基于光度立体技术的三维人脸重建与识别的研究
发布时间：2021-11-23 08:01
三维重建技术一直是制约三维人脸识别技术发展的一大阻力。在众多三维重建技术中,光度立体技术因其具有重建精度高、重建成本较低、操作简单等特点,深受人们的喜爱。传统的光度立体技术使用的是平行光,由于平行光的限制,使得传统的光度立体技术的应用范围非常小。因此,为了使光度立体技术能够应用于更广泛的领域,本课题使用点光源、线光源代替平行光进行光度立体三维重建的研究。本课题深入分析了点光源的发光模型,发现通用的led点光源是各向异性光源,它的发光强度不仅随距离而衰减,还会随发光角度而衰减。通过实验结果可知,把点光源按照它真实发光模型处理的重建结果的精度,明显高于把点光源当作理想点光源处理的重建结果的精度。重建过程中需要标定光源方向,传统的标定方法需要放置参照物,本课题提出了激光标定法,实现了点光源方向的自动标定。为了提高重建结果的精度,本课题提出将迭代算法和阴影处理算法用于三维重建。对于直径为40mm的半球面,本课题提出的点光源光度立体技术的最高重建精度为0.63mm。点光源处于不同位置时图像噪声对重建结果影响不同,因此本课题还分析了点光源的最佳位置应该满足的约束条件,当点光源处于最佳位置时图像噪声...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
生物特征识别的应用领域如何获得准确的三维人脸数据一直是制约三维人脸识别技术发展的一大因素
东南大学硕士学位论文8图2-1点光源照射余弦反射体根据式（2.4）可知，点光源L照射到面元ds上的照度为：=（2.7）其中，dΦ为点光源L发送面元ds上的光通量，ds为面元ds的面积。根据式（2.3）可知点光源沿某一方向的单位立体角内发射的光通量为：=（2.8）=2（2.9）=2（2.10）其中，dΩ中为点光源L沿光源方向的单位立体角,ds为面元ds的面积，θ为方向与法线方向的夹角。将式（2.10）代入式（2.7）得：=2=2（2.11）根据式（2.11）可知点光源照射到面元ds的照度为E，它只与点光源的光强I、光源方向与物体表面法线方向夹角的余弦值以及点光源与物体表面的距离有关。面元ds接收到点光源L传输过来的光能量E后，面元ds会向各个方向幅射光能量。面元ds向各个方向辐射的总能量的大小与点光源传输过来的总能量E成正比，而它向每个方向辐射能量的大小与面元ds的反射特性有关。由于物体表面是余弦反射体，根据余弦反射体的特性可知，面元ds向各个方向的辐射亮度都一样。所以，相机V接收到面元ds反射过来光能量与面元ds的反射情况无关，只与面元ds接收到点光源L传输过来的光能量E有关。然后相机将接收到的光能量按照一定的比例转化为图像上对应像素点的灰度值。按照式（2.11）可知光能量E（或照度E）只与点光源的光强I、光源方向与面元ds法线方向的夹角的余弦值以及点光源与面元ds的距离有关。也就是，图像P上与面元ds对应的像素点的灰度值只与点光源的光强I、光源方向与面元ds法线方向的夹角的余弦值以及点光源与面元ds的距离有关。这样式（2.11）就可以表示为,点光源照射余弦反射体时，余弦反射体所成的图像上的灰度信息与光源信息、物体表面法向之间的关系。2、平行光照射余弦反射体平行光是一种特殊的光，它?
