怎么画人脸

第38卷第3期

2010年6月

浙江工业大学学报

JOURNALOFZHEJIANGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

Vol.38No.3

Jun.2010

收稿日期:20090216

基金项目:浙江省科技计划项目(2007C21012)

作者简介:冯晓斐(1972),女,浙江温岭人,讲师,研究方向为图形图像处理,Email:haili怎么卖股票 ang@.

基于特征变形的人脸肖像漫画生成

冯晓斐1,潘翔2

(1.浙江工商大学信息学院,浙江杭州310018;2.浙江工业大学软件学院,浙江杭州310032)

摘要:漫画以极度夸张和变形的手法来表现人物,使其人脸特征更为突出.通过分析传统人脸肖像

漫画的作画规律,提出使用基于特征线段和鱼眼放大挤压算法的人脸肖像漫画生成算法.实现交互

拾取肖像人脸的关键特征点、整体的拉伸压缩变形方式以及局部的鱼眼变形方式,使得普通用户也

能生成个性化的人脸肖像漫画,大大减少了手绘的工作量.所生成的漫画风格人脸肖像效果良好,

能够应用于电视动画节目、网络和报刊杂志等非真实感图形学和数字娱乐等领域中.

关键词:人脸肖像;漫画;特征变形;鱼眼变形

中图兰蔻护肤品怎么样 分类号:TP391文献标识码:A文章编号:10064303(2010)03027804

Generatingalgorithmofportraitcartoonbadonfeaturedeformation

FENGXiaofei1,PANXiang2

(eofInformationEngineering,ZhejiangGongshangUniversity,Hangzhou310018,China;

eofSoftware,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou310032,China)

Abstract:Theportraitcartoonisudtoexpressapersonalityusingexaggeratedanddeformable

method,atingalgorithmofportrait

cartoonbadoneigenvectorandfisheyealgorithmisprentedbyanalyzingthesketchinglaw.

Itcanberealizedthroughobtainingkeyfeaturepointsinteractively,stretchingorcompressing

thewholeportrait,andusingfisheralursalsocan

generatepersonalizedportraitcartoonusingthismethod,whichcanreducethehanddrawingworkload.

nbeappliedinnonphotorealistic

computergraphicsandentertainment,suchasvideo,network,newspapersandmagazines.

Keywords:portrait;cartoon;featuredeformation;fisheyedeformation

目前,在电视媒体,网络和杂志报刊上经常会看

到某主持人或明星的肖像漫画,它完全捕捉到人物

的真实特点.夸张的人物肖像漫画丰富了人们的审

美情趣,它在个性化娱乐、多媒体、电信增值服务以

及互联网中有着广泛的应用.传统的肖像漫画通过

轮廓、线条来描绘人物的脸部,是一种独特的艺术表

现手法,只有受过专业训练的画家才具有这样的技

巧.近年来许多新技术的出现,使画家可以借助计算

机绘画,其中包括笔划的绘制技术、色调控制[13]和

各种数字化输入设备.然而,这些系统都是为有经验

的画家提供制作的工具,虽然这些系统中使用很多

模板来简化图像的编辑,但未经训练的使用者仍然

很难使用它们来生成具有个人特征的人脸肖像漫画.

为解决这个问题,提出了基于特征线段对的图

像变形方法和鱼眼变形方法,实现了易于操作、个性

化的人脸肖像漫画产生系统,使普通用户也能通过

简单的操作,生成个性化的人脸肖像漫画,这大大减

少了手绘的工作量.

1基于特征线段的图像变形技术

两幅图像的变形技术首先建立两图像间特征

点的对应关系,图像的特征可以是网格、直线、曲

线或点.基于特征线段的图像变形技术是由Beier

和Neely[4]提出的变形算法,它是利用源图像和目

标介绍自己的作文300字 图像中有代表性的线段对来定义两幅图像间的

特征坐标映射,其他的点通过到线段的距离来确定

对应关系.通常用反向映射来估计图像变形,依次扫

描目标图像的每一个像素,在源图像中找出对应像

素,这样目标图像的每一个像素都会有适当的填充.

对于复杂图像,则采用多线段对的特征标注方法,利

用每个像素点到特征线段的距离和线段的长度设置

权重,性别的英文 根据所有线段对的映射关系对像素点位移做

加权平均,从而确定原像素点的位移.

