一种三维人脸表示方法及其参数测量装置及方法制造方法及图纸

本申请提供一种三维人脸表示方法及其参数测量装置及方法，装置包括：数据采集模块集、灯源阵列组模块、支架和处理终端，数据采集模块集与处理终端连接，灯源阵列组模块设置在支架上；数据采集模块组用于测量重建被测对象人脸几何参数与皮肤表面的反射参数，数据采集模块组包括一对数据采集模块，数据采集模块与数据采集模块之间左右对称设置，且均与垂直于地面且与所述支架相交的平面成第一预设角度设置；灯源阵列组模块用于在被测对象皮肤表面的各个区域均产生镜面反射光；处理终端用于接收从数据采集模块传输的与几何参数和反射参数测量相关的数据，并进行处理和重构被测对象，可构造有利于提高人脸识别率的人脸数据库。可构造有利于提高人脸识别率的人脸数据库。可构造有利于提高人脸识别率的人脸数据库。

【技术实现步骤摘要】
一种三维人脸表示方法及其参数测量装置及方法


[0001]本申请涉及计算机图形学和图像处理
，具体而言，涉及一种三维人脸表示方法及其参数测量装置及方法。

技术介绍

[0002]提供具有丰富光照、姿态的人脸图像数据，是提升深度人脸识别网络对姿态、光照鲁棒性的关键。但是，当前人脸数据库构建技术难以采集到包含大量不同光照、姿态的人脸图像。随着传感技术的发展，采集高精度人脸三维模型已经成为现实，基于采集的三维人脸模型，根据计算机绘制技术生成新光照、新姿态下的人脸图像以构建大规模、高质量的人脸图像库，可为人脸识别深度神经网络的训练提供充足数据，是提高人脸识别准确率的有效手段。
[0003]目前，通过当前主流三维重建设备，如：激光扫描仪和结构光三维测量仪等设备采集获得的人脸模型虽准确记录了人脸几何信息，但仅以拍摄的人脸照片作为表面纹理，由于纹理图像由如几何和材质的人脸固有属性和如拍摄场景光照和人脸姿态的外部因素综合作用的结果，现有模型无法准确反映人脸本质属性，因此难以准确生成新光照条件下人脸图像，使得在新光照条件下生成的人脸图像存在较大的误差，准确性不高。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种三维人脸表示方法及其参数测量装置及方法，用以有效的改善现有技术中存在的缺少人脸材质属性，使得在新光照条件下生成人脸图像不准确的技术缺陷。
[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种三维人脸表示方法，方法包括：获得被测对象的纹理参数，建立三维人脸参数模型，纹理参数包括：与被测对象人脸固有属性相关的第一参数和与外界环境属性相关的第二参数，其中，第一参数包括：人脸几何参数和人脸皮肤表面反射参数，第二参数包括：被测对象头部姿态参数和环境光照参数；分离第一参数和第二参数，基于第一参数重构被测对象的三维人脸参数模型。
[0006]第二方面，本申请实施例提供了一种三维人脸参数测量装置，装置包括：数据采集模块集、灯源阵列组模块、支架和处理终端，数据采集模块集与处理终端连接，灯源阵列组模块设置在支架上；数据采集模块组用于测量重建被测对象人脸几何参数与皮肤表面的反射参数，数据采集模块组包括一对数据采集模块，数据采集模块与数据采集模块之间左右对称设置，且均与垂直于地面且与所述支架相交的平面成第一预设角度设置；灯源阵列组模块用于在被测对象皮肤表面的各个区域均产生镜面反射光；处理终端用于接收从数据采集模块传输的与几何参数和反射参数测量相关的数据，并进行处理和重构被测对象。
[0007]结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，数据采集模块包括：结构光投射单元、三维重建相机和面阵式光照测量单元，结构光投射单元、三维重建相机与面阵式光照测量单元之间相互连接；结构光投射用于向被测对象皮肤表面投射结构光，三维重建相机用
于采集结构光照射下被测对象的图像，实现被测对象人脸几何参数测量，面阵式光照测量单元用于测量被测对象皮肤表面各点的反射参数。
