みんな技術の専門家なのに、なぜ夫が撮った写真はあんなに醜いのに、それが撮った写真はあんなに自然で美しいのでしょうか？

監査専門家：徐潤勝

カリフォルニア大学人工知能学博士

さまざまなライブ放送、ショートビデオ、ソーシャルメディアの台頭により、一人当たりの美しい女性とハンサムな男性が増えた社会に私たちは住んでいるようです。本当にそうなのでしょうか？

さまざまなテクノロジーとソフトウェアの発達のおかげで、私たちがカメラの前に現れると、コンピューターのアルゴリズムが撮影したポートレートを自動的に美化してくれるので、カメラに映る人々はいつも美しいのです。

では、これらのソフトウェアの背後にはどのようなプログラム アルゴリズムが必要なのでしょうか?コンピューターはどのようにして顔や体を認識し、美しくするのでしょうか?

写真はビューティーカメラで大まかに加工しました。出典: pexels.com

今日は、美容ソフトウェアがどのように機能するかを見てみましょう。

美容整形と絵画には多くの類似点があります。絵画は、人体の基本的な構造を決定するための線画を描くことから始まります。その後、線画の上に彩色を施し、徐々に細部を豊かにしていき、最終的に作品が完成します。

私たちが撮影する人体のオリジナル画像も「線画」です。携帯電話は元のデータを収集し、位置決めと識別のために画像をバックグラウンドに送信します。このステップの目的は、人体の特徴的な位置を決定することです。次に「着色」を開始し、アルゴリズムと技術を使用して顔の特徴や体の部分を分析、処理、美化して、最終的に美化された画像を取得します。

ただ、絵画を完成させるには長い時間がかかりますが、美化は瞬時に即座に行われるため、強力なコンピューター技術のサポートが必要です。

次に、美顔（美白、美肌、美肌など）を例に、美容に使われる主な専門技術について具体的にお話しします。

顔の美化におけるいくつかの重要なステップ：顔のキーポイント位置決め技術

美容カメラを使えば目にアイシャドウを塗ったり、唇に口紅を塗ったりすることができますが、これらの機能はどのようにして画像内の顔の特定の部分を正確に識別できるのでしょうか?

出典: Shangguan News

ここで使用されるのは、顔のキーポイント検出技術、つまり顔の特徴の正確な位置を決定する技術です。これは、目、眉毛、鼻、口、顔の輪郭などの顔の特徴点を見つけることによって実現できます。

現在、顔のキーポイント検出には、特徴ベースの顔検出と画像ベースの顔検出という 2 つの方法が主流です。最も一般的に使用される顔検出方法は特徴ベースであり、最初に人の目が認識されます。一般的に言えば、キーポイントの数が多いほど、最終的な美化効果は高くなります。現在、人気の位置決めキーポイントは 5、21、29、68、96 などであり、68 ポイントが最も古典的です。下の図に示すように、左顔と右顔の最も外側の点はそれぞれ 0 と 16、左目の目尻と目頭はそれぞれ 36 と 39、右目の目尻と目頭はそれぞれ 45 と 42、顎は 8、鼻の根元と鼻先はそれぞれ 27 と 30、口の中心は 66 です。

顔のキーポイントの位置

出典: CSDN

オリジナルの顔データがバックグラウンドにアップロードされ、顔検出技術によってオリジナルの画像フレームが認識されます。目、眉毛、Tゾーン（目と鼻の領域）、口、あごが順番に認識されます。認識されたデータは顔情報構造に配置され、特定の美容アルゴリズムに適用されて特定の部分を美しくします。

出典: 捜狐

マイクロダーマブレーション技術

女の子はメイクをする前にファンデーションを塗ります。主な機能は肌の美白とシミの軽減で、美容機能における「肌を滑らかにする」機能と「美白」機能に相当します。

肌の再生は美容の最も基本的なステップです

出典: インターネット

優れたマイクロダーマブレーション効果とはどのようなものでしょうか?最初で最も重要なことは、肌を滑らかにしながら、顔の特徴の輪郭がはっきりと見えるように、より多くの詳細（肌の質感など）を保持するように努めることです。こうすることで、画像がよりリアルになり、質感が増します。

出典: TVシリーズのスチール写真

スキンリサーフェシングでは、画像スムージング技術が使用されます。撮影時に画像にノイズが混じり、画質が低下するため、ノイズを除去する必要があります。フィルタリングされた画像は滑らかになり、不要な情報が削除されます。

