This thesis is dedicated to the problem of 3D face capture. A majority of current face capture systems exploits a pattern projection. The goal of thesis was to develop the 3D face capture system based on the passive stereo photogrammetry. The high-resolution images of a face are captured by one pair of the calibrated digital still cameras. The image pre-processing consists of the removal of lens distortion, rectification of image pair and face extraction. The stereo image matching is accentuated. Three different approaches to the stereo correspondence search are presented - the local technique, the global technique using a graph cut and the hybrid technique merging previous two. At last, the 3D model is reconstructed according to the found correspondence. The results show that the high-quality 3D face models can be obtained despite traditional difficulties with matching pattern-free face images. Also it is possible to keep the computational demands on the acceptable level, although the high-resolution images are processed.

[IT] Negli ultimi 200.000 anni, la specie umana si è diffusa in tutta la Terra, adattando la sua morfologia e fisiologia a un'ampia gamma di habitat. Lo scheletro umano ha quindi registrato i principali effetti ambientali e di conseguenza i reperti scheletrici assumono grande importanza nell'indagine dei processi evolutivi. Oggi le moderne tecniche di indagini quantitative delle principali caratteristiche morfologiche consentono di metterle in relazione con la variabilità genetica. La posizione geografica della Sicilia, l'isolamento e la sua lunga e dinamica storia di colonizzazione (diversi e numerosi contributi culturali e biologici) hanno creato un contesto peculiare che consente uno studio antropologico unico, utile per sottrarre informazioni importanti sul “Flusso Migratorio” e il conseguente "Influenza delle Popolazioni" sui resti scheletrici umani. Questo progetto si basa sull'analisi antropologica delle ossa umane provenienti da diverse popolazioni (indigene e colonizzatori) distribuite dal Paleolitico all'Età Contemporanea. Le più moderne tecniche di Analisi Geometria Morfometrica (ricostruzione 3D) e di Analisi Statistica Multivariata sono state applicate su tre diversi caratteri scheletrici (Denti, Crani e Statura). L'obiettivo del progetto è quello di eseguire un'ampia analisi della Biodiversità Umana Siciliana al fine di: - Analizzare i dati odontometrici 2D con tecniche multivariate per esplorare le relazioni tra i popoli nel corso dei secoli. - Usare modelli 3D e la morfometria cranio-facciale per studiare la complesso variabilità morfologica relativa alle influenze dei flussi migratori. - Valutare il Secular Trend della Statura. - Usare questi tre caratteri per fornire una panoramica generale della Biodiversità Umana in Sicilia. Il nostro lavoro denota l'affidabilità dei metodi impiegati e come in uno studio sulla biodiversità diversi caratteri sono indispensabili per comprendere il processo evolutivo. I dati forniti dimostrano anche la correlazione tra i caratteri morfologici XI e l'influenza esercitata (non solo dai fattori ambientali) dal flusso umano sul fenotipo. I risultati mostrano chiaramente come tutti i caratteri valutati siano coinvolti allo stesso tempo nello stesso processo di diversificazione. Le variazioni morfologiche mostrano una generale diminuzione del prognatismo mascellare e una leggera mesocefalizzazione con il cranio che diventa più stretto e leggermente e meno allungato e il viso che diventa più largo e più corto. Considerando sempre l’influenza del rapporto dimensione/composizione sia l'analisi statistica canonica che quella multivariata, supportano la teoria che i coloni del Paleolitico superiore di San Teodoro potrebbero ragionevolmente essere la prima prova di colonizzazione umana in Sicilia (questa teoria è anche supportata dai campioni Mesolitici che clusterizzano separati dai primi). Significativi sono i periodi del Bronzo della transizione Bronzo/Ferro nei quali assistiamo ad importanti cambiamenti morfologici (Denti, Crani e Stature) dovuti a “Flussi Migratori” costanti e numericamente significativi. Questa variazione coincide esattamente con i primi “Afflussi di Popolazione” stabili conseguenti alle migrazioni umane dal continente. Tuttavia i campioni preistorici di alcune popolazioni, conservano alcuni caratteri arcaici anche dopo l'Età del Ferro (Era Storica) mentre la "Continuità di Popolazione" (conseguente alla convivenza e agli alternamenti delle diverse colonizzazioni) dall'Antichità al Medioevo ha prodotto un progressivo aumento della variabilità senza grandi variazione tra Eignevalue e Componenti Principali. L'assenza