Análisis y reconstrucción facial 3D con modelos matemáticos

El doctor Mario Castelán, del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (Cinvestav IPN), Unidad Saltillo, desarrolla proyectos no invasivos para el análisis y reconstrucción facial 3D —tridimensionales— a partir de imágenes fotográficas, para su aplicación potencial en áreas de seguridad y salud.

“La particularidad de estos proyectos es enfocarlos en el detalle, es decir, queremos reconstrucciones faciales que sean muy detalladas y finas, que solo se pueden dar con aparatos muy caros o invasivos, para lograr integrarlas con tecnología que esté al alcance de todos, a partir de imágenes tomadas con una cámara digital, celular, etcétera”, explicó el doctor Mario Castelán, profesor investigador titular del grupo de Robótica y Manufactura Avanzada del Cinvestav Saltillo y coordinador de los proyectos.

El investigador aclara que a pesar de que ya existen dispositivos para este proceso, tanto para celulares como para videojuegos, su reconstrucción carece de detalle.

Superficie facial a detalle 

El proyecto del doctor Castelán tienen dos vertientes. La primera, a través de modelos matemáticos que relacionan las variaciones entre características de las imágenes, se busca la relación no evidente entre características extraídas de una imagen 2D, como contornos, con características de una superficie 3D densa con miles y miles de vértices en una malla. Para este fin se utilizan bases de datos especializadas y se determinan relaciones matemáticas entre contornos obtenidos de una imagen y la superficie a nivel de vértices.

“Esta es una de las vertientes de los proyectos, cómo a partir de información de imágenes puedo generar la superficie 3D detallada de un rostro. En este caso, la información son contornos y aplicamos modelos matemáticos, particularmente el que nos ha dado mejores resultados se llama mínimos cuadrados parciales, el cual tomamos prestado de problemas de quimiometría”, puntualizó el doctor Mario Castelán.

Otra línea de investigación que han seguido estos proyectos se refiere a las variaciones de iluminación, buscando obtener información bastante minuciosa sobre una superficie facial. Durante el proceso, se obtienen imágenes de un sujeto fijo usando un número variable de fuentes de iluminación.

“Buscamos maneras con las que, a través de una imagen y cambios de iluminación, también podamos obtener la reconstrucción detallada de un rostro”, indicó el doctor Castelán.

El investigador aclara que para la realización de estas reconstrucciones existe un análisis basado en descomposiciones algebraicas para llegar a estimaciones que observen coherencia y correctas proporciones faciales.

Estos proyectos, de acuerdo con el doctor Castelán, cuentan con aplicaciones potenciales en sectores tan diversos como los videojuegos y cuestiones virtuales, hasta aplicaciones de seguridad con identificación facial, interacción humano–robot, aplicaciones terapéuticas psicológicas y quirúrgicas faciales para personas que han sufrido algún tipo de accidente y requieran apoyo en la reconstrucción de su rostro lo más fiel posible.

Respecto al futuro de estos proyectos, Castelán dijo: “Ahora es el momento de aplicar la posibilidad de obtener modelos 3D a partir de imágenes 2D para integrar estas ideas con tecnología actual, la cual es menos invasiva que un escáner láser y que está cada vez más al alcance del público en General».

Fuente: CONACYT.