TWI533239B - 遠距臉部監控系統及其方法、電腦可讀取紀錄媒體、及電腦程式產品 - Google Patents

Description

遠距臉部監控系統及其方法、電腦可讀取紀錄媒體、及電腦程式 產品

本發明係有關於一種遠距臉部監控系統及其方法，尤指一種適用於辦公室、會議室或室外的遠距臉部監控系統及其方法。

為減少社會上的治安死角，許多國家陸續進行各種不同的監視器的相關建置計畫，藉由在重要路口、國家機關等公共場所廣設監視器，使監視器遍及我們生活週遭。這類的監視器主要係基於預防或嚇阻犯罪等維護治安的功能，於犯罪事件發生時，可藉由後台中心(例如警察局、保全中心)所記錄的影像還原事件發生的情況、或藉由保全人員進行即時性的監控。

除上述設置於公共區域的監視器外，監視器亦常見於一般銷售據點、金融機構、貨物倉管等，其目的不僅只在於避免宵小、剪柳出入，於犯罪行為發生後亦可透過後台中心所記錄的影像還原現場，協助釐清事件始末。同時，另一方面具有警示的效果，可達到防微杜漸的目的。然而，上述的監視器多半用於釐清事實而較少能達到的預防的目的，遇到緊急情況時，監視器 常常不能適時地回報後台中心所發生的情況，例如保全人員臨時不在位置上、亦或是當事人當下收到挾持時，未能由監視器中看出任何異狀。

針對上述的緊急情況，目前解決的方案大多是藉由有線或無線的警報器連接至後台中心，當事人藉由警報器上的緊急按鈕提示後台中心有狀況發生，使後台中心的保全人員(警察)得以警覺並進行應對。如中華民國第M472265號專利，其係揭示一種銷售點裝置，包括一處理單元、一通訊單元與一保全單元，通訊單元係耦接至處理單元與外部的一傳訊裝置之間，保全單元耦接處理單元，具有一組保全鍵。這組保全鍵根據一觸壓模式被觸壓時，保全單元產生一保全訊號，處理單元將保全訊號經由通訊單元輸出至管制裝置。

一般的警報裝置通常在定點的位置設置，遇到緊急情況時，便於操作者緊急應變。然而，許多緊急狀況操作者並不見得能來得及去啟動保全鍵、又或是在部分特殊環境時並未配置所述的保全鍵(例如會議室、交誼廳、辦公室等)，這類的情況操作者不見得能接觸到保全鍵。若將保全鍵廣泛地於室內空間中進行配置，不僅增加誤觸的機率，過度的配置亦難免有矯枉過正的疑慮，並不是聰明的做法。若遇到挾持事件發生時，操作者甚至不能靠近保全鍵。是以，要如何在不動聲色的情況下啟動所述的保全系統，係為本案發明人所欲達到的技術目標。

本發明之目的，在於提供一種警報系統，可在當事人遭到歹徒挾持時得以不動聲色的啟動警報器。

為達到上述目的，本發明係提供一種遠距臉部監控系統，包含有一對焦式攝影機，以及一連接至該對焦式攝影機的處理單元。該對焦式攝影機，係用以拍攝一預設環境。該處理單元，係用以載入並執行以下程式：一人臉偵測模組，由該預設環境之影像，偵測影像中的人臉特徵，並經一預設時間內，觸發一控制指令；以及一臉部動作辨識模組，於接受到該控制指令時連續擷取該人臉特徵的特定動作資訊，並於該特定動作資訊符合一預設資訊時觸發一求救訊號傳送至後台中心。

進一步地，該處理單元係用以載入並執行以下程式：一人臉對焦模組，由該預設環境的影像中搜尋人臉特徵，並基於該人臉特徵的位置控制該對焦式攝影機對焦至該人臉特徵並設定臉部搜尋框持續追蹤。

進一步地，該處理單元係用以載入並執行以下程式：一焦段調整模組，由該預設環境的影像中搜尋人臉特徵，並基於該人臉特徵的位置控制該對焦式攝影機的焦段至一適當距離，藉以局部放大影像中的該人臉特徵。

進一步地，所述之遠距臉部監控系統更進一步包含有一乘載該對焦式攝影機的多軸旋轉機構，用以控制該對焦式攝影機至少朝旋轉軸及傾斜軸的方向轉動，該處理單元係用以載入並執行以下程式：一人臉追蹤模組，由該預設環境的影像中搜尋 人臉特徵，並於接收到該控制指令時啟動一人臉追蹤程序，用以控制該多軸旋轉機構使對焦式攝影機的攝像方向對正至該人臉特徵。

進一步地，所述的臉部動作辨識模組包含有：一臉部擺動偵測次模組，用以偵測該人臉特徵的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置資訊，並基於該鼻孔位置資訊來判斷該臉部是否轉動，藉此而獲得一臉部擺動資訊；以及一代碼比對模組，比對該臉部擺動資訊與一第一預設資訊，並於該臉部擺動資訊符合該第一預設資訊時，觸發該求救訊號。

進一步地，所述的臉部動作辨識模組包含有：一眼部動作偵測次模組，用以偵測該人臉特徵的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置資訊，基於該鼻孔位置資訊預估一眼部搜尋框，以在該眼部搜尋框內偵測眼部物件的動作，藉此而獲得一眼部動作資訊；以及一代碼比對模組，比對該眼部動作資訊與一第二預設資訊，並於該眼部動作資訊符合該第二預設資訊時，觸發該求救訊號。

