一种单幅正视人脸图像的虚拟多姿态生成方法技术

本发明专利技术公开了一种单幅正视人脸图像的虚拟多姿态生成方法，步骤包括：1、输入待变换单样本人脸；2、输入人脸面旋转变换方向及变换角度；3、人脸面向上旋转变换；4、人脸面向下旋转变换；5、人脸面向左旋转变换；6、人脸面向右旋转变换；步骤7、多姿态人脸求取，系数H分别代入上述步骤3、4、5、6中求得的Hup、Hdown、Hleft与Hright，即能够求得上述的四种姿态变换后的人脸结果；步骤8、输出生成的虚拟的多姿态人脸图像。本发明专利技术的方法，步骤简单，结果可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机视觉
，涉及一种单幅正视人脸图像的虚拟多姿态生成方法。
技术介绍
在过去的几十年里，人脸识别作为计算机视觉的一个研究热点受到普遍关注，广泛地应用在机器人等学科中，对自动鉴别和人类自动分辨有着重要的意义。在有充分数量代表性的训练样本时，许多人脸识别方法能取得较好的识别效果。然而在身份证验证，海关护照验证以及公安执法等一些特殊场合中，通常每个人都只有一幅人脸样本前视图图像，并且待识别人脸相对于训练人脸图像的姿态发生变化，因此导致识别率大幅下降，有些方法甚至无法使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种单幅正视人脸图像的虚拟多姿态生成方法，解决了现有技术中，因人脸识别训练样本只有一幅前视图图像，存在单样本人脸识别情况下识别率较低的问题。本专利技术采用的技术方案是，一种单幅正视人脸图像的虚拟多姿态生成方法，按照以下步骤实施：步骤1、输入待变换单样本人脸对输入的待变换单样本人脸要求必须为正视图人脸，设输入正视图人脸为h行w列图像F(i,j)h×w，其中i＝1,2...h，j＝1,2...w；忽略鼻子、眼睛等无关的凹凸，假设其落在二维平面上，以下简称该二维平面为人脸面，即单样本的人脸正视图信息为成像物体，其不同角度拍摄下成像结果即为人脸在不同角度成像结果；步骤2、输入人脸面旋转变换方向及变换角度按照标准镜头视角设定摄像机视角为45度，输入需要得到的姿态变换角度为θ，已知人脸面原尺寸为h×w大小，原人脸正视图的平面以⑤⑥⑦⑧四个顶点表示该正视图与投影面重合，三维旋转之后，可见的旋转人脸图以①②③④四个顶点表示三维旋转后的图像成梯形形状，当人脸面向上旋转，即给出虚拟仰视姿态角度变化的话，转步骤3；当人脸面向下旋转，即给出虚拟俯视姿态角度变化的话，转步骤4；当人脸面向左旋转，即给出虚拟左偏姿态角度变化的话，转步骤5；当人脸面向右旋转，即给出虚拟右偏姿态角度变化的话，转步骤6；步骤3、人脸面向上旋转变换人脸面向上旋转变换时，三维旋转后的人脸图梯形顶点为①②③④，梯形高的值设为且为保证人脸面信息完整，令短边与长边大小分别设为与则当时，令否则角度θ按照需求任意设定，每设定一个角度，就能够获得一个虚拟姿态，对于本步骤三维旋转后的人脸图梯形①②③④与旋转前的正视图矩形⑤⑥⑦⑧建立平面直角坐标系，其中的⑦⑧边与③④边长度相等，此时已知，则对应点对坐标如下表1所示：表1人脸面向上旋转时4对对应点对的坐标据上述所求4对点对的坐标，可求得单应变换矩阵Hup： H u p = 1 - w - w n e w 1 2 h 0 0 w n e w 1 w 0 0 w n e w 1 - w h · w 1 , ]]>接下来转步骤7；步骤4、人脸面向下旋转变换人脸面向下旋转变换时，三维旋转后的人脸图梯形顶点为①②③④，梯形高的值设为且为保证人脸面信息完整，令短边与长边大小分别设为与则当时，令否则角度θ按照需求任意设定，每设定一个角度，就能够获得一个虚拟姿态，对于本步骤三维旋转后的人脸图像①②③④与旋转前的正视图⑤⑥⑦⑧建立平面直角坐标系，其中的⑤⑥边与①②边长度相等，此时已知，则对应点对坐标如下表2所示：表2人脸面向下旋转时4对对应点对的坐标据上述所求4对点对的坐标，可求得单应变换矩阵Hdown： H d o w n = w w n e w 1 w ( 