[0008]结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，灯源阵列组模块用于为被测对象皮肤表面的反射参数测量提供光源，灯源阵列组模块的安装步骤为：将过支架且垂直于地面的平面确定为第一平面，根据数据采集模块组的位置坐标，确定第一平面的方程表达式；被测对象皮肤表面按照预设规则划分为若干个表面区域，一对数据采集模块中的一个数据采集模块采集每个表面区域左侧部分位于中心的面部点，一对数据采集模块中的另一个数据采集模块采集每个表面区域右侧部分位于中心的面部点，根据重建的人脸三维信息获得每个面部点的三维坐标及为第一方向的法线方向，将由面阵式光照测量单元指向该面部点的第二方向确定为视线方向，计算为第二方向的视线方向向量关于为第一方向的法线向量的镜面反射方向向量，镜面反射方向向量的方向为第三方向，从该面部点沿着第三方向发射一条射线，将该射线与第一平面的交点确定为灯源阵列组模块中的一灯源的放置位置。
[0009]结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，装置还包括：镜面球，镜面球表面覆盖漫反射薄膜，镜面球设置在灯源阵列组模块前，用于校准灯源阵列组模块中每个灯源的放置位置。
[0010]结合第二方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，装置还包括：遮光板，遮光板设置在灯源阵列组模块后，用于屏蔽外部光源。
[0011]第三方面，本申请实施例提供了一种三维人脸参数测量方法，应用于第二方面及第二方面的任一种可能的实现方式中的三维人脸参数测量装置，包括：根据面阵式光照测量单元，对被测对象皮肤表面在不同预设条件下进行反射参数测量，分别获得被测对象皮肤表面在不同预设条件下各点的第一反射参数；获得仅由由灯源阵列组模块照射的被测对象图像以及被测对象皮肤表面各点的第二反射参数；基于第一反射参数和第二反射参数，获得仅由灯源阵列组模块产生的漫反射分量图像和镜面反射分量图像。
[0012]结合第三方面，在第一种可能的实现方式中，根据面阵式光照测量单元，对被测对象皮肤表面在不同预设条件下进行反射参数测量，分别获得被测对象皮肤表面在不同预设条件下各点的第一反射参数，包括：根据面阵式光照测量单元的左右对称设置结构，对被测对象皮肤表面的各个面部点在第一预设条件下进行反射参数测量，将测量结果以浮点图像的形式进行保存，获得至少一组用于表示被测对象皮肤表面第一反射光参数信息的第一图像，其中，第一预设条件为关闭灯源阵列组模块，且仅存在环境光照，一组第一图像中的一张第一图像基于左侧的面阵式光照测量单元获得，一组第一图像中的另一张第一图像基于右侧的面阵式光照测量单元获得；根据面阵式光照测量单元的左右对称设置结构，对被测对象皮肤表面的各个面部点在第二预设条件下进行反射参数测量，将测量结果以浮点图像的形式进行保存，获得至少一组用于表示被测对象皮肤表面第一反射光参数信息的第二图像，其中，第二预设条件为关闭灯源阵列组模块且仅存在环境光照的条件下，将偏振片设置在面阵式光照测量单元前，一组第二图像中的一张第二图像基于左侧的面阵式光照测量单元获得，一组第二图像中的另一张第二图像基于右侧的面阵式光照测量单元获得；根据面阵式光照测量单元的左右对称设置结构，对被测对象皮肤表面的各个面部点在第三预设条件下进行反射参数测量，将测量结果以浮点图像的形式进行保存，获得至少一组用于表示
被测对象皮肤表面第一反射光参数信息的第三图像，其中，第三预设条件为环境光照保持不变，打开灯源阵列组模块，一组第三图像中的一张第三图像基于左侧的面阵式光照测量单元获得，一组第三图像中的另一张第三图像基于右侧的面阵式光照测量单元获得；根据面阵式光照测量单元的左右对称设置结构，对被测对象皮肤表面的各个面部点在第四预设条件下进行反射参数测量，将测量结果以浮点图像的形式进行保存，获得至少一组用于表示被测对象皮肤表面第一反射光参数信息的第四图像，其中，第四预设条件为环境光照保持不变，打开灯源阵列组模块，且将偏振片设置在面阵式光照测量单元前，一组第四图