進一步地，所述的臉部動作辨識模組包含有：一嘴部動作偵測次模組，用以偵測該人臉特徵的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置資訊，基於該鼻孔位置資訊預估一嘴部搜尋框，以在該嘴部搜尋框內偵測嘴部物件的動作，藉此而獲得一嘴部動作資訊；以及一代碼比對模組，比對該嘴部動作資訊與一第三預設資訊，並於該嘴部動作資訊符合該第三預設資訊時，觸發該求救訊 號。

本發明的另一目的，在於提供一種遠距臉部監控方法，包含有：拍攝一預設環境的影像；由該預設環境之影像，偵測影像中的人臉特徵，並經一預設時間內，觸發一控制指令；藉由該控制指令觸發並連續擷取該人臉特徵的特定動作資訊；以及比對該特定動作資訊以及一預設資訊，並於該特定動作資訊符合該預設資訊時觸發一求救訊號傳送至後台中心。

進一步地，於接收到該控制指令時啟動一人臉追蹤程序，用以控制該多軸旋轉機構使對焦式攝影機的攝像方向對正至該人臉特徵。

進一步地，於接收到該控制指令時係基於該人臉特徵的位置控制該對焦式攝影機的焦段至一適當距離，藉以局部放大影像中的該人臉特徵。

進一步地，於接收到該控制指令時係基於該人臉特徵的位置控制該對焦式攝影機對焦至該人臉特徵並設定對應該人臉特徵設定臉部搜尋框持續追蹤。

進一步地，該人臉特徵的特定動作資訊係依據以下步驟取得：偵測該人臉特徵的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置資訊；以及基於該鼻孔位置資訊來判斷該臉部是否轉動，藉此而獲得一臉部擺動資訊。

進一步地，該人臉特徵的特定動作資訊係依據以下步驟取得：偵測該人臉特徵的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置資訊； 基於該鼻孔位置資訊預估一眼部搜尋框，藉以在該眼部搜尋框內偵測眼部物件的動作，藉此而獲得一眼部動作資訊。

進一步地，該人臉特徵的特定動作資訊係依據以下步驟取得：偵測該人臉特徵的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置資訊；基於該鼻孔位置資訊預估一嘴部搜尋框，藉以在該嘴部搜尋框內偵測嘴部物件的動作，藉此而獲得一嘴部動作資訊。

本發明的更一目的，在於提供一種電腦可讀取紀錄媒體，其上記錄一程式，當電子裝置載入該程式並執行後，係可完成以下之方法：拍攝一預設環境的影像；由該預設環境之影像，偵測影像中的人臉特徵，並經一預設時間內，觸發一控制指令；藉由該控制指令觸發並連續擷取該人臉特徵的特定動作資訊；以及比對該特定動作資訊以及一預設資訊，並於該特定動作資訊符合該預設資訊時觸發一求救訊號傳送至後台中心。

