基于精确主轴分析及ICP的三维人脸配准

合集下载

基于特征点的改进ICP三维点云配准技术

基于特征点的改进ICP三维点云配准技术
Absr c : h e itain o D o n lu st e k y a d d f c l p o lm n3一 s ra e r v re A e i— t a t T e rg sr to f3一 p itco dsi h e n i u t r b e i D u c e es . i f f r gs
结构 光三维 扫描法 是 曲面形体 检测技术 中一个
十分活跃 的分支 , 具 有 无接 触 、 测 速度 快 、 据 它 检 数 量 大等优 势 , 因此 在 工 业 上获 得 了越 来 越 广泛 的运
检测 时 的坐标 系不 同其 坐 标 也不 会 相 同 。因此 , 必
须将 各侧 面检测 到 的数 据进 行 必 要 的坐 标转 换 后 , 合成 为 同一坐标 系 的一 组 数据 , 技 术称 之 为 数据 该
物的特征点 , 分析 了坐标变换矩 阵的求解方法 , 利用最小二乘算法求出初 始变换 矩阵 , 到粗 略配准结果 。然后采 得
用 K—D树来加速搜索最近点 , 用均方距离作为误差度量准则 实现 了改进后 的最近点新的迭代算法 , 一步得到 了 进 很好的精确 配准效果 , 给出了实现这种算法的程序设计思想 。利用鞋楦配准实 验证 明 了此方法 的有 效性和可靠 并
性。
关键词 : 鞋楦配准 ; 特征点 ; x 乘算法 ; . ;最近邻迭代 最d - K D树
中圈分类号 :N 1 .3 T 9 17 文献标识码 : A
Re it a i n o - Po n o d s d o g sr to f3 D i t Cl u s Ba e n I p o e CP t Fe t r i t m r vd I wi h a u e Po n s

基于ICP和CPD的颅骨自动配准算法

基于ICP和CPD的颅骨自动配准算法

基于ICP和CPD的颅骨自动配准算法白茹意;周明全;邓擎琼【摘要】Skull regis~afion is important in computer-aided three-dimensional craniofacial reconstruction. The accuracy of the skull registration will directly affect the validity of the reconstruction. In the paper, an automatic method for 3D skull registration is proposed. It consists of three steps. First, some points on the crest lines and the smooth surfaces of the skulls are defined as landmarks in consideration of the special structure of skulls. Then, ICP algorithm is applied to roughly align the two skulls. Finally, a fine registration based on the CPD algorithm is implemented. Experimental results demonstrate that the algorithm can effectively improve the accuracy of the skull registration and is robust in the presence of the partial skull.%颅骨配准是计算机辅助的三维颅面复原技术的重要研究内容之一.颅骨配准的准确与否会直接影响到将来颅面复原的准确性.为此,提出一种新的3D颅骨自动配准算法.该算法考虑到颅骨模型的特殊结构与实现的简便性,首先自动提取颅骨不光滑区域的脊线(Crest lines)以及光滑区域的顶点作为特征点,然后利用迭代最近点(ICP)算法进行粗配准,在此基础上,再采用CPD(Coherent Point Drift)算法对颅骨进行精确配准.实验结果表明,该算法能有效提高颅骨配准的准确性并对缺损颅骨具有一定的鲁棒性.【期刊名称】《计算机技术与发展》【年(卷),期】2011(021)002【总页数】4页(P120-122,126)【关键词】配准;特征点;Crest lines;CPD【作者】白茹意;周明全;邓擎琼【作者单位】北京师范大学信息科学与技术学院,北京100875;北京师范大学信息科学与技术学院,北京100875;北京师范大学信息科学与技术学院,北京100875【正文语种】中文【中图分类】TP301.60 引言颅面复原是对人类的颅骨进行面部容貌复原的技术。