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单幅正视人脸图像的虚拟多姿态生成方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤1、输入待变换单样本人脸对输入的待变换单样本人脸要求必须为正视图人脸，设输入正视图人脸为h行w列图像F(i,j)h×w，其中i＝1,2...h，j＝1,2...w；忽略鼻子、眼睛等无关的凹凸，假设其落在二维平面上，以下简称该二维平面为人脸面，即单样本的人脸正视图信息为成像物体，其不同角度拍摄下成像结果即为人脸在不同角度成像结果；步骤2、输入人脸面旋转变换方向及变换角度按照标准镜头视角设定摄像机视角为45度，输入需要得到的姿态变换角度为θ，已知人脸面原尺寸为h×w大小，原人脸正视图的平面以⑤⑥⑦⑧四个顶点表示该正视图与投影面重合，三维旋转之后，可见的旋转人脸图以①②③④四个顶点表示三维旋转后的图像成梯形形状，当人脸面向上旋转，即给出虚拟仰视姿态角度变化的话，转步骤3；当人脸面向下旋转，即给出虚拟俯视姿态角度变化的话，转步骤4；当人脸面向左旋转，即给出虚拟左偏姿态角度变化的话，转步骤5；当人脸面向右旋转，即给出虚拟右偏姿态角度变化的话，转步骤6；步骤3、人脸面向上旋转变换人脸面向上旋转变换时，三维旋转后的人脸图梯形顶点为①②③④，梯形高的值设为且为保证人脸面信息完整，令短边与长边大小分别设为与则当时，令否则角度θ按照需求任意设定，每设定一个角度，就能够获得一个虚拟姿态，对于本步骤三维旋转后的人脸图梯形①②③④与旋转前的正视图矩形⑤⑥⑦⑧建立平面直角坐标系，其中的⑦⑧边与③④边长度相等，此时已知，则对应点对坐标如下表1所示：表1人脸面向上旋转时4对对应点对的坐标据上述所求4对点对的坐标，可求得单应变换矩阵Hup：Hup=1-w-wnew12h00wnew1w00wnew1-wh·w1,]]>接下来转步骤7；步骤4、人脸面向下旋转变换人脸面向下旋转变换时，三维旋转后的人脸图梯形顶点为①②③④，梯形高的值设为且为保证人脸面信息完整，令短边与长边大小分别设为与则当时，令否则角度θ按照需求任意设定，每设定一个角度，就能够获得一个虚拟姿态，对于本步骤三维旋转后的人脸图像①②③④与旋转前的正视图⑤⑥⑦⑧建立平面直角坐标系，其中的⑤⑥边与①②边长度相等，此时已知，则对应点对坐标如下表2所示：表2人脸面向下旋转时4对对应点对的坐标据上述所求4对点对的坐标，可求得单应变换矩阵Hdown：Hdown=wwnew1w(w-wnew1)2hwnew1-w(w-wnew1)2wnew10wwnew100w-wnew1hwnew11,]]>接下来转步骤7；步骤5、人脸面向左旋转变换人脸面向左旋转变换时，三维旋转后的人脸图梯形顶点为①②③④)，梯形宽的值设为且为保证人脸面信息完整，令短边与长边大小分别设为与则当时，令否则角度θ按照需求任意设定，每设定一个角度，就能够获得一个虚拟姿态，对于本步骤三维旋转后的人脸图像①②③④与旋转前的正视图⑤⑥⑦⑧建立平面直角坐标系，其中的⑥⑧边与②④边长度相等，此时已知，则对应点对的坐标如下表3所示：表3人脸面向左旋转时4对对应点对的坐标据上述所求4对点对坐标，可求得单应变换矩阵Hleft：Hleft=hhnew100h(h-hnew1)2hnew1·whhnew1-h(h-hnew1)2hnew1h-hnew1hnew1·w01,]]>接下来转步骤7；步骤6、人脸面向右旋转变换人脸面向右旋转变换时，三维旋转后的人脸图梯形顶点为①②③④，梯形宽的值设为且为保证人脸面信息完整，令短边与长边大小分别设为与则当时，令否则角度θ按照需求任意设定，每设定一个角度，就能够获得一个虚拟姿态，对于本步骤三维旋转后的人脸图像①②③④与旋转前的正视图⑤⑥⑦⑧建立平面直角坐标系，其中的⑤⑦边与①③边长度相等，此时已知，则对应点对的坐标如下表4所示：表4人脸面向右旋转时4对对应点对的坐标据上述所求4对点对的坐标，可求得单应变换矩阵Hleft：Hright=hnew1h00-h-hnew12w10hnew1-hh·w01,]]>接下来转步骤7；步骤7、多姿态人脸求取当两帧图像上的点来自空间同一平面时，则它们之间存在一个射影变换，可以用3×3的单应矩阵H表示，已知F(i,j)，i＝1,2...,h，j＝1,2...,w为输入的正视人脸图像上的点，f(i,j)，i＝1,2...,h，j＝1,2...,w为变换后的虚拟姿态人脸图像上的投影点，则满足F(i,j)＝H·f(i,j)，即f(i,j)＝H‑1·F(i,j)，系数H分别代入上述步骤3、4、5、6中求得的Hup、Hdown、Hleft与Hright，即能够求得上述的四种姿态变换后的人脸结果；步骤8、输出生成的虚拟的多姿态人脸图像。...

