一种基于三维人脸融合变形模型的定制化眼镜架自动设计方法技术

本发明专利技术提供一种基于三维人脸融合变形模型的定制化眼镜架自动设计方法，包括提取出人脸三维点云数据中的人脸三维关键点，人脸三维关键点融入三维人脸融合变形模型以生成固定拓扑图结构的单人脸部模型；获取单人脸部模型内与镜架设计相关的镜架关键点坐标数据，预测镜架的关键尺寸。本发明专利技术能够使用同一个拓扑结构构建出任何人的单人面部模型，并可实现单人面部模型的头部运动和表情标准化，以屏蔽头部的角度与表情状态等因素，提高眼镜架各尺寸的预测准确性。预测准确性。预测准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维人脸融合变形模型的定制化眼镜架自动设计方法


[0001]本专利技术涉及三维建模
，具体涉及一种基于三维人脸融合变形模型的定制化眼镜架自动设计方法。

技术介绍

[0002]随着我国青少年近视发病率的不断提升，人们越来越关注青少年的视觉健康的问题。实验显示，对于已经近视的青少年，正确佩戴合适的眼镜架至关重要。然而，由于当前的镜架主要针对平均脸设计并进行标准化生产，忽略了青少年个体间脸部的差异，致使镜架形状与脸型不匹配，极易导致眼镜的非正确佩戴，引发进一步视力下降等问题。
[0003]应此提出了使用三维人脸多在点云数据构建人脸的三维模型，在依据人脸的三维模型确定镜架的尺寸，构建出镜架的三维模型，依据镜架的三维模型3D打印镜架。
[0004]构建镜架的三维模型之前，三维人脸建模与参数化表示至关重要。以往相关工作中，三维人脸多在点云(或其三角化后的三角面片)的非结构化几何空间中所表示，此空间对于同人不同次扫描、不同人扫描均呈现不同的拓扑结构(3D测量采样点个数与连接关系均不同)。此类基于非结构化三维人脸表示的眼镜架设计方法，极大提高了提取人脸关键几何信息并自动转化为眼镜架关键参数的难度。额外地，由于人脸三维扫描时头部角度、表情状态很难被精确约束，而眼镜架自动化参数设计又假设人脸处于归一化的标准状态(例如：头正，闭眼，无表情)，以往相关工作对三维人脸的参数化表示均无法解决上述问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术要解决的问题是提供一种基于三维人脸融合变形模型的定制化眼镜架自动设计方法，能够使构建出的三维人脸模型均有相同的拓扑结构，并使三维人脸模型转化为标准状态人脸，用于屏蔽头部角度与表情状态等因素，提高眼镜架各尺寸的预测准确性。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种基于三维人脸融合变形模型的定制化眼镜架自动设计方法，包括提取出人脸三维点云数据中的人脸三维关键点，人脸三维关键点融入三维人脸融合变形模型以生成固定拓扑图结构的单人脸部模型；
[0008]获取单人脸部模型内与镜架设计相关的镜架关键点坐标数据，预测镜架的关键尺寸。
[0009]进一步的，所述三维人脸融合变形模型包括平均人脸项、脸型项、人脸姿态项、人脸表情项，所述单人脸部模型的生成方法：人脸三维关键点依据对应关系带入平均人脸项，通过最小二乘法自动初始化计算从三维点云数据到坐标系下的六自由度刚体变换；通过最小化3D扫描与三角面片之间的距离和最小化关键点之间距离两个指标，以获取最终脸型
项、人脸姿态项、人脸表情项其参数的最优值。
[0010]进一步的，所述参数值设置为零，以对单人脸部模型的动作归一化处理。
[0011]进一步的，所述单人脸部模型其拓扑图结构中设定有镜架关键点，依据单人脸部模型获取与镜架设计相关的镜架关键点坐标数据。
[0012]进一步的，所述镜架关键点位置可灵活调整设置，以解耦脸型重建与镜架设计两个环节。
[0013]进一步的，构建虚拟相机的相平面，获取人脸三维点云数据的颜色信息和位置信息，并依据投射模型投射至相平面以生成面部图像；识别面部图像以获取人脸二维关键点坐标，依据人脸二维关键点坐标反向获取人脸三维点云数据中的人脸三维关键点。
[0014]进一步的，所述面部图像包括若干不同的面部视角。
