TW201608892A - 影像畫面的模糊偵測方法、監視裝置及監視系統 - Google Patents

Abstract

監視裝置、監視系統以及模糊偵測方法，將監視的畫面對焦後分為清楚區域以及非清楚區域，接著在後續的監視所擷取到的測試影像畫面中，針對清楚區域的區塊模糊變化，分析其佔整個清楚區域所有區塊的比例，當此比例滿足某一特定條件時，即將該測試影像畫面判定為模糊畫面，並且於連續一定數量的模糊畫面發生時，進行自動對焦的程序。

Description

影像畫面的模糊偵測方法、監視裝置及監視系統

本發明有關於一種影像畫面的模糊偵測方法、監視裝置及監視系統，尤指一種根據畫面的清楚區域中的模糊變化比例而判斷影像畫面是否模糊並據以進行一特定動作的模糊偵測方法、監視裝置及監視系統。

作為獲得監視場景的有效影像的工具，監視裝置或監視系統配有可自動對焦、水平轉動、垂直轉動、變焦等功能的攝影鏡頭，針對監視場景的某特定位置(或全部位置)自動對焦後以獲得該特定位置或物件的清晰影像。

然而由於習知監視裝置皆以自動對焦的模式對監視場景進行對焦，監視裝置的攝影鏡頭內部控制攝影鏡頭對焦的對焦馬達會依畫面的對焦狀態，選擇性地運作，以控制鏡頭的對焦距離來獲得清晰的監視畫面。然而，監控場景常常有暫時性的非受關注的人或物的移動，這些暫時性的物件移動往往會造成監視裝置持續而頻繁地因應對焦，增加對焦馬達的使用時間而容易老化，且過多受到干擾的對焦行為也很可能錯失了能對受監控位置/物件持續維持正確對焦而取得清晰影像的機會。

本發明提供了一種符合實際經驗的影像模糊偵測方法，並應用於監視裝置或監視系統的自動對焦控制上，以解決上述可能的問題。

在本發明一實施例中，提供了一種影像畫面的模糊偵測方法，包含有下列步驟：產生一參考影像畫面，該參考影像畫面包含複數個區塊；於該複數個區塊中，識別出複數個第一區塊，該複數個第一區塊界定一清楚區域；產生一測試影像畫面，該測試影像畫面包含與該參考影像畫面相對應的複數個測試區塊；於該測試影像畫面中相對於該清楚區域處的複數個測試區塊中，識別出複數個第二區塊；以及根據該複數個第二區塊與該複數個第一區塊所包含之資訊進行一判斷程序並產生一判斷結果，當該判斷結果滿足一預設條件時，將該測試影像畫面判斷為模糊畫面。

本發明的另一個實施例提供了一種監視裝置，包括一影像擷取單元以及一處理單元，該影像擷取單元以及該處理單元可用以執行如上所述之模糊偵測方法。

本發明的又一個實施例提供了一種監視系統，包括具有一影像擷取單元以及一第一處理單元之一監視裝置以及具有一第二處理單元之一遠端處理裝置，其中該監視裝置以及該遠端處理裝置用以執行如上所述之模糊偵測方法。

本發明所提供的監視裝置、監視系統以及模糊偵測方法在原先被認知為清楚的範圍開始模糊且達一定比例以及次數時才進行重新對焦，符合實際使用的經驗，能減少裝置因頻繁地對焦所造成的元件老化、以及影像清晰度的不穩定等問題。

10,22‧‧‧監視裝置

12‧‧‧影像擷取單元

14‧‧‧處理單元

20‧‧‧監視系統

24‧‧‧遠端處理裝置

50,50’‧‧‧參考影像畫面

51‧‧‧第一區塊

55,65‧‧‧清楚區域

60‧‧‧測試影像畫面

62‧‧‧第二區塊

110~170‧‧‧步驟

141‧‧‧第一處理單元

142‧‧‧第二處理單元

B‧‧‧區塊

B’‧‧‧測試區塊

第1圖為本發明一種監視裝置的方塊示意圖。

第2圖為本發明一種監視系統的方塊示意圖。

第3圖為本發明的影像畫面的模糊偵測方法的流程圖。

第4圖為本發明的模糊偵測方法所擷取並分析的影像畫面的示意圖。

在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。此外，「耦接」或「連接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣或結構連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接/連接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣/結構連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣/結構連接至該第二裝置。

