TWI399084B - 圖像捕捉方法和數位相機 - Google Patents

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Description

圖像捕捉方法和數位相機
本發明是關於數位相機，更具體的，是關於圖像捕捉方法和數位相機。
數位相機通常指定設計為小巧(compact)且具成本效益，因此電力消耗及成本問題會造成數位相機的計算功率有限。大多數數位相機的響應時間可能不如高端設備快，數位相機的性能受快門(shutter)延遲的影響。快門延遲是指從觸發按鈕到圖像捕捉之間的一段響應時間。快門延遲導致相機難以在恰當時刻捕捉到畫面，尤其是在欲拍攝對象是例如人類或寵物等移動的活物時。
另外，大多數使用者希望捕捉所拍攝活物的眼睛注視時刻。換言之，給活物拍照的最佳時刻可能是在活物正注視數位相機時。但此類畫面可能難以擷取，尤其是當欲拍攝對象是一大群人或者不好控制的小孩或寵物。因此，急需開發一種數位相機的改進功能以解決上述問題。
有鑒於此，本發明提供一種圖像捕捉方法和數位相機。
本發明提供一種圖像捕捉方法，用於在一數位相機中拍攝至少一對象，包含：感測一圖像；對該圖像實施一眼睛注視偵測過程，以偵測該至少一對象的至少一只眼睛或一雙眼睛的一眼睛注視方向；確定該眼睛注視方向是否符合一注視標準；以及若該眼睛注視方向符合該注視標準，則觸發該數位相機的一應用。
本發明提供一種數位相機，用於拍攝至少一對象，該數位相機包含：一光敏器件模組，用於感測一圖像；一使用者介面，包含一顯示器，該顯示器用於顯示該圖像；一記憶體裝置，用於存儲該圖像；一處理器，耦接至該光敏器件模組、該記憶體裝置和該使用者介面，該處理器對該圖像實施一眼睛注視偵測過程，以偵測該至少一對象的至少一只眼睛或一雙眼睛的一眼睛注視方向，確定該眼睛注視方向是否符合一注視標準，且若該眼睛注視方向符合該注視標準就觸發該數位相機的一應用。
本發明提供的圖像捕捉方法和數位相機可更好的捕捉所拍攝對象的眼睛。
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「包括」和「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。以外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電性連接手段。間接的電性連接手段包括通過其他裝置進行連接。
爲了在拍攝對象眼睛正注視數位相機的恰當時刻拍照，需要實現一種實時監視機制來輔助拍攝者。
第1a圖是根據本發明一個實施例的數位相機100的示意圖。數位相機100包括光敏器件(photo sensor)模組102、使用者介面104、處理器106以及記憶體裝置108。典型情況下，使用者介面104包含顯示器124、用於拍照的觸發按鈕114以及用於使用者控制的面板(未示出)。光敏器件模組102包括鏡頭、快門(shutter)以及例如是電荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)或互補金氧半(CMOS)的光敏器件，光敏器件用於將接收到的光線轉換爲數位信號，這也是圖像感測的原理。光敏器件可以用不同的機制感測圖像。例如，在傳統快門機制中，觸發按鈕114用於觸發光敏器件模組102中的快門，以在短暫期間内打開光圈(aperture)。該短暫期間通常稱爲曝光時間。由此，光敏器件在曝光時間内通過光圈暴露在光線下，從而將光線轉換爲數位信號。
即時顯示(live view)也是一種普遍應用的機制。在即時顯示模式下，快門保持打開狀態，光敏器件持續激活，通常以每秒30訊框(30FPS)的速率捕捉每個瞬間的圖像。該模式之所以稱爲“即時顯示”是因爲圖像可即時顯示在顯示器124上，呈現即時移動的畫面。在即時顯示模式下觸發觸發按鈕114時，對應於某一瞬間的圖像被捕捉並存儲在記憶體裝置108中。記憶體裝置108可以是多種已知裝置，例如緊緻快閃(Compact Flash,CF)卡、保全數位(Secure Digital,SD)卡或硬碟驅動機。