第二章光度立体技术的基本原理9而平行光只会沿某一特定方向进行传播；点光源发出的光的光强会随距离而衰减，而理想的平行光的光强不会随距离而衰减。图2-2表示的是，一束平行光单独照射余弦反射体时，相机对该余弦反射体进行成像的示意图。其中，平行光的光强度为I，平行光的光源方向为；物体表面是余弦反射体，面元ds是物体表面的一个面元，面元ds的法线方向为；法线方向与光源方向的夹角为θ；相机V的感光元件接收到物体表面反射过来的光，然后对物体表面进行成像，所成的图像为P，面元ds在图像P上对应的像素点为（x,y）。图2-2平行光照射余弦反射体平行光照射到面元ds的照度为：==（2.12）由于物体表面是余弦反射体，余弦反射体向各个方向反射的光能量都相同，所以相机最后接收到面元ds反射过来的光能量只与平行光照射到面元ds的照度E有关。这样式（2.12）就可以表示为,平行光照射余弦反射体时，余弦反射体所成的图像上的灰度信息与光源信息、物体表面法向之间的关系。2.2阴影恢复形状光度立体技术就是根据图像上的灰度信息与光源信息、物体表面法向之间的关系，求出物体表面的梯度信息，最后再根据梯度信息计算出物体表面的三维信息。而光度立体技术是在阴影恢复形状（SFS）算法[17]的基础上发展过来的，因此为了更加深刻的研究光度立体技术，就需要了解一下阴影恢复形状（SFS）算法。Horn等学者首先根据图像上的灰度信息与光源信息、物体表面法向之间的关系提出了阴影恢复形状（SFS）算法。传统的阴影恢复形状算法，假设光源为等光强的平行光或可近似为等光强平行光的无限远点光源；物体表面为余弦反射体；相机利用正交投影进行成像。根据余弦反射体的成像模型可知，平行光照射余弦反射体时，图像上某一像素点的灰度信息可以表
【参考文献】：
期刊论文
[1]探讨生物特征识别在身份认证的应用安全[J]. 田青,宋建彬. 中国信息安全. 2019(02)
[2]基于视觉的三维重建关键技术研究综述[J]. 郑太雄,黄帅,李永福,冯明驰. 自动化学报. 2020(04)
[3]深度置信网络模型及应用研究综述[J]. 刘方园,王水花,张煜东. 计算机工程与应用. 2018(01)
[4]生物特征识别技术发展与应用综述[J]. 卢世军. 计算机安全. 2013(01)
[5]灰度图像三维重构技术研究综述[J]. 孙林丽,李言,郑建明. 西安邮电学院学报. 2011(06)
[6]SFS方法及其与立体视觉方法的集成方案综述[J]. 须明,赵荣椿. 计算机工程与应用. 2006(08)
[7]从明暗恢复形状（SFS）的几类典型算法分析与评价[J]. 廖熠,赵荣椿. 中国图象图形学报. 2001(10)
博士论文
[1]基于近场照明的光度立体视觉算法研究[D]. 谢利民.华中科技大学 2015
[2]基于光度立体的高质量表面重建研究[D]. 程岳.浙江大学 2013
硕士论文
[1]基于近场非标准点光源的光度学三维重建问题研究[D]. 聂颖.中国科学院深圳先进技术研究院 2016
[2]融合深度信息的多光谱光度立体三维重建及其在水下的应用[D]. 杨洁.中国海洋大学 2015
[3]基于深度学习的人脸识别研究[D]. 林妙真.大连理工大学 2013
[4]基于光度立体法的三维重建技术的研究与实现[D]. 林慕清.东北大学 2010
[5]基于光度立体算法的图像建模系统的设计及实现[D]. 张屹凌.浙江大学 2006
[6]基于光度立体图像的3D模型重建算法研究[D]. 张军.西北工业大学 2004
本文编号：3513460
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
生物特征识别的应用领域如何获得准确的三维人脸数据一直是制约三维人脸识别技术发展的一大因素
东南大学硕士学位论文8图2-1点光源照射余弦反射体根据式（2.4）可知，点光源L照射到面元ds上的照度为：=（2.7）其中，dΦ为点光源L发送面元ds上的光通量，ds为面元ds的面积。根据式（2.3）可知点光源沿某一方向的单位立体角内发射的光通量为：=（2.8）=2（2.9）=2（2.10）其中，dΩ中为点光源L沿光源方向的单位立体角,ds为面元ds的面积，θ为方向与法线方向的夹角。将式（2.10）代入式（2.7）得：=2=2（2.11）根据式（2.11）可知点光源照射到面元ds的照度为E，它只与点光源的光强I、光源方向与物体表面法线方向夹角的余弦值以及点光源与物体表面的距离有关。面元ds接收到点光源L传输过来的光能量E后，面元ds会向各个方向幅射光能量。面元ds向各个方向辐射的总能量的大小与点光源传输过来的总能量E成正比，而它向每个方向辐射能量的大小与面元ds的反射特性有关。由于物体表面是余弦反射体，根据余弦反射体的特性可知，面元ds向各个方向的辐射亮度都一样。所以，相机V接收到面元ds反射过来光能量与面元ds的反射情况无关，只与面元ds接收到点光源L传输过来的光能量E有关。然后相机将接收到的光能量按照一定的比例转化为图像上对应像素点的灰度值。按照式（2.11）可知光能量E（或照度E）只与点光源的光强I、光源方向与面元ds法线方向的夹角的余弦值以及点光源与面元ds的距离有关。也就是，图像P上与面元ds对应的像素点的灰度值只与点光源的光强I、光源方向与面元ds法线方向的夹角的余弦值以及点光源与面元ds的距离有关。这样式（2.11）就可以表示为,点光源照射余弦反射体时，余弦反射体所成的图像上的灰度信息与光源信息、物体表面法向之间的关系。2、平行光照射余弦反射体平行光是一种特殊的光，它?
