(19)国家知识产权局
(12)发明专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202110306178.9
(22)申请日 2021.03.23
(65)同一申请的已公布的文献号
申请公布号 CN 113012271 A
(43)申请公布日 2021.06.22
(73)专利权人 华南理工大学
地址 510640 广东省广州市天河区五山路
381号
(72)发明人 王林丰 杨伟力 康文雄 邓飞其
(74)专利代理机构 广州市华学知识产权代理有
限公司 44245
专利代理师 霍健兰
(51)Int.Cl.
G06T 15/04(2011.01)
G06T 17/20(2006.01)
(56)对比文件CN 105550992 A ,2016.05.04审查员 陈英 (54)发明名称
(57)摘要
本发明提供了一种基于UV贴图的手指三维
模型纹理映射方法，包括如下步骤：从手指三维
网格模型中，获取组成手指轮廓的所有顶点的坐
标集合和三角面片集合；选取其中任意三个摄像
所在的空间平面方程；
从三维到二维映射模型的三角面片纹理并做插值和平均灰度值处理；再将
得到的二维纹理信息以UV贴图的方式写回到无
纹理的手指模型中，得到带有纹理信息的手指三
维网格模型。该方法重建出的手指三维网格模型
基本保留了完整的指部纹理，贴合实际的人体手
指，能够较少丢失手指特征信息，可有效解决因
手指姿态和位置而造成手指识别的影响，对于指
部识别精度的提高有着很大的作用。权利要求书3页 说明书7页 附图3页CN 113012271 B 2022.05.24
C N 113012271
B
1.一种基于UV贴图的手指三维模型纹理映射方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1步，从手指三维网格模型中，获取组成手指轮廓的所有顶点的坐标集合{V i ＝(x i ,y i ,z i |i∈[1,n])}，其中(x i ,y i ,z i )为顶点V i 在三维世界坐标系下的坐标，n为顶点的数量；求解出所有顶点的中心点O(x ,y ,z)；
S2步，从手指三维网格模型中获取所有三角面片，并获取各个三角面片分别对应的三个顶点V i ，以获取组成手指轮廓的所有三角面片集合f；
S3步，利用摄像机坐标系和世界坐标系的转换关系，求出各个摄像机A j 在世界坐标系下的坐标，其中j＝1,2,…,m，m为摄像机数量，m＞3；
S4步，选取其中任意三个摄像机的坐标系原点组建出空间平面ɑ，求出所有摄像机所在的空间平面方程；
S5步，根据S1步得到的所有顶点的坐标集合{V i ＝(x i ,y i ,z i |i∈[1,n])}，分别判断每个顶点V i 的拍摄摄像机；
S6步，根据S2步得到的三角面片集合f ，以及S5步得到的每个顶点V i 的拍摄摄像机，分别判断每个三角面片的拍摄摄像机；
S7步，根据S6步得到的三角面片以及拍摄摄像机数据，求解每个三角面片的三个顶点在对应拍摄摄像机所拍摄图片中的像素坐标，从而将顶点三维世界坐标(X w ,Y w ,Z w )映射到图像坐标系下的二维像素坐标(u ,v)，得到每个三角面片在对应拍摄摄像机所拍摄图片上对应的三角区域，从而得到UV Map图片，以及三角面片的顶点坐标与UV Map图片上的uv坐标的对应关系；
S8步，按照S7步得到UV Map图片，选取一个基准灰度值，将UV Map图片进行灰度平均值统一，使得UV Map图片中属于不同摄像机的纹理信息具有相同的灰度平均值；
S9步，将S8步得到的UV Map图片用插值算法重置成像素大小为w ′×h ′的目的UV Map图像；
S10步，根据S7步得到的三角面片顶点坐标与UV Map图片上uv坐标的对应关系，将uv坐标写入到无纹
理的手指三维网格模型中；根据S9步得到的目的UV Map图像，得到三角面片顶点在UV Map图片上的纹理值，从而得到带有纹理信息的手指三维网格模型，完成纹理映射；
所述S5步中，判断每一个顶点的拍摄摄像机是指：包括如下步骤：
S51步，将顶点V i 投影到空间平面ɑ得到V i ′，将S1步所述的中心点O(x ,y ,z)投影到空间平面ɑ得到O '；将各个摄像机A j 分别投影到空间平面ɑ得到A j ′；
S52步，依次计算向量与向量之间的夹角；
S53步，将S52步得到的与向量夹角最小向量所对应的摄像机判定为该顶点V i 的拍摄摄像机；
所述S6步中，判断每个三角面片的拍摄摄像机是指：三角面片的三个顶点中有两个或两个以上来源于同一摄像机，则将该摄像机判定为该三角面片的拍摄摄像机。
2.根据权利要求1所述的基于UV贴图的手指三维模型纹理映射方法，其特征在于：所述S1步中，中心点O(x ,y ,z)坐标的求解方法为：
3.根据权利要求1所述的基于UV贴图的手指三维模型纹理映射方法，其特征在于：所述S3步中，摄像机坐标系和世界坐标系的转换关系为：
其中，(X c ,Y c ,Z c )为选取任一点在摄像机坐标系下的坐标，R为3x3正交单位矩阵，t为三维平移向量，(X w ,Y w ,Z w )为选取点在世界坐标系下的坐标。
4.根据权利要求1所述的基于UV贴图的手指三维模型纹理映射方法，其特征在于：所述S4步，空间平面方程的求解方法为：设空间平面方程为ax+by+cz+d＝0，选取的三个摄像机坐标系原点的世界坐标分别为(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3)，则平面方程参数[a ,b,c ,d]的求解公式为：