画像のノイズを除去するツールがフィルターです。一般的に使用されるフィルターには、メディアン フィルタリング、エッジ保存フィルタリング、バイラテラル フィルタリング (ガウス バイラテラル フィルタリングとも呼ばれます)、およびその他の方法があります。中央値フィルタリングとエッジ保存フィルタリングの欠点は、画像のエッジ情報を適切に保存できないことです。一方、バイラテラル フィルタリングは、顔の多くの詳細を保持し、境界がぼやけないようにすることができるため、最も一般的に使用されています。

元の画像（左）とバイラテラルフィルタリング後の画像（右）

出典: 透かしを参照

肖像画をバイラテラル フィルタリングで処理すると、肌がより滑らかになり、輪郭のエッジが明確になっていることがはっきりとわかります。パラメータを調整することで、さまざまな肌改善効果を得ることができます。

肌を白くする

人間の目は非常に高いピクセル数を持ち、色鮮やかな世界を見ることができます。では、「目」を持たないコンピューターはどうやって色を認識するのでしょうか?

画像内の色は通常、RGB モードで表されます。R、G、B はそれぞれ赤、緑、青を表し、数値の範囲は 0 から 255 です。R、G、B の値が 0 に近いほど、画像は暗くなります。値が 255 に近づくほど、色は白くなります。さらに、HSV カラー スペースもあります (H、S、V はそれぞれ色、彩度、明度を表します)。これら 2 つの色空間は、アルゴリズムを通じて変換できます。

他のカラー モードと RGB の対応: 「色相」カテゴリの角度 (つまり色)、彩度、および明るさは、それぞれ HSV に対応します。出典: Wikipedia。多くのホワイトニング技術では、調整する前に RGB を HSV に変換します。まず、アルゴリズムを使用して肌のピクセルの色データに対して大量の統計分析を実行し、肌の色ピクセルの値の範囲を取得し、各ピクセルの値のサイズを調整します。 H、S、V の値がそれぞれ 0°、0、100% に近づくと、肌は最も白く明るくなります。

HSV色空間モデル

出典: 百度百科事典

元の画像（左）とホワイトニングとスムージング後の画像（右）

出典: pexels

顔を小さくする

体重を減らしたくないけど顔を小さくしたい場合はどうすればいいですか？美容ソフトの小顔機能をオンにしましょう！

実際、顔を細くする、目を大きくする、鼻を細くするなどの調整はすべて液化変形技術を使用しています。液化アルゴリズムは 1 つの点を中心にしており、その影響範囲内で中心点を押して画像の形状を変更します。円内では、中心点 O に近いほど、変形が顕著になります。

下の図は液化アルゴリズムの原理を示したものです。 O は円の中心点、R は液化半径です。O を OA に向かってドラッグすると、画像内のピクセル C が D の位置に変換されます。一連の数式を使用して、円形領域内の各変換点のピクセル値を計算し、変換された画像を取得できます。

液化アルゴリズムの概略図

顔の領域を円として扱い、中心となる点を選択し、液化半径を設定すると、半径内の点が特定の方向に移動して変形し、最終的にレンダリングされて顔を細くする効果が得られます。

出典: pexels

カメラは人々の化粧を助けることができる

ビューティーカメラでは、口紅、チーク、眉毛、アイメイクなどのメイクを自分で作ることもできるので、メイクのやり方がわからない人にもとても人気があります。

出典: pexels

カメラには、さまざまなスタイルの事前にデザインされたメイクアップ テンプレートが埋め込まれています。顔が映ると、顔のキーポイント検出に基づいて特定の部分が識別されます。すると、メイクアップテンプレートが顔の特定の領域に投影されます。最後にメイクと元の画像を効率よく合成します。

眉毛を例にとると、カメラは眉毛の画像テンプレートの複数のセットを提供します。まず、元の画像内の眉毛のキーポイントの位置を検出し、眉毛の最初のキーポイントをフィッティングの開始位置として使用します。アルゴリズムは、眉毛テンプレートのサイズと範囲も調整し、テンプレートと元の眉毛がよりよくフィットするようにします。最後に、元の画像に融合して、自然でリアルな眉毛効果を実現します。

ビューティーカメラの複数の眉毛オプション

出典：ビューティーカメラ

美容は技術的な仕事です。今日は基本的な美容機能に関するアルゴリズムとテクノロジーのみを共有しました。 Beautyには、特殊効果の装飾、切り抜きなどの高度な機能も多数あります。これらの機能で使用される画像アルゴリズムはより複雑になります。さらに詳しく探索できます。

出典: pexels