项目名称: 人脸皮肤软组织跨尺度变形测量与表情形成机理研究

项目编号: No.11472186

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 王世斌

作者单位: 天津大学

项目金额: 110万元

中文摘要: 作为个体身份最具鉴别性的人脸,6种典型的大尺度表情表达(惊讶、厌恶、愤怒、恐惧、悲伤、愉悦等)可以经视觉观察得到定性分析,但是皮肤变形的定量分析和细微的和瞬时的面部变化正成为一个非常重要的研究课题。问题的难点是需要开发人脸皮肤力学性能的原位测量技术和非接触式高分辨率、时序变形分析技术。本项目将开发人脸皮肤原位力学性能测量装置。在心理学专家的协助下测量和研究真人表情的实时变化。将实验测试和有限元方法相结合研究脸部皮肤的力学本构和变形传递机制。开发新的位移函数和算法,通过多相机自适应3D-DIC并行算法,实现对面部变形的区域划分和实时跟踪,实现跨尺度三维变形的精确测量。通过处理变形数据实现面部表情特征的自动识别,进而获得人脸15组主导表情肌肉的宏观(厘米级)和微观(微米级)的结构信息和特征信息(含眼、鼻、嘴等结构形状和大小),为揭示人脸的力学行为和表情形成机理提供技术支持。

中文关键词: 数字图像;变形测量;力学性能;人脸;皮肤

英文摘要: The human face, as the most distinctive character of individual identity, usually has six typical kinds of facial expression, i.e., surprise, disgust, anger, fear, sadness, joy, etc. Large-scale facial expression can be qualitatively analyzed by visual observation. Nevertheless, quantitative analysis of skin deformation, as well as micro-expression are becoming the very important research topics. Difficulty of the problem lies in developing in-situ measurement technique for mechanical properties of facial skin. Moreover, a sequential deformation analysis with non-contact and high resolution is imperative. The mechanical properties of skin are important for a number of applications including surgery, dermatology, impact biomechanics and forensic science. The characterization of skin mechanics has many clinical implications and facial animation by using digital images based on the mechanism theory and muscle model, and has been an active area of research for the past few decades. Biomechanical models have evolved from earlier empirical models to state-of-the-art structural models that provide linkage between tissue microstructure and macroscopic stress-strain response. In this project, we will measure and investigate real-time changes in facial expression with the assistance of psychologists. An in-situ measurement device will be developed to study the mechanical properties of facial skin. The constitutive model and transmission mechanism for stress-strain will be studied by means of experiment and finite element method. Additionally, a new displacement function and algorithm will be exploited. Meanwhile, by using multiple-cameras adaptive 3D-DIC parallel algorithm, we will realize regional division and real-time tracking of facial deformation and accurate measurement for scale-span three-dimensional deformation. Furthermore, automatic identification of facial expression feature will come true by processing the deformation data. And then, we can obtain the structure and feature information (including shape and size of structures of eyes, nose, mouth, etc.) of fifteen groups dominate expression muscle, not only in macro(centimeter)-scale but in micro-scale. The study will provide technical supports for mechanical behavior of human face skin and expression mechanism.

英文关键词: digital image;deformation measurement;mechanical behavior;human face;skin

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