TWM561251U

TWM561251U - 臉部辨識模組

Info

Publication number: TWM561251U
Application number: TW106210838U
Authority: TW
Inventors: 簡達益; 鄭百祥; 賴瀅如
Original assignee: 正能光電股份有限公司
Priority date: 2017-07-24
Filing date: 2017-07-24
Publication date: 2018-06-01

Abstract

一種臉部辨識模組包含：一2.5維影像擷取元件、一臉部特徵辨識元件、一對外傳輸元件以及一電源供應元件，且所有元件皆配置於一電路基板上。該2.5維影像擷取元件係電性連接該臉部特徵辨識元件，並輸出一視角內之二維影像以及該視角內物體至該2.5維影像擷取元件之物體距離。該臉部特徵辨識元件係根據該二維影像以及該物體距離計算出複數臉部特徵值例如：雙眼距離、眼鼻口相對位置、山根與眉骨高度、顴骨面積曲率、鼻翼寬度、臉型弧度、臉部膚色、眼睛顏色、臉部方向、以及該臉部相對於該2.5維影像擷取元件之相對位置等等。該對外傳輸元件係供以對外傳輸與該等臉部特徵值相關之訊號以及一模組編碼或所在位置碼。本創作之臉部辨識模組僅傳送複數臉部特徵值並不傳送實體影像，故可配置在任何需要兼顧保全與隱私之場所裡，再由外部接收端整合以做後續的監控處理。

Description

臉部辨識模組

本新型係有關一種臉部辨識模組，特別係關於一種可配置在任何需要兼顧保全與隱私場所之臉部辨識模組。

要創造一個現代化的智慧型城市，除了布署綿密網路及調控中心外，還須充分掌握人群的集散動線，才能據此提供快速、節能及狀況防範的智慧控制。以交通控制為例，路燈、監視攝影機與交通號誌，甚至車輛間得彼此交換資料，並透過單一平台進行即時監控管理如交通堵塞、節慶聚會，車禍肇事，或聚眾滋事的犯罪現場，協助疏散車潮、劃分避行區域與確實追蹤犯罪車輛。

然而，隨著監控的範圍越來越廣，同時間回傳的影像數據越來越龐大，中央平台無法即時處理大量訊息，除人力吃緊外，針對有限的硬體儲存空間也只能犧牲保存時間應變。以大型變電廠的監控系統為例，中華人民共和國專利證號CN103108159B揭露了一种电力智能视频分析监控系统和方法，為應付越來越大的監控範圍，在監視攝影機端及中繼端設置判斷人員入侵、煙霧火光、未戴安全帽人員等安全狀態的計算電路，並發出警報以及影像至中央調控中心，使監控人員只需注意有警報的監視器，也只需儲存警報期間的影像。

而在需要個人隱私的智慧控制系統中，如：居家安控、醫療照護、私人車用空間等，或是在休閒娛樂的大型購物中心、展演場所、人民廣場等，有關臉部的影像儲存與傳輸會引發民眾對於隱私權及肖像權的爭議。除了懷疑這些影像的用途，人們也會擔心這些影像是否會被攔截而流入不當使用。最後，能被允許設立監控攝影機的點會越來越少，而所謂的智慧控制將失去它原先設立的目的。簡單來說，監控點所擷取的影像不能在網路裡(無論有線或無線)任意傳輸，才是對個人隱私提供最大的保障。

本創作之主要目的係提供一種能即時分析臉部特徵值並回傳至中繼點或主機之臉部辨識模組。

為達上述目的，本創作外觀上為一電路基板100，其上配置有一2.5維影像擷取元件20，能擷取一視角201內之二維影像以及該視角內物體至該2.5維影像擷取元件之物體距離205。一臉部特徵辨識元件30亦設置在該電路基板100上，根據該二維影像與該等物體距離205計算出臉部特徵值或臉部特徵代碼401。一對外傳輸元件40設置於該電路基板100上，供以將該臉部特徵值或該臉部特徵代碼401以及一模組編碼或是所在位置碼傳送至外部。該等元件所需之電源係由一電源供應元件50提供，該電源供應元件50可以是一電源接頭或是與該對外傳輸元件40組成一電源及傳輸接頭，從外部汲取電源並分配至所需元件上。該電源供應元件50也可以包含一電池或是一太陽能板供該等元件啟動。

該2.5維影像擷取元件20輸出的二維影像可以是可見光影像(RGB image)、紅外線影像(IR image)或是其他特定頻段之影像。該物體距離205數目可與該二維影像像素數目一致，且一物體距離對一像素；也可以比該二維影像像素數目少，且每個物體距離205係各自對應該二維影像中一固定區域。