基于精确主轴分析及ICP的三维人脸配准

基于精确主轴分析及ICP的三维人脸配准

1介绍近年来,基于生物特征的身份鉴别方法正在受到越来越多的关注,其中人脸识别技术与其他生物特征识别技术相比,具有更加直接、友好的优点,应用前景十分广泛。

目前的人脸识别技术大多是基于二维图像的,很容易受光照、姿态、表情等因素的影响。

三维数据从本质上克服了光照、姿态的影响,同时由于三维数据获取技术的日益成熟,研究人员逐渐开始了三维人脸识别的研究[1,8]。

在三维人脸识别中,要达到很高的识别精度,模型的配准(RegistrationorAlignment)是个必不可少的步骤。

ICP算法[2]是目前三维模型配准的主导方法,通过迭代优化转换矩阵,在每次迭代过程中,对待配准模型上的每个点,在标准模型中寻找最相近的点(对应点),利用这组对应点,计算相应的旋转矩阵和平移向量,将其作用在待配准模型上,得到新的模型代入下次迭代过程,最终得到优化的转换矩阵,实现模型的精确配准。

但是ICP算法无法配准姿态相差较大的两个模型,需要对模型的相对姿态有个初始估计,即预配准。

研究人员针对不同的问题提出了很多预配准的方法[3]。

在三维人脸识别领域,现有的预配准方法主要是通过定位对应的特征点(如眼角、鼻尖、嘴角等),来计算初始的转换矩阵[4]。

但是该类方法受模型姿态的限制[5,6],还只能处理正面和绕竖轴旋转的情况,这在一定程度上降低了三维模型姿态不变性的优势,影响了该算法的推广性能;同时特征点的定位受噪声影响较大,而由扫描仪得到的三维模型往往会存在很多毛刺和孔洞及其他噪声,这也会影响该类方法的配准效果。

针对现有的预配准算法的缺陷,本文提出了一种新的基于精确主轴分析的三维人脸预配准方法,利用人脸在其主轴坐标系下均呈相同的正面姿态的特点,通过将标准模型和待配准模型都转换到其主轴坐标系下,来实现三维人脸模型的预配准,然后使用ICP方法进行精确配准。

