像自遮挡信息的下一最佳观测方位问题进行了深入的研究。首先,针对静止的视觉目标,提出了一种利用视觉目标深度图像自遮挡信息确定下一最佳观测方位的方法。该方法通过利用深度图像的自遮挡检测结果对自遮挡区域建模成遮挡线段集合,并计算每条遮挡线段的最佳观测位置组成最佳观测位置集合。在此之后,利用最佳观测位置集合构建最小生成树并逐步切割树的最长边,对分割后的子树基于均值漂移求其最佳观测方位组成最佳观测方位候选集合。最终,最大化目标函数确定下一最佳观测方位。然后,针对运动的视觉目标,提出了一种利用运动视觉目标深度图像自遮挡信息确定下一最佳观测方位的方法。该方法首先采集运动目标的一幅深度图像,并对该图像进行自遮挡检测,并依据检测结果对自遮挡区域进行空间四边形剖分,完成对自遮挡区域建模;其次,依据建模结果,采用一种基于均值漂移思想的自遮挡规避方法计算相对于当前视觉目标的自遮挡规避结果;之后,采集运动视觉目标的第二幅深度图像,对前后两幅图像检测特征点并进行匹配,依据匹配特征点的坐标进行运动估计;最终,结合自遮挡规避和运动估计的结果确定下一最佳观测方位。最后,通过实验对提出的下一最佳观测方位方法进行可行性,有效性和实时性的验证,并对实验结果进行了比较与分析。

关键词：深度图像自遮挡下一最佳观测方位最小生成树运动视觉目标均值漂移

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自遮挡对壁挂式太阳能热水器影响模拟研究

安徽建筑大学学报 2016年第3期24卷 68-72页

作者：王礼飞方廷勇杨阳李雪松安徽建筑大学土木工程学院安徽合肥230601

高层住宅建筑中生活热水的能耗在建筑能耗中占有不可忽略的份额。目前,国内阳台壁挂式太阳能的应用有效的解决了住宅中的生活热水需求,但阳台壁挂式太阳能在高层住宅的安装使用中易受到建筑自身凸出部位的日照影响。本文通过Ecotect软... 详细信息

高层住宅建筑中生活热水的能耗在建筑能耗中占有不可忽略的份额。目前,国内阳台壁挂式太阳能的应用有效的解决了住宅中的生活热水需求,但阳台壁挂式太阳能在高层住宅的安装使用中易受到建筑自身凸出部位的日照影响。本文通过Ecotect软件模拟,研究自遮挡对太阳能集热器年辐射量的影响,得出相关数据,为壁挂式太阳能热水器的设计和安装提供有益的指导。

关键词：自遮挡壁挂式太阳能高层住宅辐射量

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基于自遮挡的三维人脸重建优化

数据通信 2016年第4期 31-36页

作者：蒋玉赵杰煜陈能仑宁波大学信息科学与工程学院浙江宁波315211

三维形变模型(3D Morphable Model,3DMM)广泛被用于单视图的三维人脸重建,这种三维人脸重建方法需要正视图和先验模型,会受到计算复杂度高、容易陷入局部极小值和易受姿态变化的影响。一种基于稀疏的三维人脸形状的简化三维形变模型,可... 详细信息

三维形变模型(3D Morphable Model,3DMM)广泛被用于单视图的三维人脸重建,这种三维人脸重建方法需要正视图和先验模型,会受到计算复杂度高、容易陷入局部极小值和易受姿态变化的影响。一种基于稀疏的三维人脸形状的简化三维形变模型,可降低计算复杂度,然而它容易受自身遮挡的影响,对于侧脸的鲁棒性不高。因此,我们提出了一个基于简化三维形变模型来处理自身遮挡的的解决方案,并应用在三维人脸重建问题上。我们的研究主要包括以下几步:首先,用柱形头部模型对输入图像的头部姿态进行自动检测;其次,根据选择的可见脸部特征点重建三维稀疏模型,这样使得自身遮挡的影响得到去除;最后,重建最后的三维人脸,用稀疏的三维模型作为初始化的姿态参数加强了三维重建的性能。实验结果显示自身遮挡的检测具有高的精度,应用在三维人脸重建上与之前的方法相比也得到了完善。

关键词：三维人脸重建单视图自遮挡三维形变模型三维模型拟合

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基于GAN网络的三维人脸纹理重建技术

信息技术与信息化 2024年第3期 212-216页

作者：程慧敏姚剑敏陈恩果严群福州大学福建福州350108 晋江市博感电子科技有限公司福建晋江362200

在计算机视觉领域,三维人脸重建起着重要的作用,特别是在动画制作、虚拟人脸、人脸识别等领域正被广泛应用。基于单张图片的三维人脸重建,通过使用拟合的模型对图像进行采样,可以创建出面部的UV纹理图。然而通过相机采集到的是单视角的... 详细信息

在计算机视觉领域,三维人脸重建起着重要的作用,特别是在动画制作、虚拟人脸、人脸识别等领域正被广泛应用。基于单张图片的三维人脸重建,通过使用拟合的模型对图像进行采样,可以创建出面部的UV纹理图。然而通过相机采集到的是单视角的二维图像,存在人脸自遮挡的情况,这导致生成的UV纹理图的信息是不完整的。因此,提出一种针对三维人脸纹理补全问题的条件生成对抗网络,将Unet和部分卷积结合起来作为生成器,从而在纹理修复时可以保留更多的图像信息;判别器中引入SMPatchGAN提高图像判别的真实准确度。实验结果表明,相较于其他算法,所提出的算法取得了较为显著的改进效果,特别是在处于大视角下存在人脸自遮挡问题时,也能重建出精细的三维人脸模型。

