专利名称：一种基于三角网格化的人物图像瘦脸处理方法
技术领域：
本发明涉及数字图像处理领域，具体的涉及一种基于三角网格化的人物图像瘦脸 处理方法。
背景技术：
随着计算机图像处理技术的发展，图像的美化变得越来越简便与普及。而在这其 中，人脸的美化更是得到了人们广泛的关注与青睐。
爱美之心，人皆有之。每个人都希望自己能够拥有更加精致美丽的脸庞。而整形 手术高额的费用与过高的手术风险使得大部分人望而却步。但通过数字图像处理对自己的 形象进行改善美化却简单安全得多，不光能得到人们希望的理想效果，也能使人得到心情 上的愉悦。于是为了解决此一问题，数字图像编辑软件成为了很多人的选择。
然而，数字图像编辑软件虽然可以用来对数字图像进行细部的编辑，优化。但是并 非所有的使用者都能娴熟的使用图像编辑软件，因此也造成了使用者难以入门的问题。
所以人们提出了利用计算机数字图像处理技术，自动的对人脸进行美化，如中国 专利申请200910001234. 7所介绍的，对人脸肌肤的噪声(雀斑、黑斑、毛细孔或细纹)进行处 理。但是，就如同整容一样，对于肌肤的美化往往是次要的，人们更关注脸型的美化，例如怎 样让自己的脸变得更瘦，更修长。
而三角剖分技术可以用来对人物的图像进行瘦脸，达到美化的目的。所谓三角剖 分，就是把物体的表示，转换到一个多边形表示的过程。该步骤用于基于多边形的绘制，其 中对象从球面，圆锥面等等这样的抽象的表示，分解成所谓的“网格”，它是互相连接的三角 型的网络。发明内容
鉴于以上问题，本发明公开了一种基于三角网格化的人物图像瘦脸方法。针对现 有问题的需求加以解决。
本发明采用的技术方案
一种基于三角网格化的人物图像瘦脸方法，运用图像三角剖分技术，并采用相关 数学方法，对图像进行操作。
该基于三角网格化的人物图像瘦脸方法有步骤如下
第一步，人脸特征点提取及三角网格化
利用特征点提取技术获得16个人脸的下半部特征点；按照一定次序对16个特征 点进行三角划分，最终形成由人脸的外部轮廓及下唇所组成的三角网格化拓扑第二步，人物脸部轮廓曲率估算
在已知人脸外部轮廓特征点的条件下，通过拉格朗日插值法，公式如下K
L(x) :=Y^y J. (X)(I)j=o
对离散特征点进行计算，其中每个Ij(X)为拉格朗日基本多项式，其表达式为
IAx):= Π =(U (Hp)…(2)-X1 (Xj-X0) (Χ;-Χ;- ΗΧ, — X产I) (Xj -Xk)
拉格朗日基本多项式L(X)的特点是在上取值为1，在其他的点Xi, i古j上取值为O。
通过计算，可以得到人脸外部轮廓的近似曲线方程。再通过对此近似曲线方程求一阶导数及二阶导数，并结合平面曲线的曲率公式，公式如下
~丨 ,(3)(I +厂广
可以求得各个离散点的曲率值集合；
第三步，构建新特征点
根据步骤二得到人脸外部轮廓上各个离散特征点的曲率值集合，再结合既得经验值对曲率值集合进行分析与 计算，对于所有不满足标准的特征点集合，根据不同曲率值，对应原有特征点，使用比例变化构建新的人脸外部轮廓的特征点，且满足曲率约束条件及平滑约束条件，最终形成一组新的人脸外部轮廓特征点；
第四步，构建新三角网格并生成新图像
对原有下唇特征点以及步骤三得到的新的人脸外部轮廓特征点进行三角划分，通过原始三角网格化图像对新生成的三角网格化图像进行像素覆盖，形成计算处理后的人物图像，实现人物图像的瘦脸美化；
本发明通过以上四个步骤，基于特征点提取与三角网格化技术，以及相关数学理论的应用，对人物的数字图像进行瘦脸美化，
图1是本发明的三角网格化图。
图2a是原始人物图像。
图2b是瘦脸处理后的人物图像。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实例，对本发明做进一步详细说明。
本发明提出了一种基于三角网格化的人物图像瘦脸处理方法，该方法具体实施步骤
首先，加载源图像，利用人脸特征点提取技术，获得人脸图像的面部特征点，从中选取脸部外部轮廓与下唇部分的特征点，生成编号为I一 16的特征点接着，利用三角剖分技术，按照特征点序号，依次将特征点按一定顺序相连，将人脸下颌部分曲线所围成的平面图形转化为由一个个三角形网格所组成的多边形平面图形， 完成对人脸的三角剖分，得到三角网格化拓扑图如图1所示；
然后，对人物的脸部轮廓曲率进行估算。人物脸部轮廓的曲率根据脸部形状的不同而不同。较为标准脸型在脸部轮廓上各特征点处的曲率值较小，而且从双颊向下巴的方向，各特征点处的曲率值严格增大，形成升序；