在數位相機100中，處理器106連接至光敏器件模組102、使用者介面104和記憶體裝置108，處理器106控制不同的功能。例如，眼睛注視(eye-gazing)偵測過程由處理器106實施，以用於偵測拍照對象中至少一只眼睛或一雙眼睛的至少一個眼睛注視方向。處理器106可以從使用者介面104接收觸發信號以初始化眼睛注視偵測過程，以及在眼睛注視方向符合注視標準時觸發數位相機100的特定應用。通常，為提供對場景的即時響應，眼睛注視偵測在即時顯示模式下實施。本發明的實施例細節將參考以下流程圖描述。
第1b圖是根據本發明一個實施例在數位相機100中實現的圖像捕捉方法的流程圖。請注意，若效果實質上相同，則不要求嚴格按照第1b圖所示的順序執行各步驟。
步驟S101中，初始化數位相機100，其中，眼睛注視機制可作爲韌體或特殊應用積體電路(ASIC)安裝於處理器106。於實作中，數位相機100的光敏器件模組102在上電(power up)後持續感測圖像。準確而言，數位相機100以特定訊框率持續對光信號採樣，以產生持續更新的圖像。衆所週知，圖像通常顯示在數位相機100的顯示器124，幫助使用者合成(composite)所需照片。所以眼睛注視偵測可以是由處理器106執行的一個子程序(sub-routine)，以持續監視用於觸發特定應用的圖像。
步驟S105中，對圖像實施眼睛注視偵測過程，以偵測至少一只眼睛或一雙眼睛的至少一個眼睛注視方向。在本發明的一個實施例中，當按下數位相機100的觸發按鈕114時可實施眼睛注視偵測過程。作爲替代，也可在數位相機100上電後立刻實施眼睛注視偵測過程。衆所週知，人臉識別是與例如人臉聚焦和笑臉捕捉等多種應用相捆綁的流行技術。本發明基於所偵測的眼睛注視方向提供進一步的應用，將在下文描述。
步驟S107中，將已感測圖像從光敏器件模組102發送至處理器106，使處理器106確定眼睛注視方向是否符合注視標準(criterion)。用於觸發應用的注視標準是可程式化的。若步驟S107中不符合注視標準(圖中標示為No)，則實施步驟S109。否則若符合注視標準(圖中標示為Yes)，則實施步驟S111。
在步驟S109中，通過使用者介面104發出第一指示信號，使拍照對象相應的調整姿勢。指示信號可以是語音信號、閃爍發光二極體(LED)或顯示字符。例如，當拍攝合影時，數位相機100可指示偵測到幾只眼睛或幾雙眼睛，或者發出警報以吸引拍照對象(尤其是寵物或小孩)，由此增加在所有拍攝對象眼睛注視相機時拍照的成功率。在步驟S109發出第一指示信號後，圖像捕捉方法回到步驟S105以實施用於偵測眼睛注視方向的眼睛注視偵測過程，然後再次確定所偵測的眼睛注視方向是否符合步驟S107的注視標準。請注意，步驟S109可以省略，若所偵測的眼睛注視方向不符合步驟S107的注視標準，圖像捕捉方法可直接進入步驟S105。
在步驟S111中，若眼睛注視方向符合注視標準，則可觸發特定的應用。例如，特定的應用可實現在眼睛注視數位相機時即刻捕捉照片。但本發明並不限於此功能。基於所偵測的眼睛注視方向還可實現不同的應用。例如，可實現特定的應用可以是在符合注視標準時發出一第二指示信號。除上述在眼睛注視時觸發快門拍照的例子之外，眼睛注視偵測還可用於多種情形。例如可提供自動對焦功能，用於對任意一只或一雙注視的眼睛聚焦。若畫面中有多人，鏡頭焦點可自動對焦至注視數位相機的人。此外，由於可偵測眼睛注視方向，鏡頭焦點可自動對焦至拍照對象眼睛正注視的方向。還可提供自動快門應用，其中，光敏器件模組102中的快門可以在全體或者部分人注視數位相機時自動觸發，因而可實現無人干預的快門觸發。
另外，可在偵測到所有眼睛且所有眼睛都面向數位相機時，捕捉圖像並將圖像保存為照片。若數位相機處於視頻模式，可將圖像記錄為移動畫面。同時，當符合注視標準時，數位相機可以只向攝影師和拍照對象指示已經符合標準。數位相機100中的處理器106用可程式化韌體可以實現上述所有應用。
另外，可以在進入步驟S105的眼睛注視偵測過程之前通過使用者介面104配置注視標準，例如可在步驟S103中配置注視標準。以下討論配置注視標準的多種考慮。
注視標準可以定義至少一只眼睛或一雙眼睛相對於數位相機100的眼睛注視方向。若有需要，也可指定特定角度的眼睛注視方向作爲注視標準，以觸發快門拍攝不同風格的照片。眼睛注視方向可使用多種已知演算法來偵測，上述演算法多數適用於輔助殘疾人的醫療系統。例如，對臉和眼睛相對於相機的位置以及眼睛瞳孔相對於相機的位置進行比較，可確定眼睛注視方向。因此此處省略對上述演算法的細節描述。
