TWI466038B - Eyelid length measurement method and device thereof - Google Patents

Description

眼瞼長度量測方法及其裝置

本發明隸屬一種數位影像之光學量測技術，具體而言係指一種用於量測上眼瞼長度方法及其裝置，藉以迅速、且準確得知各消費者的上眼瞼長度，以便於裁剪適當長度的假睫毛，提高使用者其安全及方便性，且具有其經濟效益。

按，近年來由於美容資訊的發達，美容產品業如雨後春筍般蓬勃發展，輕巧、簡便的美容產品，已逐漸成為愛美女性日常生活中不可或缺的一部份，為了追求如洋娃娃般的夢幻大眼，假睫毛的使用已蔚為一種風潮，不再是藝人的專屬用品，而是愛美女性的必備品。

然而，美容業者卻只將心力專注於研發不同款式的假睫毛，其所銷售的假睫毛並非專為每一個消費者設計，消費者在使用假睫毛之前，必須裁剪適合自身眼瞼的長度，以便黏貼。而多數使用假睫毛的消費者，在裁剪的過程中都會出現將假睫毛裁剪的過長，或過短的問題。一般來說，由於眼部神經的帶動，人類的上眼瞼長度會隨著睜眼及閉眼而改變，所以消費者在裁剪假睫毛時會出現裁剪過長或過短的問題。若裁剪過長，當我們閉上眼睛時，就會因為假睫毛過長的一端卡在眼角處而感到不舒服；相對地，若裁剪過短，則會在我們睜開眼睛時，因為假睫毛無法完全的緊貼於上眼瞼而導致假睫毛脫落。

換言之，為了節省消費者每次使用前裁剪的時間，以及避免裁剪過長或過短的困擾，倘若能設計一套即時眼睛偵測與上眼瞼長度的測量系統，不僅是消費者的福利，亦是美容界發展的一大進步。

有鑑於此，本發明人乃針對前述現有使用假睫毛相關問題深入探討，並藉由多年從事相關產業的研發與製造經驗，而積極尋求解決之道，經不斷努力的研究與試作，終於成功的開發出眼瞼長度量測方法及其裝置，藉以克服現有者無法迅速準確裁剪假睫毛所造成的缺失。

因此，本發明之主要目的係在提供眼瞼長度量測方法，藉以能準確計算出消費者的上眼瞼長度，進而提供假睫毛正確長度的依據。

又，本發明之另一主要目的係在提供眼瞼長度量測裝置，其能迅速且準確取得上眼瞼的準確長度，以供消費者裁剪出正確長度的假睫毛，避免因長短不符所造成的困擾。

據此，本發明主要係透過下列的技術手段，來具體實際前述之目的與功效；該量測方法主要包含有一影像擷取、一臉部偵測辦識、一眼睛偵測定位及一上眼瞼測距等步驟，其量測流程係：首先，進行影像擷取之步驟，其係利用數位影像擷取裝置對準消費者之臉部，並擷取該消費者臉部及周圍的數位影像圖片；接著，進行臉部偵測辦識之步驟，開始執行臉部辦識，可用於偵測膚色的區域，將數位影像圖片中的臉部形狀予以保留，並去除影像中臉部以外的不必要雜訊；之後，進行眼睛偵測定位之步驟，當完成前述臉部的偵測辦識後，將數位影像圖片由RGB轉換至HSV空間，再將取得的臉形RGB轉至YIQ空間，接著用OUST來定義門檻值，之後將YIQ影像轉至二值化影像，並利用人臉特性找出影像中的眼睛所在位置；最後，進行上眼瞼測距之步驟，在完成眼睛偵測定位後，並利用扇形掃描找出上眼瞼所在位置，透過曲線距離公式求出上眼瞼的長度，接著使用函數類神經模糊網路，再透過擷取上眼瞼的長度影像做為輸入，輸出則為真實的距離。

又本發明進一步可提供一種眼瞼長度量測裝置，該量測裝置的特徵在於包含申請專利範第1項之量測方法作為其構件，使其包含有一可擷取臉部的影像擷取單元、一檢知臉部形狀之臉部偵測辦識單元、一檢知眼睛定位之眼睛偵測定位單元及一上眼瞼測距單元。

