如何在 Dlib C++ 中获取头部姿势估计的 3D 坐标轴

Posted 2023-02-21

【中文标题】如何在 Dlib C++ 中获取头部姿势估计的 3D 坐标轴

【英文标题】：How to get 3D coordinate Axes of head pose estimation in Dlib C++

【发布时间】：2016-08-04 02:00:39

【问题描述】：

Dlib C++ 可以很好地检测地标和估计面部姿势。但是，如何获得头部姿势的 3D 坐标轴方向 (x,y,z)？

【问题讨论】：

这个问题已经有一个可接受的答案。尽管如此，为了将来参考，还有一篇关于这个主题的精彩博客文章：learnopencv.com/head-pose-estimation-using-opencv-and-dlib

【参考方案1】：

我也遇到了同样的问题，不久前，搜索并找到了 1-2 篇有用的博客文章，这个 link 将让您了解所涉及的技术，如果您只需要计算 3D 姿势小数点后你可以跳过 OpenGL 渲染部分，但是如果你想直观地获得反馈，那么你也可以尝试使用 OpenGL，但我建议你作为初学者忽略 OpenGL 部分，所以最小的工作代码 sn- p 从github 页面中提取，看起来像这样：

// Reading image using OpenCV, you may use dlib as well.
cv::Mat img = cv::imread(imagePath);

std::vector<double> rv(3), tv(3);
cv::Mat rvec(rv),tvec(tv);
cv::Vec3d eav;

// Labelling the 3D Points derived from a 3D model of human face.
// You may replace these points as per your custom 3D head model if any
std::vector<cv::Point3f > modelPoints;
modelPoints.push_back(cv::Point3f(2.37427,110.322,21.7776));    // l eye (v 314)
modelPoints.push_back(cv::Point3f(70.0602,109.898,20.8234));    // r eye (v 0)
modelPoints.push_back(cv::Point3f(36.8301,78.3185,52.0345));    //nose (v 1879)
modelPoints.push_back(cv::Point3f(14.8498,51.0115,30.2378));    // l mouth (v 1502)
modelPoints.push_back(cv::Point3f(58.1825,51.0115,29.6224));    // r mouth (v 695)
modelPoints.push_back(cv::Point3f(-61.8886f,127.797,-89.4523f));  // l ear (v 2011)
modelPoints.push_back(cv::Point3f(127.603,126.9,-83.9129f));     // r ear (v 1138)

// labelling the position of corresponding feature points on the input image.
std::vector<cv::Point2f> srcImagePoints = cv::Point2f(442, 442), // left eye
                                           cv::Point2f(529, 426), // right eye
                                           cv::Point2f(501, 479), // nose
                                           cv::Point2f(469, 534), //left lip corner
                                           cv::Point2f(538, 521), // right lip corner
                                           cv::Point2f(349, 457), // left ear
                                           cv::Point2f(578, 415) // right ear;


cv::Mat ip(srcImagePoints);

cv::Mat op = cv::Mat(modelPoints);
cv::Scalar m = mean(cv::Mat(modelPoints));

rvec = cv::Mat(rv);
double _d[9] = 1,0,0,
                0,-1,0,
                0,0,-1;
Rodrigues(cv::Mat(3,3,CV_64FC1,_d),rvec);
tv[0]=0;tv[1]=0;tv[2]=1;
tvec = cv::Mat(tv);


double max_d = MAX(img.rows,img.cols);
double _cm[9] = max_d,     0, (double)img.cols/2.0,
                 0    , max_d, (double)img.rows/2.0,
                 0    ,     0,                  1.0;
cv::Mat camMatrix = cv::Mat(3,3,CV_64FC1, _cm);

double _dc[] = 0,0,0,0;
solvePnP(op,ip,camMatrix,cv::Mat(1,4,CV_64FC1,_dc),rvec,tvec,false,CV_EPNP);

double rot[9] = 0;
cv::Mat rotM(3,3,CV_64FC1,rot);
Rodrigues(rvec,rotM);
double* _r = rotM.ptr<double>();
printf("rotation mat: \n %.3f %.3f %.3f\n%.3f %.3f %.3f\n%.3f %.3f %.3f\n",
       _r[0],_r[1],_r[2],_r[3],_r[4],_r[5],_r[6],_r[7],_r[8]);

printf("trans vec: \n %.3f %.3f %.3f\n",tv[0],tv[1],tv[2]);

double _pm[12] = _r[0],_r[1],_r[2],tv[0],
                  _r[3],_r[4],_r[5],tv[1],
                  _r[6],_r[7],_r[8],tv[2];

cv::Mat tmp,tmp1,tmp2,tmp3,tmp4,tmp5;
cv::decomposeProjectionMatrix(cv::Mat(3,4,CV_64FC1,_pm),tmp,tmp1,tmp2,tmp3,tmp4,tmp5,eav);
printf("Face Rotation Angle:  %.5f %.5f %.5f\n",eav[0],eav[1],eav[2]);

输出：

                       **X**     **Y**    **Z**

Face Rotation Angle:  171.44027 -8.72583 -9.90596

【讨论】：

感谢您的帮助，今晚我将尝试此代码：D

我正在尝试您的解决方案，但我停留在从 dlib 在链接中提供的 3d 模型中获取点的眼睛、鼻子等位置的步骤：sourceforge.net/projects/dclib/files/dlib/v18.10/…。 .dat 文件非常通用。我试图更改文件扩展名以便从一些 3D 软件中读取它，但没有用。你有什么建议吗？

你不必重写那些3D点，你只需要相应地更新srcImagePoints。

您好，我正在尝试您的解决方案，正如您所说，我应该将相应的点放入模型中以将它们映射到 3d 模型。但是给定的 shape_predictor_68_face_landmarks.dat 文件如何标记这些点？其中有 68 个，但我们当然需要将正确的放入 srcImagePoints 中。我试图寻找某种文档，但没有发现任何有用的东西，有什么建议吗？

@ZdaR：我正在尝试这个解决方案，它似乎有效。我想通过一个“原始姿势”来稍微改变使用，所有其他姿势都将从中进行比较（我想知道对象是否已经从其原始位置移动，如果是这样计算这个变化）。可以将原点旋转角度减去当前旋转角度吗？ （翻译也一样？）感谢您的帮助。