TWI423661B

TWI423661B - Face block assisted focus method

Info

Publication number: TWI423661B
Application number: TW99122771A
Authority: TW
Inventors: Chih Pin Yen; Chia Lun Tsai; Li Wen Kuo
Original assignee: Altek Corp
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2014-01-11
Also published as: TW201204023A

Description

人臉區塊輔助對焦的方法

本發明係關於一種輔助對焦的方法，特別是一種以人臉區塊輔助對焦的方法。

在拍攝影像時，需要正確地把焦距對到被攝物體上以得到清晰的照片，而在現今一般的數位相機等影像擷取裝置都已內建有自動對焦功能。自動對焦大致上可以分為兩大類，一為主動式自動對焦(active auto focus)，另一為被動式自動對焦(passive auto focus)。

主動式自動對焦的技術係利用一組紅外線發射器或是雷射發射器和相對的接收器投射光的圖案在被攝體上，再以三角測量法(triangulation)等方法計算相機與被攝物體之間的距離，而此距離即為焦距。然而主動式自動對焦方式精度較差，也就是說無法得到很準確的焦距，且無法被使用於影像擷取裝置和被攝物體之間有玻璃等東西阻隔的情況。此外，使用主動式自動對焦需在相機內額外設置光發射器和接收器，因此成本較高。

被動式自動對焦則在正式拍攝前，於從離影像擷取裝置最近的微距到被設為無限遠的區域中擷取許多張影像，並分析所獲得的影像的清晰度來決定焦距。被動式自動對焦方式只需用到相機本身所具有的影像感測器及運算單元，故能夠減輕製造成本。但是被動式自動對焦由於需耗費的運算量較大，因此常犧牲精度以避免花費過多的時間在自動對焦上。

而近年來，使用數位相機等影像擷取裝置來拍攝影像的使用者大幅增加。除了攝影專業人員之外，也有越來越多的一般使用者使用數位相機來拍攝。通常，一般使用者所拍攝的影像，因拍攝技巧不如專業人員，故其所攝得的影像經常會有焦距不對等問題。然而在拍攝照片時，人物影像常是畫面中的重點的部分。傳統的自動對焦方式卻可能會把背景或是人物以外的其他東西判斷為攝影主體，而存在有應該為拍攝重點的人物卻反而失焦的問題。再者一旦自動對焦的精度不足而產生對焦誤差，很可能會導致拍攝的影像嚴重模糊。尤其是當拍攝的影像是人像時，出現在人臉上的攝影缺陷更顯得糟糕。

為了解決上述問題，本發明提供一種人臉區塊輔助對焦的方法，其適用於具有一自動對焦程序的一影像擷取裝置。自動對焦程序具有一預設取樣間距，而人臉區塊輔助對焦的方法包括：擷取一欲對焦影像，其中欲對焦影像具有一人臉區塊；計算欲對焦影像中的人臉區塊的一人臉參數；依據人臉參數查閱一參數焦距對照表以得到一對焦區段；以及依據對焦區段以及一人臉取樣間距執行自動對焦程序以得到一目標焦距，其中人臉取樣間距係小於預設取樣間距。

人臉參數可以是人臉區塊與欲對焦影像的一長度比或是一面積比。而參數焦距對照表可對應於一人臉偵測程序，且影像擷取裝置係以此人臉偵測程序於欲對焦影像中偵測出人臉區塊。

根據本發明之一實施範例，依據人臉參數查閱參數焦距對照表以得到對焦區段的步驟可包括：依據人臉參數查閱參數焦距對照表，並得到與人臉參數對應的一預測對焦位置；以及依據影像擷取裝置的一縮放倍率，以預測對焦位置為基準點得到對焦區段。

此外，對焦區段可具有為一前區段以及一後區段。其中前區段係位於預測對焦位置至影像擷取裝置的一近焦距之間，後區段則位於預測對焦位置至影像擷取裝置的一遠焦距之間。且根據本發明之一實施範例，前區段的長度可與後區段的長度相同。而根據本發明之另一實施範例，前區段的長度可大於或是小於後區段的長度。

