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TWI598655B - 攝影機自動對焦方法及裝置 - Google Patents

攝影機自動對焦方法及裝置 Download PDF

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TWI598655B
TWI598655B TW104141832A TW104141832A TWI598655B TW I598655 B TWI598655 B TW I598655B TW 104141832 A TW104141832 A TW 104141832A TW 104141832 A TW104141832 A TW 104141832A TW I598655 B TWI598655 B TW I598655B
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鄭弼倫
黃宣貴
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鴻海精密工業股份有限公司
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Description

攝影機自動對焦方法及裝置
本發明涉及一種對焦方法及裝置，特別是指一種攝影機自動對焦方法及裝置。
目前之攝影機多是採用被動式對焦之方式進行對焦，並採用移動對焦鏡片來找出影像對比值CV(Contrast Value)峰值來對焦，但是於特殊情況如低照度之環境場景，或是於高背景對比之會議場景，影像處理器所統計出來之對比值統計曲線(Contrast Curve)可能不會是我們真正想要之曲線，如用這曲線來對焦，就會有可能對焦到我們不感興趣之物件上。
被動式自動對焦均取決於Contrast Curve，故Contrast Curve統計之好壞將會嚴重之影響對焦之正確性，然而先前技術大多提出如何增加對焦之速度與正確，卻無針對Contrast Curve改善問題。
鑒於以上內容，有必要提供一種能夠改善對比值統計曲線之攝影機自動對焦方法及裝置。
一種攝影機自動對焦方法，包括以下步驟： A：獲取一對焦區域內之圖像資料；B：利用對比值演算法對所述圖像資料進行計算得到一對比值曲線；C：獲取每個對比值之權重；D：將對比值乘以權重得到修正後之對比值；及E：根據修正後之對比值曲線調整對焦焦點。
一種攝影機自動對焦裝置，包括一圖像獲取模組及一處理器，所述圖像獲取模組用以獲取一對焦區域內之圖像資料，所述處理器包括一曲線計算模組，用以利用對比值演算法對所述圖像資料進行計算得到一對比值曲線，所述處理器還包括：權重獲取模組，用以獲取每個對比值之權重；對比值修正模組，用以將對比值乘以權重得到修正後之對比值；調整模組，用以根據修正後之對比值調整對焦焦點。
相較於習知技術，於上述攝影機自動對焦方法及方法中，對每個計算出來之對比值均設置一個權重，增加人物焦段之權重，減少非人物焦段之權重，將原對比值與權重相乘後，修正對比值曲線，根據修正後之對比值曲線就能調整對焦焦點於人物焦段。
10‧‧‧圖像獲取模組
100‧‧‧處理器
20‧‧‧曲線計算模組
30‧‧‧權重獲取模組
31‧‧‧人物膚色區域判斷模組
311‧‧‧設定模組
312‧‧‧轉換模組
313‧‧‧比對模組
314‧‧‧圖元角度值判斷模組
32‧‧‧權重調整模組
33‧‧‧膚色區域完整性判斷模組
34‧‧‧人物特徵判斷模組
40‧‧‧對比值修正模組
50‧‧‧調整模組
圖1是本發明攝影機自動對焦裝置之一較佳實施例之連接框圖。
圖2是圖1中對比值曲線修正前後之對比圖。
圖3是HSI模型之示意圖。
圖4是圖元角度值判斷示意圖。
圖5是圖1中預設掃描範圍之示意圖。
圖6是本發明攝影機自動對焦方法方法之一較佳實施例之一流程圖。
圖7是圖5中一步驟C之一較佳實施例之一流程圖。
圖8是圖6中一步驟C1之一較佳實施例之一流程圖。
圖9是他7中一步驟C3之一較佳實施例之一流程圖。
圖10是他7中一步驟C5之一較佳實施例之一流程圖。
