基于人臉識別的三維骨骼模型構造

摘要：傳統的人臉識別方法，都是基于人臉的二維與非剛性編碼技術，存在著較為明顯的缺陷。因此，提出一種三維人臉骨骼識別框架，主要解決了三維人臉姿態的規范化。實驗表明，可以有效地提高人臉的識別率。
關鍵詞：人臉骨骼識別；測地距離；PCA

0 引言
當前的人臉識別系統，采用了多種不同的構造模型。如主流構造模型有基于器官的方法和基于模板的方法來構造模型，但它們都存在一個共同的特點，就是構造的對象都非剛性，必然受到光照、表情、服飾或其它遮隱物的影響，計算復雜，識別率不高。本文提出了一種采用骨骼模型構造三維人臉模型的方式，構造的對象是剛性物體，克服了人臉形變所帶來的識別率不高的問題。

1 人臉骨骼模型的獲取
現在，國外有許多X光機，可以直接拍攝人臉的三維骨骼，如圖1所示，就是X光機拍攝到的人體骨骼。

為了獲取人臉的三維骨骼模型，將人臉骨骼切割出來。利用三維人臉骨骼所有頂點以及頂點方向分布，將三維人臉骨骼頂點集合設定為最小二乘擬合平面。
在最小二乘擬合平面中，首先定位出原始模型的鼻尖骨點，然后按照測地距離度量，切割原始三維人臉骨骼模型，得到三維人臉骨骼模型，最后估計三維人臉骨骼模型姿態，并將其旋轉至規范的正面姿態。
1．1 定位鼻尖點
為了定位三維人臉模型，必須先確定某點為參考點。對給定的人臉骨骼，利用最小二乘方法擬合一個過人臉骨骼模型所有頂點的平面，如圖2所示。

將人臉骨骼切割為兩部分，在位于最小擬合二乘平面上的那部分點集中尋找距離最小二乘擬合平面最遠的頂點，記為三維人臉模型的鼻尖點。
在定位了三維人臉骨骼模型之后，需要對原始模型做處理，定位出提取識別中起關鍵作用的面部骨骼區域，以便于人臉規范化與后續的比對處理。