5.根据权利要求1所述的基于UV贴图的手指三维模型纹理映射方法，其特征在于：所述S7步包括如下步骤：
S71步，设定三角面片的三个顶点为J、K、L，该三角面片对应的拍摄摄像机为A c ，c∈[1,m]；
S72步，分别将J、K、L的三维世界坐标以及摄像机A c 的内外参数代入转换公式，得到J、K、L在摄像机A c 所拍摄图片上的坐标点J ′,K ′,L ′；映射公式为：
其中[u ,v]T 为二维像素点坐标，齐次坐标为[u ,v ,1]T ；[X w ,Y w ,Z w ]T 为三维世界点坐标，齐次坐标为[X w ,Y w ,Z w ,1]T ；Z C 为世界坐标系到图像坐标系的尺度因子；M 1为摄像机内参矩阵；M 2为摄像机的外参矩阵；
S73步，将坐标点J ′,K ′,L ′组成的三角区域截取出来，存放到一张空白的图片上，形成UV Map图片；
S74步，记录UV Map图片上三角区域三个顶点的像素坐标，将像素坐标归一化得到uv坐标，以字典方式记录三角面片的顶点坐标与UV Map图片上的uv坐标的对应关系。
6.根据权利要求1所述的基于UV贴图的手指三维模型纹理映射方法，其特征在于：所述S8步包括如下步骤：
S81步，分别计算摄像机A 1、A 2、A 3、...、A m 对应纹理信息的平均灰度值，记为a 1、a 2、
a 3、...、a m ；
S82步，选取a 1、a 2、a 3、...、a m 的中位数作为基准灰度值，记为target；
S83步，将所有摄像机的纹理灰度值平均到target：首先分别计算出各个摄像机的灰度
比例系数然后将UV Map图片中所有像素点的灰度值乘以对应拍摄摄像机A j 的灰度比例系数coef j 。
7.根据权利要求1所述的基于UV贴图的手指三维模型纹理映射方法，其特征在于：所述S9步是指：
设定UV Map图片的原始图像尺寸为w ×h、像素矩阵为I，则目的UV Map图像(w ′×h ′)中
像素点(x ,y)对应到原始图像的像素点位置为
求解原始图像中像素点(u ,v)的像素值p：设像素点(u ,v)的四邻域像素坐标分别为(x1,y1),(x2,y1),(x1,y2),(x2,y2)，对应的像素值分别为p1,p2,p3,p4，则：
将得到的像素值p赋给目的UV Map图像像素点(x ,y)。
一种基于UV贴图的手指三维模型纹理映射方法技术领域
[0001]本发明涉及生物特征识别技术领域，更具体地说，涉及一种基于UV贴图的手指三维模型纹理映射方法。
背景技术
[0002]三维重建是指对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型，从而获取物体三维结构和信息的一种技术，目前在许多方面已经取得了非常成功的应用。同时随着科学的发展，人们对于自我财产和信息的保护意识更为强烈，需要进行身份认证的场合也越来越多。
[0003]生物特征识别作为一种身份识别技术已经应用得十分广泛，其中基于指部的身份认证方式有其独特的优势。如今传统的指部识别方法一般是通过单目相机拍摄出二维图像(比如指纹)，然后在此基础上用一系列方法进行处理得到识别结果。然而这种技术方案存在一定的不足，首先是单一相机获取的指部图像信息有限，其次，传统指纹识别方法受手指姿态和位置的影响较大，并存在容易被伪造等缺陷。
发明内容
[0004]为克服现有技术中的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种基于UV贴图的手指三维模型纹理映射方法；该方法重建出的手指三维网格模型基本保留了完整的指部纹理，贴合实际的人体手指，能够较少丢失手指特征信息，可有效解决因手指姿态和位置而造成手指识别的影响，对于指部识别精度的提高有着很大的作用。
[0005]为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种基于UV贴图的手指三维模型纹理映射方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0006]S1步，从手指三维网格模型中，获取组成手指轮廓的所有顶点的坐标集合{V i ＝(x i ，y i ,z i |i∈[1，n])}，其中(x i ,y i ,z i )为顶点V i 在三维世界坐标系下的坐标，n为顶点的数量；求解出所有顶点的中心点O(x ,y ,z)；
[0007]S2步，从手指三维网格模型中获取所有三角面片，并获取各个三角面片分别对应的三个顶点V i ，以获取组成手指轮廓的所有三角面片集合f；
[0008]S3步，利用摄像机坐标系和世界坐标系的转换关系，求出各个摄像机A j 在世界坐标系下的坐标，其中j＝1,2,…,m，m为摄像机数量，m＞3；
[0009]S4步，选取其中任意三个摄像机的坐标系原点组建出空间平面ɑ，求出所有摄像机所在的空间平面方程；
[0010]S5步，根据S1步得到的所有顶点的坐标集合{V i ＝(x i ,y i ,z i |i∈[1,n])}，分别判断每个顶点V i 的拍摄摄像机；
[0011]S6步，根据S2步得到的三角面片集合f ，以及S5步得到的每个顶点V i 的拍摄摄像机，分别判断每个三角面片的拍摄摄像机；
[0012]S7步，根据S6步得到的三角面片以及拍摄摄像机数据，求解每个三角面片的三个
说 明 书
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