[發明專利]一種三維紋理照相系統、標定方法及成像方法

有效

• 申請號: 201710538892.4
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107346425B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 薛俊鵬;王齊明;季玉龍
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06T7/80;G06T17/00
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 王蕓;熊曉果

本發明涉及三維人臉識別領域中的三維紋理信息測量技術，特別涉及一種三維紋理照相系統、標定方法及成像方法。本發明首次提出非耦合三維紋理信息獲取的概念，發明中利用多測量單元從不同視角獲得紋理圖像，由測量的完整三維人臉面形三角片法線決定不同角度拍攝二維紋理信息對三維紋理信息構建的權重，可一次性實現三維全臉面形數據和無耦合或低耦合真實空間意義上的三維彩色紋理獲取。為三維人臉識別技術提供可靠的人臉拍照方法。

技術領域

本發明涉及三維人臉識別及三維測量領域，特別涉及一種三維紋理照相系統、標定方法及成像方法。

背景技術

近年來，由于空天安全、國土安全、社會安全、信息安全和移動支付等的需要，世界上各個國家都對安防領域加大了投入，而快速、精確、自然的身份識別正是安防領域面臨的一個核心和迫切需要解決的問題。雖然基于二維圖像的人臉識別已取得很大進展，并可在約束環境下獲得很好的識別性能，但仍受諸如光照、姿態、表情等變化的影響較大。與二維人臉識別相比，三維人臉識別不僅使用了人臉曲面的三維面形信息，還使用了三維紋理信息，這可以避免姿態，光照和表情等的影響，因此三維人臉識別技術成為生物特征識別領域新開拓的重要方向，受到很多學者的研究和關注[Abate A.F.,et al.,2D and 3D facerecognition:A survey.Pattern Recognition Letters,2007.28(14):1885-1906.]。

進行三維人臉識別的研究和應用，必須解決人臉三維紋理和三維面形數據的拍照問題。以往三維人臉識別數據的建庫，都是為了獲得人臉三維面形信息及二維彩色紋理信息，而沒有解決真正三維紋理的事情。這造成了不同姿態下二維紋理信息投影高度耦合的特性，最終影響三維建庫和二維識別的識別準確度。

針對上述面臨的人臉三維面形信息獲取和三維彩色紋理拍照的需求，本發明采用特殊設計的結構光三維傳感技術。光學三維傳感因其具有高速、高精度和非接觸的優點一直是研究的熱點，在醫療整形美容、三維打印、影視娛樂等領域都有著廣泛的應用。研究比較成熟的有傅里葉變換輪廓術、調制度輪廓術、相位測量輪廓術等等，其實現單次三維面形數據測量的拍照時間從幾秒到幾十秒不等。隨著對高精度實時三維測量技術的需求，如何實現利用最快的速度完成三維數據采集是一個挑戰。在實時測量算法中，美國普渡大學Song Zhang[Song Zhang,Peisen Huang.High-Resolution,Real-time 3D ShapeAcquisition.In Computer Vision and Pattern Recognition Workshop,2004.CVPRW'04.Conference on,2004:28-28.]采用雙頻相移和彩色編碼結構光條紋投影測量方法對人臉進行了三維面形測量，其人臉三維面形測量速度達到120HZ面形測量，但是測量速度依靠TI高速投影套裝和高速相機拍攝。美國University of Kentucky的Daniel.L.Lau[K.Liu,Y.Wang,D.L.Lau,Q.Hao and L.G.Hassebrook.Dual-frequency pattern scheme forhigh-speed3D shape measurement[J],Optics Express,18,5229-5244,2010.]研究組利用雙頻條紋投影實現高速三維形貌測量，但同樣存在所用硬件設備昂貴的問題。Mikaeland Per Synnergren等人[Mikael,Synnergren Per.Measurement ofShape by Using Projected Random Patterns and Temporal Digital SpecklePhotography.Appl Opt,1999,38(10):1990-1997.]使用散斑測量的方式進行三維測量，但仍然屬于平面相關的概念。市場上已有三維產品如微軟的Kinect和英特爾的Realsense能夠實現深度數據的實時獲取，但是又不能保證其精度，且獲得是二維紋理信息。上述無論是發表的科研成果還是產品都無法實現三維紋理信息的同步拍照，極大的限制了三維人臉識別不受位姿限制的優點。

發明內容