是以，本發明係比起習知技術具有以下之優勢功效：

1.本發明係可藉由攝影機主動抓取使用者的臉部，藉由捕捉臉部的特定動作判斷使用者的狀況，得以在不被察覺的情況下輸入緊急救援訊息。

2.本發明無須配置實體保全鍵，可省去多餘的配線或傳輸單元，此外，本發明亦可結合於室內或戶外的監視器，可更廣泛地配置於生活周遭，減少治安死角。

10‧‧‧對焦式攝影機

20‧‧‧處理單元

30‧‧‧多軸旋轉機構

40‧‧‧儲存單元

50‧‧‧後台中心

F1‧‧‧人臉偵測模組

F2‧‧‧焦段調整模組

F3‧‧‧人臉對焦模組

F4‧‧‧臉部動作辨識模組

F41‧‧‧搜尋框定義模組

F42‧‧‧臉部擺動偵測次模組

F43‧‧‧眼部動作偵測次模組

F44‧‧‧嘴部動作偵測次模組

F45‧‧‧代碼比對模組

D1‧‧‧第一鼻孔位置

D2‧‧‧第二鼻孔位置

Z1‧‧‧第一邊界位置

Z2‧‧‧第二邊界位置

N‧‧‧基準參考點

SL‧‧‧直線

BL‧‧‧基準線

θ‧‧‧轉動角度

Hz‧‧‧橫向偏移值

Vt‧‧‧縱向偏移值

Ct‧‧‧參考點

t1‧‧‧邊界位置

t2‧‧‧邊界位置

t3‧‧‧邊界位置

t4‧‧‧邊界位置

Ic‧‧‧影像中心位置

R1‧‧‧眼部搜尋框

R2‧‧‧嘴部搜尋框

B‧‧‧第一基準點座標

C‧‧‧第二基準點座標

D‧‧‧間距

M‧‧‧座標位置

PP‧‧‧虹膜

E1‧‧‧上眼瞼

E2‧‧‧下眼瞼

d1‧‧‧邊界點

d2‧‧‧邊界點

d3‧‧‧邊界點

d4‧‧‧邊界點

h1‧‧‧中間點

SL1‧‧‧線段

SL2‧‧‧線段

PA1‧‧‧相交點

C1‧‧‧第一圓

h2‧‧‧中間點

SL3‧‧‧線段

SL4‧‧‧線段

PA2‧‧‧相交點

C2‧‧‧第二圓

u2‧‧‧上方

u3‧‧‧下方

m1‧‧‧左方

m2‧‧‧右方

u1‧‧‧左上方

d1‧‧‧左下方

u3‧‧‧右上方

d3‧‧‧右下方

WD‧‧‧寬度

HD‧‧‧高度

K1‧‧‧左側嘴角

K2‧‧‧右側嘴角

MH‧‧‧間隙

S21~S29‧‧‧步驟

S217A~S272A‧‧‧步驟

S217B~S272B‧‧‧步驟

S217C~S272C‧‧‧步驟

圖1，本發明遠距臉部監控系統的方塊示意圖。

圖2，對焦式攝影機的設置示意圖。

圖3A，對正、焦段調整、對焦示意圖(一)。

圖3B，對正、焦段調整、對焦示意圖(二)。

圖3C，對正、焦段調整、對焦示意圖(三)。

圖4，搜尋框定義示意圖。

圖5A，臉部擺動資訊偵測示意圖(一)。

圖5B，臉部擺動資訊偵測示意圖(二)。

圖5C，臉部擺動資訊偵測示意圖(三)。

圖6，臉部擺動資訊偵測示意圖。

圖7A，眼部動作資訊偵測示意圖(一)。

圖7B，眼部動作資訊偵測示意圖(二)。

圖7C，眼部動作資訊偵測示意圖(三)。

圖7D，眼部動作資訊偵測示意圖(四)。

圖8，眨眼動作偵測示意圖。

圖9，嘴部張閉動作偵測示意圖。

圖10，本發明遠距臉部監控方法的流程示意圖。

圖11A，擷取特定動作資訊的流程示意圖(一)。

圖11B，擷取特定動作資訊的流程示意圖(二)。

圖11C，擷取特定動作資訊的流程示意圖(三)。

有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下。

請參閱「圖1」，係本發明遠距臉部監控系統的方塊示意圖，如圖所示：本發明係提供一種遠距臉部監控系統，係可配合保全系統或後台中心50設置，於緊急狀況發生時，使用者可透過與攝影機間的互動，將求救訊息傳遞至保全系統或後台中心50。本發明的遠距臉部監控系統主要係至少包含有一對焦式攝影機10，以及一連接於該對焦式攝影機10的處理單元20。

如「圖2」所示，所述的對焦式攝影機10係可設置於一開放式空間中，用以針對一預設環境拍攝複數個影像。所取得的影像係回傳至該處理單元20以進行影像分析。所述的對焦式攝影機可以是任何具有電荷耦合元件(Charge coupled device,CCD)鏡頭、互補式金氧半電晶體(Complementary Metal Oxide Semiconductor Transistors,CMOS)鏡頭、或具備紅外線鏡頭的攝影機等，於本發明中並不予以限制。該對焦式攝影機10係可對應設置有一乘載該對焦式攝影機10的多軸旋轉機構30，用以控制該對焦式攝影機10至少朝旋轉軸及傾斜軸二種方向轉動。於一較佳實施例中該對焦式攝影機10係搭配有變焦鏡頭，所述的變焦鏡頭的焦段係為連續可變，可由廣角端移動至長焦端以變更至所需的焦段以調整縮放值，並具有微型驅動裝置及感測器，可控制鏡頭自動進行對焦。於另一較佳實施例中，該對焦式攝影機可透過光學變焦、電動變焦、數碼變焦的方式變更焦段，藉以縮放所拍攝到目標物的影像。

透過上述的變焦鏡頭、多軸旋轉機構，可藉由處理單元20調整該對焦式攝影機的轉動角度(pan)、傾斜角度(tile)、及縮放值(zoom)，藉以對正至影像中被攝者的臉部並將被攝者的人臉特徵局部放大，進而擷取被攝者人臉特徵的特定動作資訊。

所述的處理單元20可與儲存單元40共同構成一電腦或處理器，例如是個人電腦、工作站、主機電腦或其他型式之電腦或處理器，在此並不限制其種類。於一較佳的實施態樣中，所述的處理單元20及儲存單元40係內建於該對焦式攝影機或其主機上。於另一較佳的實施態樣中，所述的處理單元20及儲存單元40可設置於後台中心50的主機上。

於本實施態樣中，該處理單元20係耦接於該儲存單元40。該處理單元20可為中央處理器(Central Processing Unit,CPU)，或是其他可程式化並具有一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits,ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device,PLD)或其他類似裝置或這些裝置的組合。

所述的儲存單元40可以是任何型態的固定或可移動隨機存取記憶體(Random Access Memory,RAM)、唯讀記憶體(Read-Only Memory,ROM)、快閃記憶體(Flash Memory)或類似元件或上述元件的組合。該儲存單元40亦可由一或更多個可存取之非揮發性記憶構件所構成。具體而言，其可為硬碟、記憶卡， 亦可為積體電路或韌體。

所述的處理單元20係用以載入並執行以下的程式，所述的程式係可預先寫入上述的儲存單元40。該程式包含有人臉偵測模組F1、焦段調整模組F2、人臉對焦模組F3、以及臉部動作辨識模組F4。

人臉偵測模組

於對焦式攝影機10啟動並擷取該預設環境中的影像時，所述的人臉偵測模組F1係由該預設環境的影像中搜尋人臉特徵並持續追蹤，於追蹤到正面朝向該對焦式攝影機10的人臉特徵後經過一預設時間係觸發一控制指令。具體而言，可藉由Adaboost演算法以訓練的方式由影像中搜尋出面向對焦式攝影的人臉特徵，又或是以形狀與密度資訊來得到候選的人臉區塊，藉由臉部的比例、或對稱性判定被攝者是否面向該對焦式攝影機。

