TWI794626B - 存在偵測系統 - Google Patents

Abstract

一種存在偵測系統，包含相機以擷取影像；基於外觀偵測器，根據影像以偵測物件的外觀，藉以輸出外觀偵測信號，當偵測到外觀時，外觀偵測信號變為主動；鄰近偵測器，偵測影像之預設偵測視窗內物件的移動，藉以輸出鄰近偵測信號，當偵測到移動時，鄰近偵測信號變為主動；及融合單元，接收外觀偵測信號與鄰近偵測信號，據以輸出物件存在信號，當外觀偵測信號或鄰近偵測信號為主動時，物件存在信號變為主動。

Description

存在偵測系統

本發明係有關一種存在偵測，特別是關於一種人體存在偵測系統與方法。

人體存在(human presence)偵測器，例如鄰近(proximity)感測器，不需藉由實體接觸而能偵測鄰近人體的存在。在一應用例中，揭示於專利文獻US2014/0075230，當可能(potential)使用者靠近電子裝置時，人體存在偵測器的偵測結果可用以將電子裝置從低功耗睡眠/待機狀態喚醒。在另一應用例中，當發生非法入侵時，人體存在偵測器的偵測結果可用以觸發警報。

一種鄰近感測器係使用紅外線發光二極體以發射紅外線，且使用紅外線感測器以感測反射的紅外線，據以決定物件是否鄰近。另一種鄰近感測器使用三角量測技術以決定物件是否鄰近。又一種鄰近感測器利用飛時(time of flight,ToF)技術，以量測光線圖案於介質當中行進一段距離所需時間，據以決定物件是否鄰近。

專利文獻US2013/0063611、US7155036、US2004/0081338、US2012/0081392揭示人臉偵測，其為一種有效的人體偵測手段，藉由偵測人臉以決定人體存在。然而，人臉偵測有賴於清晰的臉部特徵。當受到阻擋、離開相機的視場或粗劣影像品質而使得人臉影像的品質低落時，人臉偵測即會失敗。

移動偵測可做為人體偵測的輔助機制，其監視圖框間於時間上的改變，並假設人體移動事件可偵測到之間的改變差值。人臉偵測與移動偵測可聯合使用，揭示於專利文獻US7409091、WO2017098265。

用以喚醒裝置的人體存在偵測器需要準確地偵測可能使用者的存在，並避免過路者。然而，此種要求並不容易達到，因為通常無法得知使用裝置的意圖。此外，當人體靠近裝置時，通常僅會擷取到部分人體的影像。

因此，傳統人體存在偵測器經常發生偵測錯誤(及其觸發)與偵測漏失。此外，傳統人體存在偵測器無法有效辨別(具意圖使用電子裝置的)可能使用者與過路者。

因此亟需提出一種新穎的機制，用以克服傳統人體存在偵測器的諸多缺失。特別的是，本發明融合人臉偵測與移動偵測的結果，以決定具使用意圖的可能使用者。

鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種人體存在偵測系統與方法，藉以準確偵測人體且能分辨可能使用者與過路者。

根據本發明實施例，存在偵測系統包含相機、基於外觀偵測器、鄰近偵測器及融合單元。相機擷取影像。基於外觀偵測器(例如正面人臉偵測器、正面人體偵測器或正面上半人體偵測器)根據影像以偵測物件的外觀，藉以輸出外觀偵測信號，當偵測到外觀時，外觀偵測信號變為主動。鄰近偵測器偵測影像之預設偵測視窗內物件的移動，藉以輸出鄰近偵測信號，當偵測到移動時，鄰近偵測信號變為主動。融合單元接收外觀偵測信號與鄰近偵測信號，據以輸出物件存在信號，當外觀偵測信號或鄰近偵測信號為主動時，物件存在信號變為主動。