藉此，透過本發明前述技術手段的具體實現，讓消費者可利用本發明之方法或裝置，而能迅速、且準確的量測出消費者的上眼瞼，以提供消費者量身訂做屬於自己眼瞼長度的假睫毛，有效的解決現有假睫毛裁剪長短不符消費者上眼瞼實際長度的困擾與不便，而能增加產品的附加價值，大幅提高其經濟效益。

為使　貴審查委員能進一步了解本發明的構成、特徵及其他目的，以下乃舉本發明之較佳實施例，並配合圖式詳細說明如後，同時讓熟悉該項技術領域者能夠具體實施。

本發明係眼瞼長度量測方法及其裝置，隨附圖例示之本發明的具體實施例及其構件中，所有關於前與後、左與右、頂部與底部、上部與下部、以及水平與垂直的參考，僅用於方便進行描述，並非限制本發明，亦非將其構件限制於任何位置或空間方向。圖式與說明書中所指定的尺寸，當可在不離開本發明之申請專利範圍內，根據本發明之具體實施例的設計與需求而進行變化。

本發明係眼瞼長度量測方法及其裝置，如第一圖所示，本發明量測方法主要包含有一影像擷取、一臉部偵測辦識、一眼睛偵測定位及一上眼瞼測距等步驟，而其操作上：首先，進行影像擷取之步驟，其係利用數位影像擷取裝置【如數位相機、數位攝影機等】對準消費者之臉部，並擷取該消費者臉部周圍的數位影像圖片；接著，進行臉部偵測辦識之步驟，當完成消費者臉部的影像擷取後，開始執行臉部辦識，由於膚色為色彩畫面中一項重要的資訊。在自然背景與條件下，與人類皮膚色彩具同質(Homogeneity)的比率不多；此外，若將膚色轉換到色彩空間且去除亮度資訊後，將會收斂於一個小區塊，容易分離非膚色資訊。故利用膚色作最初的人臉模組建立，是相當可靠且迅速的。而本發明係利用亮度分離性與膚色收斂性皆較高的HSV模組【該模組含色調(Hue)、飽和度(Saturation)及強度值(Value)，下稱HSV】。該HSV色彩屬性模式是根據色彩的三個基本屬性，即色相、飽和度和明度來確定顏色的一種方法。其中色相(H)：是色彩基本屬性，就是平常所說的顏色名稱，如紅色、綠色、藍色等，依照第2(a)圖所示在標準色輪上的位置，取0～360度的數值。而飽和度(S)：是指色彩的純度，越高色彩越純，低則逐漸變灰，取0～100%的數值，如第2(b)圖所示。至於明度(V)：則比較「亮度」，取0～100%。如此可用於偵測膚色的區域，將數位影像圖片中的臉部形狀予以保留，並去除影像中臉部以外的不必要雜訊。

之後，進行眼睛偵測定位之步驟，當完成前述臉部的偵測辦識後，使用RGB轉成YIQ，把數位影像圖片中候選區域的亮度資訊(Y值)儲存起來。另一方面，I值與Q值，因為視覺感官敏感度低的關係，所以沒有加以運用。轉換方程式由公式(1)表示。

經過公式(1)，我們可以得到灰階影像如第2(b)圖所示。

並將YIQ轉二值化，其係將影像二值化是一種極端加強對比的處理方式，此方法常被用來分割出影像中的前景(Foreground)和背景(Background)兩大區域。其概念為找出一個門檻值(Threshold)T，則二值影像為：

其中白色代表背景，亮度為255；黑色則代表前景，亮度為0。如何取得一個好的門檻值是一門深奧的學問，在本發明考慮光線問題會影響到我們的辨識效果，所以本發明利用OTSU的方法自動調整二值化的門檻值，以得到一張清晰的二值化影像。