請參考第1圖，第1圖為本發明一種監視裝置的方塊示意圖。監視裝置10包含了一影像擷取單元12以及一處理單元14。影像擷取單元12可為一攝影鏡頭，可進行左右轉動(Pan)、上下轉動(Tiit)以及鏡頭變焦(Zoom)等控制，以對某一場景進行監視攝影，並將所擷取獲得的影像畫面傳送至處理單元14。

請參考第2圖，第2圖為本發明一種監視系統的方塊示意圖。監視系統20包含了一監視裝置22以及一遠端處理裝置24，其中監視裝置22具有一影像擷取單元12以及一第一處理單元141，遠端處理裝置24可設置於相對於監視裝置22具有一特定距離的位置(亦即遠端處理裝置24與監視裝置22可為兩相異設備並且遠端處理裝置24設置於相對監視裝置22所設置的監視場景的遠端)，且遠端處理裝置24另具有一第二處理單元142。當監 視裝置22的影像擷取單元12對某一場景進行監視攝影後，可將所擷取獲得的影像畫面全部傳送至遠端處理裝置24的第二處理單元142進行影像處理以及模糊判斷，也可將一部分的工作由監視裝置22的第一處理單元141進行，一部分的工作由第二處理單元142進行，詳細的處理單元(第1圖的處理單元14或是第2圖的第一處理單元141與第二處理單元142)針對影像畫面所進行的影像處理、判斷以及因應的動作的內容以本發明的模糊偵測方法來說明。

請參考第3圖，第3圖為本發明的影像畫面的模糊偵測方法的流程圖。模糊偵測方法100包含下列步驟：步驟110：產生一參考影像畫面，該參考影像畫面包含複數個區塊；步驟120：於該複數個區塊中，識別出複數個第一區塊，該複數個第一區塊定義一清楚區域；步驟130：產生一測試影像畫面，包含複數個測試區塊；步驟140：識別該參考影像畫面的該清楚區域的區塊以及該測試影像畫面相對該清楚區域處的複數個測試區塊之間的模糊變化；步驟150：依據步驟140所包含的資訊進行一判斷程序並產生一判斷結果；步驟160：將該測試影像畫面判斷為模糊畫面；以及步驟170：於連續複數個測試影像畫面被判斷為模糊畫面達一定數量時，啟動自動對焦程序，接著執行步驟110以產生新的參考影像畫面。

請配合參考第4圖，第4圖為本發明的模糊偵測方法所擷取並分析的影像畫面的示意圖。本發明的模糊偵測方法依據影像畫面的區塊模糊變 化的比例來決定是否判定為模糊畫面，並根據模糊畫面連續出現的次數(訊框數)或是模糊畫面持續的時間來決定是否進行重新對焦，以控制監視裝置或監視系統的對焦行為。在步驟110中，當監視裝置10或監視系統20於初始狀態下(或經步驟170啟動自動對焦程序而重新對焦後)，利用影像擷取單元12對一場景擷取複數個影像畫面，處理單元14(或第二處理單元142)對影像擷取單元12所擷取到之部分的複數個影像畫面進行影像處理並產生一參考影像畫面50。更詳細地說，參考影像畫面50可以是經由對影像擷取單元12所擷取到之複數個影像畫面的影像資訊(對焦值、對比值或色彩資訊…等)進行影像處理(取平均值或取中間值)而得到的一張影像畫面。在另一些實施例中，參考影像畫面50也可以是影像擷取單元12所擷取到之複數個影像畫面的第一個影像畫面。在步驟130中產生的測試影像畫面60為處理單元14(或第二處理單元142)對影像擷取單元12所擷取到之複數個影像畫面中，沒有被用以產生參考影像畫面50之後續的複數個影像畫面進行影像處理所得(也可以是沒有被用以產生參考影像畫面50之後續的複數個影像畫面中的第一個影像畫面)。參考影像畫面50包含複數個區塊B，而測試影像畫面60也包含與參考影像畫面50中複數個區塊B相對應的複數個測試區塊B’，這些複數個區塊B、測試區塊B’的大小可以是一個像素(也就是每個區塊B、測試區塊B’之長以及寬的單位是1個像素的長度以及寬度)，也可以是系統預設值或是由使用者自定大小。

