CN101625506B - 数字取像装置的脸部自动对焦方法 - Google Patents

Abstract

一种数字取像装置的脸部自动对焦方法，其根据被摄者的人脸大小、位置及至少涵盖被摄者的人脸与身体的影像区域，用以增加对焦区域的高频信息，借以提高对焦成功率。脸部自动对焦方法包括以下步骤：载入人脸大小信息、人脸位置信息及方位信息；定义对焦区域至少涵盖被摄者的人脸与身体的影像区域；载入镜头在不同物距采取数字影像，计算被定义的对焦区域的高频信号；重复执行每一不同物距采取的数字影像中对焦区域的高频信号；根据高频信号与其相对应物距的关系决定最佳对焦物距；将镜头移动到最佳对焦物距。

Description

数字取像装置的脸部自动对焦方法 

技术领域

一种脸部自动对焦的技术，特别有关于根据脸部位置大小、方位与至少涵盖身体部份的影像区域，用以进行数字取像装置的脸部自动对焦及其方法。 

背景技术

随着数字相机的发展，使得摄影不再是昂贵的消费。使用者可以随意的拍摄所要的影像，用以记录值得纪念的一刻或景象。一般而言，进行拍摄时为能凸显主体所以都会聚焦在主题上。换句话说，就是将拍摄焦距对准被摄物体上。所以在大部分的相机中都具备了自动对焦的功能。 

随着技术的进步，已经有愈来愈多的数字相机有人脸探测的功能。根据人脸的位置判断最佳的曝光条件与对焦距离，使得拍摄人像的画面品质更好。而数字相机的脸部自动对焦的方法，是根据人脸探测的结果，包含人脸大小及位置，定义人脸的区域为对焦视窗。请参考图1a与图1b所示，人脸视窗110a、120a(虚线框)与对焦视窗110b、120b(实线框)示意图。自动对焦程序计算对焦视窗内(也即人脸区域)的高频信号，利用公知的爬山理论或是曲线逼近(Curve fitting)的技术找到最佳对焦位置。 

但是人脸区域的高频信号，除各器官的轮廓线外，皮肤包覆区域一般说来高频信息并不显著。当拍摄环境稍暗时，相机会用较高的感光度(ISO value)拍摄。因为较高的感光度在数字相机中意味着较高的增益值(gain)；较高的增益值代表噪声也会被放大；使得人脸器官轮廓的高频信号小于噪声，无法被自动对焦模块有效的采取，导致无法有效的对焦。 

在此状况下若要增加对焦的成功率，方法之一是降低系统的噪声。例如使用品质较高的元件、工艺或增加印刷电路板的布局层数，然而无论如何降低噪声，噪声仍会被较高的增益值放大。更何况这对策往往意味着成本提高。因此如何不提高成本而能提高脸部自动对焦的成功率仍是许多研发人员努 力的目标。 

定义人脸视窗等于对焦视窗的另一缺点是对人脸探测错误的忍受度较低。请参考图2a与图2b所示，人脸视窗(虚线框)与对焦视窗(实线框)示意图。当人脸探测程序判断错误，人脸视窗(人脸视窗虚线视窗210a与人脸视窗虚线视窗220a)涵盖了背景的情况下，因为背景通常含有丰富的高频信号，例如树叶、花丛等，若直接将人脸视窗定义为对焦视窗(人脸视窗对焦视窗210b与人脸视窗对焦视窗220b)，易造成自动对焦程序误判，将物距设在背景拍摄，最后得到背景清楚而人物模糊的照片。因此如何设计出对人脸探测错误的忍受度较高的自动对焦程序也是研发人员努力的目标。 

发明内容

鉴于以上的问题，本发明的主要目的在于提供一种数字取像装置的自动对焦方法。在数字取像装置进行对焦的期间，对焦区域会沿着人脸向身体方向延伸至少涵盖胸部以上，借以涵盖衣服领口及衣服花纹的高频信号。 

为达上述目的，本发明所揭露的一种数字取像装置的脸部自动对焦方法包括以下步骤：载入人脸大小信息、人脸位置信息与方位信息；根据人脸大小、人脸位置信息与方位信息决定对焦视窗，对焦视窗至少涵盖人脸区域与身体的影像区域；采取数字影像；计算每一数字影像中的对焦视窗的高频信号；从高频信号得出最大值；将数字取像装置的对焦镜组移动最大值所相应的物距的镜头位置，以完成对焦。 