100:人體存在偵測系統

500:人體存在偵測系統

11:相機

111:鏡頭

112:影像感測器

12:記憶體

13:人臉偵測器

14:移動偵測器

15:融合單元

16:傾斜角感測器

17:參數調整單元

101:電子裝置

21:光軸

22:水平線

400:人體存在偵測方法

700:人體存在偵測方法

40:接收傾斜角訊息

41A:使用人臉偵測、移動偵測參數及移動偵測視窗進行初始化

41B:根據傾斜角訊息，使用人臉偵測、移動偵測參數及移動偵測視窗進行初始化

41C:修正人臉偵測、移動偵測參數及移動偵測視窗

42:擷取影像

43:人臉偵測

44:決定是否偵測到人臉

45:FD=1

46:HP=1

47:FD=0

48:移動偵測

49:決定是否偵測到移動

50:MD=1

51:MD=0

52:HP=0

61:移動偵測視窗

62:移動偵測視窗

63:移動偵測視窗

71:接收更新傾斜角訊息

72:決定傾斜角的差值是否大於臨界值

81:移動偵測視窗

811:次視窗

91A~91C:圖框

92:物件

93A~93B:中心

94:移動軌跡

FD:人臉偵測信號

MD:移動偵測信號

HP:人體存在信號

第一圖顯示本發明第一實施例之人體存在偵測系統的方塊圖。

第二A圖顯示相機未傾斜的側視圖及其擷取影像。

第二B圖顯示相機的側視圖及其擷取影像，其向上傾斜一傾斜角。

第二C圖顯示相機的側視圖及其擷取影像，其向下傾斜一傾斜角。

第三A圖與第三B圖例示移動偵測視窗。

第四圖顯示本發明第一實施例之人體存在偵測方法的流程圖。

第五圖顯示本發明第二實施例之人體存在偵測系統的方塊圖。

第六A圖至第六C圖例示擷取影像及相應的移動偵測視窗。

第七圖顯示本發明第二實施例之人體存在偵測方法的流程圖。

第八A圖例示本發明第三實施例之相機的視場的移動偵測視窗的示意圖。

第八B圖與第八C圖顯示使用第八A圖之次視窗的例子。

第九圖顯示本發明第四實施例之連續圖框與移動偵測視窗的示意圖。

第一圖顯示本發明第一實施例之人體存在偵測系統100的方塊圖。所示方塊並不表示其彼此為實體分離。至少二方塊可以整合為一實體。舉例而言，本實施例之方塊13~15可結合為一實體(例如晶片)，或者整個人體存在偵測系統100可整合為堆疊的積體電路。

在本實施例中，人體存在偵測系統(以下簡稱系統)100可包含相機11，用以擷取影像。在一實施例中，相機11可包含鏡頭(lens)111與影像感測器112。其中，鏡頭111用以將物件的光學影像聚焦至影像感測器112，且影像感測器112將物件的光學影像轉換為信號，以組成擷取影像。本實施例之系統100可包含記憶體12，用以暫存相機11所擷取影像及其他資料。

根據本實施例的特徵之一，相機11可向上(或向下)傾斜一傾斜角。藉此，僅有靠近相機11的人體可位於相機11(或擷取影像)之視場(FOV)的一端(例如上端)，而遠離相機11的人體則會顯得較小且位於擷取影像(或相機11之視場)的另一端。第二A圖顯示(筆記型電腦之)相機11未傾斜的側視圖及其擷取影像。在此例子中，僅有近距與中距的人體會位於相機11(或擷取影像)之視場的上端。第二B圖顯示(筆記型電腦之)相機11向上傾斜的側視圖及其擷取影像，其傾斜角θ介於相機11之光軸21與(平行於地之)水平線22之間。在一較佳實施例中，相機11的傾斜角之範圍為0至90度。值得注意的是，在較佳實施例中，相機11的位置低於站立人體之視線，則相機11向上傾斜。在另一實施例中，相機11的位置高於站立人體之視線，則相機11向下傾斜，如第二C圖所示(設於天花板之)相機11向下傾斜的側視圖及其擷取影像，其傾斜角θ介於相機11之光軸21與(平行於地之)水平線22之間。在此例子中，僅有近距或中距的人體會位於相機11(或擷取影像)之視場的下端。第二B圖與第二C圖之傾斜相機11可產生透視效應，有助於近距及中距人體的偵測。