在步驟110中，由於參考影像畫面50來自於對好焦後(經初始對焦後或經重新對焦後)的畫面，因此在步驟120中，處理單元14(或第二處理單元142)可於參考影像畫面50之複數個區塊B中識別出複數個第一區塊51，這些第一區塊51被判定為清楚的區塊。更具體而言，處理單元14依據區塊B的某特定屬性超過一第一閥值，而將之識別為第一區塊51，例如可以區塊B的對比值來判斷，當某一區塊B的對比值超過該第一閥值時，即被識 別為第一區塊51，也就是清楚的區塊。其中，第一閥值可以動態地以所產生的參考影像畫面50的所有區塊的對比值，以平均、正規化或加權的方式決定，因此每一個參考影像畫面50都會具有一個新的第一閥值；然而，第一閥值也可以直接設定一特定值，或是因應不同的預設場景(例如夜間、室內、戶外...等)而設定相對應的特定值。

這些第一區塊51(在這裡是指所有對比值大於該第一閥值的區塊B)集合界定了一清楚區域55，參考影像畫面50的清楚區域55可包含一或多個連續、不連續且具有非特定輪廓的區域範圍，而在這(些)區域範圍內的區塊B均為被處理單元14識別出來的第一區塊51。特別要說明的是，清楚區域55除了可以如上所述，是影像畫面中相對較清楚的區域，或是影像畫面中有對到焦的區域外，在本發明其他實施例中，清楚區域55也可另外由使用者設定，選擇其所感興趣的區域作為清楚區域55。在一些實施例中，處理單元14(或第二處理單元142)可於產生參考影像畫面50(步驟110)以及測試影像畫面60(步驟130)後再進行參考影像畫面50之識別(步驟120)，也可以於產生及識別完參考影像畫面50(步驟110、120)後，再接著產生測試影像畫面60(步驟130)，因此上述步驟120以及步驟130可以對調，本發明不在此順序上作限制。

在產生並完成參考影像畫面50的識別後，此即建立了對後續的測試影像畫面60的比較基準。在步驟140中，針對測試影像畫面60中的清楚區域65(相對於參考影像畫面50的清楚區域55處)內的測試區塊B’進行識別。同樣地，從清楚區域65中所包含的測試區塊B’的對比值來判斷並識別出清楚區域65中的複數個第二區塊62。在這裡識別第二區塊62可以有兩種作法。其一是將清楚區域65中，對比值發生變化的測試區塊B’識別為第二區塊62，也就是分別比較參考影像畫面50中的複數個第一區塊51以及測試 影像畫面60中的清楚區域65中所包含之相對應的複數個測試區塊B’的對比值，並把測試影像畫面60的清楚區域65中對比值有異的複數個測試區塊B’判斷並識別為第二區塊62。這樣所識別出來的第二區塊62可以被視為是由清楚變為模糊的區塊。

其二是將清楚區域65中，對比值未發生變化的測試區塊B’識別為第二區塊62，也就是分別比較參考影像畫面50中的複數個第一區塊51以及測試影像畫面60中的清楚區域65中所包含之相對應的複數個測試區塊B’的對比值，並把測試影像畫面60的清楚區域65中對比值實質上相同的複數個測試區塊B’判斷並識別為第二區塊62。這樣所識別出來的第二區塊62可以被視為是在測試影像畫面60中仍然清楚的區塊(第4圖以此作法作為圖示的說明)。