而該OTSU，門檻值(Threshold)亦稱為閥值，閥值可經由統計門檻值決定法(Otsu method)來取得。如第3圖的統計直方圖所示，Otsu統計式門檻值決定法主要是再找一個二值化之最佳門檻值(K)，使待測物與背景影像兩族群之灰階變異數加權總和為最小，其處理流程如下：假設影像中有L個灰階度，n _i 代表灰階值為i 之像素點個數，其影像中像素點總和為N =n ₁ +n ₂ +....+n _L ，則影像中每個灰階度的發生機率可表示為(3)式

設定灰階門檻值為K，此門檻值將影像分為C ₀ 與C ₁ 兩個群集，C ₀ 代表灰階度1~K 的群集，C ₁ 代表K +1~L 。則C ₀ 像素各數占的比率ω₀ 為(4)式：

而C ₁ 像素個數佔的比率ω₁ ，其與ω₀ 滿足ω₀ +ω₁ =1，因此ω₁ 可寫成(5)式：

當有了C ₀ 與C ₁ 的像素個數佔的比率之後，可得到C ₀ 與C ₁ 的期望值μ₀ 與μ₁ ，其公式如(6)、(7)所示：

利用μ₀ 與μ₁ 可以算出C ₀ 與C ₁ 的變異數、為(8)、(9)式：

將C ₀ 的變異數加上C ₁ 變異數，其和為(10)式：

即C ₀ 與C ₁ 之間的變異數可以表示為(11)式：

在此μ _K 代表整個原始影像的平均值，表示為(12)式：

、和之間有(13)的關係：

此處是原始影像的變異數為一定值，所以C ₀ 與C ₁ 之間變異數最大化問題，等於其變異數和最小化問題，故只要將灰階0~255依序帶入上述式子中，以求得每個灰階值得，再從最小的找出其對應的灰階值K，即為最佳的門檻值。

並利用二值化偵測來分辨五官，本發明可分為四個區塊同時偵測眉、眼、鼻、口的存在，一般而言，人臉可分為眉毛位於第一區域，眼睛位於第二區域，鼻子位於第三區域，口則在第四區域。且進一步針對眼睛區域【第二區域】做垂直投影，此方法可以將左、右眼區隔出來。且觀察二值化後的影像中，有些相同屬於眼睛區域的紋理並沒有連接起來，這樣會使得之後再切割眼睛的時候，會有破碎的現象，所以利用形態學(Morphology)將影像中的破碎紋理連結起來。在型態學(Morphology)中，不論是對圖形做膨脹(dilation)、侵蝕(erosion)、斷開(opening)或閉合(closing)的動作均是針對影像外型的處理。影像外型的處理，基本上是利用3*3矩陣的遮罩進行像素的運算。對於遮罩的運作，又分成四臨界或八臨界兩種。四臨界是以中心像素為主。上、下、左、右四個像素稱之。八臨界則是在3*3矩陣遮罩中，除了中心像素以外的像素皆是，以八臨界為例(如第4圖)。首先，執行膨脹的動作可將外型均勻的加粗。若P ₂ 、P ₃ 、P ₄ 、P ₅ 、P ₆ 、P ₇ 、P ₈ 、P ₉ 有一像素值為1，便將P ₁ 設為1。

P ₁ =P ₁ ∪(P ₂ ∪P ₃ ∪P ₄ ∪P ₅ ∪P ₆ ∪P ₇ ∪P ₈ ∪P ₉ )　(14)

接著，執行侵蝕，若要將外型均勻的縮小，便可對圖形資料進行侵蝕處理。侵蝕就是只要P ₂ 、P ₃ 、P ₄ 、P ₅ 、P ₆ 、P ₇ 、P ₈ 、P ₉ 當中有一像素值為0，即設P ₁ 為0，也就是將原本之P ₁ 刪除。

P ₁ =P ₁ ∩(P ₂ ∩P ₃ ∩P ₄ ∩P ₅ ∩P ₆ ∩P ₇ ∩P ₈ ∩P ₉ )　(15)

如此可在找出臉部的區域後，將數位影像圖片由RGB轉換至HSV空間，再將取得的臉形RGB轉至YIQ空間，接著用OUST來定義門檻值，之後將YIQ影像轉至二值化影像，最後利用人臉特性找出影像中的眼睛所在位置。