在本實施例中，系統100可包含人臉偵測器13，其接收相機11所擷取影像，據以偵測影像當中的人臉。根據人臉偵測結果，人臉偵測器13可輸出人臉偵測信號FD。當偵測到人臉時，人臉偵測信號FD變為主動(例如“1”)；當未偵測到人臉時，人臉偵測信號FD變為被動(例如“0”)。人臉偵測器13可使用傳統人臉偵測技術，其細節不予贅述。本實施例之人臉偵測器13僅作為例示，其可概括為基於外觀(appearance-based)偵測器，用以偵測物件(例如人體)的外觀，例如具使用意圖的可能使用者之前面人臉、前面上半身體或前面身體。根據外觀偵測結果，基於外觀偵測器可輸出外觀偵測信號。

在本實施例中，系統100可包含移動(motion)偵測器14，其接收相機11擷取的目前影像與儲存於記憶體12的前一影像，並偵測目前影 像與前一影像於預設移動偵測視窗當中的時間上(temporal)變化。記憶體12除了暫存擷取影像，還可暫存移動偵測器14所產生的資料(例如特徵萃取或邊緣圖(edge map))。第三A圖例示移動偵測視窗位於相機11(或擷取影像)之視場的上端，可適用於第二B圖所示例子以偵測近距人體，避免誤測到遠離相機11的中距或遠距人體。第三B圖例示移動偵測視窗位於相機11(或擷取影像)之視場的下端，可適用於第二C圖所示例子以偵測近距人體，避免誤測到遠距人體。根據移動偵測結果，移動偵測器14可輸出移動偵測信號MD。當時間上變化大於預設臨界值，則移動偵測信號MD變為主動(例如“1”)；當時間上變化未大於預設臨界值，則移動偵測信號MD變為被動(例如“0”)。移動偵測器14可使用傳統移動偵測技術，其細節不予贅述。移動偵測器14僅作為例示，其可概括為鄰近(proximity)偵測器，根據移動或時間上變化以偵測物件(例如人體)的移動。根據鄰近偵測結果，鄰近偵測器可輸出鄰近偵測信號。

根據本實施例的另一特徵，系統100可包含融合(fusion)單元15，其接收(來自人臉偵測器13的)人臉偵測信號FD與(來自移動偵測器14的)移動偵測信號MD，據以輸出人體存在信號HP，用以觸發或喚醒電子裝置101。在本實施例中，當(來自人臉偵測器13的)人臉偵測信號FD或(來自移動偵測器14的)移動偵測信號MD為主動，則(融合單元15產生的)人體存在信號HP變為主動，否則人體存在信號HP變為被動。概括來說，根據(來自基於外觀偵測器的)外觀偵測信號與(來自鄰近偵測器的)鄰近偵測信號，融合單元15可輸出物件存在信號。

第四圖顯示本發明第一實施例之人體存在偵測方法400的流程圖。於步驟41A，人臉偵測器13與移動偵測器14使用人臉偵測與移動偵測參數進行初始化。其中，移動偵測視窗可設於相機11之視場的一端(例如上端)。接著，於步驟42，，相機11擷取影像，其可暫存於記憶體12。

於步驟43，人臉偵測器13可執行人臉偵測以偵測擷取影像當中的人臉。在一實施例中，於執行人臉偵測之前，可先執行降取樣(down sampling)。如果偵測到人臉(步驟44)，人臉偵測器13輸出主動的人臉偵測信號FD(步驟45)，接著融合單元15輸出主動的人體存在信號HP(步驟46)。