而得到對焦區段之後，自動對焦程序可以以一二次多項式逼近法計算目標焦距。

綜上所述，人臉區塊輔助對焦的方法依據人臉區塊的人臉參數查閱參數焦距對照表，並於得到的對焦區段內以較高的精度執行自動對焦程序。因此能夠提高自動對焦的精度而得到更佳的目標焦距，而能夠拍攝到清晰的人臉影像。

20‧‧‧影像擷取裝置

22‧‧‧鏡頭單元

24‧‧‧感光單元

26‧‧‧微處理器

28‧‧‧儲存單元

30‧‧‧欲對焦影像

32‧‧‧人臉區塊

40‧‧‧預測對焦位置

42‧‧‧對焦區段

44‧‧‧前區段

46‧‧‧後區段

50‧‧‧清晰度曲線

52‧‧‧二次多項式擬合曲線

第1圖係為根據本發明一實施範例之影像擷取裝置之方塊示意圖。

第2圖係為根據本發明一實施範例之人臉區塊輔助對焦的方法之流程圖。

第3A圖係為根據本發明一實施範例之人臉區塊之示意圖。

第3B圖係為根據本發明另一實施範例之人臉區塊之示意圖。

第4A圖係為根據本發明一實施範例之對焦區段之示意圖。

第4B圖係為根據本發明另一實施範例之對焦區段之示意圖。

第4C圖係為根據本發明又一實施範例之對焦區段之示意圖。

第5圖係為根據本發明一實施範例之清晰度曲線之示意圖。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。

本發明提供一種人臉區塊輔助對焦的方法，其適用於具有一自動對焦(Auto Focusing，AF)程序的一影像擷取裝置，其中自動對焦程序具有一預設取樣間距。

請參照「第1圖」，其係為根據本發明一實施範例之影像擷取裝置之方塊示意圖。然根據本發明之人臉區塊輔助對焦的方法所適用的影像擷取裝置係不限於「第1圖」。

影像擷取裝置20可以例如是數位相機、附有拍照功能的相機、攝影機或是網路攝影機(webcam)。影像擷取裝置20包括一鏡頭單元(lens unit)22、一感光單元(photosensitive unit)24、一微處理器(micro processor unit)26以及一儲存單元(storage unit)28。當擷取影像時，影像擷取裝置20係將鏡頭單元22對焦於一對焦距離(focusing distance，亦稱為焦距，focus)上。則當使用者拍攝影像時，微處理器26控制鏡頭單元22至對應此對焦距離的一對焦位置，並將透過鏡頭單元22以及感光單元24得到的影像儲存於儲存單元28。

對焦距離係指鏡頭單元22的光學中心點至被攝物或被攝人物之間的距離，長度單位可以是公尺或公分。而對焦位置亦可被稱為焦長(focus length)，其係指鏡頭單元22的光學中心點至感光單元24之間的距離。影像擷取裝置20可透過一步進馬達(step motor，未繪示)控制鏡頭裝置22至不同的對焦位置上。對焦位置一般以步距(step，亦稱為步進距離)為單位。

需注意的是，對焦距離與對焦位置之間的關係並不一定是成正比。例如於對焦距離為1公尺對應之步距數並不一定是對焦距離為半公尺對應之步距數的兩倍；對焦距離為2公尺對應之步距數亦不一定是對焦距離為1公尺對應之步距數的兩倍。

接著請同時參考「第2圖」、「第3A圖」以及「第3B圖」，其分別為根據本發明一實施範例之人臉區塊輔助對焦的方法之流程圖，以及根據本發明不同實施範例之人臉區塊之示意圖。

影像擷取裝置20首先擷取一欲對焦影像30(步驟S110)，其中欲對焦影像30具有一人臉區塊(face block)32。人臉區塊32係指被攝人物的臉被擷取成欲對焦影像30之後，欲對焦影像30之中人臉部分的影像。且影像擷取裝置20之微處理器26可執行一人臉偵測程序，以偵測欲對焦影像30中的人臉區塊32。

