本发明专利技术公开了一种基于单幅图像的头发建模和肖像编辑方法，该方法可对输入图像中人物发型、头部等部分进行三维结构的重建，仅需要少量的用户输入即可实现多种肖像编辑功能；该方法经过图像预处理、头部三维模型重建、二维发丝抽取和三维发型重建步骤后，最终实现肖像立体化、发型迁移、发型编辑等肖像编辑功能；本发明专利技术首次提出了从单张肖像图像中构建三维头发模型的方法，实现了一系列实用的肖像发型编辑功能，效果优于现有方法，且具有交互简便、计算效率高等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及图像处理领域，尤其涉及。
技术介绍
本专利技术相关的研究背景简述如下一、肖像编辑由于人物肖像是真实照片的主要组成部分，也是人们最感兴趣的图像类型之一，肖像编辑具有重要的研究与应用价值。虽然有一些直接作用在图像二维空间上的肖像编辑方法已经在人脸美化(Ley vand, T.，Cohen-Or, D.，DrorjG.，and Lischinski，D. 2008. Data-driven enhancementof facial attractiveness. ACM Trans. Graph. 27，3，38:1-38:9.)、不指定来源人脸替换(Bitouk，D.，Kumar, N.，Dhillon，S.，Belhumeur, P. N.，and Nayar, S. K. 2008.Face Swapping:Automatically replacing faces in photographs. ACM Trans.Graph. 27，39:1-39:8.)、人脸增强(Joshi，N.，Matusik，W.，Adelson，E. H.，andKriegman，D. J. 2010. Personal photo enhancement using example images. ACM Trans.Graph. 29，3，12:1_12:15.)等领域取得了不错的结果，但是最新的研究趋势表明，通过釆用将二维图像对应到三维形状，可以实现更为复杂的肖像编辑功能，如人体变形(Zhou，S.，Fuj H.，Liu, L，Cohen-Orj D.，and Han, X. 2010. Parametric reshaping of human bodiesin images. ACM Trans. Graph. 29，4，126:1-126:10.)、指定来源的人脸替换(Dale，K.，Sunkavalli, K.，Johnson, M. K.，Vlasic, D.，Matusik, W.，and Pfister，H. 2011. Video facereplacement. ACM Trans. Graph. 30，6，130:1-130:10.)、人脸表情迁移(Yang，F.，Wang, J.，Shechtman，E.，Bourdev, L，and Metaxas, D. 2011. Expression flow for 3D~aware facecomponent transfer. ACM Trans. Graph. 30，4，60:1-60:10.)、基于图像集的人脸动幽生成(Shlizerman, I. K.，Shechtman, E.，Gargj R.，and Seitz, S. M. 2011. Exploring photobios.ACM Trans. Graph. 30，4，61:1-61:9.)等。基于这些特定的三维模型信息，可以使肖像编辑过程从根本上理解图像中包含的复杂语义信息并更好地解决由于目标图像中的歧义性与相互遮挡造成的许多棘手的实际问题。基于这些研究发现，本专利技术通过为肖像人物发型构建基于发丝的三维发型模型，实现了许多新的肖像发型编辑功能。—、发型建模发型建模是计算机图像学界的一个研究热点，详见文献综述(Ward，K.，Bertails, F.，Kim, T. -Y.，Marschner，S. R.，Canij M. -P.，and Lin, M. C. 2007. A surveyon hair mo deling:styling, simulation, and rendering. IEEE Transactionson Visualization and Computer Graphics 13，2，213-234.)。本专利技术的方法与其中基于图像的发型采集方法紧密相关，包括(Paris, S.，Briceno, H.，andSillion,F.2004.Capture of hair geometry from multiple images. ACM Trans.Graph. 23, 3, 712-719. ) (Wei, Y. , Ofek, E. , Quan, L. , and Shum, H. -Y 2005. Modelinghair from multiple views. ACM Trans. Graph. 24, 3, 816-820. ) (Paris, S. , Chang, W.,Kozhushnyan, 0. I. , Jarosz, ff. , Matusik, ff. , Zwicker, M. , and Durand, F. 2008. Hairphotobooth: geometric and photometric acquisition of real hairstyles. ACM Trans.Graph. 27, 3, 30:1-30:9. ) (Jakob, ff. , Moon, J. T. , and Marschner, S. 2009. Capturing hairassemblies fiber by fiber. ACM Trans. Graph. 28, 5, 164:1-164:9.)。这些方法利用不同视角下的多张头发图像来重建其完全的三维模型，而后便可在计算机图像应用中重新渲染这些发型模型。而在本方法应用情景中，输入仅仅是单幅图像，并且没有关于发型三维几何形态或者场景光照条件的信息。因此本方法目标在于生成可信的高分辨率的基于发丝的发型模型，而不要求一定与实际情况一致。二、单视点下的三维建模 单视点的建模问题在本质上是不适定问题。针对特定物体或场景，(Hoiem, D. , Efros, A. A. , and Hebert, M. 2005. Automatic photo pop-up. ACM Trans.Graph. 24，3，577-584.)提出了对包含地面、天空与墙体的室外场景照片进行立体化(pop-up)的方法；(Rivers, A. , Igarashi, T. , and Durand, F. 2010. 2. 5D cartoon models.ACM Trans. Graph. 29,4, 59:1-59:7.)提出了对卡通图像的2. 建模方法，通过对少量不同视点下的卡通图片进行光滑插值使其看似三维物体；(Oztireli, A. C. , Uyumaz, U.，Popa,T.,Sheffer, A. , and Gross, M. 2011. 3D modeling with a symmetric sketch. InProceedings of SBIM, 23-30.)提出了对简单用户草图中双边对称物体提取2. 模型的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供，该方法通过重建发型等对象的三维模型，可以实现许多现有图像编辑方法难以解决的交互式肖像编辑功能，且具有很高的实用价值。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的，该方法包括以下步骤本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于单幅图像的头发建模和肖像编辑方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）图像预处理：基于用户的简单笔画，利用Lazy？Snapping图像分割方法交互地将图像分割为人物头发、人物脸部、人物身体、背景四大部分，对分割得到的人物头发区域用alpha？matting方法计算该区域内不透明度值并分离其前景背景颜色，补齐人物身体及背景区域中被遮挡部分；（2）头部三维模型重建：采用ASM方法自动标定人脸特征点，基于这些特征点与PCA降维后的三维头部模型数据库，通过最小二乘优化估算头部的变换参数与拟合三维模型，并根据步骤1分割得到的人物脸部区域进行反纹理映射得到头部模型的纹理图像；（3）二维发丝抽取：在步骤1中得到的图像头发区域内使用Gabor核函数计算二维方向场及对应的置信图，基于此追踪得到一系列稀疏分布的二维发丝曲线；（4）三维发型重建：结合步骤2中的拟合头部模型、相邻发丝深度的相似性以及发丝间相互遮挡关系进行能量优化，求解得到步骤3中生成的所有二维发丝的深度信息，基于这些三维发丝进行加密得到足够密集的包围头部的三维发丝集合作为恢复的发型模型，并为所有发丝顶点在原始图像中采样得到头发的颜色值；（5）合成与应用：利用前面步骤1？4的人物发型模型、人物头部模型等重建的三维信息，实现肖像立体化、发型迁移、发型编辑等肖像编辑操作。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：翁彦琳，王律迪，柴蒙磊，周昆，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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