该方法能够处理正面、平面内旋转、俯仰以及部分绕竖轴旋转的情况,同时能够尽可能地减小数据的不完整及噪声带来的影响。

基于ICP算法的三维数据匹配技术研究

基于ICP算法的三维数据匹配技术研究

基于ICP算法的三维数据匹配技术研究一、前言三维数据匹配技术是计算机视觉领域的重要分支,用于解决三维数据对齐、配准以及拓扑结构匹配等问题。

在实际生产、制造等领域中,三维数据匹配技术发挥着至关重要的作用,例如在计算机辅助设计、仿真分析、生产制造等方面都需要使用三维数据匹配技术。

因此,本文将介绍一种基于ICP算法的三维数据匹配技术。

二、ICP算法ICP(Iterative Closest Point)算法是一种常见的三维数据匹配算法。

其主要思想是将两幅或多幅三维图像进行匹配,找到它们之间的关系,从而实现三维数据的对齐。

ICP算法采取迭代的方式,在匹配降低误差的过程中逐步优化匹配的结果。

ICP算法的基本流程如下:1.首先选取一个参考点集和待匹配点集,通常随机选择一个点作为起始状态。

2.在参考点集中找到与待匹配点集中最近的点,并将它们对应。

3.根据对应的关系,计算出两点集之间的变换关系,用于对待匹配点集进行变换。

4.重复步骤2、3,直到匹配误差达到收敛要求或达到最大迭代次数为止。

三、ICP算法的改进ICP算法虽然在三维数据匹配中有着广泛的应用,但在单次匹配中仍可能存在匹配错误的情况,从而导致匹配结果的不稳定性。

为了解决这一问题,人们对ICP算法进行了改进,提出了多种变体算法。

其中,一种被广泛使用的算法是ICP-SVD算法。

ICP-SVD算法采用奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)来进行奇异值分解计算。

具体方法是:1.构造两个矩阵,分别表示待匹配点集和参考点集。

2.对这两个矩阵分别进行奇异值分解,得到它们的旋转矩阵和平移矩阵。

3.通过得到的旋转矩阵和平移矩阵,进行点集变换。

4.通过对变换后的点集进行误差计算,得到匹配误差,并进行收敛判断。

四、实验结果本文在MATLAB平台上进行ICP算法和ICP-SVD算法的实验,并对比两种算法的实验结果。

本文采用公开数据集KITTI Raw数据集进行实验,该数据集包含11个不同的采集场景,共计87个数据序列。

基于模拟退火算法的三维人脸匹配方法

基于模拟退火算法的三维人脸匹配方法

基于模拟退火算法的三维人脸匹配方法王晓斌;冯鲁桥;杨媛静【摘要】Based on simulated annealing algorithm, this paper uses depth information to register and recognize 3D faces. The simulated annealing algorithm (SA) with global optimization capability is applied to search the global extremes, the appropriate fitness-maximum likelihood estimation sample consensus (MLESAC) and surface interpenetration measure (SIM) are selected to control the registering process for obtaining the recognition results. Based on ‘coarse to fine’, we use th ree steps to register the 3D faces and improve the fine alignment stage. By choosing appropriate regions and classifier, we can better respond to the expression. Simulation results show that simulated annealing algorithm can escape from local optimal solution, and converge to the global optimal solution quickly. Furthermore, MLESAC and SIM would help to effectively control the registering process, thus can improve the recognition accuracy.%基于模拟退火算法,利用深度信息对三维人脸进行匹配和识别。

基于深度数据的人脸旋转角度估计及三维人脸识别的研究

基于深度数据的人脸旋转角度估计及三维人脸识别的研究

插图清单
图 1-1 图 2-1 图 2-2 图 2-3 图 3-1 图 3-2 图 3-3 图 3-4 图 3-5 图 3-6 图 3-7 图 3-8 图 3-9 图 4-1 图 4-2 图 4-3 图 4-4 图 4-5 图 4-6 图 4-6 图 4-7 图 4-8 图 4-9 人脸识别的流程 .............................................. 2 三维人脸识别系统框图 ......................................... 8 结构光发生器 ................................................ 10 双目视觉成像系统 ............................................ 11 三维人脸图像:亮度图像(左)和深度图像(右) ................ 21 深度图像显示结果(左)三维人脸参考系(右) .................. 21 利用曲率特征定位鼻尖点和鞍点 ................................ 23 利用曲率和灰度对人脸鼻尖点,鞍点和左右瞳孔点定位的结果 ...... 24 人脸空间旋转的三个方向 ...................................... 24 人脸对应于 Z 轴的旋转角度 γ .................................. 25 人脸对应于 Y 轴的旋转角度 β .................................. 25 人脸对应于 X 轴的旋转角度 α .................................. 26 对不同人脸、不同姿态的实验结果 .............................. 27 本章方法流程图 .............................................. 30 三维面部所在的空间坐标系 .................................... 32 深度数据绕 Y 轴旋转后效果 .................................... 32 旋转后的曲面拟合(左)和对数据规整化(右) .................. 34 三组模型:原深度图(左)和旋转后的深度图(右) .............. 35 切割后的人脸样本 ............................................ 36 旋转后人脸面部的鼻尖点和鼻鞍点(左)和人脸对称面(右) ...... 37 不同样本的人脸中心侧影线:中心侧影线(左)和鼻尖横切轮廓线(右) 中心侧影线的配准结果 ........................................ 41 鼻尖横切轮廓线的配准结果 .................................... 41