步驟S105為重複性步驟，由此多個偵測結果可形成序列，例如形成眼睛注視方向的連續軌跡。該軌跡以特定樣式為特徵，可作爲有意義的姿態用於指示照相機以相應的特定運作來響應。為實現姿態識別，注視標準中還可進一步定義軌跡樣式，用於與眼睛注視方向的連續軌跡進行比較。
若希望在一個畫面中拍攝一群人，注視標準也可定義注視數位相機100的多只或多雙眼睛。隨著拍照對象人數增加，所有人同時看數位相機的可能性降低，作爲替代，注視標準也可定義一個閾值或是定義有幾只眼睛或幾雙眼睛正注視數位相機100。例如，該閾值可定義為60%，此時，當十人中有六人注視數位相機時就拍照。
第2圖是根據本發明一個實施例實施第1b圖步驟S105的眼睛注視偵測過程的流程圖。請注意，若效果實質上相同，也可不嚴格按照第2圖所示的順序執行各步驟。眼睛注視偵測過程是一系列演算法。目前有多種習知的實施人臉偵測和眼睛追蹤的演算法，本發明在此基礎上提供進一步的應用。
在步驟S201中，初始化眼睛注視偵測。為偵測眼睛，數位相機必須感測清晰圖像，因此需要聚焦。步驟S203中，數位相機調整焦點以感測清晰圖像。衆所週知，圖像中離焦(out of focus)的物體是模糊的，這種模糊效應又稱爲“散景(bokeh)”。對於大光圈鏡頭和長距鏡頭，當圖像中只有聚焦的物體清晰時，就發生了散景。由於難以分析圖像的模糊部分，也可只在聚焦範圍内實施眼睛注視偵測過程。因此，聚焦範圍是需要考慮的一個參數。通常，典型的數位相機可以自動對焦(AF)。例如，使用者可通過使用者介面104定義焦點標準，以指明眼睛注視偵測過程只實施於聚焦範圍内的物體，聚焦範圍例如是2至5米。這種情況下，只偵測或定位在聚焦範圍2至5米内的臉或眼睛。所以聚焦範圍之外物體的臉或眼睛會被忽略。
步驟S205中，偵測圖像中的臉。由於有多種習知技術可實現臉偵測，在此省略細節的介紹。步驟S207中，定位圖像中偵測到的臉的至少一只眼睛或一雙眼睛。請注意，步驟S205是可選步驟，因此步驟S207也可在步驟S203之後直接實施，以定位圖像中的至少一只眼睛或一雙眼睛。進一步，通過適當的編程，不是只有人眼可以偵測。其他動物例如狗的眼睛和貓的眼睛也都可以偵測。
步驟S209中，分析眼睛的瞳孔以確定眼睛注視方向。作爲最簡單的例子，被偵測到持續特定時間的眼睛注視方向可視爲注視標準匹配。但於實作中，會考慮連續的眼睛注視活動作爲參數以找到觸發點。例如，在一段時間内採樣得到的多個眼睛注視方向可形成軌跡樣式，例如圓形軌跡、向上軌跡或向下軌跡等等。一串連續的眼睛注視方向軌跡可作爲傳達使用者想法的姿態來評估。也可考慮其他活動作爲參數以尋找觸發點，其它活動例如是眨眼、閉眼或持續睜大眼睛。例如，當拍照對象眨眼兩次時就觸發特定的應用，例如拍照或記錄運動畫面。
基於恰當定義的注視標準，當偵測到例如眨眼兩次、環視、快速上下掃視等眼睛注視活動時，就可觸發特定的相機應用，例如打開閃光燈或拍攝移動畫面。換言之，基於眼睛注視偵測技術，可以觸發第1b圖步驟S111所描述的不同應用。
本發明特別適用於數位相機或可拍照的可攜式設備。本發明提供的捕捉方法可用軟體或專用晶片來實現。此外，若計算電力允許，眼睛注視偵測還可併入運動預測器以提前觸發快門，用於補償快門延遲。當拍攝對象快速移動時，補償快門延遲尤其有用。
任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視所附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．數位相機
102．．．光敏器件模組
104．．．使用者介面
106．．．處理器
108．．．記憶體裝置
114．．．觸發按鈕
124．．．顯示器
S101~S209．．．步驟
第1a圖是根據本發明一個實施例的數位相機100的示意圖。
第1b圖是根據本發明一個實施例在數位相機100中實現的圖像捕捉方法的流程圖。
第2圖是根據本發明一個實施例實施第1b圖步驟S105的眼睛注視偵測過程的流程圖。
S101~S111．．．步驟

Claims (17)

