[發明專利]針對三維人臉測量的面部抖動補償方法

有效

• 申請號: 201711317485.7
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN108596008B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 陳錢;馮世杰;左超;陶天陽;胡巖;張良;尹維;顧國華;張玉珍
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

本發明公開了一種針對三維人臉測量的面部抖動補償方法，首先采用三步相移法，向被測對象投影三步相移光柵圖像，通過相機拍攝投影的三步相移光柵圖，利用三步相移光柵圖之間的關系，求解抖動引起的相移量初值；向被測對象投影并拍攝一幅額外的均勻亮度圖，作為參考背景光強；對初始相移量進行優化，將理想相移量能準確反映面部抖動引起的波紋誤差，將其帶入三步相移法的相位求解公式，可得到補償后的人臉相位信息，經過相位與深度轉換，最終可得到準確的三維人臉重建結果。本發明具備運動誤差補償功能，可補償三維人臉識別過程中面部抖動引起的測量誤差；可在使用低成本的測量系統條件下，準確測量抖動物體的三維輪廓。

技術領域

本發明屬于光學測量技術領域，特別是一種針對三維人臉測量的面部抖動補償方法。

背景技術

隨著近幾十年來計算機技術和生物工程技術的飛速發展，利用人體生物特征的唯一性來鑒別每一個人的身份得到了國際社會的普遍認同。相較于其他生物特征，人臉識別方法具有非接觸性、信息完備、采集便捷、人機友好等優點，已經成為身份驗證和身份識別應用中最為理想的技術途徑之一。對于人類自己來說，人臉識別是我們天生就擁有的能力，而且每次具體的人臉識別也是一個下意識的、自然而然的過程。但是人臉識別的內在機制卻是十分復雜的，讓計算機實現自動實現人臉識別卻是一個富有挑戰性的難題。盡管以人臉圖像表觀特征為基礎的傳統二維人臉識別技術已有十余年的研究歷史，但二維人臉圖像對光照、裝扮、姿態、表情變化的敏感性嚴重制約了其識別結果的準確性、穩定性和可靠性，這些因素也隨即成為了二維人臉識別技術進一步向前發展的最大障礙。

近年來，越來越多的人將目光從二維人臉識別技術轉投向了三維人臉識別技術。三維人臉識別有望從根本上解決二維人臉識別所面臨的“光照、姿態和表情”難題，從而為進一步提升識別的準確性、穩定性和可靠性提供了新的潛力與空間。然而，要實現三維人臉識別技術，需解決的一個首要問題是如何獲得高精度的人臉三維數據。就三維輪廓測量方法而言，比如條紋投影法，憑借非接觸、速度快、柔性好、精度高等優點，被廣泛應用與人體建模、模式識別、工業檢測、逆向工程等領域。因此利用該技術可為三維人臉識別提供準確可靠的三維人臉數據。

原理上，條紋投影法通過將立體視覺中一個攝像機替換成光源發生器而實現 (肖丹，陳良洲，干江紅.基于數字光柵相移法的三維重構[J].光電技術應用， 2011,26(5)：17-20)。光源向被測物體投影一系列編碼圖像，形成主動式三維形態測量。編碼圖案受到物體表面形狀的調制而產生形變，而帶有形變的結構光被另外位置的相機拍攝到，通過相機投影光源之間的位置關系和結構光形變的程度可以確定出物體的三維形貌。通常，由于需要采集從被測物表面反射而來一系列編碼圖案，條紋投影法一般只用于靜態對象的三維測量。然而，對于人臉掃描而言，數據采集過程難以避免面部的無意識抖動以及頭部的輕微晃動等問題。這些由抖動或者晃動帶來的面部整體位移或者運動，將對重構的三維人臉數據準確度造成嚴重影響。盡管，通過提高投影速度(文獻“Pulse-width modulation indefocused three-dimensional fringe projection”，作者Gastón A.Ayubi等)或者減少投影圖案的數量(文獻“Dual-frequency pattern scheme for high-speed 3-D shapemeasurement”，作者K.Liu等)可提高測量速度，間接地降低抖動對測量造成的影響，但它們仍無法完全解決這一問題，尤其是對于低成本的三維測量系統而言，使用的圖案投影裝置與采集裝置無法實現編碼圖案的高速地投影與拍攝。因此，對于三維人臉輪廓測量而言，目前尚缺乏一種不依賴于提高系統測量速度的面部抖動補償技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種針對三維人臉測量的面部抖動補償方法，在不依賴系統測量速度的前提下，實現人臉面部抖動的誤差補償。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種針對三維人臉測量的面部抖動補償方法，步驟如下：