在所述的数字取像装置的脸部自动对焦方法中，人脸的该方位信息指该人脸区域中的人脸角度在每一该数字影像中对水平线或垂直线的夹角。 

在所述的数字取像装置的脸部自动对焦方法中，该方位信息由脸部探测模块或是方位探测器(rotation sensor)提供。 

在所述的数字取像装置的脸部自动对焦方法中，决定该对焦视窗时参考该方位信息，该对焦视窗从该人脸区域沿着身体的方向延伸，并至少涵盖身体胸部以上。 

在所述的数字取像装置的脸部自动对焦方法中，决定该对焦视窗时根据该人脸区域的颜色，重新判断肤色所在区域，该对焦视窗从该人脸区域沿着身体的方向延伸，并至少涵盖身体胸部。 

有关本发明的特征与实际做法，现配合附图作最佳实施例详细说明如下。 

附图说明

图1a为公知技术人脸视窗(虚线框)与对焦视窗(实线框)的示意图。 

图1b为公知技术人脸视窗(虚线框)与对焦视窗(实线框)的示意图。 

图2a为公知技术在人脸判断错误时可能的人脸视窗(虚线框)与对焦视窗(实线框)的示意图。 

图2b为公知技术在人脸判断错误时可能的人脸视窗(虚线框)与对焦视窗(实线框)的示意图。 

图3为本发明的数字取像装置结构示意图。 

图4a本发明人脸视窗(虚线框)与对焦视窗(实线框)的示意图。 

图4b本发明人脸视窗(虚线框)与对焦视窗(实线框)的示意图。 

图5为本发明的运行流程示意图。 

其中，附图标记说明如下： 

110a、120a 人脸视窗 

110b、120b 对焦视窗 

210a、220a 人脸视窗虚线视窗 

210b、220b 人脸视窗对焦视窗 

300        数字取像装置 

310        自动对焦镜头 

320        自动对焦镜头时序控制电路 

330        感光元件 

340        感光元件时序控制电路 

350        微处理器 

351        自动曝光参数决定与控制程序 

352        人脸识别程序 

353        自动对焦程序 

360        模拟数字转换处理电路 

370        存储单元 

410a、420a 人脸视窗 

410b、420b 识别视窗 

410c、420c 身体视窗 

具体实施方式

请参考图3所示，其为本发明的数字取像装置结构示意图。本发明的数字取像装置300中包含：自动对焦镜头310、自动对焦镜头时序控制电路320、感光元件330、感光元件时序控制电路340、微处理器350、模拟数字转换处理电路360与存储单元370。 

自动对焦镜头310电性连接于自动对焦镜头时序控制电路320；自动对焦镜头时序控制电路320控制移动自动对焦镜头310，并将被拍摄的环境与物体成像在感光元件330上。自动对焦镜头时序控制电路320电性连接于微处理器350，并接受微处理器350的指示来产生用以驱动自动对焦镜头310所需的控制信号。感光元件330是一种光电转换元件，其用以记录拍摄环境与物体的光学信号，并将此光学信号转换为电信号。感光元件330可为例如电荷耦合器件(charge-coupled device，简称CCD)或互补式金属氧化层半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，简称CMOS)。 

感光元件时序控制电路340电性连接于感光元件330与微处理器350，并接受微处理器350的控制产生驱动感光元件330的控制信号。模拟数字转换处理电路360电性连接于感光元件330、感光元件时序控制电路340与存储单元370，并接受感光元件时序控制电路340的控制将感光元件330送出的模拟信号转换为数字信号，传送到存储单元370储存。 

存储单元370电性连接于模拟数字转换处理电路360与微处理器350。存储单元370用以接受微处理器350控制进行数据读出与写入。在执行脸部自动对焦时，微处理器350有自动曝光参数决定与控制程序351、人脸识别程序352与自动对焦程序353，用以提供给微处理器350执行相应的功能程序。自动曝光参数决定控制模块会根据拍摄的环境决定出适当的曝光参数，包括曝光时间、光圈大小与感光值(International Standards Organization，以下简称ISO)。 