ICP算法在3D点云配准中的应用研究


巩=rain∑Ilo。一(冗Pi+I)俨
来得到最优的平移向量t和旋转矩阵R。将平移向鼍t和旋 转矩阵尺作用到数据点云上,得到新的数据点云带入下次迭
.-——236—-——
代过程。但是ICP算法具有比较明显的缺陷,要求数据点云 上的每一点在模型点云上都要找到对应点,为了寻找对应 点,算法需要遍历模型点云上的每一点,配准速度很慢,且易 于陷入局部最优解。
estimated according to the point and its neighbor points.Curvature is determined in accordance with the characteris—
ties of point set and correlation is adjusted in accOrdance with the direction of the vector,which decrease the search-
ABSTRACT:The registration of 3D point clouds is the key problem in 3D 8ul{ace reverse.A registration method of
3D point clouds based feature points is put forward.Based on the initial registration,the curvature of each point Was
三维点云数据,以均值茗为坐标系的原点,PCA求得的三个 特征向量对应XYZ轴,建立点云的参考坐标系。
由于PCA反映r数据集对方差贡献的最大特征,相似 度大的两片点云,只要把其参考坐标系调整到一致,即可达 到初始配准的目的。由于可能出现坐标轴的两个方向相差 180。的情况,需要建立最小包围盒来测试两片点云是否调整 重合。通过坐标变换可以将数据点云包围盒变换到模型点 云参考坐标系中,使两包围盒的空间位置大体一致。计算包 围盒的重合体积,如果大于某一设定容差,则两片点云大致 重合,如果小于设定容差,则反转数据点云参考坐标系坐标 轴再次测试。通过坐标系调整后,即可达到点云的初始配准 目的,为下一步的精确配准提供较好的初值。

三维点云配准 icp算法原理及推导

三维点云配准 icp算法原理及推导三维点云配准是计算机视觉和机器人技术中的重要问题,其中ICP(IterativeClosestPoint)算法是常用的配准方法之一。

本文将介绍三维点云配准ICP算法的原理及推导过程。

一、ICP算法原理ICP算法是一种迭代优化算法,通过不断迭代,使两个点云之间的对应点越来越接近,最终达到配准的目的。

具体来说,ICP算法通过以下步骤进行配准:1.初始化:选择两个匹配的点对,作为初始的配准结果。

2.计算变换矩阵:根据当前匹配的点对,计算出最优的变换矩阵,该变换矩阵将一个点云中的点变换到另一个点云中对应的点位置。

3.更新点云:将变换矩阵应用于一个点云中未匹配的点,并将其加入到已匹配点的集合中。

4.判断是否收敛:检查是否满足收敛条件,即变换矩阵不再发生显著变化,或者迭代次数达到预设值。

5.重复以上步骤,直到满足终止条件。

二、ICP算法推导ICP算法的推导过程可以分为以下几个步骤:1.定义目标函数:将两个点云之间的误差作为目标函数,该误差包括欧几里得距离、角度误差等。

2.最小化目标函数:通过迭代优化,不断更新变换矩阵,使目标函数最小化,直到满足收敛条件或迭代次数达到预设值。

3.推导变换矩阵:根据最小二乘法原理,推导得到变换矩阵的计算公式,该矩阵将一个点云中的点变换到另一个点云中对应的点位置。

通过以上推导过程,我们可以得到ICP算法的核心思想,即通过迭代优化和最小二乘法原理,使两个点云之间的对应点越来越接近,最终达到配准的目的。

三、结论本文介绍了三维点云配准ICP算法的原理及推导过程。

ICP算法是一种常用的配准方法,通过迭代优化和最小二乘法原理,使两个点云之间的对应点越来越接近,最终达到配准的目的。

在实际应用中,需要根据具体场景和数据特点选择合适的配准方法,以提高配准精度和效率。

三维人脸数据非刚性配准方法研究的开题报告

三维人脸数据非刚性配准方法研究的开题报告
一、选题背景及意义
三维人脸数据配准是计算机视觉领域的一个重要研究领域,它在人
脸识别、三维重建、动画制作等方面应用广泛。

当前,应用最广泛的非
刚性配准算法是Thin Plate Spline(TPS)方法和Radial Basis Function (RBF)方法,它们可以分别用于非结构和结构网格上的配准问题。

