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基于特征點(diǎn)的圖像變形技術(shù)及其應(yīng)用

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1、第!"卷第"期廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào)%自然科學(xué)版&389:!"+8:"!##$年$月’()*+,-(./),+/01+(*2,-)+134*51672<=>?!##$;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;基于特征點(diǎn)的圖像變形技術(shù)及其應(yīng)用王城峰H陳建平%中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所H北京"###E#I清華大學(xué)自動(dòng)化系H北京"###EJ&摘要@對(duì)圖像變形中的兩個(gè)問(wèn)題GG特征匹配和變換函數(shù)H提出了一種新的解決方法H并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了變換控制的概念:用關(guān)鍵點(diǎn)

2、匹配來(lái)尋找對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)H在特征對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)上用三角化的方法建立兩圖像間的局部對(duì)應(yīng)關(guān)系H并用三角化的方法求得非均勻變換中各非特征點(diǎn)的變換系數(shù)H針對(duì)非均勻變換出現(xiàn)的特征間形狀和位置的不吻合問(wèn)題用前變換的過(guò)程加以解決:關(guān)鍵詞@三角化I特征匹配I變換函數(shù)I變換控制I插值中圖分類(lèi)號(hào)@6K$C"文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼@,文章編號(hào)@"##"ABB##%!##$&#"A#"!JA#F#引言圖像變形技術(shù)近年來(lái)受到了越來(lái)越多的注意H應(yīng)用圖像變形技術(shù)可以生成從一副數(shù)字圖像到另一幅數(shù)字圖像的平滑過(guò)渡H或者根據(jù)需要在多幅圖像間進(jìn)行變換H產(chǎn)生驚人的視覺(jué)效果:它可應(yīng)用在影視業(yè)中

3、的虛擬角色L娛樂(lè)L人臉記憶合成L醫(yī)學(xué)L虛擬現(xiàn)實(shí)等:例如H電影中常見(jiàn)的從某一人臉到另一人臉的變化H或者給定一圖像讓它產(chǎn)生喜L怒L哀L樂(lè)等復(fù)雜的表情變化:電影特技效果的制作在大量應(yīng)用了圖像變換技術(shù)的基礎(chǔ)上H例如M1NOP=UQ

4、是多邊形表示人臉的$W模型:第一個(gè)物體模型的多邊形頂點(diǎn)和第二個(gè)物體模型對(duì)應(yīng)的多邊形頂點(diǎn)間顏色和位置屬性進(jìn)行插值運(yùn)算:這種方法的缺陷是對(duì)物體的幾何表示有一定的約束H例如每個(gè)模型都要求同樣數(shù)目的多邊形:而且當(dāng)兩物體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有差異時(shí)變形就會(huì)產(chǎn)生新的問(wèn)題:但如果模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一致H這種直接用對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)插值的技術(shù)還是很有效的H可以實(shí)現(xiàn)從一張人臉到另一張人臉的變形L多個(gè)簡(jiǎn)單表情的融合生成復(fù)雜的表情以及兩張臉的合成等:X!W圖像變形雖然用$W建模的方法可以實(shí)現(xiàn)合成新的圖像H但建模過(guò)程的復(fù)雜性使得這種方法有很大的局限性:因此直接應(yīng)用!W的數(shù)字圖像來(lái)合

5、成新的圖像就成為了一種更好的選擇:它的優(yōu)勢(shì)在于不依賴(lài)于場(chǎng)景的具體復(fù)雜度H它只是根據(jù)圖像的大小來(lái)確定算法的規(guī)模:!W圖像變形技術(shù)可以用來(lái)產(chǎn)生基于圖像的繪制效果:它并不對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行模型的分析H只是依賴(lài)一些先驗(yàn)的知識(shí)對(duì)圖像進(jìn)行處理和生成:因此這種技術(shù)更加貼近人們的習(xí)慣H它的實(shí)用范圍相對(duì)而言要廣一些:數(shù)字圖像的變形是指利用圖像上有限的特征H并通過(guò)對(duì)這些特征的移動(dòng)來(lái)使整幅圖像產(chǎn)生幾何變化H以達(dá)到預(yù)期變化效果的一種技術(shù):現(xiàn)在常用的方法是基于線(xiàn)段特征的圖像變形技術(shù)Y"H!ZH但這種技術(shù)所設(shè)收稿日期@!##!A#BA$#基金項(xiàng)目@國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)

6、劃CD$資助項(xiàng)目%/"CCE#$#F#!&作者簡(jiǎn)介@王城峰%"CDBG&H男H湖南邵陽(yáng)人H中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所碩士研究生:第%期王城峰等7基于特征點(diǎn)的圖像變形技術(shù)及其應(yīng)用%#I定的線(xiàn)段往往與場(chǎng)景有關(guān)!它的開(kāi)銷(xiāo)在某種程度上仍舊依賴(lài)于場(chǎng)景的復(fù)雜度"在本文中!提出了一種基于局部三角形對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖像變形方法!將信息完全局部化!真正做到了與場(chǎng)景的復(fù)雜度無(wú)關(guān)!為以后的圖像變形系統(tǒng)的實(shí)時(shí)化打下了基礎(chǔ)"文末將這種算法同基于線(xiàn)段特征的圖像變形技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析"本文在第二節(jié)提出了圖像變形的一個(gè)基本框架圖!在第#!$節(jié)中介紹了用三角化方法實(shí)現(xiàn)圖像變形及變換

7、控制的具體過(guò)程"%圖像變形在圖像變形技術(shù)發(fā)展之前!生成從一幅數(shù)字圖像到另一幅數(shù)字圖像的平滑過(guò)渡通常通過(guò)一個(gè)交叉溶解&’()**+,-**)./01的過(guò)程實(shí)現(xiàn)"中間圖像某一點(diǎn)的灰度值等于兩原圖像上相同坐標(biāo)點(diǎn)灰度值的平均"由于非對(duì)齊區(qū)域的重影效果!這種簡(jiǎn)單方法生成圖像的質(zhì)量很差"而圖像變形技術(shù)應(yīng)用#2幾何變換來(lái)保持圖像特征點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系不變"兩幅圖像的變形技術(shù)首先建立兩圖像間特征點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系!圖像的特征可以是網(wǎng)格3直線(xiàn)3曲線(xiàn)或點(diǎn)"在特征對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)上就可以計(jì)算兩圖像間所有點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系了!這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系稱(chēng)為變換函數(shù)"求變換函數(shù)是圖像變形技術(shù)中的一

8、個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題!一旦求得兩圖像間的變換函數(shù)就可以進(jìn)行對(duì)應(yīng)點(diǎn)的插值運(yùn)算了4$5"圖像變形中另一個(gè)重要的問(wèn)題是變換控制!如果從一幅圖像變換到另一幅圖像的過(guò)程中!對(duì)應(yīng)點(diǎn)的變換速度在整幅圖像中不一致!就可以產(chǎn)生更多有意義的動(dòng)畫(huà)效果4

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