随着社会发展,人们越来越重视美丽,颌面整形变得流行起来。然而,当前医生缺乏一种有效的工具对需要颌面整形的病人进行术前评估,也不能可视化地给病人展示治疗过程或者做出精准的术后预测。医生迫切需要一个用于虚拟整形手术的容易操作、高精度的人脸三维成像和测量系统。本文提出一种基于多目立体视觉的真实人脸重建与测量系统。该系统属于被动立体视觉测量技术,对人无侵入,无干扰,不需要标记,脸部涂料或结构光。同时,本文的系统可以做到瞬时采集,单次拍照即可重建高质量的有真实感的人脸网格模型,被试者几乎不用等待就可以完成采集。本文的主要工作和创新如下:(1)本文设计并实现了一个用于多目立体视觉成像的硬件设备。该硬件设备安装五个消费级数码摄像机和四个软光照明箱,在正对人脸的相机上方安装一面镜子,保持镜子表面和相机光轴垂直。本文用该系统测试了多个被试,都取得了很好的结果,并和激光扫描结果做了对比,平均误差小于0.370mm,表明本文的多目立体视觉重建系统是可靠的。(2)本文提出一种多目相机系统的标定方法,该方法借鉴医生检查病人的方法,在采集图像的时候要求测试者目视中间相机上方镜子中自己的眼睛,经过标定后就可以取得一个正视姿势的人脸模型。模型保持正视图位置,在手术模拟等医学等应用中是很有帮助的。(3)本文提出一种改进的基于金字塔分层的立体匹配算法,本文算法的改进在于设置对称分布的相机采集数据,利用对侧的数据填充本侧图像匹配中出现的孔洞,改进了匹配结果。该算法由低分辨率的匹配迭代出高分辨率的匹配,每一次迭代过程,使视差图变得更加精细。(4)本文研究了计算机图形学的光照原理,实现了一种光照约束的能量最小化网格去噪方法,将原始图像的色彩值和网格模型的反射光强度联系起来,克服了传统去噪方法丢失高频细节的缺点,结果表明去噪效果良好。(5)本文提出了一种交互提取人脸轮廓线的方法,用户通过鼠标选取一个平面,通过该平面和人脸模型的交线提出人脸的轮廓线。结果证明该方法简单可靠,可以作为人脸的特征分析、模拟正畸手术等应用的基础。(6)本文采用OpenCV、OpengGL、Vcglib等计算机图形C/C++库,在windows平台上开发了一套软件,实现了人脸图像采集、存储、重建、测量等诸多功能。该软件的重建工作流程包括:立体视觉标定、图像采集、立体匹配、数据融合、表面重建和纹理映射。经过一次标定后,软件完全自动运行,不需要为个别人调整软件参数,也不需要人工处理,系统自动重建一个人脸模型。本文开发的三维人脸测量软件可以实现诸多测量功能,如面部两点间距离,测地距离,轮廓曲率等。