由于图像采集到的是离散的特征点，所以无法直接计算各个特征点处的曲率值。 因此，可以利用拉格朗日插值法对离散点进行计算，估算出经过各离散点的平面曲线方程。 拉格朗日插值法公式如下k
IAx)= YjyJ{x)(I)/=O
其中每个Ij(X)为拉格朗日基本多项式,其表达式为
Ij(X)..= Π=—xU) (X —(2)…-X3- X1— & )(Xj — Xj-1 ) (Xj - 十I )(X; — Xk )
拉格朗日基本多项式Ij(X)的特点是在Xj上取值为1，在其他的点Xi, i古j上取值为O。
利用拉格朗日插值法，可以近似的得到经过各离散点的曲线方程，从而进一步得到曲线方程在各离散点的一阶导数和二阶导数。已知了各点的一阶导数和二阶导数便可以通过平面曲线的曲率公式，求得各离散点的曲率值。平面曲线的曲率公式如下
IyJ(3)(1 +少 2)3/2
由以上得出的结论，可以对当前图像人脸轮廓计算得到的曲率值进行判定，当得到的曲率值集合分别满足以上结论中较为标准脸型的各个条件，则此人脸图像已经较为美观，无需进行美化；否则，说明人物脸部轮廓不够美观，需要进行处理、美化；
下一步，需要通过已知曲率构造新的特征点，各个特征点所对应的曲率不同。在这里，根据不同的曲率值按不同的比例对原特征点进行位置上的调整，构造一组新的人脸外部轮廓特征点。
新构造的特征点集需要满足两个约束。其一，曲率约束新构造的特征点集所构成的新曲线在各新特征点处的曲率值应趋于合理，明显小于原有曲率值；其二，平滑约束新构建的特征点应能形成一条较为平滑的曲线，用数学语言描述即为，新构建的特征点所构成的新曲线在相邻各新特征点处的二阶导数之间的差值在足够小的可容许范围内。满足以上两条约束的新特征点集将被选择为最终的新特征点集。
最后，对原有下唇特征点以及上一步得到的新的人脸外部轮廓特征点重新进行三角剖分，得到类似于图1的三角网格化图；再通过原始三角网格化图像对新生成的三角网格化图像进行像素覆盖、填充，形成计算处理后的人物图像，实现人物图像的瘦脸美化。
如图2a，2b，为瘦脸美化处理实例中原始源图像与最终效果图像。
权利要求
1.一种基于三角网格化的人物图像瘦脸处理方法，利用人脸特征点采集技术，并采用三角网格化等技术，对人脸图像进行操作；其特征包括以下步骤 第一步，人脸特征点提取及三角网格化 利用特征点提取技术获得16个人脸的下半部特征点；按次序对16个特征点进行三角划分，最终形成由人脸的外部轮廓及下唇所组成的三角网格化图； 第二步，人物脸部轮廓曲率估算 在已知人脸外部轮廓特征点的条件下，通过拉格朗日插值法，对离散特征点进行计算，估计人脸下部曲率，得到人脸外部轮廓的近似曲线方程；再通过对此近似曲线方程求一阶导数及二阶导数，并结合平面曲线的曲率公式，求得各个离散点的曲率值集合； 第三步，调整特征点 根据第二步得到人脸外部轮廓上各个离散特征点的曲率值集合，再结合既得经验值对曲率值集合进行分析与计算；对所有不满足美化脸型的特征点集合，根据不同曲率值，在原有特征点基础上，依曲率变化调整人脸外部轮廓的特征点，且满足曲率约束条件及平滑约束条件，最终形成一组新的人脸外部轮廓特征点； 第四步，构建新三角网格并生成新图像 对原有下唇特征点以及步骤三得到的新的人脸外部轮廓特征点进行三角划分，通过原始三角网格化图像对新生成的三角网格化图像进行像素覆盖，形成计算处理后的人物图像，实现人物图像的瘦脸美化处理。
全文摘要
一种基于三角网格化的人物图像瘦脸处理方法，属于计算机应用技术领域。采用三角剖分与特征点提取技术，并采用相关几何方法，对图像进行操作，包括人脸特征点提取及三角网格化、人物脸部轮廓曲率估算、调整特征点、构建新三角网格并生成新图像等步骤。本发明考虑到现有人们对于美观的追求与相关技术的空白，提出此一数字图像自动化瘦脸美化方法。该方法仅需要载入需要进行瘦脸的原始源图像，便可以简单且快速的得到瘦脸美化效果，充分满足了当下人们对于审美的追求，而又无须承担昂贵的成本与高度的风险。
文档编号G06T11/00GK102999929SQ201210442760
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月8日 优先权日2012年11月8日
发明者樊鑫, 王祎, 柴智, 谢园普 申请人:大连理工大学