影像擷取裝置20平時可使用自動對焦程序，依據預設取樣間隔將鏡頭單元22逐一移動至不同的對焦位置以進行自動對焦。然而當欲對焦影像30中偵測到人臉區塊32時，代表使用者欲對至少一個人物拍攝。則人臉區塊輔助對焦的方法可以以下述步驟針對被攝人物提高自動對焦程序的精度並得到一目標焦距，比使用目標焦距拍攝被攝人物來得到優秀的人像影像。

得到人臉區塊32之後，微處理器26計算欲對焦影像30中的臉區塊32的一人臉參數(步驟S120)。根據本發明，人臉參數可以是人臉區塊32與整張欲對焦影像30的一長度比或是一面積比。舉例而言，假設欲對焦影像30的解析度為640*480，而以人臉偵測程序偵測得到的人臉區塊32的解析度為120*80。則人臉參數可以是、或是。

由於人臉參數係採用人臉區塊32與欲對焦影像30之間的比例值而非絕對值，故人臉區塊輔助對焦的方法可適用於不同影像格式以及各種影像擷取裝置20。

接著微處理器26依據人臉參數查閱一參數焦距對照表，以得到一對焦區段(步驟S130)。對焦區段係為擷取被攝人物之影像時可能的對焦位置的範圍，故應以較高的對焦精度於對焦區段內執行自動對焦程序。

較佳的是，參數焦距對照表係可對應於人臉偵測程序。因為即使處理同一張欲對焦影像30，使用不同的人臉偵測程序可能找出不同大小或不同位置的人臉區塊32。因此參數焦距對照表可配合人臉偵測程序設計。

如「第3A圖」以及「第3B圖」所示，一般而言，距離影像擷取裝置20較近的被攝人物會在欲對焦影像30中形成較大的人臉區塊32；而距離影像擷取裝置20較遠的被攝人物則會在欲對焦影像30中形成較小的人臉區塊32。

根據本發明之一實施範例，依據人臉參數查閱參數焦距對照表以得到對焦區段的步驟可包括：依據人臉參數查閱參數焦距對照表，並得到與人臉參數對應的一預測對焦位置；以及依據影像擷取裝置20的一縮放倍率，以預測對焦位置為基準點得到對焦區段。

縮放倍率係為擷取欲對焦影像30時，影像擷取裝置20被設置的變焦(zoom)倍率，亦對應於焦長。例如當影像擷取裝置20的鏡頭單元22可進行焦長為37mm(公厘)至260mm變焦，則縮放倍率為37mm至260mm。具變焦功能的鏡頭單元22可以在拍攝前調整鏡頭單元22之中的鏡片的位置，而改變焦長。其中最短焦長(37mm)的一端稱為廣角端(wide)，影像擷取裝置20能夠擷取到範圍較大的影像；反之最長焦長的一端(260mm)則為望遠端(tele)，視覺上像是把遠處的景物影像拉近影像擷取裝置20，而有把影像放大的效果。

縮放倍率會影響到預設取樣間距。例如當縮放倍率被設為接近廣角端時，預設取樣間距可以是20step；而當縮放倍率被設為接近望遠端時，預設取樣間距可以是30step。影像擷取裝置20可依據擷取欲對焦影像30時的縮放倍率以預測對焦位置為基準點得到對焦區段，也就是得到擷取被攝人物之影像時最可能的對焦位置的範圍。

請參照「第4A圖」、「第4B圖」以及「第4C圖」，其分別為根據本發明不同實施範例之對焦區段之示意圖。

於步驟S130中以預測對焦位置40得到對焦區段42，且對焦區段42可具有為一前區段44以及一後區段46。其中前區段44係位於預測對焦位置40至影像擷取裝置20的一近焦距(Near)之間，後區段46則位於預測對焦位置40至影像擷取裝置20的一遠焦距(Far)之間。其中近焦距的焦長較長(例如200步距)，而遠焦距的焦長較短(例如100步距)。且不同的縮放倍率亦會對應有不同的近焦距以及遠焦距。

