ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Nguyễn Đình Tƣ
TÁI TẠO MÔ HÌNH KHUÔN MẶT
TỪ CÁC ĐIỂM ĐẶC TRƢNG
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ Thông tin
HÀ NỘI - 2010
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Nguyễn Đình Tƣ
TÁI TẠO MÔ HÌNH KHUÔN MẶT
TỪ CÁC ĐIỂM ĐẶC TRƢNG
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ Thông tin
Cán bộ hƣớng dẫn: PGS.TS Bùi Thế Duy
HÀ NỘI - 2010
Tái tạo mô hình khuôn mặt từ các điểm đặc trưng Nguyễn Đình Tư
i
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Bùi Thế Duy, thầy
đã hướng dẫn em tận tình trong suốt năm học vừa qua. Em xin cảm ơn cô giáo Ma Thị
Châu đã trao đổi, thảo luận và giúp đỡ em nhiều trong quá trình làm khóa luận này.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy, cô giáo trong Khoa Công nghệ thông tin
– trường Đại học Công nghệ - ĐHQGHN. Các thầy cô đã dạy bảo, chỉ dẫn em và luôn
tạo điều kiện tốt nhất cho em học tập trong suốt quá trình học đại học, đặc biệt là trong
thời gian làm khóa luận tốt nghiệp.
Tôi xin cảm ơn các anh, chị khóa trên và các bạn K51 trường Đại học Công nghệ
đã chỉ dẫn cũng như cho những ý kiến đóng góp giá trị cho khóa luận này.
Cuối cùng con xin gửi tới Bà, Bố Mẹ, Cậu Mợ, Chú Dì cùng toàn thể Gia đình
lòng biết ơn và tình cảm yêu thương.
Hà Nội, ngày 20/05/2010
Nguyễn Đình Tư
Tái tạo mô hình khuôn mặt từ các điểm đặc trưng Nguyễn Đình Tư
ii
TÓM TẮT
Tái tạo mô hình khuôn mặt là việc khôi phục lại mô hình khuôn mặt từ hộp sọ
của người chết hoặc từ nhiều ảnh hai chiều đầu vào. Tái tạo mô hình khuôn mặt đã và
đang trở thành một vấn đề khoa học máy tính hiện đại. Vấn đề (bài toán) này được áp
dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng thực tiễn. Bài toán được áp dụng và có ý nghĩa lớn
trong việc xác định danh tính của người chết từ hộp sọ của họ trong các vụ án hình sự,
trong công cuộc tìm mộ liệt sĩ hay trong khảo cổ học. Bài toán còn được ứng dụng
trong tương tác người máy nhằm tạo ra những nhân vật ảo có khuôn mặt giống nhân
vật thật đồng thời có khả năng giao tiếp, biểu hiện cảm xúc và thái độ qua gương mặt
giống như con người.
Hiện nay ở Việt Nam, tái tạo mô hình khuôn mặt đang thu hút được sự quan tâm
đặc biệt. Các nhà nghiên cứu và viện pháp y quân đội đang bước đầu xây dựng một hệ
thống tái tạo khuôn mặt từ hộp sọ để ứng dụng vào việc xác định danh tính của các liệt
sĩ vô danh.
Trong khóa luận này, chúng tôi trình bày về một hệ thống tái tạo mô hình khuôn
mặt từ các điểm đặc trưng trên khuôn mặt. Hệ thống sử dụng mô hình đa mạng hàm cơ
sở bán kính, Radial Basis Function (RBF) để biến đổi một mô hình khuôn mặt nguồn
ra mô hình khuôn mặt đích. Mô hình đa mạng RBF được huấn luyện bởi tập các điểm
đặc trưng trên khuôn mặt nguồn và tập các điểm đặc trưng trên khuôn mặt đích tương
ứng. Hệ thống đã được thử nghiệm trên dữ liệu được tạo từ ảnh của những khuôn mặt
thật và cho kết quả có triển vọng. Bên cạnh đó chúng tôi đã xây dựng được một quy
trình tạo cơ sở dữ liệu phục vụ cho việc thẩm định hệ thống và có thể phục vụ cho các
nghiên cứu khác có cùng đối tượng nghiên cứu.
Tái tạo mô hình khuôn mặt từ các điểm đặc trưng Nguyễn Đình Tư
iii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................................................................... I
TÓM TẮT ............................................................................................................................................................. II
MỤC LỤC ........................................................................................................................................................... III
DANH SÁCH HÌNH VẼ ..................................................................................................................................... IV
DANH SÁCH BẢNG ............................................................................................................................................ V
CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU ................................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 2 CÁC PHƢƠNG PHÁP TÁI TẠO KHUÔN MẶT ....................................................................... 3
2.1 Giới thiệu chung về giải phẫu khuôn mặt ...............................................................................3
2.1.1 Xương mặt và hộp sọ ....................................................................................................................... 3
2.1.2 Giải phẫu cơ mặt .............................................................................................................................. 6
2.2 Các phương pháp biểu diễn mô hình khuôn mặt ....................................................................9
2.2.1 Tạo mô hình khuôn mặt với lớp da là lưới đa giác ........................................................................ 10
2.2.2 Tạo mô hình mặt người bằng bề mặt tham số ................................................................................ 13
2.3 Các phương pháp tái tạo khuôn mặt .....................................................................................15
2.3.1 Các phương pháp hai chiều (2D) ................................................................................................... 15
2.3.1.1 Phương pháp lồng sọ vào bức vẽ chân dung ........................................................................ 16
2.3.1.2 Phương pháp lồng sọ vào ảnh .............................................................................................. 16
2.3.2 Các phương pháp ba chiều (3D) .................................................................................................... 20
2.3.2.1 Các phương pháp 3D truyền thống ...................................................................................... 20
2.3.2.2 Các phương pháp 3D sử dụng công nghệ thông tin ............................................................. 25
CHƢƠNG 3 HỆ THỐNG TÁI TẠO MÔ HÌNH KHUÔN MẶT TỪ CÁC ĐIỂM ĐẶC TRƢNG .............. 31
3.1 Mô hình hệ thống ..................................................................................................................31
3.2 Chuẩn hóa dữ liệu .................................................................................................................34
3.2.1 Các phép biến đổi trong không gian ba chiều được sử dụng ......................................................... 34
3.2.2 Sử dụng các phép biến đổi để chuẩn hóa dữ liệu ........................................................................... 40
3.3 Biến đổi khuôn mặt ...............................................................................................................41
3.3.1 Mô hình khuôn mặt nguồn ............................................................................................................. 42
3.3.2 Biến đổi mô hình khuôn mặt ......................................................................................................... 42
3.4 Chỉnh sửa khuôn mặt ............................................................................................................44
3.4.1 Chỉnh sửa theo điểm ...................................................................................................................... 44
3.4.2 Chỉnh sửa theo vùng ...................................................................................................................... 45
3.5 Thiết kế hệ thống ...................................................................................................................49
CHƢƠNG 4 THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ .............................................................................................. 54
4.1 Các bước tiến hành thực nghiệm ..........................................................................................54
4.2 Kết quả và đánh giá ..............................................................................................................55
CHƢƠNG 5 TỔNG KẾT .................................................................................................................................... 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................................................... 63