di relazione interna causata dall'intricato periodo di colonizzazione è invece presente sul campione preistorico sul quale si riscontra una netta variazione tra i PC. Le correlazioni tra "Afflusso di popolazione" e Variabilità sono osservabili anche nell'influenza dei coloni islamici sugli indigeni durante il Medioevo. Tuttavia, l'ampia variabilità e il morfospazio omogeneo mostrano che dopo questi gruppi (fino ai Contemporanei) sono riconoscibili popolazioniben definite. / [ES] Durante los últimos 200.000 años, la especie humana se ha extendido por toda la Tierra, adaptando su morfología y fisiología a una amplia variedad de hábitats. Por tanto, el esqueleto humano ha registrado los principales efectos ambientales. Hoy las modernas técnicas de investigaciones cuantitativas de las principales características morfológicas nos permiten relacionarlas con la variabilidad genética. La posición geográfica de la Sicilia, su aislamiento y su larga y dinámica historia de colonización han creado un contexto peculiar que permite un estudio antropológico único, útil para extraer información importante sobre el "Flujo Migratorio" y "Influencia Población". Este proyecto se basa en la análisis antropológica de huesos humanos de diferentes poblaciones (indígenas y colonizadoras). Las técnicas de Análisis de Geometría Morfométrica y Análisis Estadístico Multivariante se han aplicado en tres caracteres esqueléticos diferentes (Dientes, Cráneos y Estatura). El objetivo del proyecto es realizar un análisis amplia de la Biodiversidad Humana Siciliana con el fin de: - Analizar datos odontométricos 2D con técnicas multivariadas para explorar las relaciones entre pueblos entre los siglos. - Utilizar modelos 3D y la morfometría craneofacial para estudiar la compleja variabilidad morfológica relacionada con los flujos migratorios. - Evaluar la tendencia secular de la estatura. - Utilizar estos tres caracteres para proporcionar una descripción general de la Biodiversidad Humana en Sicilia. Esto trabajo denota la confiabilidad de los métodos utilizados y, como en un estudio de la biodiversidad, varios caracteres son indispensables para comprender el proceso evolutivo. Los datos también demuestran la correlación entre los caracteres morfológicos y la influencia (no solo por factores ambientales) de los flujos humanos sobre el fenotipo. Los resultados muestran claramente que todos los caracteres evaluados están involucrados al mismo tiempo en el mismo proceso de diversificación. Las variaciones morfológicas muestran una disminución general del prognatismo maxilar y una ligera mesocefalilización con el cráneo que se convierte en más estrecho y ligeramente y menos alargado y la cara más ancha y corta. Siempre considerando la influencia de la relación tamaño/composición, de la muestra, tanto el análisis estadístico canónico como multivariado apoyan la teoría que la población del Paleolítico Superior de San Teodoro podría ser razonablemente la primera evidencia de colonización humana en Sicilia (esta teoría también es apoyada de la muestra Mesolítica que se agrupa separada). Son significativos los periodos de el Bronce y de la transición Bronce/Hierro en los que asistimos a importantes cambios morfológicos (Dientes, Cráneos y Estatura) debido a los constantes y numéricamente significativos "Flujos Migratorios". Esta variación coincide exactamente con los primeros "Flujos de Población" estables como consecuencia de las migraciones humanas desde el continente. Sin embargo, las muestras Prehistóricas de algunas poblaciones conservan algunas características arcaicas incluso después de la Edad del Hierro (Era Histórica) mientras la "Continuidad de la Población" (resultante de la coexistencia y alternancia de la colonización) desde la Antigüedad hasta la Edad Media produjo una mayor progresiva variabilidad sin pero mayor variación entre Eignevalue y Componentes Principales. La ausencia de relación interna causada por el intrincado período de colonización está presente en la muestra prehistórica en la que hay una clara variación entre las Componentes Principales. Las correlaciones entre la "Afluencia de Población" y la Variabilidad también se pueden observar en la influencia de los colonos Islámicos sobre los indígenas durante la Edad Media. Sin embargo, la amplia variabilidad y el morfoespacio homogéneo muestran que poblaciones bien definidas no son reconocibles después de estos grupos (hasta los contemporáneos). / [EN] During the last 200,000 years, human species has spread throughout Earth, adapting their morphology and physiology to a wide range of habitats. The human skeleton has therefore, recorded the main environmental