像中的一张第四图像基于左侧的面阵式光照测量单元获得，一组第四图像中的另一张第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维人脸表示方法，其特征在于，所述方法包括：获得被测对象的纹理参数，建立三维人脸参数模型，所述纹理参数包括：与被测对象人脸固有属性相关的第一参数和与外界环境属性相关的第二参数，其中，所述第一参数包括：人脸几何参数和人脸皮肤表面反射参数，所述第二参数包括：被测对象头部姿态参数和环境光照参数；分离所述第一参数和所述第二参数，基于所述第一参数重构被测对象的三维人脸参数模型。2.一种三维人脸参数测量装置，其特征在于，所述装置包括：数据采集模块集、灯源阵列组模块、支架和处理终端，所述数据采集模块集与所述处理终端连接，所述灯源阵列组模块设置在所述支架上；所述数据采集模块组用于测量重建被测对象人脸几何参数与皮肤表面的反射参数，所述数据采集模块组包括一对数据采集模块，数据采集模块与数据采集模块之间左右对称设置，且均与垂直于地面且与所述支架相交的平面成第一预设角度设置；所述灯源阵列组模块用于在被测对象皮肤表面的各个区域均产生镜面反射光；所述处理终端用于接收从所述数据采集模块传输的与几何参数和反射参数测量相关的数据，并进行处理和重构被测对象。3.根据权利要求2所述的三维人脸参数测量装置，其特征在于，所述数据采集模块包括：结构光投射单元、三维重建相机和面阵式光照测量单元，所述结构光投射单元、所述三维重建相机与所述面阵式光照测量单元之间相互连接；所述结构光投射用于向被测对象皮肤表面投射结构光，所述三维重建相机用于采集结构光照射下被测对象的图像，实现被测对象人脸几何参数测量，所述面阵式光照测量单元用于测量被测对象皮肤表面各点的反射参数。4.根据权利要求3所述的三维人脸参数测量装置，其特征在于，所述灯源阵列组模块用于为被测对象皮肤表面的反射参数测量提供光源，所述灯源阵列组模块的安装步骤为：将过所述支架且垂直于地面的平面确定为第一平面，根据所述数据采集模块组的位置坐标，确定所述第一平面的方程表达式；被测对象皮肤表面按照预设规则划分为若干个表面区域，一对数据采集模块中的一个数据采集模块采集每个表面区域左侧部分位于中心的面部点，一对数据采集模块中的另一个数据采集模块采集每个表面区域右侧部分位于中心的面部点，根据重建的人脸三维信息获得每个面部点的三维坐标及为第一方向的法线方向，将由所述面阵式光照测量单元指向该面部点的第二方向确定为视线方向，计算为所述第二方向的视线方向向量关于为所述第一方向的法线向量的镜面反射方向向量，所述镜面反射方向向量的方向为第三方向，从该面部点沿着所述第三方向发射一条射线，将该射线与所述第一平面的交点确定为所述灯源阵列组模块中的一灯源的放置位置。5.根据权利要求4所述的三维人脸参数测量装置，其特征在于，所述装置还包括：镜面球，所述镜面球表面覆盖漫反射薄膜，所述镜面球设置在所述灯源阵列组模块前，用于校准所述灯源阵列组模块中每个灯源的放置位置。6.根据权利要求5所述的三维人脸参数测量装置，其特征在于，所述装置还包括：遮光板，所述遮光板设置在所述灯源阵列组模块后，用于屏蔽外部光源。
7.一种三维人脸参数测量方法，所述方法应用于如权利要求2
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6任一项所述的三维人脸参数测量装置，其特征在于，所述方法包括：根据面阵式光照测量单元，对被测对象皮肤表面在不同预设条件下进行反射参数测量，分别获得被测对象皮肤表面在不同预设条件下各点的第一反射参数；获得仅由灯源阵列组模块照射的被测对象图像以及被测对象皮肤表面各点的第二反射参数；基于所述第一反射参数和所述第二反射参数，获得仅由所述灯源阵列组模块照射产生的漫反射分量图像和镜面反射分量图像。8.根据权利要求7所...

【专利技术属性】
技术研发人员：游志胜，刘艳丽，邢冠宇，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：