TWI459107B

TWI459107B - 基於臉部資訊之電壓控制光擴散模組及閃燈模組

Info

Publication number: TWI459107B
Application number: TW100146915A
Authority: TW
Inventors: Ming Jiun Liaw
Original assignee: Altek Corp
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2014-11-01
Also published as: TW201327003A; US8604708B2; US20130154514A1

Description

基於臉部資訊之電壓控制光擴散模組及閃燈模組

本發明是有關於一種攝影器材，且特別是有關於一種電壓控制光擴散模組、閃燈控制電路及閃燈控制方法。

一般而言，無論是數位相機或是底片相機通常會內建閃光燈，以方便使用者在微光或逆光等不同的環境中進行補光。除了內建的閃光燈外，部分的相機還設有熱靴或是閃光燈接孔，以連接外接的閃光燈使用。

由於閃光燈通常比環境光源強度來得高許多，所以當閃燈直接打在物體上時，容易在物體背後產生陰影或是造成物體輪廓過於強烈生硬，或是在臉部留下不好看的反光。因此，使用者會在閃光燈前方手動地設置光擴散片，以讓閃光燈的光線能夠更加地均勻投射在物體上面。

然而，光擴散片通常需要使用者手動安裝，使用後也需手動移除，相當不方便。

本發明提供一種電壓控制光擴散模組，能夠根據臉部資訊自動決定適當的驅動電壓，藉以調整光擴散元件的光穿透率。如此便可以改善習知技術必需手動外掛擴散板的缺點。

本發明提出一種電壓控制光擴散模組，包括一光擴散元件、一驅動電路以及一資訊處理單元。該資訊處理單元接收一臉部資訊，藉此估計臉部與該擴散元件的距離，決定該光擴散元件驅動電路的驅動電壓，藉以改變該光擴散元件的穿透率。

上述該光擴散元件係以高分子分散液晶顯示器(Polymer-dispersed Liquid Crystal Display，PDLC Display)，或是普及之液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)，或是液晶顯示器中加入高分子分散液晶滴(PDLC Droplet)來實現。

上述該臉部資訊為至少可供該資訊處理單元估計臉部到該光擴散元件的距離遠近的資訊；例如人臉大小、人臉位置座標、人臉距離或是這些資訊部份或全部的組合。除此之外，該上述臉部資訊至少還包括可供判定有無人臉被偵測到的訊號；例如以0表示沒有人臉被偵測到，1表示有人臉被偵測到；或是以人臉大小為0表示沒有人臉被偵測到；或是以人臉距離大於某閥值(例如1公里)以上表示沒有人臉被偵測到。

在本發明之另一實施例中，該資訊處理單元更接收一變焦資訊，以根據該變焦資訊與該臉部資訊估計人臉與該光擴散模組的距離。

在本發明之另一實施例中，上述該電壓控制光擴散模組更包括：一臉部偵測單元。該臉部偵測單元其輸出訊號耦接至該資訊處理單元，而其輸入端則用以接收至少一影像，從該影像中偵測人臉，並輸出臉部資訊至該資訊處理單元。

上述該資訊處理單元與臉部偵測單元為實體晶片或是應用程序。

在本發明之另一實施例中，上述該光擴散元件更包括複數個子區塊，藉由施加不同的驅動電壓分別調整光源通過上述子區塊後的光源變化。並且，該資訊處理單元更包括依據臉部資訊分別決定每一個子區塊所需的驅動電壓。另外，在這些子區塊中，與臉部資訊相對應的子區塊以及不與臉部資訊相對應的子區塊分別由不同的驅動電壓所驅動。此外，在這些子區塊中，當臉部資訊表示有複數個人臉時，相對應於這些人臉的子區塊各自的驅動電壓可以相同也可以不同。據此，使得一個或多個人臉與其它被攝物體有不同的補光強度，藉以得到較佳的影像品質。