effects. Nowadays modern quantitative investigations of the main morphological features permit us to relate them with the genetic variability. The Sicilian geographic position, isolation and its long and dynamic history of colonization) made a peculiar context that allows a unique anthropological study, useful to sign-out important information about the "Migratory Flow" and the consequent "Populations Influx". This project is based on the Anthropological Analysis of the human bones coming from different populations distributed from Paleolithic to the Contemporary Age. The techniques of Morphometric Geometric analysis and Multivariate Statistic Analysis were applied over three different catchers (Teeth, Skulls and Stature). The project aim is to perform a wide analysis of the Sicilian Human Biodiversity in order to: - Analyze 2D odontometrics data with multivariate techniques to explore the relationships between the peoples over the centuries. - Use 3D models and skull-facial morphometry to study the complex morphological variability concerning the "Populations". - Evaluate the "Stature's Secular Trend". - Use these three characters to provide a general overview of the human biodiversity in Sicily. Our work denotes the reliable of the methods employed underlying as in a study of biodiversity several characters are indispensable to understand the evolutionary process. Data also provided to demonstrate the correlation between the morphological characters and the influence carried (not only by the environmental factors) by the human flow on the phenotype. Results clearly shows as all the characters evaluated are at the same time involved in the same process of diversification. Morphological variations show a general decrease of Maxilla Prognathism and a soft Mesocephalization with the skull that becomes tighter and slightly and less elongated and the face that become wider and shorter. Always considering simple size/composition both Canonical and Multivariate Statistics Analysis display, as the Upper-Paleolithic Würm-Settlers of San Teodoro could reasonably be the first evidence of human colonization in Sicily (this theory is supported by the Mesoltitch Hunter-Gatherers specimens clustered separated from the first one). Meaningful is the periods of Bronze/Iron transition in we assist to the prime plainness of morphological changes (teeth, skulls and statures) due to the constant and numerically significative "Migratory Flows". This variation exactly coincides with the first "Population Influx" consequent of the human migrations from the continent. Instead, Prehistorical samples of some populations, keep some archaic characters after Iron Age (Historical Era) the "Population Continuity" (consequent of the cohabitation and alternations of the several Mediterranean populations) from Antiquity to Middle Ages produced a progressive increase of variability without big variation among Eigenvalue and Principal Component. The absence of internal relationship caused by the intricate colonization period is on the contrary present on Prehistorichal sample on which we can find a clear variation between the PC. Correlations between "Population Influx" and Variability are also observable on the influence of Islamic settlers on the Indigenous during the Middle Ages. However, the wide variability and the homogenous morphospace showed by these groups and the Contemporary resulted in no well-defined populations. / [CA] Durant els últims 200.000 anys, l'espècie humana s'ha estés per tota la Terra, adaptant la seua morfologia i fisiologia a una àmplia varietat d'hàbitats. Per tant, l'esquelet humà ha registrat els principals efectes ambientals. Hui les modernes tècniques d'investigacions quantitatives de les principals característiques morfològiques ens permeten relacionar-les amb la variabilitat genètica. La posició geogràfica de la Sicília, el seu aïllament i la seua llarga i dinàmica història de colonització han creat un context peculiar que permet un estudi antropològic únic, útil per a extraure informació important sobre el "Flux Migratori" i "Influència Població". Aquest projecte es basa en l'anàlisi antropològica d'ossos humans de diferents poblacions des del Paleolític fins a l'Edat Contemporània. Les tècniques d'Anàlisis de Geometria Morfomètrica (reconstrucció 3D) i Anàlisi Estadística Multivariante s'han aplicat en tres caràcters esquelètics diferents (Dents, Cranis i Alçada). L'objectiu del projecte és realitzar una anàlisi àmplia de la Biodiversitat Humana Siciliana amb la finalitat de: - Analitzar dades odontométricos 2D amb tècniques multivariades per a explorar les relacions entre pobles entre