當針對測試影像畫面60進行第二區塊62的識別後，在步驟150中，即依照步驟140的資訊進行判斷程序並產生相對應的判斷結果。更具體而言，本發明的監視裝置、系統以及模糊判斷方法，依照步驟140的資訊判斷在參考影像畫面50之後的測試影像畫面60是否變為模糊。因此若以上述第一個識別第二區塊62的作法，即第二區塊62為對比值發生變化(變得模糊)的測試區塊B’，則在其中一實施例中，若第一區塊51的數量為M，第二區塊62的數量為N，則步驟150的該判斷程序為N除以M，該判斷結果為N除以M所得之一比值，可以得知M、N均為正整數(或N也可為0)，且該比值代表在同樣的區域中(參考影像畫面50的清楚區域55以及測試影像畫面60的清楚區域65)，測試影像畫面60的清楚區域65中的測試區塊B’變模糊的比例。

在步驟150得出該判斷結果後，決定該判斷結果是否滿足一預設 條件，若該判斷結果滿足該預設條件，即執行步驟160，將測試影像畫面60判斷為模糊畫面。更具體而言，當該比值(N/M)大於或等於一第二閥值，亦即測試影像畫面60的清楚區域65中的測試區塊B’變模糊的數量大於一定比例時，即判斷該測試影像畫面60為模糊畫面。在本發明的實施例中，該第二閥值較佳地為50%，亦即當測試影像畫面60的清楚區域65中的測試區塊B’超過50%被識別為第二區塊62，表示原來清楚的區域(或是所選擇的重點監視區域)中有一半的區域變為模糊，故判斷測試影像畫面60為模糊畫面。

若以上述第二個識別第二區塊62的作法，即第二區塊62為對比值未發生變化(對比值實質上與第一區塊51相同)的測試區塊B’，則在另一實施例中，第一區塊51的數量為M，第二區塊62的數量為N，則步驟150的該判斷程序為N除以M，該判斷結果為N除以M所得之一比值，可以得知M、N均為正整數(或N也可為0)，且該比值代表在同樣的區域中(參考影像畫面50的清楚區域55以及測試影像畫面60的清楚區域65)，測試影像畫面60的清楚區域65中的測試區塊B’仍維持清楚的比例。

在步驟150得出該判斷結果後，決定該判斷結果是否滿足一預設條件，若該判斷結果滿足該預設條件，即執行步驟160，將測試影像畫面60判斷為模糊畫面。更具體而言，當該比值(N/M)小於或等於一第三閥值，亦即測試影像畫面60的清楚區域65中的測試區塊B’仍維持清楚的數量小於一定比例時，即判斷該測試影像畫面60為模糊畫面。在本發明的實施例中，該第三閥值較佳地為80%，亦即當測試影像畫面60的清楚區域65中的測試區塊B’低於80%被識別為第二區塊62，表示原來清楚的區域(或是所選擇的重點監視區域)中仍維持清楚的區域已經低於一比例，故判斷測試影像畫面60為模糊畫面。

除了上述關於步驟150、160所示，以參考影像畫面50以及測試影像畫面60所具有之相對應的清楚區域55、65間的個別區塊B以及測試區塊B’的對比值的變化來進行該判斷程序以產生該判斷結果外，亦可以測試影像畫面60的清楚區域65中的所有測試區塊B’的對比值的平均值除以參考影像畫面50的清楚區域55中所有第一區塊51的對比值的平均值作為該判斷程序，而該判斷結果是上述除式的比值。當該判斷結果的該比值大於(或小於)一預設值時，即可將測試影像畫面60判斷為模糊畫面。另外要說明的是，在步驟110之前，處理單元14(或是影像擷取單元12)可先行針對影像擷取單元12對一場景所擷取的複數個影像畫面進行雜訊抑制以及亮度變化處理，然後再進行步驟110以及後續的步驟。