微处理器350电性连接于自动对焦镜头时序控制电路320、感光元件时序控制电路340与存储单元370。微处理器350将自动曝光参数决定与控制程序351所产生的各种参数传送到自动对焦镜头时序控制电路320、感光元件时序控制电路340与模拟数字转换处理电路360，以进行影像拍摄。人脸识别程序352从预先拍摄的数字影像中找出合乎人脸特征的区域，并记录人脸的位置、人脸大小、与旋转方位角度。 

自动对焦程序353会根据人脸识别程序352所产生的信息，在数字影像中利用人脸视窗圈选数字影像中的人脸。图4a、图4b分别为人脸视窗区域与对焦视窗示意图。请同时配合参考图4a与图4b，自动对焦程序353在人脸视窗区域内(如图4a的人脸视窗410a以及图4b的人脸视窗420a所示为人脸识别程序352在识别错误时所提供人脸位置的视窗)寻找肤色的区域位置(如图4a的识别视窗410b以及图4b的识别视窗420b所示)，并且沿着身体方向延伸到至少涵盖身体的影像区域(如图4a的身体视窗410c以及图4b的身体视窗420c所示)，定义为一对焦视窗。自动对焦程序353取得对焦视窗内高频信号与物距的关系，决定出这些高频信号最大值相对应的镜头物距，将对焦镜组移到该位置，完成对焦。其中，对焦视窗内的高频信号计算方式可以是但不限定为高通滤波器(High-pass filter)、带通滤波器(Band-passfilter)、傅立叶转换(Fourier transform)、离散余旋转换(Discrete CosineTransform)或离散小波转换(Discrete Wavelet Transformation)来实现。 

在实际执行上，当使用者按下拍照键时，微处理器350内部的自动曝光参数决定与控制程序351会根据当时的环境决定拍照时所需的曝光参数与自动对焦时所需要的曝光参数。同时微处理器350内部的人脸识别程序352会探测人脸的位置大小与方位，并将这些信息送入自动对焦程序353中。其中，人脸的方位信息指人脸区域中的人脸角度在每一数字影像中对水平线或垂直线的夹角。而方位信息可以由脸部探测模块或是方位探测器(rotation sensor)来提供。 

请参考图5所示，其为本发明的运行流程示意图。载入人脸大小信息、人脸位置信息与方位信息(步骤S510)。根据人脸大小、人脸位置信息与方位信息决定对焦视窗，对焦视窗至少涵盖人脸区域与身体的影像区域(步骤 S520)。载入数字影像(步骤S530)。计算每一数字影像中的对焦视窗的高频信号(步骤S540)，并传送到微处理器中。 

判断是否为最后一张数字影像(步骤S550)。每一数字影像中的对焦视窗的高频信号计算(步骤S560)。接着，从所述多张数字影像中对焦视窗的高频信号决定出高频信号的最大值(步骤S570)。将数字取像装置的对焦镜组移动最大值所相应的物距的镜头位置，以完成对焦(步骤S580)。 

Claims (5)

1.一种数字取像装置的脸部自动对焦方法，根据数字取像装置在预摄时所采取到的至少一人脸大小信息、人脸位置信息与方位信息以及在不同物距采取的多张数字影像，用以决定该数字取像装置的对焦距离，该自动对焦方法包括以下步骤：

载入该人脸大小信息、该人脸位置信息与该方位信息；

根据该人脸大小、该人脸位置信息与该方位信息决定对焦视窗，该对焦视窗至少涵盖人脸区域与身体的影像区域；

采取所述多张数字影像；

计算每个该数字影像中的该对焦视窗的高频信号；

从高频信号得出一个最大值；及

将该数字取像装置的对焦镜组移动该最大值所相应的物距的镜头位置，以完成对焦。

2.如权利要求1所述的数字取像装置的脸部自动对焦方法，其中人脸的该方位信息指该人脸区域中的人脸角度在每一该数字影像中对水平线或垂直线的夹角。

3.如权利要求2所述的数字取像装置的脸部自动对焦方法，其中该方位信息由脸部探测模块或是方位探测器提供。

4.如权利要求1所述的数字取像装置的脸部自动对焦方法，其中决定该对焦视窗时参考该方位信息，该对焦视窗从该人脸区域沿着身体的方向延伸，并至少涵盖身体胸部以上。

5.如权利要求1所述的数字取像装置的脸部自动对焦方法，其中决定该对焦视窗时根据该人脸区域的颜色，重新判断肤色所在区域，该对焦视窗从该人脸区域沿着身体的方向延伸，并至少涵盖身体胸部。

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