  1. 一種圖像捕捉方法，用於在一數位相機中拍攝至少一對象，包含：感測一圖像；對該圖像實施一眼睛注視偵測過程，以偵測該至少一對象的至少一只眼睛或一雙眼睛的一眼睛注視方向；確定該眼睛注視方向是否符合一注視標準；以及若該眼睛注視方向符合該注視標準，則觸發該數位相機捕捉該圖像；以及若該眼睛注視方向不符合該注視標準，則發出一第一指示信號，以使得該至少一對象相應地調整姿勢以滿足該指示標準。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的圖像捕捉方法，其中，該指示信號是一語音信號、一閃爍發光二極體或一顯示字符。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的圖像捕捉方法，更包含在實施該眼睛注視偵測過程之前配置該注視標準。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的圖像捕捉方法，其中，該注視標準定義了該至少一對象的該至少一只眼睛或一雙眼睛的該眼睛注視方向相對於該數位相機的一特定角度。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的圖像捕捉方法，其中，該注視標準定義了注視該數位相機的該至少一只眼睛或一雙眼睛的數目。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的圖像捕捉方法，其 中，當按壓該數位相機的一觸發按鈕時實施該眼睛注視偵測過程。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的圖像捕捉方法，其中，該眼睛注視偵測過程包含：定位該至少一只眼睛或一雙眼睛；以及分析已定位的該至少一只眼睛或一雙眼睛的瞳孔，以確定該眼睛注視方向。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的圖像捕捉方法，其中：該眼睛注視偵測過程更包含偵測該圖像中的至少一張臉；以及定位該至少一只眼睛或一雙眼睛的步驟包含在已偵測臉中定位該至少一只眼睛或一雙眼睛。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的圖像捕捉方法，其中，該應用是捕捉該圖像、將該圖像記錄為移動畫面或發出一第二指示信號以指示符合該注視標準。
  10. 一種數位相機，用於拍攝至少一對象，該數位相機包含：一光敏器件模組，用於感測一圖像；一使用者介面，包含一顯示器，該顯示器用於顯示該圖像；一記憶體裝置，用於存儲該圖像；一處理器，耦接至該光敏器件模組、該記憶體裝置和該使用者介面，該處理器對該圖像實施一眼睛注視偵測過程，以偵測該至少一對象的至少一只眼睛或一雙眼睛的一眼睛注視方向，確定該眼睛注視方向是否符合一注視標 準，且若該眼睛注視方向符合該注視標準就觸發該數位相機捕捉該圖像，其中若該眼睛注視方向不符合該注視標準，則該使用者介面發出一第一指示信號，以使得該至少一對象相應地調整姿勢以滿足該指示標準。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的數位相機，其中，該指示信號是一語音信號、一閃爍發光二極體或一顯示字符。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的數位相機，其中，該注視標準是通過該使用者介面配置的。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的數位相機，其中，該注視標準定義該至少一對象的該至少一只眼睛或一雙眼睛的該眼睛注視方向相對於該數位相機的一特定角度。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的數位相機，其中，該注視標準定義注視該數位相機的該至少一只眼睛或一雙眼睛的數目。
  15. 如申請專利範圍第10項所述的數位相機，其中，該處理器實施該眼睛注視偵測過程以：定位該至少一只眼睛或一雙眼睛；以及分析已定位的該至少一只眼睛或一雙眼睛的瞳孔，以確定該眼睛注視方向。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的數位相機，其中，該處理器實施該眼睛注視偵測過程以進一步：偵測該圖像中的至少一張臉；以及在已偵測臉中定位該至少一只眼睛或一雙眼睛。
  17. 如申請專利範圍第10項所述的數位相機，其中，該處理器觸發該應用，以將該圖像存儲在該記憶體裝置中、將該圖像記錄為移動畫面或通過該使用者介面發出一第二指示信號以指示符合該注視標準。
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