人脸姿态估计和跟踪(Face Pose Estimation and Tracking)是指在摄像机获取的人脸图像序列中确定人脸在三维空间中姿态的方法。人脸姿态估计和跟踪作为智能人机交互和计算机视觉中的一个重要的研究课题，近年来正不断引起人们的兴趣。人脸姿态估计和跟踪在人脸识别、视频会议、智能监控、疲劳检测、虚拟现实、游戏和娱乐等方面都具有广阔的应用前景。人脸姿态估计和跟踪涉及到了人脸检测、人脸跟踪和人脸姿态估计等相关课题，目前研究人脸姿态估计和跟踪的方法包括基于人脸特征的方法和基于模型的方法，本文重点对基于模型的方法进行了研究。在分析比较现有算法的基础上，本文首先建立了混合肤色模型从背景中确定人脸位置，并提取人脸椭圆轮廓。然后利用改进的基于颜色信息的人脸特征点定位算法确定了双眼和嘴巴的位置。再根据视频序列的帧间相关性对人脸特征点进行实时跟踪。在获取人脸特征点的基础上，运用特征点之间的几何关系和人脸椭圆轮廓，结合人脸正面平行帧的信息；给出了估计人脸绕X、Y、Z轴旋转角度的算法，实现了对人脸三维姿态的估计和跟踪。最后，针对单目视频头肩像序列的情况，利用Delphi和OpenGL实现了一个实时的人脸姿态估计和跟踪系统，从而验证了本文算法的可行性，并提出了进一步的研究方向。