人脸面部表情的动画算法研究

　　基于人脸卡通动画的设计是具有良好的发展空间和巨大的经济价值。目前人脸表情动画和人脸肖像卡通处理的研究方法很多，但是没有一个简单的、有效的实现人脸卡通动画功能的系统。本课题针对这个问题进行了研究，设计一个人脸表情卡通动画系统。

　　1、人脸卡通动画系统原理

　　人脸卡通动画系统设计包括两大内容，人脸动画和卡通肖像。在人脸动画设计中，考虑到人脸不同表情变化主要是通过眉毛、眼睛和嘴巴等处的不同状态表达人物的情绪特征的，因此通过一个表情驱动单元的数据来驱动这些部位，可以实现不同表情的组合。另外，在人脸变形的设计中，考虑到用幽默的方式表达人物的特征，故采用漫画中的人脸表情夸张处理的描述方法，实现人脸肖像的卡通处理。如图1所示为人脸卡通动画系统设计的内容框图。根据设计内容的思想，给出系统的原理结构图，如图2所示，该系统包括三个主要的处理模块(人脸特征定位模块、人脸表情动画模块和人脸肖像卡通处理模块)与一个表情驱动单元。首先输入摄像机等设备拍摄的人脸图片，然后分别通过人脸特征定位模块，人脸表情动画模块和人脸肖像卡通处理模块，最后输出连续的人脸卡通肖像图片，实现一个人脸卡通动画处理系统。

　　2、人脸卡通动画系统各模块的功能及表情驱动单元

　　2.1人脸特征定位模块

　　输入的人脸图片要经过三个主要模块的处理，首先输入到人脸特征定位模块，利用图像处理常用的方法对图像进行处理，去除复杂的背景信息，然后利用主动形状模型的方法对人脸的特征点进行定位处理。该模块主要作用是找到人脸的关键部位，包括人的眼睛、嘴巴和眉毛,为下面实现人脸的动画提供先验条件，本文在原有的ASM方法[1]的基础上对定位的关键部位：眼睛、眉毛、脸型、嘴巴和鼻子的轮廓加上一个权值限制，来辅助人脸特征的定位，令这些局部人脸结构的马氏距离分别为D1，D2，D3，D4和D5，权值分别为W1，W2，W3，W4和W5。

　　分析：

　　(1)根据经验，眼睛是用来定位的最佳可选特征点，并且眼睛在整个人脸中所占的面积比例比其它的面部结构所占的比例变化要小，故此，眼睛是这五部分中最重要的用于定位的特征。

　　(2)眉毛次之，因为对于灰度图像来说，眉毛的灰度值与周围皮肤的灰度值差别较大。

　　(3)人脸轮廓再次之，因为人脸轮廓与背景之间的灰度差别相对于鼻子和嘴巴来说也相对较大。

　　(4)最后是嘴巴和鼻子的轮廓匹配，由于嘴巴和鼻子之间会有胡子的干扰，会影响特征的匹配，另外鼻子的轮廓比嘴巴的轮廓更加的不清晰。