本發明更提出一種閃燈模組，其包括燈源、反射單元、閃燈驅動電路以及基於臉部資訊的電壓控制光擴散模組。反射單元用以反射燈源的光能量。閃燈驅動電路耦接至燈源，並接收一觸發訊號，用以控制燈源的光能量輸出的時間或強度。基於臉部資訊的電壓控制光擴散模組配置於閃燈模組的燈源之前，亦即閃燈燈源直行與反射光線前進的路徑上，其光通過電壓控制光擴散模組的散射能量或穿透能量係參考一臉部資訊來調整。該電壓控制光擴散模組，係為本發明上述之電壓控制光擴散模組，配置於閃燈燈源所輸出之光源的前進路徑上。該電壓控制光擴散模組依據臉部資訊來決定該電壓控制光擴散模組上的擴散元件的驅動電壓，藉以改變閃燈燈源通過該光擴散元件的能量。

本發明還提出一種閃燈控制方法，適用於本發明之閃燈模組。該閃燈控制方法包括：接收臉部資訊；根據臉部資訊決定該光擴散元件驅動電路的驅動電壓；以及觸發閃燈燈源進行閃燈程序。

基於上述，本發明之電壓控制光擴散模組、閃燈控制電路及閃燈控制方法中，能夠根據臉部資訊來改變光擴散元件的光穿透率，而無需使用者自行調整，相當方便。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

第一實施例

圖1是依照本發明第一實施例之基於臉部資訊之電壓控制光擴散模組的方塊圖。請參考圖1，該電壓控制光擴散模組100包括一光擴散元件110、一驅動電路120以及一資訊處理單元130。其中，該光擴散元件110的光穿透能量可經由改變其驅動電壓來控制。該驅動電路120耦接至該光擴散元件110，用以提供該光擴散元件110所需的驅動電壓。而該資訊處理單元130耦接至該驅動電路120，該資訊處理單元130可以為實體晶片或是某實體晶片中的一應用程序，用以接收臉部資訊，藉以根據臉部資訊來決定該驅動電路120的驅動電壓，進而改變光源通過該光擴散元件110時的能量。

該臉部資訊為至少可供該資訊處理單元估計臉部到該光擴散元件的距離遠近的資訊；例如人臉大小，人臉位置座標，人臉距離或是這些資訊部份或全部的組合。除此之外，該上述臉部資訊至少還包括可供判定有無人臉被偵測到的訊號；例如以0表示沒有人臉被偵測到，1表示有人臉被偵測到；或是以人臉大小為0表示沒有人臉被偵測到；或是以人臉距離大於某閥值(例如1公里)以上表示沒有人臉被偵測到。

在無光學變焦或數位變焦的影像擷取系統上，可以直接用人臉大小來判定人臉距離。而在有光學變焦以或數位變焦之一或兩者都有的影像擷取系統上，該臉部資訊的產生方式可以如圖2所示，臉部偵測與追蹤單元201接收一張影像輸入S203後，找出臉部的位置與大小，輸出至臉部距離計算單元202；而該臉部距離計算單元202另接收變焦資訊(含光學變焦或數位變焦或兩者皆有)S204，推算或查表出臉部距離。並考慮有無臉部被偵測到的訊號表示法輸出臉部資訊S205。例如先送有無臉部被偵測到的資訊再送臉部距離資訊，或是合併兩種訊號送出，例如以距離等於無限遠或大於等於某預先決定的距離來表示沒有人臉被偵測到。

在本發明實施例中，該光擴散元件110例如為高分子分散液晶顯示器(Polymer-dispersed Liquid Crystal Display，PDLC Display)、液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)或是加入高分子分散液晶滴(PDLC Droplet)的液晶顯示器。在本實施例中，光擴散元件110例如為聚合物分散液晶(Polymer-dispersed liquid crystal，PDLC)。圖3A是依照本發明第一實施例之PDLC的通光特性的示意圖。圖3B是依照本發明第一實施例之PDLC的光電特性曲線圖。PDLC為一種液晶及聚合物形成的一種凝態系統，當完全未加電壓時，液晶滴(liquid crystal droplet)內液晶指向矢(LC director)方位隨機散佈在聚合物中，光線會被散射調而呈現不透明狀態，此時稱PDLC為操作在散射模態(Scattering mode)。當外加一個足夠大的電壓時，液晶滴內液晶指向矢(LC director)方位會延著電場方向排列，讓光線通過，此時稱PDLC操作在透明模態(transparent mode)。當外加一電壓改變時，便可改變光線通過時PDLC散射與穿透的程度。電壓越大，散射光線越少，穿透能量越多；反之電壓越小，散射光線越多，穿透能量越少。因此PDLC的光電特性可以以圖3B的曲線301來表示。

