人臉圖像合成技術(shù)研究及數(shù)字水印技術(shù).pdf

1、長期以來，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺這三個學(xué)科領(lǐng)域中，人臉的計(jì)算機(jī)模擬合成一直是個研究的熱點(diǎn).人臉表面的復(fù)雜性和人臉表情的豐富性使得自然、逼真地合成特定人的人臉圖像并賦予一定表情和特定年齡的研究成為這些領(lǐng)域的一個極具挑戰(zhàn)性的課題.計(jì)算機(jī)合成自然、逼真的人臉圖像在影視娛樂、虛擬現(xiàn)實(shí)、視頻會議、可視電話、公安刑偵、人臉識別、人機(jī)接口、面部外科手術(shù)等許多領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用. 隨著數(shù)字技術(shù)和Internet的發(fā)展與普及，數(shù)字

2、化產(chǎn)品越來越豐富；同時，數(shù)字信息的復(fù)制也變得越來越簡單，使得多媒體信息被非法拷貝與篡改的問題變得越來越突出，數(shù)字化產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)成為一個迫切需要解決的問題.數(shù)字水印技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)版權(quán)保護(hù)的一個有效辦法，成為了多媒體信息安全領(lǐng)域研究的熱點(diǎn). 本文就人臉圖像合成技術(shù)和數(shù)字水印技術(shù)進(jìn)行研究，核心內(nèi)容主要分為四個方面：圖像變形、表情合成、老化模擬和數(shù)字水印.在對每個技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，本文在這四個方面提出了一些新的見解和改進(jìn).

3、 一、圖像變形方面.圖像變形方法是人臉圖像合成方面最為基本的處理方法和工具.針對當(dāng)前最為常用的基于高斯徑向基函數(shù)算法存在的不自然異常變形現(xiàn)象，提出了兩種不同的改進(jìn)方案，有效的解決了這一問題. 提出了“非對稱徑向基函數(shù)”的概念，并以高斯函數(shù)為例，給出了其非對稱時的表達(dá)式.基于非對稱徑向基函數(shù)，提出了穩(wěn)定圖像邊界的圖像變形算法.該算法簡單、有效，克服了基于對稱徑向基函數(shù)算法中由于對稱徑向基函數(shù)的全局性導(dǎo)致的圖像邊界變形過大的不

4、合理變形現(xiàn)象，得到的變形圖像既有基于對稱徑向基函數(shù)方法所得的變形圖像的光滑性，又有良好的局部變形效果，更為重要的是穩(wěn)定了變形圖像的邊界. 提出了局部約束的圖像變形算法.該算法在作局部圖像變形時非常有效，能避免由于高斯函數(shù)對變形效果的影響具有較強(qiáng)的全局性所產(chǎn)生的奇異現(xiàn)象.該算法同樣比較簡單，無需人工交互的設(shè)置控制半徑，可以自動解決特征區(qū)域之外的形變問題. 二、表情合成方面.研究了如何對特定人的中性表情人臉，參照多個不同人的

5、中性表情圖像和表情圖像，進(jìn)行圖像變換處理，合成出自然、逼真的表情圖像. 提出了基于圖像變形的人臉表情合成方法.該方法思想簡單，步驟簡便，容易實(shí)現(xiàn).同時提出的自動與臉型外觀相匹配的相對偏移量和可以加強(qiáng)表情表現(xiàn)的“表情細(xì)節(jié)模板”概念和方法，為實(shí)現(xiàn)合成的表情圖像具有更為強(qiáng)烈和逼真的表情奠定了基礎(chǔ).利用該方法得到的人臉表情自然逼真，更為重要的是，可以通過調(diào)節(jié)權(quán)向量的取值來控制以取得不同模式的表情，豐富了表情表現(xiàn)的內(nèi)涵.若有足夠多的不同模

6、式的表情圖像，那么就可以合成出更為全面和豐富的人臉表情圖像. 提出了基于形變模型的人臉表情合成方法.該方法利用人臉圖像形變模型線性組合逼近的基本思想，確定合成表情圖像的形狀信息和紋理信息.該方法步驟十分簡便，容易實(shí)現(xiàn).利用該方法得到的人臉表情自然、逼真，更為重要的是，合成的人臉表情圖像具有了張開嘴露出牙齒的效果. 三、老化模擬方面.研究如何對特定青年人的臉部圖像，參照多個不同老年人的臉部圖像，進(jìn)行圖像變換處理，模擬出自然

7、、逼真的其老年時期的臉部圖像. 提出了兩種基于形變模型的人臉老化模擬方法.這兩種方法思想簡單，步驟簡便，容易實(shí)現(xiàn).兩種方法均能有效的模擬出青年人臉的老化結(jié)果，并且由于使用了多個老年人臉圖像作為參照源，這樣使得所模擬出的人臉老化圖像吸收融合了多種老化模式，得到了更加符合客觀、自然的人臉老化模擬結(jié)果，克服了當(dāng)前人臉老化模擬方法的一些不足.另外，作為參照源的多個老年人臉圖像，其姿態(tài)和光照條件等無需與待老化模擬的青年人臉圖像相同.

8、 四、數(shù)字水印方面.發(fā)展出了全新思路下的數(shù)字水印技術(shù). 提出了基于奇異值分解的雙層嵌入水印算法.該算法可以將水印信息嵌入在兩個不同的層內(nèi).算法具有很好的水印透明性和對常見攻擊的穩(wěn)健性.重要的是，當(dāng)一層水印被完全消除或被替換為另外的水印時，另一層水印仍能較好的被提取出來，更好的發(fā)揮了數(shù)字水印的作用. 提出了基于矩陣范數(shù)的數(shù)字水印算法.在分析和討論了基于奇異值分解的水印算法的本質(zhì)后提出了該算法.該算法基于圖像子塊的矩陣范數(shù)