人臉追蹤模組

請一併參閱「圖3A」至「圖3B」，該人臉追蹤模組於接收到該控制指令時，係啟動一人臉追蹤程序，用以控制該多軸旋轉機構30使對焦式攝影機10的攝像方向對正至該人臉特徵。

該對正程序的演算流程大致如下：於所述的預設環境的影像中藉由AdaBoost演算法透過樣本數取得被攝者的臉部(亦可利用Haar-like特徵來進行人臉辨識動作)。於取得被攝者的臉部後，係定義該臉部四個邊界位置t1~t4，並將該四個邊界位置t1~t4所圍成的方框的中心位置設定為 參考點Ct。如「圖3(a)」所示，係計算該參考點與影像中心位置Ic間的橫向偏移值Hz及縱向偏移值Vt，藉由該橫向偏移值Hz及縱向偏移值Vt控制該多軸旋轉機構轉動角度(pan)、傾斜角度(tile)，使被攝者的臉部影像得以對正至影像中的中間位置，如「圖3B」所示。

焦段調整模組

請一併參閱「圖3C」，於上述被攝者的人臉影像對正至影像的中間位置時，所述的焦段調整模組F2係基於該人臉特徵的位置及大小控制該對焦式攝影機30的焦段至一適當距離，藉以局部放大影像中的該人臉特徵。

所述的焦段調整模組F2係藉由所取得的人臉特徵推算所應放大的倍率，並由該倍率換算出所應調整的焦段。於預設的模式中，眼部影像較佳需放大至佔去影像中有效像素30-40 pixel以上的範圍，始可進行較精準的判斷。為使人臉特徵所占去的有效像素能夠達到相應數值，可藉由處理單元20計算人臉特徵於調整焦段前所占去的像素值與對應的焦段，推算出所應調整的焦段。由於調整的焦段與放大的比例相互間係呈正比，是以，於預設的有效像素數值輸入後，僅需擷取所拍攝到的人臉特徵的有效像素值及當下變焦鏡頭的焦段，即可依據比值合理計算出所欲調整的焦段距離。該焦段調整模組F2於推算出所應調整的焦段距離後係傳遞一調整指令至該變焦鏡頭，控制該變焦鏡頭的焦段。

人臉對焦模組

所述的人臉對焦模組F3係基於該人臉特徵的位置控制該對焦式攝影機10對焦至該人臉特徵，並進一步設定臉部搜尋框持續追蹤。

該人臉對焦模組F3係可傳遞指令控制該變焦鏡頭的微型驅動裝置及感測器，進而控制鏡頭自動進行對焦。所述的感測器係可內建於該對焦式攝影機10上，藉由拍攝到的影像找到感興趣的目標物(人臉特徵或預設定的位置)後測量目標物的深度，並將該深度回傳至處理單元20重新運算後控制該微型馬達將鏡頭的焦點鎖定至該目標物。於其中一較佳的實施例中，所述的焦點可直接鎖定至影像的中心位置。於另一較佳的實施例中，所述的焦點可藉由智能捕捉人臉特徵後，自動鎖定焦點至影像中的人臉位置。

臉部動作辨識模組

所述的臉部動作辨識模組F4係連續擷取該人臉特徵的特定動作資訊，並於該特定動作資訊符合一預設資訊時觸發一求救訊號傳送至後台中心50。所述的特定動作資訊可為人臉特徵中的臉部擺動動作、眼部動作、嘴部動作亦或是上述動作間的組合。於本實施例中，所述的臉部動作辨識模組F4係包含有搜尋框定義模組F41、臉部擺動偵測次模組F42、眼部動作偵測次模組F43、嘴部動作偵測次模組F44、以及代碼比對模組F45。以下係針對各次模組的功能分別說明之：

(一)搜尋框定義模組

為便於針對部分人臉特徵進行重點式偵測，所述的搜尋框定義模組F41將針對被攝者的臉部劃分預定義的搜尋框，藉以分別擷取出所需要的感興趣區域(Region of Interest)。所述的搜尋框係經由以下的方式分別被定義：請一併參閱「圖4」，有關於眼部搜尋框R1及嘴部搜尋框R2的建立，其具體的演算方法如下，在此須注意影像中的原點(0,0)係位於影像中左上角的位置：

1.眼部搜尋框：

於取得二鼻孔的位置後，係取得二鼻孔的中心位置間的間距D，並以二鼻孔位置(第一鼻孔位置D1、第二鼻孔位置D2)的中心位置作為起算點座標A(x1,y1)。例如將眼部搜尋框R1建立於被攝者的右眼時，該搜尋框定義模組係根據使用者的臉部比例，計算取得一第一基準點座標B1(x2,y2)，其中，x2=x1+k1×D，y2=y1+k2×D，k1=1.6~1.8，k2=1.6~1.8，該第一基準點座標B(x2,y2)即大略落於右眼的位置，依該第一基準點座標B(x2,y2)為中心可建立用於追蹤右眼的眼部搜尋框R1。將眼部搜尋框R1建立於被攝者的左眼時，根據使用者的臉部比例，計算取得一第二基準點座標C(x3,y3)，其中，x3=x1-k1×D，y3=y1+k2×D，k1=1.6~1.8，k2=1.6~1.8，該第二基準點座標C(x3,y3)即大略落於左眼的位置，依該第二基準點座標C(x3,y3)為中心可建立用於追蹤左眼的眼部搜尋框R2。