該臉部特徵辨識元件30係電性連接該2.5維影像擷取元件20，根據該二維影像以及該物體距離205計算出臉部特徵區(facial landmarks)231及臉部旋轉角度232，並根據該臉部旋轉角度修正該臉部正面2.5維數據。該臉部特徵區231包含：雙眼輪廓、眉毛區域、鼻型、嘴型以及下巴弧度(jawline)等等。最後，依據修正後的該臉部正面2.5維數據，計算出雙眼距離11、眼鼻口相對位置、山根與眉骨高度12、顴骨面積曲率13、鼻翼寬度14、臉型弧度15、臉部膚色、眼睛顏色、臉部方向、以及該臉部相對於該2.5維影像擷取元件之相對位置中至少其一的臉部特徵值。

該對外傳輸元件40可以將上述臉部特徵值轉換為傳輸訊號或臉部特徵代碼401，以無線網路方式或是有線方式發布出去。該電路基板100上可以包含：一記憶體供以隨時序儲存該臉部特徵值或臉部特徵代碼401，並在該對外傳輸元件40接收到外部指令時，將所儲存的資料依需求時序傳輸出去。該模組編碼可以在出廠前即燒錄在該電路基板100上或該對外傳輸元件40 上，使該對外傳輸元件40對外傳輸上述臉部特徵值或臉部特徵代碼時，得以將該模組編碼一併傳輸出去供定位用。該電路基板上亦可以設置一位置讀取元件，讀取或偵測該電路基板的所在位置，並於該對外傳輸元件40對外傳輸上述臉部特徵值或臉部特徵代碼時，一併將該電路基板的位置資料傳輸出去。該對外傳輸元件40可以電性連接另一塊電路基板，將上述臉部特徵值或臉部特徵代碼傳至另一塊電路基板上，以擴充本創作之實用功能。

1‧‧‧視角內物體

100‧‧‧電路基板

100a‧‧‧吸頂燈

100b‧‧‧電視

100c‧‧‧冰箱

11‧‧‧雙眼距離

12‧‧‧山根與眉骨高度

13‧‧‧顴骨面積曲率

14‧‧‧鼻翼寬度

15‧‧‧臉型弧度

2‧‧‧監視攝影機

20‧‧‧2.5維影像擷取元件

201‧‧‧視角

205‧‧‧物體距離

211‧‧‧二維矩陣式互補式金屬氧化物半導體

211a‧‧‧第一二維矩陣式光電感測電路

211b‧‧‧第二二維矩陣式光電感測電路

212‧‧‧可見光與紅外線濾片

213‧‧‧光學鏡頭

214‧‧‧紅外線二維影像的時序資料

221‧‧‧紅外線光源(IR light)

222‧‧‧擴散片

224‧‧‧高頻脈衝波

23‧‧‧臉部偵測器

231‧‧‧臉部特徵區(facial landmarks)