以上為相對參考影像畫面50，針對一測試影像畫面60進行模糊畫面的判斷。實際上當監視裝置10持續在監視一個場景時，影像擷取單元12會不斷地擷取影像畫面，處理單元14(或是影像擷取單元12)亦會據此不斷地產生測試影像畫面60，且每一個測試影像畫面60均會經過步驟130~160進行模糊畫面的判斷，其間可能發生場景內容的改變或是監視裝置10本身移動使得測試影像畫面60被判斷為模糊畫面。本發明即在清楚區域55持續模糊一段時間後，也就是測試影像畫面60連續被判斷為模糊畫面時，啟動重新對焦的程序。例如當連續P個測試影像畫面被判斷為模糊畫面後(P為大於1之正整數，其可為系統預設值，也可以由使用者自行設定)，如步驟170所示，處理單元14即啟動自動對焦的程序，並由影像擷取單元12重新針對監視場景對焦。因重新對焦後，所擷取到的影像畫面的每一個區塊B的對比值均可能發生變化，因此當影像擷取單元12自動對焦完成後，接著回到步驟110中重新設定新的比較基準，亦即產生一新的參考影像畫面50，然後再次執行步驟120~160以進行新的階段的判斷以及自動對焦流程。更詳細地說，當影像擷取單元12自動對焦後完成後，可以連續擷取複數張影像畫面， 處理單元14(或第二處理單元142)再依上述參考影像畫面50的產生方法，產生新的參考影像畫面50'，並將自動對焦完成前的參考影像畫面50替換成新的參考影像畫面50'，然後再次回到步驟120~160進行新的階段的判斷以及自動對焦流程。

在監視裝置10進行某一場景的監視過程中，當監視場景改變(如原先對到焦或是被選擇的區域發生變化而變得模糊或是原本監視的區域發生改變)時，經由本發明的模糊偵測方法，由步驟110~170一連串的動作後，可啟動影像擷取單元12的對焦馬達，進行一次自動對焦，如此不需要讓影像擷取單元12持續處在自動對焦狀態而反覆在進行對焦的動作，而是在判斷到畫面中的對焦區域產生模糊後才進行對焦。

此外，於一些實施例中，在步驟110之前，本發明也可先行判斷是否需在更新參考影像畫面50後再進行步驟110及其後續之步驟。詳細來說，處理單元14(或第二處理單元142)可於進行步驟110前先判斷影像擷取單元12其左右轉動(Pan)、上下轉動(Tilt)或鏡頭變焦(Zoom)等參數是否改變。當這些參數改變時，代表影像擷取單元12的監視場景發生變化，此時原有的參考影像畫面50已不具參考價值，因此可先進行更新參考影像畫面50的動作，之後再進行步驟110及其後續之步驟。

另外要說明的是，在步驟150後，當其中一測試影像畫面的判斷結果未滿足該預設條件時，以及在步驟160後，當連續複數個測試影像畫面被判斷為模糊畫面未達一定數量即有下一個測試影像畫面未被判斷為模糊畫面時，亦可再判斷是否需要更新參考影像畫面50。若需更新參考影像畫面50，則於更新參考影像畫面50後，進行步驟120~170，如上一段所述。若不需要更新參考影像畫面50，則繼續執行步驟130而產生測試影像畫面60。

上述步驟110~170均由處理單元14或第二處理單元142來執行，而在第2圖的監視系統20中，也可部份由第一處理單元141執行，部份由遠端的第二處理單元142執行。例如在一實施例中，監視裝置22的第一處理單元141在執行步驟110、130後，接著將資料傳送至遠端處理裝置24，並由遠端的第二處理單元142執行步驟120、步驟140以及步驟160，之後再由監視裝置22的第一處理單元141執行步驟170。此為一種可能的模式，然而本發明不以此為限，在其他實施例中，可依據處理單元的設計或運算能力等考量，由第一處理單元141以及第二處理單元142以分工的方式完成步驟110~170。

本發明所提供的監視裝置、監視系統以及模糊偵測方法，將監視的畫面對焦後分為清楚區域以及非清楚區域(某個意義而言為對焦區以及非對焦區，也可是重點監視區以及非重點監視區)，接著在後續的監視所擷取到的測試影像畫面中，針對清楚區域的區塊模糊變化，分析其佔整個清楚區域所有區塊的比例，當此比例滿足某一特定條件時，即將該測試影像畫面判定為模糊畫面，並且於連續一定數量的模糊畫面發生時，進行自動對焦的程序。本發明在原先被認知為清楚的範圍開始模糊達一定比例時才進行重新對焦，符合實際使用的經驗，且能減少裝置持續對焦所造成的元件老化以及影像清晰度的不穩定等問題。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

110~170‧‧‧步驟

Claims (13)