另外，在其他實施例中，光擴散元件110亦可以利用扭轉向列型(Twisted Nematic，TN)、超扭轉向列型(Super-Twisted Nematic，STN)、平面切換(In-Plane Switching，IPS)、垂直對準(Vertical Alignment，VA)、廣視角技術(Multi-domain Vertical Alignment，MVA)、邊緣電場切換(Fringe Field Switching，FFS)等技術來實施。雖然這些技術不能散射光線，但其穿透率可藉由電壓來調變，因此也可應用在光擴散元件110上。此外，圖4是依照本發明第一實施例之另一種液晶顯示器的光電特性曲線圖。在圖4中是以常時白(Normally White，NW)液晶顯示器以及常時黑(Normally Black，NB)的液晶顯示器為例。常時白的液晶顯示器，電壓較小時穿透率越高，如曲線402所示。而常時黑的液晶顯示器，電壓較小時穿透率越低，如曲線401所示。由於PDLC具備散射光線的作用，因此後文的解釋以PDLC為實施例說明。

返回圖1，為了讓閃光燈能量適量的在人臉補光時不會產生過曝反光的現象，資訊處理單元130會根據所接收到的臉部資訊來決定驅動電路120的驅動電壓，使得此驅動電壓被加到光擴散元件110上，以調變光源的穿透能量。

當資訊處理單元130所接收到的臉部資訊表示沒有人臉被偵測到時，資訊處理單元130會將驅動電壓設定為一預設電壓，以讓光擴散元件110的操作在高穿透率模式。當資訊處理單元130所接收到的臉部資訊表示有人臉被偵測到，資訊處理單元130會根據臉部資訊中的人臉大小或人臉距離資訊，查找一表格所列的原則以決定驅動電壓。底下表1為驅動電壓與人臉距離資訊間的關係。

如表1所示，當人臉距離影像擷取系統越接近時，光源的穿透能量要越小(對PDLC而言，亦即散射的強度要越大)，因此對於常時黑的液晶顯示器和PDLC所加的驅定電壓要低，而對於常時白的顯示器所加的驅動電壓要越高。

反之，當人臉距離影像擷取系統越遠時，光源的穿透能量要越大(對PDLC而言，亦即散射的強度要越小)。據此，如表1所示，對於常時黑的液晶顯示器和PDLC所加的驅動電壓要高，而對於常時白的液晶顯示器所加的驅動電壓要越低。表1中，人臉距離資訊與驅動電壓的關係，可利用實驗決定，以公式或對照表的方式事先儲存在資訊處理單元130可讀取的記憶單元中。

圖5A與圖5B為圖1之光擴散模組的運作示意圖。請同時參照圖1、圖2、圖5A及圖5B，在此，光擴散元件110整片施以一相同的電壓。以圖5A而言，影像處理單元在獲得影像I1之後，透過臉部偵測與追蹤單元201偵測到影像I1中的臉部區域R1，並計算出此人臉大小。在圖5A中，當人臉尺寸較小時表示人臉距離影像擷取系統較遠，因而資訊處理單元130決定以較高的驅動電壓來驅動光擴散元件110，而允許較多的光源直接穿透補光。

接著，以圖5B而言，影像處理單元在獲得影像I2之後，透過臉部偵測與追蹤單元201偵測到影像I2中的臉部區域R2，並計算出此人臉大小。在圖5B中，當人臉大小較大時表示距離較近，資訊處理單元130決定以較低的驅動電壓來驅動光擴散元件110，而允許較少的光源穿透補光。也就是說，通過光擴散元件130的光源L1比光源L2會來得強，使得影像I1與影像I2中的人物都能得到適當的補光效果，進而減少人物過曝的機會。