第二章光度立体技术的基本原理9而平行光只会沿某一特定方向进行传播；点光源发出的光的光强会随距离而衰减，而理想的平行光的光强不会随距离而衰减。图2-2表示的是，一束平行光单独照射余弦反射体时，相机对该余弦反射体进行成像的示意图。其中，平行光的光强度为I，平行光的光源方向为；物体表面是余弦反射体，面元ds是物体表面的一个面元，面元ds的法线方向为；法线方向与光源方向的夹角为θ；相机V的感光元件接收到物体表面反射过来的光，然后对物体表面进行成像，所成的图像为P，面元ds在图像P上对应的像素点为（x,y）。图2-2平行光照射余弦反射体平行光照射到面元ds的照度为：==（2.12）由于物体表面是余弦反射体，余弦反射体向各个方向反射的光能量都相同，所以相机最后接收到面元ds反射过来的光能量只与平行光照射到面元ds的照度E有关。这样式（2.12）就可以表示为,平行光照射余弦反射体时，余弦反射体所成的图像上的灰度信息与光源信息、物体表面法向之间的关系。2.2阴影恢复形状光度立体技术就是根据图像上的灰度信息与光源信息、物体表面法向之间的关系，求出物体表面的梯度信息，最后再根据梯度信息计算出物体表面的三维信息。而光度立体技术是在阴影恢复形状（SFS）算法[17]的基础上发展过来的，因此为了更加深刻的研究光度立体技术，就需要了解一下阴影恢复形状（SFS）算法。Horn等学者首先根据图像上的灰度信息与光源信息、物体表面法向之间的关系提出了阴影恢复形状（SFS）算法。传统的阴影恢复形状算法，假设光源为等光强的平行光或可近似为等光强平行光的无限远点光源；物体表面为余弦反射体；相机利用正交投影进行成像。根据余弦反射体的成像模型可知，平行光照射余弦反射体时，图像上某一像素点的灰度信息可以表
【参考文献】：
期刊论文
[1]探讨生物特征识别在身份认证的应用安全[J]. 田青,宋建彬. 中国信息安全. 2019(02)
[2]基于视觉的三维重建关键技术研究综述[J]. 郑太雄,黄帅,李永福,冯明驰. 自动化学报. 2020(04)
[3]深度置信网络模型及应用研究综述[J]. 刘方园,王水花,张煜东. 计算机工程与应用. 2018(01)
[4]生物特征识别技术发展与应用综述[J]. 卢世军. 计算机安全. 2013(01)
[5]灰度图像三维重构技术研究综述[J]. 孙林丽,李言,郑建明. 西安邮电学院学报. 2011(06)
[6]SFS方法及其与立体视觉方法的集成方案综述[J]. 须明,赵荣椿. 计算机工程与应用. 2006(08)
[7]从明暗恢复形状（SFS）的几类典型算法分析与评价[J]. 廖熠,赵荣椿. 中国图象图形学报. 2001(10)
博士论文
[1]基于近场照明的光度立体视觉算法研究[D]. 谢利民.华中科技大学 2015
[2]基于光度立体的高质量表面重建研究[D]. 程岳.浙江大学 2013
硕士论文
[1]基于近场非标准点光源的光度学三维重建问题研究[D]. 聂颖.中国科学院深圳先进技术研究院 2016
[2]融合深度信息的多光谱光度立体三维重建及其在水下的应用[D]. 杨洁.中国海洋大学 2015
[3]基于深度学习的人脸识别研究[D]. 林妙真.大连理工大学 2013
[4]基于光度立体法的三维重建技术的研究与实现[D]. 林慕清.东北大学 2010
[5]基于光度立体算法的图像建模系统的设计及实现[D]. 张屹凌.浙江大学 2006
[6]基于光度立体图像的3D模型重建算法研究[D]. 张军.西北工业大学 2004
本文编号：3513460
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