1. 一種影像畫面的模糊偵測方法，包含有：產生一參考影像畫面，該參考影像畫面包含複數個區塊；於該複數個區塊中，識別出複數個第一區塊，該複數個第一區塊界定一清楚區域；產生一測試影像畫面，該測試影像畫面包含與該參考影像畫面相對應的複數個測試區塊；於該測試影像畫面中相對於該清楚區域處的複數個測試區塊中，識別出複數個第二區塊；以及根據該複數個第二區塊與該複數個第一區塊所包含之資訊進行一判斷程序並產生一判斷結果，當該判斷結果滿足一預設條件時，將該測試影像畫面判斷為模糊畫面。
2. 如請求項1所述的模糊偵測方法，其中識別出該複數個第一區塊以及該複數個第二區塊係依據一第一閥值識別出該複數個第一區塊以及該複數個第二區塊。
3. 如請求項2所述的模糊偵測方法，其中依據該第一閥值識別出該複數個第一區塊係比較該參考影像畫面中每一個區塊的對比值以及該第一閥值，並將超過該第一閥值的複數個區塊識別為該複數個第一區塊。
4. 如請求項3所述的模糊偵測方法，其中依據該第一閥值識別出該複數個第二區塊係比較該參考影像畫面中的該複數個第一區塊以及該測試影像畫面中相對於該清楚區域處的複數個測試區塊的對比值，並將該測試影像畫面中相對於該清楚區域處中對比值有異的複數個測試區塊識別為該複數個第二區塊。
5. 如請求項4所述的模糊偵測方法，其中該複數個第一區塊之數量為M，該複數個第二區塊之數量為N，該判斷程序為N除以M，該判斷結果為N除以M所得之一比值，其中M及N為正整數，該預設條件係指該比值大於或等於一第二閥值。
6. 如請求項3所述的模糊偵測方法，其中依據該第一閥值識別出該複數個第二區塊係比較該參考影像畫面中的該複數個第一區塊以及該測試影像畫面中相對於該清楚區域處的複數個測試區塊的對比值，並將該測試影像畫面中相對於該清楚區域處中對比值實質上相同的複數個測試區塊識別為該複數個第二區塊。
7. 如請求項6所述的模糊偵測方法，其中該複數個第一區塊之數量為M，該複數個第二區塊之數量為N，該判斷程序為N除以M，該判斷結果為N除以M所得之一比值，其中M及N為正整數，該預設條件係指該比值小於或等於一第三閥值。
8. 如請求項1所述的模糊偵測方法，另包含：重複產生複數個測試影像畫面；判斷該複數個測試影像畫面是否為模糊畫面；以及當連續P個該測試影像畫面被判斷為模糊畫面時，啟動一自動對焦程序，其中P為大於1之正整數。
9. 如請求項8所述的模糊偵測方法，另包含：於該自動對焦程序完成後，產生新的一參考影像畫面。
10. 如請求項1所述的模糊偵測方法，其中該參考影像畫面以及該測試影像 畫面皆利用一影像擷取單元對一場景拍攝所得之影像資訊而產生，該模糊偵測方法另包含：判斷該影像擷取單元所拍攝的該場景是否改變，並於該場景改變後，產生新的一參考影像畫面。
11. 如請求項1所述的模糊偵測方法，其中該參考影像畫面以及該測試影像畫面皆利用一影像擷取單元對一場景拍攝所得之影像資訊而產生，該模糊偵測方法另包含：判斷該影像擷取單元的左右轉動(Pan)、上下轉動(Tilt)或鏡頭變焦(Zoom)參數是否改變，並於該影像擷取單元的左右轉動(Pan)、上下轉動(Tilt)或鏡頭變焦(Zoom)參數改變後，產生新的一參考影像畫面。
12. 一種監視裝置，包括一影像擷取單元以及一處理單元，該影像擷取單元以及該處理單元用以執行如請求項1至11其中任一之模糊偵測方法。
13. 一種監視系統，包括具有一影像擷取單元以及一第一處理單元之一監視裝置以及具有一第二處理單元之一遠端處理裝置，其中該監視裝置以及該遠端處理裝置用以執行如請求項1至11其中任一之模糊偵測方法。