最後，進行上眼瞼測距之步驟，在完成眼睛偵測定位後，並利用扇形掃描找出上眼瞼所在位置，透過曲線距離公式求出上眼瞼的長度，接著使用函數類神經模糊網路【functional neuro-fuzzy network,FNFN】，再透過攝影機擷取上眼瞼的長度影像做為輸入，輸出則為真實的距離。

藉此，使用HSV找出整張影像中人臉的位置，利用人臉五官的特徵性找出眼睛的位置，再使用扇形掃描去找出上眼瞼的位置，並利用曲線長度公式找出上眼瞼在於影像中的長度，接著再使用FNFN，透過數位影像中上眼瞼的長度作為輸入，輸出則為上眼瞼真實的距離，而組構成一眼瞼長度量測方法者。

且透過前述的量測方法，本發明進一步可提供一種包含前述量測方法的量測裝置，該量測裝置包含有一可擷取臉部的影像擷取單元、一檢知臉部形狀之臉部偵測辦識單元、一檢知眼睛定位之眼睛偵測定位單元及一上眼瞼測距單元為其構件，而透過前述量測方法與量測裝置，能供迅速取得消費者的上眼瞼長度，以裁剪出最佳的假睫毛長度，可有效節省消費者每次使用前裁剪的時間，且能避免發生假睫毛裁剪過長或過短的困擾，大幅提升其附加價值與經濟效益。

藉此，可以理解到本發明為一創意極佳之創作，除了有效解決習式者所面臨的問題，更大幅增進功效，且在相同的技術領域中未見相同或近似的加工物創作或公開使用，同時具有功效的增進，故本發明已符合發明專利有關「新穎性」與「進步性」的要件，乃依法提出申請發明專利。

第1圖：係本發明之量測方法的流程方塊示意圖。

第2圖：係本發明之(a)色彩屬性示意圖與(b)圓柱體色彩屬性示意圖。

第3圖：係本發明之統計直方示意圖。

第4圖：係本發明之遮罩圖素設定示意圖。

Claims (2)

1. 一種眼瞼長度量測方法，該量測方法主要包含有一影像擷取、一臉部偵測辦識、一眼睛偵測定位及一上眼瞼測距等步驟，其量測流程係：首先，進行影像擷取之步驟，其係利用數位影像擷取裝置對準消費者之臉部，並擷取該消費者臉部周圍的數位影像圖片；接著，進行臉部偵測辦識之步驟，開始執行臉部辦識，可用於偵測膚色的區域，將數位影像圖片中的臉部形狀予以保留，並去除影像中臉部以外的不必要雜訊；之後，進行眼睛偵測定位之步驟，當完成前述臉部的偵測辦識後，將數位影像圖片由RGB轉換至HSV空間，再將取得的臉形RGB轉至YIQ空間，接著用OUST來定義門檻值，之後將YIQ影像轉至二值化影像，並利用人臉特性找出影像中的眼睛所在位置；最後，進行上眼瞼測距之步驟，在完成眼睛偵測定位後，並利用扇形掃描找出上眼瞼所在位置，透過曲線距離公式求出上眼瞼的長度，接著使用函數類神經模糊網路，再透過擷取上眼瞼的長度影像做為輸入，輸出則為真實的距離。
2. 一種眼瞼長度量測裝置，該量測裝置的特徵在於包含申請專利範第1項之量測方法作為其構件，使其包含有一可擷取臉部的影像擷取單元、一檢知臉部形狀之臉部偵測辦識單元、一檢知眼睛定位之眼睛 偵測定位單元及一上眼瞼測距單元；藉此，使用HSV找出整張影像中人臉的位置，利用人臉五官的特徵性找出眼睛的位置，再使用扇形掃描去找出上眼瞼的位置，並利用曲線長度公式找出上眼瞼在於影像中的長度，接著再使用FNFN，透過數位影像中上眼瞼的長度作為輸入，輸出則為上眼瞼真實的距離，而組構成一眼瞼長度量測裝置者。