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人脸是人类信息交流、情感表达的重要载体,如何实现富有真实感的三维人脸重建一直是计算机视觉、计算机图形学、模式识别、图像处理等领域的研究热点。因此,真实感的三维人脸重建问题的研究具有重要的科研价值和应用意义。三维人脸重建的核心问题是人脸真实感处理,其优劣直接决定了三维人脸的可推广性。基于形变模型技术的三维人脸重建主要分为两步:形变模型的建立和三维人脸形状重建。目前,形变模型建立过程中,三维人脸对齐方法主要采用网格重采样或光流法,对人脸原有的几何特性造成破坏,同时自动化程度变低,导致形变模型不具有通用性和代表性;三维人脸形状重建中二维图像与三维模型的拟合算法存在重建参数较多、代价函数复杂度高,导致三维人脸真实感较差且效率较低。根据以上问题,为提高三维人脸重建的真实感以及自动化程度。本文的主要创新性工作如下:1.本文提出一套全新的基于形变模型的三维人脸重建流程。该算法结合了薄板样条函数、SDM特征检测及特征区域划分法的优点,构建全自动化、高精度的人脸形状重建算法。相比传统方法,有精度高、效率高、成本低等特点。2.研究三维人脸对齐技术,提出基于网格重采样的TPS三维人脸对齐算法,主要基于SDM的特征提取及薄板样条插值函数,将三维数据的对齐转化为二维数据的对齐。实验表明,本文构建的形变模型具有很好的通用性。3.研究二维图像与三维模型的拟合技术,提出基于稀疏形变模型的三维人脸区域化拟合算法,即构建三维稀疏人脸库线性表示目标人脸,利用最小二乘求解稀疏模型拟合参数,然后,根据稀疏人脸与平均人脸构建局部对应关系,使用三维的薄板样条函数进行插值,构建稠密的三维人脸模型。实验表明,本文算法重建的三维人脸具有很好的真实感,对细节恢复较佳。4.基于以上研究,本文设计并实现了一个三维人脸重建系统。该系统主要功能包括三维人脸数据管理与对齐、人脸检测、人脸特征提取、人脸模块划分、人脸形状重建以及纹理贴图。实验表明,本文设计的系统可以实现重建出具有真实感的三维人脸模型。