但是,这些方法通常需要参考点或边缘定位,并且对计算资源的消耗较大,因
此需要研究更加有效的非刚性配准方法。

二、研究内容
本文拟研究一种新的非刚性配准方法,该方法将基于区域的方法与
基于特征的方法结合起来,能够自动学习人脸上的结构特征,并将其应
用于不同的三维人脸数据配准问题中。

具体来说,该方法将通过以下步
骤实现:
1. 建立3D人脸网格:使用张量重建技术对人脸进行三维重建,从
而获得一个连续的网格表示。

2. 提取结构特征:设计一种结构特征提取方法,以自动学习人脸上
的重要结构特征,并将其用于描述人脸形状和纹理。

3. 进行非刚性配准:利用以上提取的结构特征,在没有任何手工指
导的情况下进行非刚性配准,以实现多个三维人脸的精确匹配。

三、研究意义
本文提出的新型非刚性配准方法,可以使三维人脸数据的配准变得
更加自动化和准确,无需手动标记任何参考点或边缘。

与传统的TPS和RBF方法相比,该方法具有更快的计算速度和更高的配准精度,可以提
高三维建模、面部识别、人脸动画制作等领域的效率和质量。

同时,该
方法的研究可以为其他三维物体的配准问题提供新的思路和方法。

基于特征点和改进ICP的三维点云数据配准算法


o v u datgso e eirt nsedo i a o tm ite nigt f s g C l rh 14 5 b i savnae fh g t i e fh grh nn me i Pa o tm( 9 .8 ) o t r sao p t sl i sh r u i ou n I gi S ifrg a rt n t to i a o tm( 9 1 ) E pr e t eut so a tepooe l rh a s a r t h h ft s l rh 8 . 3S . xei na rsl hw t t h rpsd a o tm hs ee a a h gi m l s h gi
是三维激光扫描数据处理 中点云数据配准的一种经典的数 学方 法 , 了获得更好的配准结果 , I P算法 为 在 C
的基础之上 , 出了结合基 于特征点 的等 பைடு நூலகம்率预配准方法和邻近搜索 IP改进算 法的精细配准 , 提 C 自动进行 点云数据配准的算法 , 经对牙齿点云模 型实验 发现 , 点云数据 量越 大 , 算法 的配 准速度优 势越 明显 , 采用
Z A G X a- a L h n .e , H N i j n , I ogk WA G X a . t P iu WA G Y n ou Z N i z ,L) e- n , n e j N og
( . eo dA tl yE gn eigC l g , i a 10 5 C ia 1 S cn rie n iern ol ex ’ n7 0 2 , hn ; lr e
IP算法 的运行 时间( 9 .8S远大于本算法 的运行 时间 (9 1 ) C 145 ) 8 .3s 。应用实例 表明 : 该算 法具有速 度快 、 精度高 的特点 , 算法效果 良好 。 关键词 :点云 ; 配准 ; 特征点 ; 最近点迭代算法 ; 牙齿点 云模 型
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
三 维 数 据 获 取 技 术 的 日益 成 熟 . 究 人 员 逐 渐 开 始 了 三维 人 脸 研
针 对 现 有 的预 配 准算 法 的缺 陷 , 本文 提 出 了一 种 新 的 基 于 精 确 主轴 分 析 的三 维人 脸 预配 准 方 法 . 用人 脸 在 其 主 轴 坐 标 利 系下 均 呈 相 同 的正 面姿 态 的特 点 , 过将 标 准 模 型 和 待 配 准 模 通 型都 转 换 到 其 主 轴 坐标 系下 .来 实 现 三 维 人 脸 模 型 的预 配准 ,
的 特 点 , 过 将 标 准 模 型 和 待 配 准 模 型 都 转 换 到其 主 轴 坐标 系下 , 实现 三 维 人 脸 模 型 的预 配 准 , 通 来 然后 使 用 I P方 法 进 C 行 精 确 配 准 。 实验 证 明 , 所提 方 法具 有 良好 的姿 态鲁 棒 性 和 噪 声 鲁 棒 性 。
然后 使 用 IP方 法 进 行 精 确 配 准 。该 方 法 能 够 处 理 正 面 、 面 C 平
内旋 转 、 仰 以 及 部 分 绕 竖 轴 旋 转 的 情 况 , 时 能 够 尽 可 能 地 俯 同 减小 数 据 的不 完 整 及 噪 声 带来 的影 响 。 实验 证 明该 方 法 在 姿 态
维普资讯
基于精确主轴分析及 I P的三维人脸配准 C
张广鹏 张艳宁 郭 哲
( 西北 工 业大 学计算机 学院 , 西安 7 0 7 ) 10 2
E— i:g n p @1 3 c m mal z p w u 6 .o