【技术特征摘要】
1.一种单幅正视人脸图像的虚拟多姿态生成方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤1、输入待变换单样本人脸对输入的待变换单样本人脸要求必须为正视图人脸，设输入正视图人脸为h行w列图像F(i,j)h×w，其中i＝1,2...h，j＝1,2...w；忽略鼻子、眼睛等无关的凹凸，假设其落在二维平面上，以下简称该二维平面为人脸面，即单样本的人脸正视图信息为成像物体，其不同角度拍摄下成像结果即为人脸在不同角度成像结果；步骤2、输入人脸面旋转变换方向及变换角度按照标准镜头视角设定摄像机视角为45度，输入需要得到的姿态变换角度为θ，已知人脸面原尺寸为h×w大小，原人脸正视图的平面以⑤⑥⑦⑧四个顶点表示该正视图与投影面重合，三维旋转之后，可见的旋转人脸图以①②③④四个顶点表示三维旋转后的图像成梯形形状，当人脸面向上旋转，即给出虚拟仰视姿态角度变化的话，转步骤3；当人脸面向下旋转，即给出虚拟俯视姿态角度变化的话，转步骤4；当人脸面向左旋转，即给出虚拟左偏姿态角度变化的话，转步骤5；当人脸面向右旋转，即给出虚拟右偏姿态角度变化的话，转步骤6；步骤3、人脸面向上旋转变换人脸面向上旋转变换时，三维旋转后的人脸图梯形顶点为①②③④，梯形高的值设为且为保证人脸面信息完整，令短边与长边大小分别设为与则当时，令否则角度θ按照需求任意设定，每设定一个角度，就能够获得一个虚拟姿态，对于本步骤三维旋转后的人脸图梯形①②③④与旋转前的正视图矩形⑤⑥⑦⑧建立平面直角坐标系，其中的⑦⑧边与③④边长度相等，此时已知，则对应点对坐标如下表1所示：表1人脸面向上旋转时4对对应点对的坐标据上述所求4对点对的坐标，可求得单应变换矩阵Hup： H u p = 1 - w - w n e w 1 2 h 0 0 w n e w 1 w 0 0 w n e w 1 - w h · w 1 , ]]>接下来转步骤7；步骤4、人脸面向下旋转变换人脸面向下旋转变换时，三维旋转后的人脸图梯形顶点为①②③④，梯形高的值设为且为保证人脸面信息完整，令短边与长边大小分别设为与则当时，令否则角度θ按照需求任意设定，每设定一个角度，就能够获得一个虚拟姿态，对于本步骤三维旋转后的人脸图像①②③④与旋转前的正视图⑤⑥⑦⑧建立平面直角坐标系，其中的⑤⑥边与①②边长度相等，此时已知，则对应点对坐标如下表2所示：表2人脸面向下旋转时4对对应点对的坐标据上述所求4对点对的坐标，可求得单应变换矩阵Hdown： H d o w n = w w n e w 1 w ( w - w n e w 1 ) 2 hw n e w 1 - w ( w - w n e w 1 ) 2 w n e w 1 0 w w n e w 1 0 0 w - w n e w 1 hw n e w 1 1 , ...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱虹，张岩，毛雯，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61