关键词：生成对抗网络深度学习三维人脸重建纹理补全自遮挡

基于卷积神经网络的Leap Motion运动数据优化网络

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计算机辅助设计与图形学学报 2021年第3期33卷 439-447页

作者：张欣天谢文军李书杰刘晓平合肥工业大学计算机与信息学院合肥230601 合肥工业大学软件学院合肥230601

为提高Leap Motion设备的采集精准度,解决自遮挡、采样频率不稳定等设备固有问题,首先,设计了使用Leap Motion和动作捕捉设备的手部多模态同步运动采集方案,采集了日常动作数据集;其次,提出了基于卷积神经网络(convolutional neural net... 详细信息

为提高Leap Motion设备的采集精准度,解决自遮挡、采样频率不稳定等设备固有问题,首先,设计了使用Leap Motion和动作捕捉设备的手部多模态同步运动采集方案,采集了日常动作数据集;其次,提出了基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的Leap Motion手部运动数据优化方法,使用日常动作数据集训练Leap Motion数据到动作捕捉数据的映射网络;最后,提出手指平面约束,确保网络输出数据保持稳定的手部骨骼结构.通过15名志愿者采集了6类动作共967550帧的同步运动数据集,进行了手指平面约束有效性、动作一致性实验,并与双向循环自编码器(bidirectional recurrent autoencoder,BRA)、双向编解码器(encoder-bidirectional-decoder,EBD)方法进行了精度对比.结果表明,文中方法支持使用Leap Motion获取固定采样频率且近似动捕设备精度的手部运动数据,效果较BRA和EBD更加稳定平滑.将文中方法应用于康复游戏中,明显减少了交互动作识别的错误次数.

关键词：运动数据优化 Leap Motion 卷积神经网络多模态数据集自遮挡

结合Cannikin’s Law的离线数据增广方法研究

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计算机工程与应用 2023年第1期59卷 207-212页

作者：邓雪赵皓张静梅菠萍张华西南科技大学信息工程学院四川绵阳621010 中国科学技术大学信息科学技术学院合肥230026

数据增广是提升深度学习模型性能的有效方法之一。针对多类别目标检测任务中检测性能不平衡问题,提出一种针对“短板类别”(检测性能远低于模型平均检测性能的类别)的离线数据增广方法。受Cannikin’s Law的启发,采用基于复制粘贴(copy-... 详细信息

数据增广是提升深度学习模型性能的有效方法之一。针对多类别目标检测任务中检测性能不平衡问题,提出一种针对“短板类别”(检测性能远低于模型平均检测性能的类别)的离线数据增广方法。受Cannikin’s Law的启发,采用基于复制粘贴(copy-paste)机制的场景多样性增广方法。随机采集训练集中“短板类别”实例区域,通过相似性度量机制选取训练集中增广目标样本进行随机粘贴。为了降低随机粘贴导致的遮挡问题,采用基于自遮挡(cut-replace)机制的增广方法提升模型遮挡表达能力。通过截取样本自身区域,对特征表达最显著区域进行遮挡。实验表明,FCOS目标检测框架在PASCAL VOC数据上的平均检测精度(mean average precision,mAP)从79.10%提升到83.90%,其中短板类别更为显著,提升了20.8个百分点。在MS-COCO数据上平均检测精度提升了0.9个百分点。

关键词：数据增广 Cannikin’s Law 相似性度量机制自遮挡目标检测

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三维分层分支树状模式的复原:等式与推导

软件学报 1997年第6期8卷 462-469页

作者：杨敬安合肥工业大学人工智能研究所

本文提出一种三维分层分支结构建模与复原算法．该算法利用模型成功地估计树图象的结构参数，进行运动模式的光流分析。

关键词：自遮挡三维分层分支结构计算机图形学

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采用弱预测机制的人体运动跟踪算法

中国图象图形学报（A辑） 2003年第4期8卷 427-433页

作者：刘丰庄越挺罗忠祥潘云鹤浙江大学计算机科学与工程系浙大-微软视觉感知联合实验室杭州310027

快速运动和自遮挡是人体运动跟踪的难点所在 .为此提出了一种采用弱预测机制的人体运动跟踪算法 .该算法首先通过全局搜索 ,确定候选人体特征集 ;然后建立特征的色彩、运动等属性的时变模型 ,构造贝叶斯分类器 ,实现特征对应 ;最后根据... 详细信息

快速运动和自遮挡是人体运动跟踪的难点所在 .为此提出了一种采用弱预测机制的人体运动跟踪算法 .该算法首先通过全局搜索 ,确定候选人体特征集 ;然后建立特征的色彩、运动等属性的时变模型 ,构造贝叶斯分类器 ,实现特征对应 ;最后根据人体特征层次模型 ,检验特征匹配 ,并实现被遮挡特征的定位 .为提高跟踪效率 ,采用了基于图象多分辨率表示的特征搜索算法 ,由低分辨率图象通过全局搜索来获取初始候选特征集 ,然后在高分辨率下 ,不断改善候选特征精度 .实验结果表明 ,该算法能实现对快速人体运动的跟踪并有效解决自遮挡问题 .

关键词：弱预测机制人体运动跟踪算法色彩模型运动模型图象分层特征跟踪自遮挡运动识别