els segles. - Utilitzar models 3D i la morfometria craniofacial per a estudiar la complexa variabilitat morfològica relacionada amb els fluxos migratoris. - Avaluar la tendència secular de l'alçada. - Utilitzar aquests tres caràcters per a proporcionar una descripció general de la Biodiversitat Humana a Sicília. Això treball denota la confiabilitat dels mètodes utilitzats i, com en un estudi de la biodiversitat, diversos caràcters són indispensables per a comprendre el procés evolutiu. Les dades també demostren la correlació entre els caràcters morfològics i la influència (no sols per factors ambientals) dels fluxos humans sobre el fenotip. Els resultats mostren clarament que tots els caràcters avaluats estan involucrats al mateix temps en el mateix procés de diversificació. Les variacions morfològiques mostren una disminució general del prognatisme maxil·lar i una lleugera mesocefalilización amb el crani que es converteix en més estret i lleugerament i menys allargat i la cara més ampla i tala. Sempre considerant la influència de la relació grandària/composició, de la mostra, tant l'anàlisi estadística canònica com multivariat donen suport a la teoria que la poblacion del Paleolític Superior de Sant Teodoro podria ser raonablement la primera evidència de colonització humana a Sicília (aquesta teoria també és secundada de la mostra Mesolítica que s'agrupa separada). Són significatius els períodes del Bronze i de la transició Bronze/Ferro en els quals assistim a importants canvis morfològics (Dents, Cranis i Alçada) a causa dels constants i numèricament significatius "Fluxos Migratoris". Aquesta variació coincideix exactament amb els primers "Fluxos de Població" estables com a conseqüència de les migracions humanes des del continent. No obstant això, les mostres Prehistòriques d'algunes poblacions conserven algunes característiques arcaiques fins i tot després de l'Edat del Ferro (Era Històrica) mentre la "Continuïtat de la Població" (resultant de la coexistència i alternança de la colonizacion) des de l'Antiguitat fins a l'Edat mitjana va produir una major progressiva variabilitat sense però major variació entre Eignevalue i Components Principals. L'absència de relació interna causada per l'intricat període de colonització està present, en contrero, en la mostra prehistòrica en la qual hi ha una clara variació entre les Components Principals. Les correlacions entre l' "Afluència de Població" i la Variabilitat també es poden observar en la influència dels colons Islàmics sobre els indígenos durant l'Edat mitjana. No obstant això, l'àmplia variabilitat i el morfoespacio homogeni mostren que poblacions ben definides no són recognoscibles després d'aquests grups (fins als contemporanis). / Thanks to: Dr. Francesa Spatafora (Archaeological Museum “A. Salinas”, Palermo, Sicily, Italy), Dr. Maria Grazia Griffo (Archaeological Museum “Baglio Anselmi”. Marsala, Sicily, Italy) , Dr. Maria Amalia Mastelloni (Archaeological Museum “Bernabò-Brea", Aeolian Island, Sicily, Italy) and Dr. Carolina Di Patti (Geological University Museum of Palermo “Gemmellaro”, Sicily, Italy) for the authorization to study the materials. Thanks to Prof. Armando González Martín, Prof. Oscar Cambra-Moo Laboratorio de Poblaciones del Pasado (LAPP), Universidad Autónoma de Madrid (UAM), Madrid, Spain) for the invaluable help. Thanks to the Laboratorio de Ecología Evolutiva Humana (LEEH) - Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires (UNCPBA), Buenos Aires, Argentina), to all the laboratoy directors to provide the modern specimens of reference sample. Thanks to the Mayor Mr. Domenico Giannopolo, the council member of cultural heritage Mrs. Nieta Gennuso and Dr. Filippo Ianni (Municipality of Caltavuturo, Sicily, Italy) for the excavation seasons and the authorization to study the materials. To the Museum of Mozia. (Sicily, Italy), The Whitaker foundation and Dr. Pamela Toti for the authorization to study the materials. To the Soprintendenza BB.CC.AA. di Palermo. (Sicily, Italy) Dr. Stefano Vassallo and Dr. Maria Grazia Cucco for the opportunity of the excavations in Caltavuturo and authorization to study the materials. Thanks to the Soprintendenza BB.CC.AA. di Trapani. (Sicily, Italy), Soprintendente and Dr. Rossella Giglio, Township Museum of Mussomeli. (Sicily, Italy), and Prof. Erich Kistler and Dr. Nicole Mölk (University of Innsbruck, Austria, Innsbruck) for the authorization to study the materials. / Lauria, G. (2020). The Human Biodiversity in the Middle of the Mediterranean. Study of native and settlers populations on the Sicilian context [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/159789 / TESIS