摘 要 论 文提 出 了一种 基 于 精 确 主 轴 分 析 的 三 维 人脸 预 配 准 方 法 。利 用人 脸 在 其 主 轴 坐标 系下 均 呈 相 同的 正 面 姿 态
ZHANG a g p n ZHANG n n n GUo h Gu n - e g Ya - i g Z e
( c olo o p t ce c , otw s r o tc nc lU i ri , ia 0 2 S h o fC m u rS in e N r et n P l eh ia nv sy X ’n 7 0 7 ) e h e y e t 1
鲁棒 性 及 噪 声 鲁 棒 性 方 面 优 于现 有 方 法 。 本文 的安 排 如 下 : 二章 简 要 介 绍 三 维 人 脸 主 轴 坐 标 系和 第
识 别 的研 究 I 。 三维 人 脸 识 别 中 , 达 到 很 高 的识 别 精 度 , l 在 1 要 模
Absr c :A e 3 a e p e r g s a i n me h d b s d o c u ae p n i a x g a ay i s r p s d i h s p p r ta t n w D fc r — e it t t o a e n a c r t r c p l a e n lss p o o e n ti a e . r o i i As l f c s a p a r na i t er p n i a x s o r i a e fa al a e p e r fo t l n h i r cp l a e c o d n t r me.0 h p e r gsr t n c n e c iv d y ta s i 8 t e r - e it i a b a h e e b r n - ao fr n oh h t n a d mo e n h t - e ma c e mo e o t er p n i a a e c o d n t r meI P i s d a o mi g b t t e sa d r d l a d t e o b — t h d d l t h i r cp l x s o r i ae f i a . sue s C t e f e r g s a in meh dE p r n s p o e t a h r p s d me h d i o u t t o e v ra t a d n ie h n e it t t o . x e me t r v h t t e p o o e t o s b s o p s a n n os . i r o i r i
Kewod :3 ae r sa o ,r c a A e nl i, P y r s D fc e t t n P n i l xsA a s I i g ri i p ys C
1 介 绍
近 年 来 . 于生 物特 征 的 身份 鉴 别 方法 正 在 受 到 越来 越多 基 的关 注 ,其 中人 脸 识 别 技 术 与 其 他生 物特 征 识 别 技 术 相 比 , 具 有 更 加 直 接 、 好 的优 点 , 用 前 景 十分 广 泛 。 友 应 目前 的 人脸 识 别 技 术 大 多 是 基 于 二 维 图 像 的 , 容 易 受 光 照 、 态 、 情等 因素 很 姿 表 的影 响 。 三维 数 据 从 本 质 上克 服 了光 照 、 态 的影 响 , 准 主 轴 分 析 IP C
文 章 编 号 10 — 3 12 0 )9 0 6 — 3 文 献 标识 码 A 0 2 83 (0 6 2 - 0 2 0 中 图 分 类号 T 3 1 P 9
3 Fa e Re it a i n Ba e n Ac u a e P i cp l D c g sr t s d o c r t rn i a o Ax s An l ss a d I e a y i n CP
相关文档
最新文档