基于mpeg-4的人脸表情模型基编码系统

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1、塑兰叁兰丝!：兰丝堡苎——————————塑二!—!i鱼嘤，冰分：：{D脸部模型、编码器和解码器。其中，3D脸部模型无论是在编码器分Hi图象还是在解码器综合图象时郜是必须要用到的。而编码器的作用是将脸部对象从背景中分离出来，估计脸部运动，分析脸部表情，并发送必要的分机结果。此外，当有新的深度信息或是出现了丌：始看不到的部分对象时，编码器还要更新模型或是对模型进行校正。解码器则根据31)脸部模型及接收到的分折结果束综合出图象。输入图象编码器解码器图l一2人脸3D模型基编码系统输出图象§1．3．1人脸建模在模型基编码中，建模是最重要的部分之一。这是因为分析和综合方法部依赖于其使用

2、的模型。从图象通信的角度来看，人脸模型必须具备足够的细节。而在对人脸建模早期的研究中，由于依赖于计算机图形学技术的绘图方法只使用了线框模型和阴影技术来重绘人脸，这使得重绘结果缺乏细节和真实感。为了得到以头部空间结构为参数的三维线框模型所需要的头部表面上的坐十v、点，可以采用激光扫描器构成的光三维信息获取系统来扫描脸部表面。在缺乏结构光三维信息获取系统的条件下，只能利用简单的测量手段对标准的石葺头像进行测量，并对测得的大量脸部表面数据结合头部生理知识进行调整，然后根据计算机图形学知识，绘制出不同角度的头部表面线框，再通过人机交互的方式，反复调整，最终得到一组脸部特征参数。在得到

3、一个通用人脸模型后，要针对一个特定的人脸图象进行模型匹配，匹配的过程包括两步：I)通用3D人脸模型在X、Y、Z方向上缩放，使其与特定人脸相符合。同时调整眼镜、眉毛、嘴巴、鼻子等位置。2)将图象纹理映射到调整后的线框模型上。典型的方法是把脸部分割成100—500个三角形，而纹理映射提高了恢复图象的自然度。§1．3．2脸部表情综合对F综合出的脸部图象表情的自然度，脸部表情综合在模型基编码系统中起着及其重要的作用。脸部表情综合一般有两种技术：一种是剪贴法(clip—浙江大学顺卜学位论文第一章绪论and-pastemethod)[2]，另一种是脸部结构形变法[22]。剪贴法的实现过程

4、包括：估计运动参数；从输入图象中抽取具体的表情区域：传送表情区：在综合时把这些表情区域粘贴到相应的位置。而脸部结构形变法则通过对3D线框模型的形变来模拟脸部表情。脸部结构形变法的实现有许多方法，而形变规则利用了～些肌肉运动及其模型研究的结果。1977年Ekman和Friesen[22]根据生理和解剖学的分析，将脸部肌肉运动分解成44种运动单元(ActiOnUnitS，即AU)，他们将这一表情模型引入到脸部活动编码系统(facialactiONcodingsystem。FACS)中，通过参数化的活动单元来综合脸部表情。1987年，K．Waters提出了一种脸部的三维拓扑结构，以

5、及一种肌肉模型来控制的拓扑网格变形[3]。到了1994年，Aizawa等[23]提出了基于Au的控制点形变舰则。在确定了3D脸部线框模型后，脸部运动可以通过很多方法来重建。以下列出的是几种参数化方案：1)纹理层次的重建：通过更新纹理来重建脸部运动。例如，上面提到的剪贴法，模板法，模型基／波形混合法等等。2)节点控制层次的参数化：通过控制线框模型节点的运动来综合脸部运动。利用了模板的概念，在综合时根据3D模型模板节点的位置和纹理进行内插。3)形状控制层次的参数化：通过控制线框模型的形状来综合脸部运动。4)肌肉控制层次的参数化：在线框模型上建立肌肉模型并将其参数化，通过控制肌肉来

6、综合脸部运动。在模型基编码的提案中，形状控制法和纹理重建法被普遍使用。此外，还有一种方法是用预存的3D脸部模型模板来内插出不同的的脸部表情[24]。而为了提高重建图象的逼真度，纹理更新也是必不可少的。§1．3．3脸部图象分析脸部图象分析的主要目的是检测出脸部运动参数。然而，要获得最终的运动参数，分析过程还包括了对象分割、运动估值等步骤：1)图象分割：把头肩部分从背景中分割出来，并提取与模型有关的几个特征参量，如头部轮廓、脸部区域等。通常采用边沿信息和脸部色度信息来做分割。[25]提出了用帧间运动信息来估计头肩轮廓的方法。2)特征提取[26][27][28]：首先对眼睛、鼻子和

7、嘴巴等特征区域进行定位，然后求得相对应的特征参数和与表情有关的表情参数。最后用特征参数来调整通用线框模型而得到特定人脸的线框模型。而表情参数用于重建人脸的各种表情。3)运动估值[29][30]：根据成像的投影原理，二维图象是三维真实世界的物体通过透视投影或正交投影在二维平面上得到的像。那么在构造了一个特定人头部的三维线框模型后，真实人头部的运动就可以对应到线框模型的运动上来，也就是说，在加上纹理后的模型的运动和真实世界人头部运动投影后得到的图象是～致的。运动估值就是用二维的图象来估计三维的运动。jifi