2.嘴部搜尋框：

於取得二鼻孔的位置後，係取得二鼻孔的中心位置間的間距D，並以二鼻孔位置(第一鼻孔位置D1、第二鼻孔位置D2)的中心位置作為起算點座標A(x1,y1)。該鼻孔間距D係作為參考值用於定義該臉部影像中的五官比例特徵。接續，代入該鼻孔間距D，使該中心位置向下一段距離kD，取得一座標位置M(x1,y1+kD)，將該座標位置M設定為搜尋框中心即可依據使用者的臉部比例建立一嘴部搜尋框R2。

藉由搜尋框定義模組可將臉部的感興趣區域劃分出來，並透過影像分析及影像處理手段取得影像中的變化量，以判斷被攝者臉部的特定動作資訊。

(二)臉部擺動偵測次模組

所述的臉部擺動偵測次模組F42係用以基於該鼻孔位置資訊來判斷該臉部是否轉動，藉此而獲得一臉部擺動資訊。所述的臉部擺動資訊具體可為該人臉特徵的一轉頭次數、一點頭次數或一繞圈次數等。

請一併參閱「圖5A」至「圖5C」，以下係舉一用以判斷被攝者的臉部擺動資訊的具體實施例人臉偵測模組人臉偵測模組：於上述的對焦式攝影機的焦段調整至定位、並正確對焦後，所述的臉部擺動偵測次模組F42係先偵測該人臉影像中的鼻孔區域以獲得第一鼻孔位置的座標D1、及第二鼻孔位置的座標D2。依據第一鼻孔位置D1與第二鼻孔位置D2向二側水平方向 延伸，係可找出相應於臉部輪廓的第一邊界位置Z1與第二邊界位置Z2。於獲得該第一邊界位置Z1與第二邊界位置Z2之後，人臉偵測模組係計算該第一邊界位置Z1與第二邊界位置Z2的中心點，並將該中心點作為一基準參考點N。如『圖4B』所示，比較該基準參考點N與該第一鼻孔位置D1，以判斷臉部是否向第一方向a1轉動，在第一鼻孔位置D1位於基準參考點N的第一方向a1的一側時，判定臉部向第一方向a1轉動。如『圖4C』所示，比較該基準參考點N與該第二鼻孔位置D2，以判斷臉部是否向第二方向a2轉動，在第二鼻孔位置D2位於基準參考點N的第二方向a2的一側時，判定臉部向第二方向a2轉動。

上述的臉部方向判斷步驟，可再輔以以下的演算流程，使臉部方向的判斷更為精確。請一併參閱「圖6」所示，將第一鼻孔位置D1與第二鼻孔位置D2的連線設定為直線SL，並設定一基準線BL做為參考特徵，取得該直線SL及基準線BL間的轉動角度θ。接續，預先設定一臨界角度Ag(預設閾值)，當第一鼻孔位置D1位於基準參考點N的第一方向a1的一側，且該轉動角度θ大於該臨界角度Ag時，判斷臉部向第一方向a1轉動；當第二鼻孔位置D2位於基準參考點N的第二方向a2的一側，且轉動角度θ大於該臨界角度Ag時，判斷臉部向第二方向a2轉動。

於取得判斷該人臉的擺動方向時，可藉由代碼比對模組F45將擺動方向儲存為可供辨識的代碼，例如臉部向第一方向轉動二次、接著向第二方向轉動二次，代碼則為(a1,a1,a2, a2)，所取得的代碼將可藉由代碼比對模組與預設的代碼(第一預設資訊)進行比對，並於該所取得的代碼(臉部擺動資訊)符合該預設的代碼(第一預設資訊)時，觸發一求救訊號傳送至後台中心50。

(三)眼部動作偵測次模組

藉由設定前述的眼部搜尋框R1，所述的眼部動作偵測次模組F43可持續追蹤被攝者的眼部並捕捉被攝者眼部物件(眼白、虹膜、瞳孔)的動作，藉此而獲得一眼部動作資訊。該眼部動作資訊包括該眼部物件的一眨眼次數、一注視方向、一轉動次數及一繞圈次數。

請一併參閱「圖7A」至「圖7D」，以下係舉一具體實施例用以計算使用者的眼部動作資訊：請先參閱「圖7A」，眼部物件包括一虹膜PP、一上眼瞼E1及一下眼瞼E2，藉由二值化處理或邊緣化等影像處理方式，可取得虹膜PP與上眼瞼E1、下眼瞼E2之間的邊界點d1、d3及d2、d4。

以下有關於上側、下側、左側、右側等方向的說明，係對應至圖面上、下、左、右的方向。所述的虹膜PP右側與上眼瞼E1及下眼瞼E2間的交界處分別設定一邊界點d1及一邊界點d2，並於該虹膜右側邊緣介於邊界點及邊界點中間設定一中間點h1。接續，將邊界點d1與中間點h1進行連線取得線段SL1，將邊界點d2與中間點h1進行連線取得線段SL2，並針對該線段SL1 及線段SL2分別取得中垂線，並藉由二中垂線及求得一相交點PA1，以該相交點PA1作為一圓心，相交點PA1至中間點h1的長度為一半徑，藉此定義一第一圓C1作為第一比對特徵。

