第4卷第6期 智能系统学报 Vol.4 No.6 2009年12月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Dec.2009 doi:10.3969/i.i8sn.1673-4785.2009.06.008 双目立体视觉的三维人脸重建方法 贾贝贝，阮秋琦 (北京交通大学计算机与信息技术学院，北京100044) 摘要：创建逼真的三维人脸模型始终是一个极具挑战性的课题.随着三维人脸模型在虚拟现实、视频监控、三维动 画、人脸识别等领域的广泛应用，三维人脸重建成为计算机图像学和计算机视觉领域的一个研究热点.针对这一问 题，提出一种基于双目立体视觉的三维人脸重建方法，重建过程中无需三维激光扫描仪和通用人脸模型.首先利用 标定的2台摄像机获取人脸正面图像对，通过图像校正使图像对的极线对齐并且补偿摄像机镜头的畸变；在立体匹 配方面，选择具有准确可靠视差的人脸边缘特征点作为种子像素，以种子像素的视差作为区域生长的视差，在外极 线约束、单调性约束以及对应匹配的边缘特征点的约束下，进行水平扫描线上的区域生长，从而得到整个人脸区域 的视差图，提高了对应点匹配的速度和准确度；最后，根据摄像机标定结果和立体匹配生成的视差图计算人脸空间 散乱点的三维坐标，对人脸的三维点云进行三角剖分、网格细分和光顺处理.实验结果表明，该方法能够生成光滑、 逼真的三维人脸模型，证明了该算法的有效性. 关键词：三维人脸模型；双目立体视觉；摄像机标定；极线几何；立体匹配；区域生长；三角剖分 中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：16734785(2009)06051308 3D face reconstruction using binocular stereo vision JIA Bei-bei,RUAN Qiu-qi (School of Computer Science and Information Technology,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China) Abstract:Generation of lifelike 3D human faces is a challenging task.Recent increases in the use of 3D face mod- els in virtual reality,video surveillance,3D animation,and face recognition have led to 3D face reconstruction be- coming a research hotspot.The authors proposed a 3D face reconstruction method based on binocular stereo vision theory.After capturing the front view of a face with two calibrated cameras,the captured pair of stereo images were rectified to align their epipolar lines and compensate for image distortions.To obtain maps with accurate matching and dense disparity,a stereo matching algorithm based on region growing was developed.An edge feature point with reliable disparity was selected as a seed point.Then region growing was performed along horizontal scan-lines under multi-constraints.With camera calibration and disparity mapping,3D coordinates of corresponding points were calculated.Then the face model was reconstructed with a series of methods,such as Delaunay triangulation, mesh subdivision and smoothing.Experimental results showed that the method can generate a smooth and lifelike 3D face model. Keywords:3D face model;binocular stereo vision;camera calibration;epipolar geometry;stereo matching;region growing;delaunay triangulation 由于人脸信息在人类日常生活和生产实践中起 有重大意义的研究课题.自20世纪70年代Parke 着十分重要的作用，而人脸重建提供了表达和处理 建立第一个脸部模型山开始，许多研究人员致力于 人脸信息的有效手段，因此三维人脸重建是一项具 三维人脸建模的研究.近年来，随着三维人脸模型在 虚拟现实、三维动画、视频监控、人脸识别等领域的 收稿日期：200904-15. 广泛应用，三维人脸重建已经成为计算机图像和计 基金项目：国家自然科学基金资助项目(60672062)：高等学校博士学 科点专项科研基金资助项目(200800040008). 算机视觉领域的一个研究热点.然而，由于人脸具有 通信作者：贾贝贝.E-mail:jiabeibei0129@163.com. 复杂的几何形状和表面材质，同时头发的模拟、逼真