如果未偵測到人臉(步驟44)，人臉偵測器13輸出被動的人臉偵測信號FD(步驟47)。接著，於步驟48，移動偵測器14可執行移動偵測以偵測目前影像與前一影像於預設移動偵測視窗當中的時間上(temporal)變化。如果偵測到移動(步驟49)，例如時間上變化大於預設臨界值，則移動偵測器14輸出主動的移動偵測信號MD(步驟50)，接著融合單元15輸出主動的人體存在信號HP(步驟46)。如果未偵測到移動(步驟49)，例如時間上變化未大於預設臨界值，則移動偵測器14輸出被動的移動偵測信號MD(步驟51)，接著融合單元15輸出被動的人體存在信號HP(步驟52)，且流程回至步驟42以擷取下一影像。在本實施例中，雖然先執行人臉偵測(步驟43)再執行移動偵測(步驟48)，然而在其他實施例中，可先執行移動偵測(步驟48)再執行人臉偵測(步驟43)，或者同時執行人臉偵測(步驟43)與移動偵測(步驟48)。

第五圖顯示本發明第二實施例之人體存在偵測系統500的方塊圖。人體存在偵測系統(以下簡稱系統)500類似於(第一圖之)系統100，相異處將說明如下。

在本實施例中，系統500可包含傾斜角感測器16，例如感測相機11的角度或相機11所設之螢幕(或顯示裝置或模組)的角度，以感測得到相機11的傾斜角，據以產生傾斜角訊息。

根據本實施例的特徵之一，系統500可包含參數調整單元17，其接收傾斜角訊息，據以產生修正的移動偵測參數，其包含修正的移動偵測視窗，並饋至移動偵測器14。第六A圖至第六C圖例示擷取影像及相應的移動偵測視窗61~63。第六B圖之相機11的傾斜角大於第六A圖，因 此移動偵測視窗62的位置低於第六A圖。類似的情形，第六C圖之相機11的傾斜角大於第六B圖，因此移動偵測視窗63的位置低於第六B圖。

在一實施例中，參數調整單元17還可根據傾斜角訊息以輸出修正的人臉偵測參數至人臉偵測器13。藉此，當相機11的傾斜角改變時，人臉偵測器13可適時的偵測人臉。

第七圖顯示本發明第二實施例之人體存在偵測方法700的流程圖。第七圖之流程類似於第四圖之流程，相異處將說明如下。

於步驟40，參數調整單元17可自傾斜角感測器16接收傾斜角訊息。接著，於步驟41B，人臉偵測器13與移動偵測器14根據傾斜角訊息，使用人臉偵測與移動偵測參數進行初始化。其中，根據移動偵測參數，移動偵測視窗可設於相機11之視場的一端(例如上端)。

於步驟52，融合單元15輸出被動的人體存在信號HP，接著流程進入步驟71，根據傾斜角感測器16所感測的更新傾斜角，以接收更新傾斜角訊息。於步驟72，決定更新傾斜角與前一傾斜角的差值是否大於預設臨界值。如果步驟72的結果為肯定，則流程進入步驟42C，根據更新傾斜角訊息以修正(或修正)人臉偵測參數與移動偵測參數(其包含修正的移動偵測視窗)。如果步驟72的結果為否定，則流程進入步驟42，擷取下一影像。在另一實施例中，可週期地執行步驟71~72，而非依據步驟52。

第八A圖例示本發明第三實施例之相機11的視場的移動偵測視窗81的示意圖。根據本實施例的特徵之一，移動偵測視窗81可包含複數次視窗811，(移動偵測器14)據以輸出移動偵測信號MD。

第八B圖顯示使用第八A圖之次視窗811的第一個例子。當偵測到移動的次視窗(斜線區域)811的數目等於或大於預設值(在這個例子中為3)，則移動偵測信號MD變為主動，否則移動偵測信號MD變為被動。

第八C圖顯示使用第八A圖之次視窗811的第二個例子。當偵測到移動的相鄰次視窗(斜線區域)811的尺寸等於或大於預設尺寸(在這個 例子中為2x2)，則移動偵測信號MD變為主動，否則移動偵測信號MD變為被動。

第九圖顯示本發明第四實施例之(相機11所擷取的)連續圖框(或影像)91A~91C與移動偵測視窗81(及其次視窗811)的示意圖。根據本實施例的特徵之一，根據物件92的移動圖樣(例如移動軌跡)，移動偵測器14可據以輸出移動偵測信號MD。