接續，請一併參閱「圖7B」，於所述的虹膜PP左側與上眼瞼E1及下眼瞼E2間的交界處分別設定一邊界點d3及一邊界點d4，並於該虹膜PP左側邊緣介於邊界點d3及邊界點d4中間設定一中間點h2。接續，將邊界點d3與中間點h2進行連線取得線段SL3，將邊界點d4與中間點h2進行連線取得線段SL4，並針對該線段SL3及線段SL4分別取得中垂線，並藉由二中垂線及求得一相交點PA2，以該相交點PA2作為一圓心，相交點至中間點的長度為一半徑，藉此定義一第二圓C2作為第二比對特徵。

請一併參閱「圖7C」，如圖示中，透過連續擷取被攝者的眼部影像，藉由比較第一圓C1及第二圓C2之差異即可判斷出人眼移動方向。如圖中所示，被攝者的眼部瞳孔PP係漸漸朝向左側移動，透過圖形化所轉換的第一圓C1及第二圓C2的比對結果，可發現第二圓C2的面積(或半徑)隨著虹膜移動逐漸大於第一圓C1，且愈偏向左側移動其差異愈明顯。

請一併參閱「圖7D」，依據前述原理，透過上述的方式可藉由偵測多個人眼移動方向建立資料庫，並藉由訓練的方式來進行多個方向的判斷，例如被攝者的瞳孔朝上方u2、下方u3、左方m1、右方m2、左上方u1、左下方d1、右上方u3及右下方d3移動。

以下係揭示一取得被攝者的眨眼次數的較佳實施例，請一併參閱「圖8」，首先，眼部動作偵測次模組係於偵測到所述的眼部物件後計算出眼部物件的尺寸，並藉由所述的尺寸(例如面積、寬度WD)依據比例設定一閾值，藉由所述的閾值，處理單元可將眼部物件的高度HD(或面積)分別與一閾值進行比對，藉此判斷該眼部物件是否為眨眼狀態。例如，當所述的眼部物件的高度HD(或面積)小於該閾值時，判定該眼部物件係為緊閉的狀態，反之，於該眼部物件的高度大於該閾值時，判定該眼部物件係為睜開的狀態。

於取得上述的人眼移動方向及眨眼次數或頻率後，可藉由代碼比對模組F45將該人眼移動方向及或眨眼次數儲存為可供辨識的代碼，例如眨眼二次後、眼部朝左上及右下方向移動，代碼則為(c,c,u1,d3)，所取得的代碼將可用於與預設的代碼(第二預設資訊)進行比對，並於該所取得的代碼(眼部動作資訊)符合該預設的代碼(第二預設資訊)時，觸發一求救訊號傳送至後台中心50。

(四)嘴部動作偵測次模組

藉由設定前述的嘴部搜尋框R2，嘴部動作偵測次模組F44可持續追蹤被攝者的嘴部並捕捉被攝者嘴部物件的動作，藉此而獲得一嘴部動作資訊。該嘴部動作資訊包括該嘴部物件的一張闔次數、一張闔頻率及一對應唇語的口型變化。

請一併參閱「圖9」，判斷被攝者的嘴部動作為張開 或閉闔的演算法，可藉由左側嘴角K1及右側嘴角K2間的連線大致分辨被攝者的上唇的下側邊界及下唇的上側邊界，藉由該上唇的下側邊界及下唇的上側邊界間的間隙MH判斷使用者的嘴部是張開或是閉闔。當該上唇及下唇間的間隙MH大於一閾值時判定使用者的嘴部是張開的，於該上唇及下唇間的間隙MH小於閾值時判定使用者的嘴部是閉闔的，藉以判斷使用者的嘴部動作資訊。

於另一較佳實施態樣中，可藉由結合彩度色彩空間(chromaticity color space)與K-means演算法(K-means algorithm)擷取出人臉影像中的唇形特徵。所取得的唇形特徵可與訓練過的大量資料庫進行比對，以找到其個別唇形所對應的代碼。

於取得上述的嘴部動作資訊後，可藉由代碼比對模組F45將該嘴部開闔動作及唇形特徵轉換為可供辨識的代碼。於一較佳實施例中，可藉由點、線、及停頓的方式記錄代碼，於另一較佳實施例可藉由摩斯代碼紀錄使用者所欲傳達的求救訊號，例如被攝者欲傳達求救訊息SOS，被攝者可快速張閉嘴唇三次、長時張開嘴唇三次、再快速張閉嘴唇三次(...(S),---(O),...(S))。於另一較佳實施例中，可直接由簡單的唇形動作與資料庫預存的唇形資料(第三預設資訊)進行比對，取得對應的唇形所欲輸入的資訊，例如help係由嘴唇上揚-嘴略噘起-彈唇三種嘴形所組成。所取得的代碼將可用於與預設的代碼(第三預設資訊)進行比對，並於該所取得的代碼(嘴部動作資訊)符合該預設的代碼(第三預設資訊)時，觸發一求救訊號傳送至後台中心50。

於其中一較佳的實施例，該代碼比對模組F45亦可將所述的臉部擺動資訊、眼部動作資訊、嘴部動作資訊亦可共同組成混成代碼，將所取得的混成代碼與預設資訊進行比對，藉此確認被攝者是否向後台中心求救，以決定是否觸發一求救訊號並傳送至後台中心50。