当图像变形需要多对特征线段时,每对特征线

段所映射的对应位置会不尽相同,其映射结果示意

如图1所示.其中,u为X点在线段上的映射占线段

长的比例,v为X到线段的垂直距离.目标图像中的

X经过P1Q1-P1Q1特征线段对得到X1,而X经

过P2Q2-P2Q2特征线段对得到X2,每组都会找

到不同的对应位置Xi,因此,需要为每组结果给予

权重(w),依据权重来最终决定目标图像中的X在

源图像中所对应的位置X.权重计算公式为

w[i]=

l[i]p

a+d[i]

b

其中:l[i]为当前线段的长度;d[i]为X到当前线段

的距离;a,b,p分别为控制扭曲的参数.

图1多特征线段对映射示意图

Fig.1Mappingsketchmapformultipleeigenvector

对目标图像中的每个点,具体的多特征线段对

变形步骤如下:

(1)初始化D=(0,0),W=0.

(2)对每一对特征线段:根据PiQi及点X,计算

参数值u,v,使用所得的参数值u,v以及PiQi计算

相对应的源图像点X.计算位移Di=Xi-Xi,计

算到当前线段PiQi的距离d.d的计算方法如下:若

u<0,d=X到Pi的距离;若u>1,d=X到Qi的

距离;若0

(lP/(a+d))b,计算D+=Diw,W+=w.

(3)设定目标图像点X为点X的像素值,X=

X+D/W.

2鱼眼放大挤压算法

局部特征(五官的整体分布、眼睛、鼻子、嘴巴)

的变形是使用鱼眼放大或挤压的方式.根据对漫画

家作品的观察,鱼眼放大的效果比以往采用线性放

大的效果更加理想.鱼眼放大和挤压算法是对特定

区域的点进行几何变形,设鱼眼放大的变形函数为

R=slog(1+WR),鱼眼挤压算法的变形函数

为R=(eR/s-1)/W.

首先预设矩形区域,变形区域为矩形区域内的

最大圆形区域,把点坐标由笛卡尔坐标系转换到极

坐标系.设R为最大圆的半径,W为曲率,鱼眼放大

算法的步骤如下:

(1)计算鱼眼极坐标的最大圆半径:R=min(w,

h)/2,其中w和h分别为预设矩形的宽和高.

(2)获得用户设定的曲率.

(3)计算变形系数:s=R/log(WR+1).变形

系数是根据最大半径和曲率来获得的.

(4)对每一个点,将当前点由笛卡尔坐标点转

换为极坐标点,设r为当前点极坐标的半径;当r<

R时,即极坐标点在圆内,则r=slog(1+wr),

即将极坐标点转换为笛卡尔坐标点.当极坐标点在

圆以外的点不需要变化.

3确立基本的变形方式

通过研究漫画家夸张的作画风格,分析肖像漫

画的夸张规律,即漫画家夸张的仅仅是人脸的少数

显著特征,以防止过多的变形导致失去其原貌和神

韵[56].漫画家对面部的变形夸张主要分为2个方

面:整体效果的变形(如脸型、三庭等)和局部特征的

变形(如眼睛、鼻子、嘴巴).根据脸部关键特征点进

行变形,会有较好的夸张漫画的效果,因此可依据用

户需要辅助用户进行脸部显著特征的判断,并给出

一些变形建议.变形的判断依据是特定人脸肖像与

标准人脸肖像相应的特征比例的差异值.

279第3期冯晓斐,等:基于特征变形的人脸肖像漫画生成

3.1交互拾取关键特征点

为实现辅助用户进行脸部显著特征的判断,首先

需要用户交互标定12个关键特征点,如图2所示.

1发际线中点;2眉心中点;3鼻端中点;4下巴中点;5,6右

眼外部和内部眼角点;7,8眼睛高度的左右脸边缘;9,10鼻

翼左右端点;11,12嘴的左右角点

图2标识12个关键特征点

Fig.2Thetwelvekeyfeaturepoints

交互拾取关键特征点(也可以由方向积分投影、

边缘检测、角点提取等方法相结合自动生成),计算

特征负心男人 数值和特征比例,步骤如下:

(1)选择发际线中点、眉心中点、鼻端中点和下巴

中点,定位三庭的大体位置,计算三庭的长度和脸长.

(2)选择左眼外部眼角点、左眼内部眼角点、右

眼内部眼角点、右眼外部眼角点、两眼中心点连线与

脸部轮廓左边和右边的交点,计算出眼宽和脸宽.