232‧‧‧臉部旋轉角度

24‧‧‧飛行距離(Time of Flight)驅動暨計算器

244‧‧‧相位差

26‧‧‧影像擷取器

27‧‧‧飛行距離偵測器

281‧‧‧大光圈影像擷取器

2811‧‧‧變焦機構

282‧‧‧小光圈影像擷取器

283‧‧‧控制器

285‧‧‧較模糊區塊

286‧‧‧較清晰區塊

287‧‧‧小光圈影像擷取器輸出的二維影像

3‧‧‧中繼點

30‧‧‧臉部特徵辨識元件

4‧‧‧主機

40‧‧‧對外傳輸元件

401‧‧‧臉部特徵代碼

402‧‧‧監視攝影機影像

5‧‧‧家裡的對外網路

50‧‧‧電源供應元件

6‧‧‧遠端裝置

61‧‧‧屋內人員或寵物的動線

62‧‧‧家庭成員名單

7‧‧‧主要出入口

9‧‧‧私人空間

第1圖係為本創作第一實施例中臉部辨識模組電路示意圖、2.5維影像示意圖以及臉部特徵值示意圖。

第2圖係為本創作第一實施例中2.5維影像擷取元件結構示意圖以及臉部旋轉角度示意圖。

第3圖係為本創作用於通道監視系統示意圖。

第4圖係為本創作第二實施例中2.5維影像擷取元件電路示意圖。

第5圖係為本創作第三實施例中2.5維影像擷取元件電路示意圖。

第6圖係為本創作用於居家監視系統示意圖。

請參照「第1圖」，係本創作第一實施例中臉部辨識模組電路示意圖、2.5維影像示意圖以及臉部特徵值示意圖。該臉部辨識模組，包含：一2.5維影像擷取元件20、一臉部特徵辨識元件30、一對外傳輸元件40以及一電源供應元件50，且所有元件皆配置於一電路基板100上。該2.5維影像擷取元件20係擷取一視角201內之二維影像，以及該視角內物體1至該2.5維影像擷取元件20之物體距離205。由於其擷取之資訊大於二維影像以及少於三維影像，所以一般統稱為2.5維影像，本創作實施時並不以此名稱侷限所擷取之資訊量。該臉部特徵辨識元件30係根據該二維影像以及該物體距離205辨識出至少一個臉部特徵值，例如：雙眼距離11、眼鼻口相對位置、山根與眉骨高度12、顴骨面積曲率13、鼻翼寬度14、臉型弧度15、臉部膚色、眼睛顏色、臉部方向、以及該臉部相對於該2.5維影像擷取元件之相對位置。在此實施例中，該對外傳輸元件40與該電源供應元件50係合併為一電源及傳輸接頭。再參照「第2圖」，係本創作第一實施例中2.5維影像擷取元件結構示意圖以及臉部旋轉角度示意圖。該2.5維影像擷取元件20包含：二維矩陣式互補式金屬氧化物半導體(CMOS)211、一可見光與紅外線濾片(RGB+IR filter)212、一光學鏡頭213、一紅外線光源(IR light)221、一擴散片222、臉部偵測器23及飛行距離(Time of Flight)驅動暨計算器24。該二維矩陣式互補式金屬氧化物半導體211配合該可見光與紅外線濾片212，可切換擷取可見光二維影像或是紅外線二維影像。由於雙瞳相對於臉部皮膚來說有較低紅外線反射率，在該紅外線光源221照射下，雙瞳在該紅外線二維影像中會呈現較低的數據。配合該擴散片222，可以使該臉部偵測器23 偵測到高溫臉型與低溫雙瞳，以啟動該飛行距離驅動暨計算器24。該飛行距離驅動暨計算器24再以高頻脈衝波224驅動該紅外線光源221，並比較該紅外線二維影像的時序資料214與該高頻脈衝波224間相位差244，根據光速計算出該物體距離205。該臉部特徵辨識元件30係根據該可見光二維影像以及該物體距離205，找出臉部特徵區(facial landmarks)231以及臉部旋轉角度232，並據此修正正面臉部的2.5維影像數據，例如：左右轉頭的雙瞳距離會較正面雙瞳距離短，且左右眼的物體距離也不會相同。修正後的正面臉部的2.5維影像數據便可以用於臉部特徵值擷取，例如：雙眼距離11、眼鼻口相對位置、山根與眉骨高度12、顴骨面積曲率13、鼻翼寬度14、臉型弧度15、臉部膚色、眼睛顏色、臉部方向、以及該臉部相對於該2.5維影像擷取元件之相對位置等等。上述臉部特徵值可以被轉換成臉部特徵代碼，並交由該對外傳輸元件40以網際網路通訊協定棧(IP stack)傳送至外部IP。外部應用部分請參照「第3圖」，係為本創作用於通道監視系統示意圖。中繼點3或主機4在接收到上述臉部特徵代碼401後，可以比對來自各處的臉部特徵代碼401以及該模組編碼推斷出某物件(例如：人體)的移動軌跡，卻無法直接連接至某物件的現實影像或身分，避免監視系統遭入侵作不當使用。雖然本創作無法直接連接至現實身分，仍可在主要出入口7附近架設監視攝影機2與本創作之臉部辨識模組，如此便可以在該現實身分出現在主要出入口7當下，同步該臉部特徵代碼401以及上述監視攝影機2影像402，繼而追蹤該現實身分的移動軌跡。

請參照「第4圖」，係本創作第二實施例中2.5維影像擷取元件電路示意圖。該2.5維影像擷取元件20包含：一影像擷取器26以及一飛行距離偵測器27。該影像擷取器26係以一第一二維矩陣式光電感測電路211a(例如：CMOS或CCD)，擷取該視角201內之二維影像(可見光、紅外線或是特殊頻段)。該飛行距離偵測器27係以高頻脈衝波224驅動一紅外線光源發射紅外線至該視角201，並以一第二二維矩陣式光電感測電路211b(例如：CMOS或CCD)偵測該視角201內紅外線二維影像，再比對該紅外線影像的時序資料214與該高頻脈衝波224之間的相位差244，據此計算出該物體距離205。

請參照「第5圖」，係本創作第三實施例中2.5維影像擷取元件電路示意圖。該2.5維影像擷取元件20包含：一個大光圈影像擷取器281、一小光圈影像擷取器282以及一控制器283。該大光圈影像擷取器281係以大光圈拍攝該視角201內之二維影像，該小光圈影像擷取器282係以小光圈拍攝該視角201內之二維影像，如此該大光圈影像擷取器281輸出的二維影像中有部分較清晰區塊286，以及較模糊區塊285，而該小光圈影像擷取器282輸出的二維影像287則無區塊間明顯的差異。該控制器283係比對兩組二維影像間影像糊化(blur)的效果，得知較清晰區塊286位置，以及計算光圈焦長比得出該較清晰區塊286的該物體距離205。該大光圈影像擷取器281更包含：一變焦機構2811，藉由移動鏡片或是移動二維矩陣式光電感測電路以調整成像距離，使較清晰區塊286移動至其他區域。配合該控制器的比對與計算景深，便可以得知其他區域的該物體距離205。

