光学学报, 2020, 40 (4): 0410001, 网络出版: 2020-02-11   

基于梯度光图像的高精度三维人脸重建算法 下载: 2381次

High Precision Three-Dimensional Face Reconstruction Algorithm Based on Gradient Light Image
黄硕 1,2,3胡勇 1,2,*巩彩兰 1,2卜弘毅 1,4顾耕 4许琦 4王薇 4
作者单位
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 中国科学院嘉兴光电工程中心, 浙江 嘉兴 314022
图 & 表

图 1. 三维人脸重建流程图

Fig. 1. Flowchart of 3D face reconstruction

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图 2. 反射光分离结果。(a)垂直极化图像;(b)平行极化图像;(c)镜面反射光图像

Fig. 2. Results of reflected light separation. (a) Vertically polarized image; (b) parallel polarized image; (c) specular reflection image

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图 3. 不同方向的梯度光图像。(a)沿X方向;(b)沿-X方向;(c)沿Y方向;(d)沿-Y方向;(e)沿Z方向;(f)全亮光

Fig. 3. Gradient light images in different directions. (a) Along the X direction; (b) along the -X direction; (c) along the Y direction; (d) along the -Y direction; (e) along the Z direction; (f) all light

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图 4. 法线贴图原理

Fig. 4. Normal mapping principle

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图 5. 图像获取装置。(a)拍摄装置; (b)拍摄相机的相对位置

Fig. 5. Image acquisition device. (a) Shooting device; (b) relative position of the cameras

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图 6. 镜面反射和漫反射分离实验

Fig. 6. Experiment of specular reflection and diffuse reflection separation

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图 7. 法线融合效果图。(a)漫反射法线图;(b)镜面反射法线图; (c)融合后法线图

Fig. 7. Results of normal map fusion. (a) Diffuse reflection normal map; (b) specular reflection normal map; (c) fusion normal map

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图 8. 不同融合方式的法线图重建效果对比。(a)低精度模型;(b)按照2∶1融合重建;(c) 5×5高通滤波和1∶1融合比例重建;(d) 5×5高通滤波和2∶1融合比例重建;(e) 7×7高通滤波和1∶1融合比例重建;(f) 7×7高通滤波和2∶1的融合比例重建

Fig. 8. Comparison of normal map reconstruction with different fusion modes. (a) Low precision model; (b) reconstruction with 2∶1 fusion ratio; (c) reconstruction with 5×5 high-pass filtering and 1∶1 fusion ratio; (d) reconstruction with 5×5 high-pass filtering and 2∶1 fusion ratio; (e) reconstruction with 7×7 high-pass filtering and 1∶1 fusion ratio; (f) reconstruction with 7×7 high-pass filtering and 2∶1 fusion ratio

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图 9. 多视角图像。(a)多视角图像;(b)多视角法线图

Fig. 9. Multi-view images. (a) Multi-view images; (b) multi-view normal maps

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图 10. 精细三维人脸重建效果

Fig. 10. Results of fine 3D face reconstruction

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图 11. 高精度模型和法线贴图模型的渲染图对比。(a)模型1;(b)模型2;(c)模型3;(d)模型1渲染图;(e)模型2渲染图;(f)模型3渲染图

Fig. 11. Comparison of the render of highprecision model and normal map model. (a) Model1; (b) model2; (c) model3; (d) rendering of model1; (e) rendering of model2; (f) rendering of model3

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表 1简化模型参数

Table1. Parameters of simplified model

ParameterModel1Model2Model3
Poly3000101010272102
Point150660507481075

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黄硕, 胡勇, 巩彩兰, 卜弘毅, 顾耕, 许琦, 王薇. 基于梯度光图像的高精度三维人脸重建算法[J]. 光学学报, 2020, 40(4): 0410001. Shuo Huang, Yong Hu, Cailan Gong, Hongyi Bo, Geng Gu, Qi Xu, Wei Wang. High Precision Three-Dimensional Face Reconstruction Algorithm Based on Gradient Light Image[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(4): 0410001.

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