請參閱圖1，於本發明之一較佳實施方式中，一種攝影機自動對焦裝置，包括一圖像獲取模組10及一處理器100，所述圖像獲取模組10用以獲取一對焦區域內之圖像資料。
所述處理器100包括一曲線計算模組20，用以利用對比值演算法對所述圖像資料進行計算得到一對比值曲線fc1(如圖2所示)，所述處理器100還包括一權重獲取模組30，用以獲取每個對比值之權重；一對比值修正模組40，用以將對比值乘以權重得到修正後之對比值；及一調整模組50，用以根據修正後之對比值調整對比值曲線，並根據修正後之對比值曲線fc2(如圖2所示)調整對焦焦點。於一實施方式中，所述對比值演算法為Tenengrad演算法。
採用Tenengrad演算法，假設一影像I(x,y)畫面大小為X×Y，x,y為影像座標，Gx & Gy為Sobel運算元，FTenengrad為對比值
一般對焦系統，將畫面切割J×K=Q之區塊，j,k為區塊座標，可分別對各區塊作c1,c2,c3,…,cQ之加權，則各區塊對比值為CVblock(j,k)，整張畫面對比值為CVframe，w(x,y)為對比值之權重，這樣可強調出視訊會議場景之對焦物。其中，下面公式中的cN表示c1,c2,c3,…,cQ。
所述權重獲取模組30用以處理一色調焦段加權及一特徵焦段強調。所述色調焦段加權為針對膚色與焦段建立漸進色調因數與遞減排除因數，來當作適應性對比值權重(Adapted CV weighting)，以對會議場景較優之Tenengrad對比值演算法做改善，所述特徵焦段強調針對所述色調焦段加權階段之特徵搜尋之結果並以三種人物特徵之判斷機制回授確認，建立漸進擬人因數、遞減擬物因數修正適應性對比值權重(Adapted CV weighting)來提升正確率。
具體之色調焦段加權及特徵焦段強調如下：所述權重獲取模組30包括一人物膚色區域判斷模組31，用以判斷對焦區域中是否是人 物膚色區域；一權重調整模組32，用以當不是人物膚色區域時，建立為遞減排除因數，減小該非人物區域對應之對比值之權重；一膚色區域完整性判斷模組33，用以當是人物膚色區域時，判斷該人物膚色區域是否完整；及一人物特徵判斷模組34，用以當人物膚色區域不完整時，判斷該非完整人物膚色區域是否滿足人物特徵。所述權重調整模組32還用以當人物膚色區域完整時，建立漸進擬人因數，增加完整人物膚色區域對應之對比值之權重；所述權重調整模組32還用以當滿足人物特徵時，建立漸進色調因數，增加對應之對比值之權重，當不滿足人物特徵時，建立遞減擬物因數，減少對應之對比值之權重。
所述人物膚色區域判斷模組31包括一設定模組311，用以設定一判斷區域；一轉換模組312，用以將所述圖像資料中對焦區域之每個對焦區塊之每個圖元轉成HS1模型(如圖3所示)，獲得每個圖元對應之圖元角度值；一比對模組313，用以比對每一圖元角度值是否於所述判斷區域中；及一圖元角度值判斷模組314，用以當圖元角度值於所述判斷區域中時，則判斷為是人物膚色區域，如果圖元角度值不於所述判斷區域中，則判斷為不是人物膚色區域。具體公式及定義如下： 如圖3，
I=(R+G+B)/3
如圖4所示，UST定義為膚色圖元角度值上限(upper skin thd)，且UST<60°，LST定義為膚色圖元角度值下限(lower skin thd)，且LST>0°，則MS為中間膚色圖元角度值，
I(x,y)={I(x,y) Blul ,I(x,y)Green,I(x,y)Red }
α 1,β 1,α 2,β 2為標準化常數，γ為人物目標調整係數。
上述非人物區域對應之修正後之對比值之權重w(x,y)=遞減擬物因數×f C 1+γ；上述人物膚色區域完整區域之修正後之對比值之權重w(x,y)= 漸進擬人因數×f C 1；上述人物特徵區域修正後之對比值之權重w(x,y)=漸進色調因數×f C 1；及上述非人物特徵區域修正後之對比值之權重w(x,y)=遞減擬物因數×f C 1。
根據上述公式，將修正後之對比值之權重w(x,y)代入下面公式
其中，上面公式中的cN表示c1,c2,c3,…,cQ。如此就可以計算出修正後之整張畫面對比值為CVframe，得到修正後之對比值曲線fc2，根據該修正後之對比值曲線就可以調整對焦焦點。
