自动瘦脸与眼睛放大美颜算法

自动瘦脸与眼睛放大可以算作图像局部扭曲算法的一个应用，其参考文献可以追溯至1993年的一篇博士论文：Interactive Image Warping。这篇论文详细描述了算法原理，并提供了伪码实现，有兴趣的同学自行下载研读。

图像局部扭曲算法有三个：局部缩放（Local Scaling）算法、局部平移（Local Transition）算法和局部旋转（Local Rotation）算法。其中应用局部缩放算法可实现眼睛放大，局部平移算法则可用于实现瘦脸效果。当然，图像局部缩放算法只是眼睛放大算法流程中的最关键的一步，要实现自动眼睛放大算法还需要额外的步骤。简单来说，给一张美女头像，你首先需要应用自动人脸检测技术定位出图像中的眼睛位置；然后基于此位置坐标应用图像局部缩放算法。自动瘦脸算法流程类似，不同之处在于应用人脸检测技术得到人脸轮廓点，由这些轮廓坐标点应用局部平移算法得到瘦脸效果。

人脸检测现在已经是一个很成熟的技术，网上也有很多开放资源，目前我只是算法验证，暂时使用的是face++提供的人脸关键点检测SDK。它可以得到很丰富的人脸特征点，包括眉毛、眼睛、鼻子、嘴巴以及脸部轮廓的各个参数，企业应用可能需要付费授权才能使用，个人验证只要注册获取key就能简单集成。

图像局部缩放算法

待续。。。

至于图像局部缩放算法实现，文献中有伪码描述，这里我给出一个简单的OpenGL Shader可以用于实现眼睛放大（其实也可以缩小），偷懒的同学自取，有问题可以跟我讨论，但我不对此代码导致的bug负责。

precision highp float;
varying highp vec2 textureCoordinate;
uniform sampler2D inputImageTexture;
uniform highp float scaleRatio;// 缩放系数，0无缩放，大于0则放大
uniform highp float radius;// 缩放算法的作用域半径
uniform highp vec2 leftEyeCenterPosition; // 左眼控制点，越远变形越小
uniform highp vec2 rightEyeCenterPosition; // 右眼控制点
uniform float aspectRatio; // 所处理图像的宽高比
highp vec2 warpPositionToUse(vec2 centerPostion, vec2 currentPosition, float radius, float scaleRatio, float aspectRatio)
{
    vec2 positionToUse = currentPosition;

    vec2 currentPositionToUse = vec2(currentPosition.x, currentPosition.y * aspectRatio + 0.5 - 0.5 * aspectRatio);
    vec2 centerPostionToUse = vec2(centerPostion.x, centerPostion.y * aspectRatio + 0.5 - 0.5 * aspectRatio);

    float r = distance(currentPositionToUse, centerPostionToUse);

    if(r < radius)
    {
        float alpha = 1.0 - scaleRatio * pow(r / radius - 1.0, 2.0);
        positionToUse = centerPostion + alpha * (currentPosition - centerPostion);
    }

    return positionToUse;
}
void main()
{
    vec2 positionToUse = warpPositionToUse(leftEyeCenterPosition, textureCoordinate, radius, scaleRatio, aspectRatio);

    positionToUse = warpPositionToUse(rightEyeCenterPosition, positionToUse, radius, scaleRatio, aspectRatio);

    gl_FragColor = texture2D(inputImageTexture, positionToUse);
}

给个测试效果图：

 

图像局部平移算法

图像局部平移算法还是参见论文，多说无益，在此奉上对应Shader代码给需要的同学，可以实现瘦脸和肥脸。这里需要指定瘦脸的控制点，最多支持MAX_CONTOUR_POINT_COUNT个控制点。

precision highp float;
varying highp vec2 textureCoordinate;
uniform sampler2D inputImageTexture;
uniform highp float radius;
uniform highp float aspectRatio;
uniform float leftContourPoints[MAX_CONTOUR_POINT_COUNT*2];
uniform float rightContourPoints[MAX_CONTOUR_POINT_COUNT*2];
uniform float deltaArray[MAX_CONTOUR_POINT_COUNT];
uniform int arraySize;
highp vec2 warpPositionToUse(vec2 currentPoint, vec2 contourPointA,  vec2 contourPointB, float radius, float delta, float aspectRatio)
{
    vec2 positionToUse = currentPoint;

    vec2 currentPointToUse = vec2(currentPoint.x, currentPoint.y * aspectRatio + 0.5 - 0.5 * aspectRatio);
    vec2 contourPointAToUse = vec2(contourPointA.x, contourPointA.y * aspectRatio + 0.5 - 0.5 * aspectRatio);

    float r = distance(currentPointToUse, contourPointAToUse);
    if(r < radius)
    {
        vec2 dir = normalize(contourPointB - contourPointA);
        float dist = radius * radius - r * r;
        float alpha = dist / (dist + (r-delta) * (r-delta));
        alpha = alpha * alpha;

        positionToUse = positionToUse - alpha * delta * dir;

    }

    return positionToUse;

}
void main()
{
    vec2 positionToUse = textureCoordinate;

    for(int i = 0; i < arraySize; i++)
    {

        positionToUse = warpPositionToUse(positionToUse, vec2(leftContourPoints[i * 2], leftContourPoints[i * 2 + 1]), vec2(rightContourPoints[i * 2], rightContourPoints[i * 2 + 1]), radius, deltaArray[i], aspectRatio);
        positionToUse = warpPositionToUse(positionToUse, vec2(rightContourPoints[i * 2], rightContourPoints[i * 2 + 1]), vec2(leftContourPoints[i * 2], leftContourPoints[i * 2 + 1]), radius, deltaArray[i], aspectRatio);
    }

    gl_FragColor = texture2D(inputImageTexture, positionToUse);

}

同样给个测试效果：