基于特征点的图像变形技术及其应用

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1、第!"卷第"期广西师范大学学报%自然科学版&389:!"+8:"!##$年$月’()*+,-(./),+/01+(*2,-)+134*51672<=>?!##$;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;基于特征点的图像变形技术及其应用王城峰H陈建平%中国科学院自动化研究所H北京"###E#I清华大学自动化系H北京"###EJ&摘要@对图像变形中的两个问题GG特征匹配和变换函数H提出了一种新的解决方法H并在此基础上进一步提出了变换控制的概念:用关键点

2、匹配来寻找对应的特征点H在特征对应的基础上用三角化的方法建立两图像间的局部对应关系H并用三角化的方法求得非均匀变换中各非特征点的变换系数H针对非均匀变换出现的特征间形状和位置的不吻合问题用前变换的过程加以解决:关键词@三角化I特征匹配I变换函数I变换控制I插值中图分类号@6K$C"文献标识码@,文章编号@"##"ABB##%!##$&#"A#"!JA#F#引言图像变形技术近年来受到了越来越多的注意H应用图像变形技术可以生成从一副数字图像到另一幅数字图像的平滑过渡H或者根据需要在多幅图像间进行变换H产生惊人的视觉效果:它可应用在影视业中

3、的虚拟角色L娱乐L人脸记忆合成L医学L虚拟现实等:例如H电影中常见的从某一人脸到另一人脸的变化H或者给定一图像让它产生喜L怒L哀L乐等复杂的表情变化:电影特技效果的制作在大量应用了图像变换技术的基础上H例如M1NOP=UQ

4、是多边形表示人脸的$W模型:第一个物体模型的多边形顶点和第二个物体模型对应的多边形顶点间颜色和位置属性进行插值运算:这种方法的缺陷是对物体的几何表示有一定的约束H例如每个模型都要求同样数目的多边形:而且当两物体的拓扑结构有差异时变形就会产生新的问题:但如果模型的拓扑结构一致H这种直接用对应顶点插值的技术还是很有效的H可以实现从一张人脸到另一张人脸的变形L多个简单表情的融合生成复杂的表情以及两张脸的合成等:X!W图像变形虽然用$W建模的方法可以实现合成新的图像H但建模过程的复杂性使得这种方法有很大的局限性:因此直接应用!W的数字图像来合

5、成新的图像就成为了一种更好的选择:它的优势在于不依赖于场景的具体复杂度H它只是根据图像的大小来确定算法的规模:!W图像变形技术可以用来产生基于图像的绘制效果:它并不对场景进行模型的分析H只是依赖一些先验的知识对图像进行处理和生成:因此这种技术更加贴近人们的习惯H它的实用范围相对而言要广一些:数字图像的变形是指利用图像上有限的特征H并通过对这些特征的移动来使整幅图像产生几何变化H以达到预期变化效果的一种技术:现在常用的方法是基于线段特征的图像变形技术Y"H!ZH但这种技术所设收稿日期@!##!A#BA$#基金项目@国家重点基础研究发展规

6、划CD$资助项目%/"CCE#$#F#!&作者简介@王城峰%"CDBG&H男H湖南邵阳人H中国科学院自动化所硕士研究生:第%期王城峰等7基于特征点的图像变形技术及其应用%#I定的线段往往与场景有关!它的开销在某种程度上仍旧依赖于场景的复杂度"在本文中!提出了一种基于局部三角形对应关系的图像变形方法!将信息完全局部化!真正做到了与场景的复杂度无关!为以后的图像变形系统的实时化打下了基础"文末将这种算法同基于线段特征的图像变形技术进行了对比分析"本文在第二节提出了图像变形的一个基本框架图!在第#!$节中介绍了用三角化方法实现图像变形及变换

7、控制的具体过程"%图像变形在图像变形技术发展之前!生成从一幅数字图像到另一幅数字图像的平滑过渡通常通过一个交叉溶解&’()**+,-**)./01的过程实现"中间图像某一点的灰度值等于两原图像上相同坐标点灰度值的平均"由于非对齐区域的重影效果!这种简单方法生成图像的质量很差"而图像变形技术应用#2几何变换来保持图像特征点的拓扑关系不变"两幅图像的变形技术首先建立两图像间特征点的对应关系!图像的特征可以是网格3直线3曲线或点"在特征对应的基础上就可以计算两图像间所有点的对应关系了!这个对应关系称为变换函数"求变换函数是图像变形技术中的一

8、个关键问题!一旦求得两图像间的变换函数就可以进行对应点的插值运算了4$5"图像变形中另一个重要的问题是变换控制!如果从一幅图像变换到另一幅图像的过程中!对应点的变换速度在整幅图像中不一致!就可以产生更多有意义的动画效果4