對於每一對連續圖框，決定移動中次視窗(斜線區域)811。如第九圖所例示，決定圖框91A與圖框91B之間的移動中次視窗(斜線區域)811，且決定圖框91B與圖框91C之間的移動中次視窗(斜線區域)811。接著，對於每一對連續圖框，決定移動中次視窗(斜線區域)811的中心93A/93B。如第九圖所例示，決定圖框91A與圖框91B之移動中次視窗的中心93A，且決定圖框91B與圖框91C之移動中次視窗的中心93B。最後，根據中心93A與93B以決定移動軌跡94。如第九圖所例示，移動軌跡94表示物件92係向右移動。當移動軌跡94符合預設方向與大小，則移動偵測信號MD變為主動，否則移動偵測信號MD變為被動。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

100:人體存在偵測系統

11:相機

111:鏡頭

112:影像感測器

12:記憶體

13:人臉偵測器

14:移動偵測器

15:融合單元

101:電子裝置

FD:人臉偵測信號

MD:移動偵測信號

HP:人體存在信號

Claims (10)

1. 一種存在偵測系統，包含：一相機，擷取一影像；一基於外觀偵測器，根據該影像以偵測一物件的外觀，藉以輸出一外觀偵測信號，當偵測到該外觀時，該外觀偵測信號變為主動；一鄰近偵測器，偵測該影像之預設偵測視窗內該物件的移動，藉以輸出一鄰近偵測信號，當偵測到該移動時，該鄰近偵測信號變為主動；一融合單元，接收該外觀偵測信號與該鄰近偵測信號，據以輸出一物件存在信號，當該外觀偵測信號或該鄰近偵測信號為主動時，該物件存在信號變為主動；其中該相機傾斜一傾斜角，其介於該相機之光軸與平行於地之水平線之間，且該偵測視窗位於該相機之視場的一端；及一參數調整單元，接收傾斜角訊息，據以產生修正的鄰近偵測參數，其包含一修正的偵測視窗，並饋至該鄰近偵測器。
2. 如請求項1之存在偵測系統，其中該基於外觀偵測器包含一人臉偵測器，偵測人臉，藉以輸出一人臉偵測信號，當偵測到該人臉時，該人臉偵測信號變為主動。
3. 如請求項1之存在偵測系統，更包含正面人臉偵測器、正面人體偵測器或正面上半人體偵測器。
4. 如請求項1之存在偵測系統，其中該鄰近偵測器包含一移動偵測器，偵測該相機所擷取之目前影像與前一影像於該偵測視窗當中的時間上變化，藉以輸出一移動偵測信號，當該時間上變化大於一預設臨界值時，該移動偵測信號變為主動。
5. 如請求項1之存在偵測系統，其中該偵測視窗包含複數次視窗，且當偵測到移動之鄰近的次視窗的數目等於或大於一預設值，則該鄰近偵測信號變為主動。
6. 如請求項1之存在偵測系統，其中該偵測視窗包含複數次視窗，且當偵測到移動之鄰近的相鄰次視窗的尺寸等於或大於一預設尺寸，則該鄰近偵測信號變為主動。
7. 如請求項1之存在偵測系統，其中該偵測視窗包含複數次視窗，當移動中次視窗的軌跡符合一預設方向與大小時，該鄰近偵測信號變為主動。
8. 如請求項1之存在偵測系統，更包含：一傾斜角感測器，感測該相機的傾斜角，據以產生該傾斜角訊息。
9. 如請求項8之存在偵測系統，其中該參數調整單元根據該傾斜角訊息以輸出修正的外觀偵測參數至該基於外觀偵測器。
10. 如請求項9之存在偵測系統，其中當更新傾斜角與前一傾斜角的差值大於一預設臨界值時，則產生該修正的鄰近偵測參數、該修正的外觀偵測參數及該修正的偵測視窗。

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