第二實施例

圖6是依照本發明第二實施例之基於臉部資訊之電壓控制光擴散模組的方塊圖。請參照圖6，電壓控制光擴散模組600包括光擴散元件610、驅動電路620以及資訊處理單元630。資訊處理單元630接收臉部資訊，藉以決定驅動電路620的驅動電壓，以改變光源通過光擴散元件610時的能量變化。

如圖6所示，光擴散元件610包含複數個(至少2個)子區塊。在此，以6×6=36個子區塊為例。各個子區塊的驅動電壓允許單獨控制，使不同的子區塊有不同的光穿透程度。搭配這個實施例，臉部資訊除了包含人臉大小以及人臉距離資訊之外，更包括人臉位置資訊。藉由上述人臉大小及人臉距離資訊可判斷影像中是否有人臉被偵測到，以及被偵測到之人臉與影像擷取系統之間的距離。並且，藉由上述人臉位置資訊可判定人臉位置相對各子區塊位置的資訊。

資訊處理單元630根據臉部資訊決定每個子區塊相對應的驅動電壓。如圖6所示，假設影像擷取系統預備在物空間擷取的影像範圍為影像區域w601與影像區域w602。

以影像區域w601而言，閃燈燈源所輸出的光源通過子區塊W13、W14、W23與W24而在物空間會投射到影像區域w601。據此，可補光到人臉f1上。而這四個子區塊W13、W14、W23與W24相較沒有對應到人臉的其他子區塊所通過的光能量在大部份的情況下通常較少。以影像區域w602而言，閃燈燈源所輸出的光源通過子區塊W01而在物空間會投射到影像區域w602。據此，可補光到人臉f2上。而這一個子區塊W01相較沒有對應到人臉的其他子區塊所通過的光能量在大部份的情況下通常較少。另外，由於人臉f2較人臉f1小，表示人臉f2距離光擴散元件610較遠，因此通過子區塊W01的光源強度要比通過子區塊W13、W14、W23與W24的光源強度強。如此便可針對人臉f1與人臉f2分別補光並且不會在人臉形成不好看的反光。

雖然上述實施例都是以臉部要比其他物體補償較為柔和(即，光能量較弱)的光源來說明本發明之實施方式，但也有一些物體需要比臉部補償更弱的光源，例如穿著含有高反射亮片的衣服，則衣服需要補償比臉部更弱的光源。上述實施例最主要的精神是能提供不同的閃燈能量在臉部補光。至於是用較強的能量或是較弱的能量則取決於實際拍攝情況，在此並不限制。

第三實施例

圖7是依照本發明第三實施之閃燈控制電路的示意圖。請參照圖7，閃燈控制電路700包括閃燈燈源701、反射單元702、閃燈觸發電路703以及電壓控制光擴散模組704。其中，電壓控制光擴散模組704置於閃燈燈源701之前方，即配置於閃燈燈源701所輸出之光源的前進路徑上(例如：直行光線與反射光線前進的路徑)。在本實施例中，電壓控制光擴散模組704包括光擴散元件710、驅動電路720以及資訊處理單元730。本實施例之電壓控制光擴散模組704的各構件與第一實施例的電壓控制光擴散模組100以及第二實施例的電壓控制光擴散模組600的各構件的功能相同或相似，故在此不再贅述。

閃燈觸發電路703耦接至閃燈燈源701，用以控制閃燈燈源701的光源。例如，接收觸發訊號以觸發閃燈燈源701而發出光源(即，閃燈)。

閃燈燈源701用以輸出光源。在此，一部份光源(直進光FL1)直接出射至光擴散元件710，另一部份光源(反射光FL2)經由反射單元702反射後出至光擴散元件710。而直進光FL1與反射光FL2的能量則會由光擴散元件710來進行調變。光源的調變方法已於上述第一實施例及第二實施例中說明，在此不再重述。