(怎么种辣椒 3)选择鼻翼最宽处左边和右边的端点、左嘴

角点和右嘴角点、计算出鼻宽和嘴宽.

(4)将计算出的特征比例值与标准人脸的相应

比例进行比较,如表1所示,判断出五官中一个或两

个显著特征,从而对其进行夸张变形.

表1标准人脸特征比例

Table1Thefeatureproportionofstandardface

脸长脸宽长庭中庭下庭人中下庭眼宽鼻宽嘴宽

5411123111.5

3.2确立整体的拉伸压缩变形方式

依据用户标定的特征点计算人脸长宽比,可以

确立整体的拉伸压缩变形方式,对人脸肖像进行整

体效果的变形(如脸型、三庭等),具体方法如下所

描述:

(1)根据计算出的人脸长宽比,判断脸型为长

脸、宽脸或是标准脸型.

(2)脸部的长宽比在标准家庭关系证明 脸型正常差异范围内

时:面部长、宽不变,三庭根据长度比例夸张,即使用

三庭的特征线段对进行变形.

(3)脸型为宽脸时,对脸部整体使用单一特征

线段对进行压扁,即纵向缩小.

(4)脸型为长脸时,三庭符合标准比例时,对脸

部进行纵向长方形均匀拉伸;上庭较长时:对脸部进

行纵向上底长梯形拉伸;下庭较长时:对脸部进行纵

向下底长梯形拉伸;中庭较长时:对脸部进行申字

形拉伸.

3.3确立局部的鱼眼变形方式

依据用户标定的特征点计算人脸五官的比例

值,可以确立局部鱼眼变形,对人脸肖像进行局部特

征的变形(如眼睛、鼻子、嘴巴),具体确立局部的鱼

眼变形方式的方法如下所描述:

(1)分析五官整体效果(中庭长度+人中长度)

脸长=710(中国美学的标准人脸比例),超过比

例的正常差异范围时,则需要对五官进行鱼眼放大

或挤压变形.

(2)将计算出的五官比例值与标准比例(眼宽

鼻宽嘴宽=111.5)进行比较,判断出显著

特征,这里仅需要对显著特征进行夸张.

计算特征数值和特征比例时,由于手工标记特

征点并不十分准确,所以相应的特征值和比例值也

不能精确地反映面部特征.因此需要设置一个置信

水平(),计算置信区间并划定置信上下限,从而可

以得到特征数值和特征比例数值的取值范围,作为

标准人脸各项比例的正常差异范围.

4人脸肖像漫画的实现

实现肖像漫画的流程如图3所示.经过该系统

处理的人脸肖像漫画效果如图46所示,其中左图

为原图像,右图为变形后的图像.

图3人脸肖像漫画系统流程图

Fig.3Theflowchartofportraitcartoonsystem

280浙江工业大学学报第38卷

5结论

通过分析人脸肖像漫画的作画规律,提出并实

现了使用基于特征线段对的图像变形的人脸肖像生

成算法,所生成的漫画风格人脸肖像效果良好,能够

应用于电视动画节目、网络和报刊杂志等非真实感

图形学和数字娱乐等领域中.存在的问题是目前的

肖像漫画生成系统是通过与用户的交互来实现的,

为减少人工干预,可以使用人脸识别的相应研究成

果来自动生成关键特征点,以代替用户的交互.

参考文献:

[1]HSUSC,LEEI,alstrokes[C]//

Proceedingsofthe6thAnnualACMSymposiumonUrInterface

:MITPress,1993:197206.

[2]lfacialengraving[C]//Pro

k:ACMPress,

1999:417424.

[3]lingstrokesandhighlevelattributesfor

interactivetraditionaldrawing[C]//ProceedingsoftheEuro

d:EurographicsPress,

2001:7182.

[4]BEIERT,ebadimagemetamorphosis[C]//

e:ACMPress,1992:

3542.

[5]龚雯,陈丽华,沈建国.基于几何特征的人脸正面图像特征提

取[J].现代计算机:专业版,2005,21(9):1623.

[6]周仁琴,周经野,陈益强,等.基于特征发现的卡通人脸肖像生

成[J].计算机辅助设计与图形学学报,2006,18(9):13621366.

(责任编辑:刘岩)

281第3期冯晓斐,等:基于特征变形的人脸肖像漫画生成