以下係針對本發明遠距臉部監控方法進行說明，請一併參閱「圖10」，係本發明遠距臉部監控方法的流程示意圖，如圖所示：本發明係提供一種遠距臉部監控方法，其包含以下步驟：於起始時，於保全設備開始運作時，透過對焦式攝影機拍攝預設環境的影像，並將該影像儲存至儲存單元以供後續處理(步驟S21)。

接續，利用Adaboost(或Harr-like)演算法由該影像中搜尋人臉特徵(步驟S22)。

於搜尋到該人臉特徵後，判斷被攝者的面向方向是否朝向攝影機經過一預設時間，若是的話觸發一控制指令，若不是的話則回到步驟S22持續追蹤該被攝者的臉部。(步驟S23)

於接收到該控制指令時，係啟動一人臉追蹤程序，用以控制該多軸旋轉機構使對焦式攝影機的攝像方向對正至該人臉特徵。(步驟S24)

於對政治該人臉特徵後，係基於該人臉特徵的位置 控制該對焦式攝影機的焦段至一適當距離，藉以局部放大影像中的該人臉特徵。(步驟S25)

基於該人臉特徵的位置控制該對焦式攝影機對焦至該人臉特徵並設定對應該人臉特徵設定臉部搜尋框持續追蹤。(步驟S26)

藉由該控制指令觸發並連續擷取該人臉特徵的特定動作資訊。(步驟S27)

其中，步驟S27所述藉由該控制指令觸發並連續擷取該人臉特徵的特定動作資訊可包含有以下幾種具體實施方式。

如「圖11A」所示，可藉由偵測人臉特徵的臉部擺動資訊藉以與第一預設資訊進行比對：首先，偵測該人臉特徵的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置資訊(步驟S271A)；基於該鼻孔位置資訊來判斷該臉部是否轉動，藉此而獲得一臉部擺動資訊。(步驟S272A)

如「圖11B」所示，可藉由偵測人臉特徵的眼部動作資訊藉以與第二預設資訊進行比對：偵測該人臉特徵的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置資訊；(步驟S271B)基於該鼻孔位置資訊預估一眼部搜尋框，藉以在該眼部搜尋框內偵測眼部物件的動作，藉此而獲得一眼部動作資訊。(步驟S272B)

如「圖11C」所示，可藉由偵測人臉特徵的嘴部動作資訊藉以與第三預設資訊進行比對： 偵測該人臉特徵的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置資訊；(步驟S271C)基於該鼻孔位置資訊預估一嘴部搜尋框，藉以在該嘴部搜尋框內偵測嘴部物件的動作，藉此而獲得一嘴部動作資訊。(步驟S272C)

於獲得該特定動作資訊或藉由該特定動作資訊所組成的代碼後，係將該特定動作資訊與一預設資訊(如前述的第一預設資訊、第二預設資訊、第三預設資訊)進行比對，確認該特定動作資訊是否符合該預設資訊。(步驟S28)

於確認該特定動作資訊符合該預設資訊時觸發一求救訊號傳送至後台中心，藉此提示後台中心被攝者係發出一求救訊息(步驟S29)，若不符合，則回到步驟S27重複擷取該人臉特徵的特定動作資訊，直至該被攝者面向其他方向或是離開對焦式攝影機的可視範圍。

本發明中所述之方法步驟亦可作為一種軟體程式實施，用以儲存於光碟片、硬碟、半導體記憶裝置等電腦可讀取記錄媒體，並藉由該電腦可讀取記錄媒體載置於電子裝置上為該電子裝置或電子設備所存取使用。具體而言，該電子裝置、電子設備可以為監視器、保全系統、中央控制系統、後台中心系統等。

綜上所述，本發明係可藉由攝影機主動抓取使用者的臉部，藉由捕捉臉部的特定動作判斷使用者的狀況，得以在不被察覺的情況下輸人緊急救援訊息。再者，本發明無須配置實體保全鍵，可省去多餘的配線或傳輸單元，此外，本發明亦可結合 於室內或戶外的監視器，可更廣泛地配置於生活周遭，減少治安死角。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。

10‧‧‧對焦式攝影機

20‧‧‧處理單元

30‧‧‧多軸旋轉機構

40‧‧‧儲存單元

50‧‧‧後台中心

F1‧‧‧人臉偵測模組

F2‧‧‧焦段調整模組

F3‧‧‧人臉對焦模組

F4‧‧‧臉部動作辨識模組

F41‧‧‧搜尋框定義模組

F42‧‧‧臉部擺動偵測次模組

F43‧‧‧眼部動作偵測次模組

F44‧‧‧嘴部動作偵測次模組

F45‧‧‧代碼比對模組

Claims (15)