圖8是依照本發明第三實施例之閃燈控制方法的流程圖。本實施例為利用圖7之閃燈控制電路700的韌體所執行之方法。

請同時參照圖7及圖8，在步驟S801中，接收臉部資訊，以根據臉部資訊決定驅動電路720的驅動電壓。然後，在步驟S802中，根據驅動電壓調整光擴散元件710的光穿透率。之後，在步驟S803中，計算並控制閃燈能量。也就是說，韌體會根據臉部資訊來決定光擴散元件710所需的驅動電壓，並將此驅動電壓施加於光擴散元件710上，最後再執行閃燈程序。

圖9是圖8中步驟803的細部流程圖。請參照圖9，在步驟S803(a)中，擷取一張沒有預閃的影像。並且，在步驟S803(b)中，擷取一張含有預閃的影像。接著，在步驟S803(c)中，根據上述兩張影像剌計算出拍攝物體的反射率。之後，在步驟S803(d)中，依據上述反射率決定主閃(main flash)的能量。最後，在步驟S803(e)中，以上述決定的主閃能量閃燈。

主閃能量打出去時，由於閃燈之前的光擴散元件710已根據臉部資訊被施加適當的驅動電壓，因此當主閃能量通過光擴散元件710時，光線會被調變，而以較柔和的散射光在臉部進行補光，進而使得拍攝到的影像得到較佳的畫質表現。

綜上所述，上述實施例能夠根據臉部偵測資訊來改變光擴散元件的光穿透率，而無需使用者自行調整，相當方便。此外，還可根據臉部位置來改變具被複數個子區塊的光擴散元件各子區塊的光穿透率，藉以針對人臉及其它物體做不同程度的補光，大幅提升影像品質。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，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，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、600、704．．．電壓控制光擴散模組