請參照「第6圖」，係本創作用於居家監視系統示意圖。本創作實施時，可以裝配在日常生活用品中，例如：天花板吸頂燈100a、電視100b、冰箱100c。由於本創作並不輸出實際影像僅輸出辨識後的臉部特徵代碼401，故可以放置在私人空間9裡，如：臥室及浴室。只要在大門出入口裝設監視攝影機2，並在偵測到臉部特徵代碼401時，同步節錄監視攝影機影像402，就可以知道某臉部特徵代碼401所對應的影像為何。除此之外，可以透過家裡的對外網路5，將屋內人員或寵物的動線61讓與遠端裝置6得知，且遠端裝置6可事先建立家庭成員名單62以及其臉部特徵代碼，若進入屋內的該臉部特徵代碼並不在家庭成員名單中，可以立即顯示大門出入口所節錄的監視攝影機影像402。

綜上所述，本創作之臉部辨識模組係以即時辨識臉部特徵值或臉部特徵代碼401取代傳送實際影像，相較於傳統傳送實際影像的產品，更符合消費者使用上的需要且更為保護個人隱私，確已符合創作專利申請之要件，爰依法提出專利申請。

惟以上所述者，僅為本創作之較佳實施例，當不能以此限定本創作實施之範圍；故，凡依本創作申請專利範圍及創作說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本創作專利涵蓋之範圍內。

Claims

一種臉部辨識模組，包含：一2.5維影像擷取元件，輸出一視角內之二維影像及該視角內物體至該2.5維影像擷取元件之物體距離；一臉部特徵辨識元件，接收該二維影像及該物體距離，並判斷出至少一個臉部特徵值或臉部特徵代碼；一對外傳輸元件，對外傳輸與該臉部特徵值相關之訊號；以及一電源供應元件，電性連接上述各元件並分配電力，其中，所有元件皆配置在一電路基板上，且該臉部特徵值係為雙眼距離、眼鼻口相對位置、山根與眉骨高度、顴骨面積曲率、鼻翼寬度、臉型弧度、臉部膚色、眼睛顏色、臉部方向、以及該臉部相對於該2.5維影像擷取元件之相對位置中至少其一。
如請求項1所述之臉部辨識模組，其中，該對外傳輸元件更對外傳輸一模組編碼。
如請求項1所述之臉部辨識模組，更包含：一位置偵測元件，供以偵測所在地之相對位置或絕對位置，並透過該對外傳輸元件對外傳輸該相對位置或絕對位置。
如請求項1所述之臉部辨識模組，其中，該對外傳輸元件係透過無線網路傳輸訊號。
如請求項1所述之臉部辨識模組，其中，該對外傳輸元件係透過實體電纜傳輸訊號。
如請求項5所述之臉部辨識模組，其中，該電源供應元件係透過該實體電纜汲取所需電力。
如請求項1所述之臉部辨識模組，其中，該電源供應元件更包含：一至多個電池。
如請求項1所述之臉部辨識模組，其中，該電源供應元件係電性連接一至多個太陽能發電板。
如請求項1所述之臉部辨識模組，其中，該二維影像係可見光影像(RGB image)、紅外線影像(IR image)或是其他特定頻段之影像。
如請求項1所述之臉部辨識模組，其中，該二維影像像素數目係大於等於該物體距離數目。
如請求項1所述之臉部辨識模組，其中，該臉部特徵辨識元件係從該二維影像及該物體距離判斷出臉部旋轉角度，並據此修正該臉部特徵值。
如請求項1所述之臉部辨識模組，其中，該2.5維影像擷取元件係包含：二維矩陣式光電感測電路、一可見光與紅外線濾片、一光學鏡頭、一紅外線光源、一擴散片及飛行距離(Time of Flight)驅動暨計算器，且該二維影像及該物體距離皆由該二維矩陣式光電感測電路所擷取之訊號經處理後輸出。
如請求項1所述之臉部辨識模組，其中，該2.5維影像擷取元件係包含：一影像擷取器供以輸出該二維影像，以及一飛行距離偵測器供以輸出該物體距離。
如請求項1所述之臉部辨識模組，其中，該2.5維影像擷取元件係包含：一個大光圈影像擷取器具有一變焦機構，供以擷取該視角內之大光圈影像；一小光圈影像擷取器供以擷取該視角內之小光圈影像；以及一控制器係調控該變焦機構，並根據該大光圈影像及該小光圈影像決定該物體距離。