1. 一種遠距臉部監控系統，包含有：一對焦式攝影機，係用以拍攝一預設環境；一處理單元，係用以載入並執行以下程式：一人臉偵測模組，由該預設環境之影像，偵測影像中的人臉特徵且該人臉特徵係正面朝向該對焦式攝影機，並經一預設時間內，觸發一控制指令；以及一臉部動作辨識模組，於接受到該控制指令時連續擷取該人臉特徵的特定動作資訊，並於該特定動作資訊符合一預設資訊時觸發一求救訊號傳送至後台中心。
2. 如申請專利範圍第1項所述之遠距臉部監控系統，其中，該處理單元係用以載入並執行以下程式：一人臉對焦模組，由該預設環境的影像中搜尋人臉特徵，並基於該人臉特徵的位置控制該對焦式攝影機對焦至該人臉特徵並設定臉部搜尋框持續追蹤。
3. 如申請專利範圍第1項所述之遠距臉部監控系統，其中，該處理單元係用以載入並執行以下程式：一焦段調整模組，由該預設環境的影像中搜尋人臉特徵，並基於該人臉特徵的位置控制該對焦式攝影機的焦段至一適當距離，藉以局部放大影像中的該人臉特徵。
4. 如申請專利範圍第1項所述之遠距臉部監控系統，更進一步包含有一乘載該對焦式攝影機的多軸旋轉機構，用以控制該對焦式攝影機至少朝旋轉軸及傾斜軸的方向轉動，該處理單元係用以載入並執行以下程式：一人臉追蹤模組，由該預設環境的影像中搜尋人臉特徵，並於接收到該控制指令時啟動一人臉追蹤程序，用以控制該多軸旋轉機構使對焦式攝影機的攝像方向對正至該人臉特徵。
5. 如申請專利範圍第1項至第4項其中一項所述之遠距臉部監控系統，其中，所述的臉部動作辨識模組包含有：一臉部擺動偵測次模組，用以偵測該人臉特徵的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置資訊，並基於該鼻孔位置資訊來判斷該臉部是否轉動，藉此而獲得一臉部擺動資訊；以及一代碼比對模組，比對該臉部擺動資訊與一第一預設資訊，並於該臉部擺動資訊符合該第一預設資訊時，觸發該求救訊號。
6. 如申請專利範圍第1項至第4項其中一項所述之遠距臉部監控系統，其中，所述的臉部動作辨識模組包含有：一眼部動作偵測次模組，用以偵測該人臉特徵的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置資訊，基於該鼻孔位置資訊預估一眼部搜尋 框，以在該眼部搜尋框內偵測眼部物件的動作，藉此而獲得一眼部動作資訊；以及一代碼比對模組，比對該眼部動作資訊與一第二預設資訊，並於該眼部動作資訊符合該第二預設資訊時，觸發該求救訊號。
7. 如申請專利範圍第1項至第4項其中一項所述之遠距臉部監控系統，其中，所述的臉部動作辨識模組包含有：一嘴部動作偵測次模組，用以偵測該人臉特徵的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置資訊，基於該鼻孔位置資訊預估一嘴部搜尋框，以在該嘴部搜尋框內偵測嘴部物件的動作，藉此而獲得一嘴部動作資訊；以及一代碼比對模組，比對該嘴部動作資訊與一第三預設資訊，並於該嘴部動作資訊符合該第三預設資訊時，觸發該求救訊號；其中該嘴部動作資訊包括該嘴部物件的一張闔次數、一張闔頻率及一對應唇語的口型變化。
8. 一種遠距臉部監控方法，包含有：拍攝一預設環境的影像；由該預設環境之影像，偵測影像中的人臉特徵且該人臉特徵係正面朝向該對焦式攝影機，並經一預設時間內，觸發一控制指 令；藉由該控制指令觸發並連續擷取該人臉特徵的特定動作資訊；以及比對該特定動作資訊以及一預設資訊，並於該特定動作資訊符合該預設資訊時觸發一求救訊號傳送至後台中心。
9. 如申請專利範圍第8項所述之遠距臉部監控方法，其中，於接收到該控制指令時啟動一人臉追蹤程序，用以控制該多軸旋轉機構使對焦式攝影機的攝像方向對正至該人臉特徵。
10. 如申請專利範圍第8項所述之遠距臉部監控方法，其中，於接收到該控制指令時係基於該人臉特徵的位置控制該對焦式攝影機的焦段至一適當距離，藉以局部放大該影像中的該人臉特徵。
11. 如申請專利範圍第8項所述之遠距臉部監控方法，其中，於接收到該控制指令時係基於該人臉特徵的位置控制該對焦式攝影機對焦至該人臉特徵並設定對應該人臉特徵設定臉部搜尋框持續追蹤。
12. 如申請專利範圍第8項所述之遠距臉部監控方法，其中，該人臉特徵的特定動作資訊係依據以下步驟取得： 偵測該人臉特徵的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置資訊；以及基於該鼻孔位置資訊來判斷該臉部是否轉動，藉此而獲得一臉部擺動資訊。
13. 如申請專利範圍第8項所述之遠距臉部監控方法，其中，該人臉特徵的特定動作資訊係依據以下步驟取得：偵測該人臉特徵的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置資訊；基於該鼻孔位置資訊預估一眼部搜尋框，藉以在該眼部搜尋框內偵測眼部物件的動作，藉此而獲得一眼部動作資訊。
14. 如申請專利範圍第8項所述之遠距臉部監控方法，其中，該人臉特徵的特定動作資訊係依據以下步驟取得：偵測該人臉特徵的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置資訊；基於該鼻孔位置資訊預估一嘴部搜尋框，藉以在該嘴部搜尋框內偵測嘴部物件的動作，藉此而獲得一嘴部動作資訊。
15. 一種電腦可讀取紀錄媒體，其上記錄一程式，當電子裝置載入該程式並執行後，係可完成如申請專利範圍第8項至第14項其中任一項所述之方法。