請同時參閱圖5，所述膚色區域完整性判斷模組33用以找出人物膚色區域之中心設為中心座標(xc,yc)；向下延伸一個預設之長度L1，所述預設長度L1>0.5倍之預設頭部長度<1倍之預設頭部長度，之後分別向左右延伸一個肩膀之預設距離L2，得到預估肩膀座標(x1,y1)與(xr,yr)；以預設之手臂長L3為半徑，(x1,y1)與(xr,yr)為圓心畫出兩圓，此兩圓之集合範圍為預設之一掃描範圍；判斷所述掃描範圍內是否有一個或兩個與預設手之面積類似；及當掃描範圍內有一個或兩個與預設手之面積類似時，判定 掃描範圍為人物膚色區域，當掃描範圍內沒有與預設手之面積類似時，判定掃描範圍為非人物膚色區域；當掃描範圍內有多於兩個與預設手之面積類似時，需要調整預設之長度L1、預設之肩膀長度和/或預設之手臂長度來調整掃描範圍。
所述人物特徵判斷模組34用以藉由判斷所述人物膚色區域是否閃爍和晃動來判斷是否符合人物特性。當所述人物膚色區域閃爍時，所述權重調整模組32減小該閃爍區域對應之對比值之權重；當所述人物膚色區域不閃爍時，人物特徵判斷模組34判斷非閃爍區域是否晃動；當非閃爍區域不晃動時，所述權重調整模組32減小該區域對應之對比值之權重，當非閃爍區域晃動時，所述權重調整模組32增加該區域對應之對比值之權重。
請參閱圖6，於本發明之一較佳實施方式中，一攝影機自動對焦方法包括以下步驟：A：獲取一對焦區域內之圖像資料；B：利用對比值演算法對所述圖像資料進行計算得到一對比值曲線，所述對比值曲線對應之函數為fc；C：獲取每個對比值之權重；D：將對比值乘以權重得到修正後之對比值；及E：根據修正後之對比值曲線調整對焦焦點。
請參閱圖7，所述步驟C包括以下步驟：C1：判斷對焦區域中是否是人物膚色區域；C2：當不是人物膚色區域時，減小該非人物區域對應之對比值之 權重；C3：當是人物膚色區域時，判斷該人物膚色區域是否完整；C4：當人物膚色區域完整時，增加完整人物膚色區域對應之對比值之權重；C5：當人物膚色區域不完整時，判斷該非完整人物膚色區域是否滿足人物特徵；及C6：當滿足人物特徵時，增加對應之對比值之權重，當不滿足人物特徵時，減少對應之對比值之權重。
請參閱圖8，所述步驟C1包括以下步驟：C1.1：設定一判斷區域；C1.2：將所述圖像資料中對焦區域之每個對焦區塊之每個圖元轉成HSI模型，獲得每個圖元對應之圖元角度值；C1.3：比對每一圖元角度值是否於所述判斷區域中；及C1.4：如果圖元角度值於所述判斷區域中，則判斷為是人物膚色區域，如果圖元角度值不於所述判斷區域中，則判斷為不是人物膚色區域。
請參閱圖9，所述步驟C3包括以下步驟：C3.1：以人物膚色區域之中心為中心座標建立一掃描範圍；C3.2：判斷所述掃描範圍內是否有一個或兩個與預設手之面積類似；及C3.3：當掃描範圍內有一個或兩個與預設手之面積類似時，判定 掃描範圍為人物膚色區域，當掃描範圍內沒有與預設手之面積類似時，判定掃描範圍為非人物膚色區域。
所述步驟C3.1包括：找出人物膚色區域之中心設為中心座標(xc,yc)；向下延伸一個預設之長度，分別向左右延伸一個肩膀之預設距離，得到預估肩膀座標(x1,y1)與(xr,yr)；以預設之手臂長為半徑，(x1,y1)與(xr,yr)為圓心畫出兩圓，此兩圓之之集合範圍為所述掃描範圍。
所述步驟C3.3還包括：當掃描範圍內有多於兩個與預設手之面積類似時，需要調整向下延伸之預設.長度、預設之肩膀長度和/或預設之手臂長度來調整掃描範圍。
請參閱圖10，所述步驟C5包括以下步驟：C5.1：判斷所述人物膚色區域是否閃爍；C5.2：當閃爍時，減小該閃爍區域對應之對比值之權重；C5.3：當不閃爍時，判斷非閃爍區域是否晃動；及C5.4：當非閃爍區域不晃動時，減小該區域對應之對比值之權重，當非閃爍區域晃動時，增加該區域對應之對比值之權重。
綜上所述，本發明係合乎發明專利申請條件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士其所爰依本案之創作精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。

Claims (10)

  1. 一種攝影機自動對焦方法，包括以下步驟：A：獲取一對焦區域內之圖像資料；B：利用對比值演算法對所述圖像資料進行計算得到一對比值曲線；C：獲取每個對比值之權重；D：將對比值乘以權重得到修正後之對比值；及E：根據修正後之對比值曲線調整對焦焦點。