[0015]本专利技术具有的优点和积极效果是：
[0016]通过将三维的点云数据转换成二维的平面数据，再使用图片面部识别的二维关键点检测算法获取二维关键点坐标，依据二维关键点坐标反向获取点云数据内的人脸三维关键点，能够准确快速的提取出点云数据中的人脸三维关键点。
[0017]通过构建三维人脸融合变形模型，并将人脸三维关键点融合至平均脸模型，完成三维人脸点云的姿态归一化以生成单人脸部模型，使得每个单人脸部模型的拓扑结构均相同，拓扑结构图中的若干设定顶点为与镜架设计相关的关键点，可灵活调整设置，以解耦脸型重建与镜架设计两个环节，极大减小基于三维脸型预测眼镜架关键尺寸的复杂度。
[0018]且通过使三维人脸融合变形模型中人脸姿态项、人脸表情项的参数为零设置，可屏蔽头部角度与表情状态等因素，提高眼镜架各尺寸的预测准确性。
附图说明
[0019]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0020]图1是本专利技术的一种基于三维人脸融合变形模型的定制化眼镜架自动设计方法的整体流程图；
[0021]图2是本专利技术的一种基于三维人脸融合变形模型的定制化眼镜架自动设计方法的单人脸部模型图和镜架关键点标记图。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直
的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0024]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0025]本专利技术提供一种基于三维人脸融合变形模型的定制化眼镜架自动设计方法，如图1所示，包括提取出人脸三维点云数据中的人脸三维关键点，人脸三维关键点融入三维人脸融合变形模型以生成固定拓扑图结构的单人脸部模型。
[0026]点云数据中每个点数据均包括位置信息与颜色信息，颜色信息通常是通过相机获取彩色影像，然后将对应位置的像素的颜色信息(RGB)赋予三维点云中对应的点。
[0027]人脸三维关键点的获取方法为：设置一个内参与外参均已知的虚拟相机，依据虚拟相机构建对应的相平面，人脸三维点云数据依据投射模型投射至相平面。由于每个人脸三维点云数据均包含有RGB信息，通过人脸三维点云数据的RGB信息作为传感器照度，调整相平面上对应像素点的颜色以形成面部图像。面部图像上的每个像素点均对应一个点数据，使点云数据与相平面上的像素点成一一对应关系。
[0028]依据二维的人脸关键点检测算法，识别出面部图像上的二维关键点，依据二维关键点坐标反向获取人脸三维点云数据中的人脸三维关键点坐标。该过程通过将三维的点云数据转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维人脸融合变形模型的定制化眼镜架自动设计方法，其特征在于，包括提取出人脸三维点云数据中的人脸三维关键点，人脸三维关键点融入三维人脸融合变形模型以生成固定拓扑图结构的单人脸部模型；获取单人脸部模型内与镜架设计相关的镜架关键点坐标数据，预测镜架的关键尺寸。2.根据权利要求1所述的一种基于三维人脸融合变形模型的定制化眼镜架自动设计方法，其特征在于，所述三维人脸融合变形模型包括平均人脸项、脸型项、人脸姿态项、人脸表情项，所述单人脸部模型的生成方法：人脸三维关键点依据对应关系带入平均人脸项，通过最小二乘法自动初始化计算从三维点云数据到坐标系下的六自由度刚体变换；通过最小化3D扫描与三角面片之间的距离和最小化关键点之间距离两个指标，以获取最终脸型项、人脸姿态项、人脸表情项其参数的最优值。3.根据权利要求2所述的一种基于三维人脸融合变形模型的定制化眼镜架自动设计方法，其特征在于，所述参数值设置为零，以对单人脸部模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：李博韧，赵鑫磊，
申请(专利权)人：北京威思邦普科技有限公司，
类型：发明
国别省市：