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第1章 绪论1

1.1人脸工程学1

1.1.1人脸工程学的研究内容1

1.1.2人脸工程学研究的意义与应用2

1.1.3人脸工程学研究在实用化过程中的挑战5

1.2人脸工程学研究历程7

1.2.1人脸识别7

1.2.2表情识别8

1.2.3人脸合成10

1.2.4相关学术资源12

1.3人脸工程学的未来研究方向15

1.4本书的内容16

思考题16

参考文献16

第2章 人脸工程学研究的学科基础19

2.1人类学对人脸的研究19

2.1.1达尔文之前的研究19

2.1.2达尔文对表情的研究20

2.2文学艺术中对人脸的研究22

2.2.1人脸的美学研究22

2.2.2人脸表情在戏曲和舞台剧中的表现26

2.2.3人脸在各种美术画法中的表现29

2.3动画中人脸的表现30

2.3.1人脸动画的应用30

2.3.2卡通动画中人脸的表现形式及常用软件31

2.3.3二维动画中人脸的表现31

2.4情绪心理学关于表情的研究33

2.5认知心理学关于人脸的研究35

2.6脑科学关于人脸的研究39

2.6.1人脸识别的ERP研究39

2.6.2表情识别的ERP研究42

思考题44

参考文献44

第3章 面部运动的测量技术46

3.1概述46

3.2面部动作编码系统47

3.2.1概述47

3.2.2FACS的特点与应用51

3.2.3FACS的扩展与改进52

3.3最大限度辨别面部肌肉运动编码系统53

3.3.1伊扎德与MAX53

3.3.2MAX的主要内容54

3.3.3MAX与FACS的比较55

3.4其他面部表情测量系统56

3.4.1表情识别整体判断系统56

3.4.2自我评估情绪编码系统56

3.4.3面部表情分析工具56

思考题56

参考文献57

第4章 图像处理技术58

4.1图像处理的基本概念58

4.1.1数字图像的概念58

4.1.2数字图像处理的概念58

4.2图像处理的基本操作59

4.2.1图像的平移、旋转、放缩、镜像变换、转置59

4.2.2图像的平滑、锐化63

4.2.3图像的腐蚀、膨胀和细化68

4.2.4图像的恢复与重建72

4.3图像处理的高级操作73

4.3.1图像的边缘检测73

4.3.2图像的Hough变换77

4.3.3轮廓的提取与跟踪78

思考题80

参考文献80

第5章 人脸检测跟踪技术81

5.1人脸检测81

5.1.1人脸检测方法的分类81

5.1.2基于肤色的人脸检测81

5.1.3基于形状的人脸检测85

5.1.4基于特征的人脸检测87

5.2人脸跟踪90

5.2.1帧差法90

5.2.2基于运动目标预测的人脸跟踪91

5.2.3基于模型的人脸跟踪91

5.2.4基于人脸局部特征的人脸跟踪94

思考题95

参考文献95

第6章 面部特征提取的算法97

6.1概述97

6.2几何特征的提取98

6.3统计特征的提取100

6.3.1主成分分析算法100

6.3.2二维主成分分析算法103

6.3.3线性判别分析算法104

6.3.4独立成分分析算法105

6.4频率域特征的提取106

6.4.1小波技术106

6.4.2Gabor小波107

6.4.3离散余弦变换107

6.5运动特征的提取108

6.6代数特征的提取110

思考题111

参考文献111

第7章 面部特征的模式识别算法114

7.1线性判别分析114

7.1.1线性判别函数的基本概念114

7.1.2Fisher线性判别115

7.1.3小结118

7.2支持向量机119

7.2.1支持向量机基本原理120

7.2.2SVM分类器的设计124

7.2.3小结124

7.3贝叶斯网络126

7.3.1概述126

7.3.2贝叶斯网络概率基础127

7.3.3贝叶斯网络的构建127

7.3.4贝叶斯网络推理算法131

7.3.5贝叶斯网络分类器133

7.3.6小结137

7.4隐马尔可夫模型及其基本问题137

7.4.1概述137

7.4.2马尔可夫链模型138

7.4.3隐马尔可夫模型140

7.4.4隐马尔可夫模型的三个基本问题142

7.4.5隐马尔可夫算法实现中的基本问题148

7.4.6小结151

7.5人工神经网络151

7.5.1概述152

7.5.2人工神经网络集成159

7.5.3小结162

7.6模糊模式识别163

7.6.1概述163

7.6.2模糊数学基本理论163

7.6.3模糊模式识别166

7.6.4小结168

思考题169

参考文献169

第8章 人脸合成的方法与技术172

8.1概述172

8.2人脸合成技术的分类173

8.3人脸几何建模176

8.3.1人脸模型的表达形式176

8.3.2一般人脸模型177

8.3.3特定人脸模型180

8.4纹理映射182

8.5人脸动画184

8.5.1人脸动画技术184

8.5.2人脸动画驱动技术188

8.6MPEG-4人脸动画原理189

8.6.1FDP、FAP与FAPU的定义189

8.6.2FAP驱动人脸动画的基本原理190

思考题192

参考文献193

第9章 人脸识别系统195

9.1概述195

9.2人脸识别关键问题的研究196

9.3人脸识别流程198

9.4人脸识别系统的设计与实现199

9.4.1人脸识别系统的总体设计200

9.4.2人脸识别系统的算法设计201

9.4.3人脸识别系统的实现206

思考题211

参考文献212

第10章 面部表情识别系统214

10.1概述214

10.2基于静态图像的面部表情识别系统217

10.2.1系统的总体设计217

10.2.2系统的算法设计218

10.2.3系统的实现223

10.3基于主动表观模型的实时面部表情识别系统224

10.3.1系统设计224

10.3.2基于肤色模型的人脸检测225

10.3.3人脸图像预处理225

10.3.4特征点定位及特征提取226

10.3.5表情识别229

10.4基于动态图像序列的面部表情识别230

10.4.1光流的基本计算方法231

10.4.2基于Hessian矩阵的改进光流算法234

10.4.3散度-旋度样条约束下的非刚体光流算法238

10.4.4基于改进MMI的HMM算法的面部表情识别243

10.4.5基于改进MMD的HMM算法的面部表情识别256

思考题267

参考文献267

第11章 人脸合成实例270

11.1基于视频的人脸表情合成270

11.1.1Candide模型270

11.1.2标准人脸模型到特定人脸模型的变换272

11.1.3纹理贴图274

11.1.4面部表情的运动计算及表情合成275

11.1.5实时表情信息获取与表情重构的实现277

11.1.6小结282

11.2三维虚拟人脸模型282

11.2.1三维人脸模型的建立282

11.2.2特征点的选取284

11.2.3纹理映射285

11.2.4特定虚拟人脸模型的实现287

11.2.5小结288

11.3虚拟人脸的年龄仿真288

11.3.1年龄老化特征的相关研究288

11.3.2Dirichlet自由变形算法289

11.3.3Dirichlet自由变形算法在三维空间中的应用294

11.3.4应用Dirichlet自由变形算法生成特定人脸模型295

11.3.5虚拟人脸部年龄仿真的实现297

思考题299

参考文献299

附录缩略语301