  2. 如請求項第1項所述之攝影機自動對焦方法，其中所述步驟C包括以下步驟：C1：判斷對焦區域中是否是人物膚色區域；C2：當不是人物膚色區域時，減小該非人物區域對應之對比值之權重；C3：當是人物膚色區域時，判斷該人物膚色區域是否完整；C4：當人物膚色區域完整時，增加完整人物膚色區域對應之對比值之權重；C5：當人物膚色區域不完整時，判斷該非完整人物膚色區域是否滿足人物特徵；及C6：當滿足人物特徵時，增加對應之對比值之權重，當不滿足人物特徵時，減少對應之對比值之權重。
  3. 如請求項第2項所述之攝影機自動對焦方法，其中所述步驟C1包括以下步驟：C1.1：設定一判斷區域；C1.2：將所述圖像資料中對焦區域之每個對焦區塊之每個圖元轉成HSI模型，獲得每個圖元對應之圖元角度值； C1.3：比對每一圖元角度值是否於所述判斷區域中；及C1.4：如果圖元角度值於所述判斷區域中，則判斷為是人物膚色區域，如果圖元角度值不於所述判斷區域中，則判斷為不是人物膚色區域。
  4. 如請求項第2項所述之攝影機自動對焦方法，其中所述步驟C3包括以下步驟：C3.1：以人物膚色區域之中心為中心座標建立一掃描範圍；C3.2：判斷所述掃描範圍內是否有一個或兩個與預設手之面積類似；及C3.3：當掃描範圍內有一個或兩個與預設手之面積類似時，判定掃描範圍為人物膚色區域，當掃描範圍內沒有與預設手之面積類似時，判定掃描範圍為非人物膚色區域。
  5. 如請求項第4項所述之攝影機自動對焦方法，其中所述步驟C3.1包括：找出人物膚色區域之中心設為中心座標(xc,yc)；向下延伸一個預設之長度，分別向左右延伸一個肩膀之預設距離，得到預估肩膀座標(x1,y1)與(xr,yr)；以預設之手臂長為半徑，(x1,y1)與(xr,yr)為圓心畫出兩圓，此兩圓之之集合範圍為所述掃描範圍。
  6. 如請求項第5項所述之攝影機自動對焦方法，其中所述步驟C3.3還包括：當掃描範圍內有多於兩個與預設手之面積類似時，需要調整向下延伸之預設長度、預設之肩膀長度和/或預設之手臂長度來調整掃描範圍。
  7. 如請求項第2項所述之攝影機自動對焦方法，其中所述步驟C5包括以下步驟：C5.1：判斷所述人物膚色區域是否閃爍；C5.2：當閃爍時，減小該閃爍區域對應之對比值之權重；C5.3：當不閃爍時，判斷非閃爍區域是否晃動；及C5.4：當非閃爍區域不晃動時，減小該區域對應之對比值之權重，當非閃爍區域晃動時，增加該區域對應之對比值之權重。
  8. 一種攝影機自動對焦裝置，包括一圖像獲取模組及一處理器，所述圖像獲取模組用以獲取一對焦區域內之圖像資料，所述處理器包括一曲線計算模組，用以利用對比值演算法對所述圖像資料進行計算得到一對比值曲線，其中所述處理器還包括：權重獲取模組，用以獲取每個對比值之權重；對比值修正模組，用以將對比值乘以權重得到修正後之對比值；及調整模組，用以根據修正後之對比值調整對焦焦點。
  9. 如請求項第8項所述之攝影機自動對焦裝置，其中所述權重獲取模組包括有：人物膚色區域判斷模組，用以判斷對焦區域中是否是人物膚色區域；權重調整模組，用以當不是人物膚色區域時，減小該非人物區域對應之對比值之權重；膚色區域完整性判斷模組，用以當是人物膚色區域時，判斷該人物膚色區域是否完整；所述權重調整模組還用以當人物膚色區域完整時，增加完整人物膚色區域對應之對比值之權重；及人物特徵判斷模組，用以當人物膚色區域不完整時，判斷該非完整人物膚色區域是否滿足人物特徵；所述權重調整模組還用以當滿足人物特徵時，增加對應之對比值之權重，當不滿足人物特徵時，減少對應之對比值之權重。
  10. 如請求項第9項所述之攝影機自動對焦裝置，其中所述人物膚色區域判斷模組包括有：設定模組，用以設定一判斷區域；轉換模組，用以將所述圖像資料中對焦區域之每個對焦區塊之每個圖元轉成HSI模型，獲得每個圖元對應之圖元角度值； 比對模組，用以比對每一圖元角度值是否於所述判斷區域中；及圖元角度值判斷模組，用以當圖元角度值於所述判斷區域中時，則判斷為是人物膚色區域，如果圖元角度值不於所述判斷區域中，則判斷為不是人物膚色區域。
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