且根據本發明，前區段44的長度可與後區段46的長度相同；或是前區段44的長度可大於或小於後區段46的長度。

以下舉實際之數據作為例子來說明，但根據本發明之人臉區塊輔助對焦的方法並不限於這些舉例之數據。

當擷取欲對焦影像30時，影像擷取裝置20的縮放倍率較接近廣角端，則代表可能欲對較遠處的被攝人物進行對焦。假設此時之預設取樣間距為20步距，而查表得到之預測對焦位置40為第150步距。則可指定由預測對焦位置40往目前之縮放倍率的遠焦距方向的10個步距起，到預測對焦位置40往近焦距方向的20個步距為止的範圍為對焦區段42。因此對焦區段42為第140步距到第170步距之間的範圍。

又例如當影像擷取裝置20在擷取欲對焦影像30時縮放倍率較接近望遠端，且預設取樣間距為30步距。則可指定由預測對焦位置40之第150步距處往目前之縮放倍率的遠焦距方向的30個步距起，到預測對焦位置40往近焦距方向的15個步距為止的範圍為對焦區段42。因此對焦區段42為第120步距到第165步距之間的範圍。

然而根據本發明之另一實施範例，參數焦距對照表中並非記錄與人臉參數對應之預測對焦位置40，而記錄與人臉參數對應之一預測焦段。且影像擷取裝置20亦可如上述步驟依據縮放倍據以及預測焦段得到對焦區段42。

得到對焦區段42之後，微處理器26依據對焦區段42以及一人臉取樣間距執行自動對焦程序以得到目標焦距(步驟S140)。其中人臉取樣間距係小於預設取樣間距，即在對焦區段42內微處理器26以高於預設值的自動對焦精度執行自動對焦程序。人臉取樣焦距亦與縮放倍率有關，例如當縮放倍率接近廣角端時，人臉取樣間距可以是4步距；而當縮放倍率接近望遠端時，人臉取樣間距可以是6步距。

承上述實際數據的例子，則可在第140步距到第170步距之間的對焦區段42中，以4步距之取樣間隔執行自動對焦程序。或是可在第120步距到第165步距之間的對焦區段42中，以6步距之取樣間隔執行自動對焦程序。

得到對焦區段42之後，自動對焦程序便可以以一二次多項式逼近法計算目標焦距。

請參照「第5圖」，其係為根據本發明一實施範例之清晰度曲線之示意圖。

二次多項式逼近法亦可稱為二次多項式曲線擬合法。自動對焦程序於對焦區段42之內的多個對焦位置上個別擷取一張影像，並計算這些影像的一清晰度。接著可將對焦區段42內的各個對焦以及對應之清晰度作為X軸以及Y軸進行描點，並得到一清晰度曲線50。接著依據清晰度曲線50進行二次多項式曲線擬合可以得到一二次多項式擬合曲線52，並計算二次多項式擬合曲線52的峰值(peak)所對應的對焦位置作為目標焦距。

更詳細地說，自動對焦程序係於對焦區段42之內，每隔一個人臉取樣間距擷取一張影像來計算清晰度。而人臉取樣間距的計算方式可以是將對焦區段42除以一取樣點數。則於同一對焦區段42之內，取樣點數越多就表示人臉取樣間距越小，自動對焦的精度越高。

舉例而言，在欲對焦影像30中沒有偵測到人臉區塊32時，自動對焦程序於微距到無限遠之間的範圍取10點取樣點數進行自動對焦。而在欲對焦影像30中偵測到人臉區塊32時，亦在對焦區段42內取10點取樣點數進行自動對焦。如此一來，雖然花費同樣的時間以10張影像進行二次多項式逼近法，但可得到更準確的目標焦距，而能夠避免對焦誤差。

前述之參數焦距對照表係可採用實驗法建立。實驗法建立係指以不同的焦距對對應各種人臉參數之被攝人物拍攝，計算而得對應各人臉參數之預測對焦位置40，藉以建立參數焦距對照表。