110、610、710．．．光擴散元件

120、620、720．．．驅動電路

130、630、730．．．資訊處理單元

201．．．臉部偵測與追蹤單元

202．．．臉部距離計算單元

S203．．．影像

S204．．．變焦資訊

S205．．．臉部資訊

301、401、402．．．曲線

701．．．閃燈燈源

702．．．反射單元

703．．．閃燈觸發電路

I1、I2．．．影像

R1、R2．．．臉部區域

w602、w601．．．影像區域

fl、f2．．．人臉

S801~S803．．．本發明第三實施例之閃燈控制方法各步驟

S803(a)~S803(e)．．．本發明第三實施例之閃燈程序S803中細部各步驟

圖1是依照本發明第一實施例之基於臉部資訊之電壓控制光擴散模組的方塊圖。

圖2為臉部資訊產生示意圖。

圖3A是依照本發明第一實施例之PDLC的通光特性的示意圖。

圖3B是依照本發明第一實施例之PDLC的光電特性曲線圖。

圖4是依照本發明第一實施例之另一種液晶顯示器的光電特性曲線圖。

圖5A與圖5B為圖1之光擴散模組的運作示意圖。

圖6是依照本發明第二實施例之基於臉部資訊之電壓控制光擴散模組的方塊圖。

圖7是依照本發明第三實施之閃燈控制電路的示意圖。

圖8是依照本發明第三實施例之閃燈控制方法的流程圖。

圖9是圖8中步驟S803的細部流程圖。

100．．．電壓控制光擴散模組

110．．．光擴散元件

120．．．驅動電路

130．．．資訊處理單元

Claims

一種電壓控制光擴散模組，包含：一光擴散元件，其中該光擴散元件是藉由改變元件的驅動電壓來調整通過該光擴散元件的光散射能量或穿透能量；一光擴散元件驅動電路，耦接至該光擴散元件，提供該光擴散元件所需的驅動電壓；一臉部偵測單元，提供至少一臉部資訊，該臉部資訊至少包括可供判定有無人臉被偵測到之資訊以及可供判定臉部到該光擴散元件的距離遠近之一人臉距離資訊；以及一資訊處理單元，耦接至該光擴散元件驅動電路以及該臉部偵測單元，接收該臉部資訊，其中：當該資訊處理單元接收到的該臉部資訊為無人臉被偵測到之資訊時，設定該光擴散元件驅動電路的該驅動電壓為一預設電壓；以及當該資訊處理單元接收到的該臉部資訊為有人臉被偵測到之資訊時，根據該人臉距離資訊決定該光擴散元件驅動電路的該驅動電壓。
如申請專利範圍第1項所述之電壓控制光擴散模組，其中該光擴散元件係為高分子分散液晶(PDLC)顯示元件或是液晶顯示元件中加入高分子分散液晶滴(droplet)。
如申請專利範圍第1項所述之電壓控制光擴散模組，其中該光擴散元件係為液晶顯示元件。
一種電壓控制光擴散模組，包含：一光擴散元件，其中該光擴散元件包含複數個子區塊，藉由加不同的驅動電壓分別調整光通過該複數個子區塊的散射能量或穿透能量；一光擴散元件驅動電路，耦接至該光擴散元件，分別提供該光擴散元件各複數個子區塊所需的驅動電壓；一臉部偵測單元，提供至少一臉部資訊；以及一資訊處理單元，耦接至該光擴散元件驅動電路以及該臉部偵測單元，並接收該臉部資訊，藉以根據該臉部資訊分別決定該光擴散元件各複數個子區塊所需的驅動電壓，其中與該臉部資訊有關的相對應子區塊與無關該臉部資訊的子區塊係由不同的驅動電壓所驅動。
如申請專利範圍第4項所述之電壓控制光擴散模組，其中該電壓控制光擴散元件的複數個子區塊中，當該臉部資訊顯示有複數個臉部時，相對應於該些複數個臉部的子區塊其驅動電壓可以相同也可以不同。
如申請專利範圍第4項所述之電壓控制光擴散模組，其中該臉部偵測單元更接收一變焦資訊，以根據該變焦資訊與該臉部資訊中的一臉部大小，提供一人臉距離資訊給該資訊處理單元決定該光擴散元件各複數個子區塊所需的驅動電壓。
一種閃燈模組，包括：一燈源；一反射單元，反射該燈源的光能量；一閃燈驅動電路，耦接至該燈源，並接收一觸發訊號，用以控制該燈源的光能量輸出的時間或強度；以及一基於臉部資訊的電壓控制光擴散模組，配置於該閃燈模組的該燈源之前，亦即該閃燈燈源直行與反射光線前進的路徑上，其光通過該電壓控制光擴散模組的散射能量或穿透能量係參考一臉部資訊來調整，其中與該臉部資訊有關的相對應子區塊與無關該臉部資訊的子區塊係由不同的驅動電壓所驅動。
如申請專利範圍第7項所述之閃燈模組，其中基於臉部資訊的該電壓控制光擴散模組，包含：一光擴散元件，其中該光擴散元件是藉由改變元件的驅動電壓來調整通過該光擴散元件的散射能量或穿透能量；一光擴散元件驅動電路，耦接至該光擴散元件，提供該光擴散元件所需的驅動電壓；以及一資訊處理單元，耦接至該光擴散元件驅動電路，接收至少該臉部資訊，並根據該臉部資訊決定該光擴散元件驅動電路的該驅動電壓。
如申請專利範圍第7項所述之閃燈模組，其中基於臉部資訊的該電壓控制光擴散模組，包含：一光擴散元件，其中該光擴散元件包含複數個子區塊，藉由加不同的驅動電壓分別調整光通過該複數個子區塊的散射能量或穿透能量；一光擴散元件驅動電路，耦接至該光擴散元件，分別提供該光擴散元件各複數個子區塊所需的驅動電壓；以及一資訊處理單元，耦接至該光擴散元件驅動電路，並接收至少一個包含該臉部資訊的訊息，藉以根據該臉部資訊分別決定該光擴散元件各複數個子區塊所需的驅動電壓。
一種閃燈控制方法，應用於具有基於臉部資訊的電壓控制光擴散模組的閃燈控制，包含：接收一臉部資訊，並且根據該臉部資訊判斷是否偵測到一人臉；當偵測到該人臉時，根據該臉部資訊決定一驅動電路的一驅動電壓，並且根據該驅動電壓調整一光擴散元件的光穿透率；以及當未偵測到該人臉時，觸發一閃燈單元進行一閃燈程序。