此外，雖前述之實施範例以具有單一個人臉區塊32的欲對焦影像30為例，人臉區塊輔助對焦的方法亦適用於具有多個人臉區塊32的欲對焦影像30。例如可取所有的人臉參數的平均值、中位數或眾數進行查表；或是可用多個人臉參數查表得到多個預測對焦位置40再取其平均數、中位數或眾數作為最後的預測對焦位置40。

綜上所述，根據本發明之人臉區塊輔助對焦的方法依據人臉區塊的人臉參數查閱參數焦距對照表，並於得到的對焦區段內以較高的精度執行自動對焦程序。由於不需在影像擷取裝置內設置光發射器和接收器等額外的硬體，因此製造成本較低。再者提高自動對焦的精度便可得到較習知技術更準確的目標焦距，而能夠令使用者拍攝到清晰的人臉影像。

雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種人臉區塊輔助對焦的方法，適用於具有一自動對焦程序的一影像擷取裝置，該人臉區塊輔助對焦的方法包括：在該影像擷取裝置的一預設對焦區段中的一對焦位置，擷取一欲對焦影像，其中該欲對焦影像具有一人臉區塊；計算該欲對焦影像中的該人臉區塊的一人臉參數；依據該人臉參數查閱一參數焦距對照表以得到一人臉對焦區段，包括：依據該人臉參數查閱該參數焦距對照表，並得到與該人臉參數對應的一預測對焦位置；以及依據該影像擷取裝置的一縮放倍率，以該預測對焦位置為基準點得到該人臉對焦區段，其中該縮放倍率係用以描述該影像擷取裝置的焦長的一變化範圍；以及依據該人臉對焦區段以及一人臉取樣間距執行該自動對焦程序以得到一目標焦距，其中該人臉取樣間距係小於該欲對焦影像對應的該對焦位置對應的該預設取樣間距。
如申請專利範圍第1項所述之人臉區塊輔助對焦的方法，其中該人臉參數係為該人臉區塊與該欲對焦影像的一長度比。
如申請專利範圍第1項所述之人臉區塊輔助對焦的方法，其中該人臉參數係為該人臉區塊與該欲對焦影像的一面積比。
如申請專利範圍第1項所述之人臉區塊輔助對焦的方法，其中該參數焦距對照表係對應於一人臉偵測程序，且該影像擷取裝置係以該人臉偵測程序於該欲對焦影像中偵測該人臉區塊。
如申請專利範圍第1項所述之人臉區塊輔助對焦的方法，其中該依據該影像擷取裝置的一縮放倍率，以該預測對焦位置為基準點得到一人臉對焦區段的步驟包括：依據該預測對焦位置以及該縮放倍率，決定對應於該預測對焦位置的預設取樣間距；以及依據該對應於該預測對焦位置的預設取樣間距，以該預測對焦位置為基準點得到該人臉對焦區段。
如申請專利範圍第5項所述之人臉區塊輔助對焦的方法，其中該人臉對焦區段具有一前區段以及一後區段，該前區段係位於該預測對焦位置至該影像擷取裝置的一近焦距之間，該後區段係位於該預測對焦位置至該影像擷取裝置的一遠焦距之間，且該前區段的長度與該後區段的長度相同。
如申請專利範圍第5項所述之人臉區塊輔助對焦的方法，其中該人臉對焦區段具有一前區段以及一後區段，該前區段係位於該預測對焦位置至該影像擷取裝置的一近焦距之間，該後區段係位於該預測對焦位置至該影像擷取裝置的一遠焦距之間，且該前區段的長度大於該後區段的長度。
如申請專利範圍第5項所述之人臉區塊輔助對焦的方法，其中該人臉對焦區段具有一前區段以及一後區段，該前區段係位於該預測對焦位置至該影像擷取裝置的一近焦距之間，該後區段係位於該預測對焦位置至該影像擷取裝置的一遠焦距之間，且該前區段的長度小於該後區段的長度。
如申請專利範圍第5項所述之人臉區塊輔助對焦的方法，其中該自動對焦程序係以一二次多項式逼近法計算該目標焦距。