遠距離臉部監控系統及其方法
【專利摘要】一種遠距離臉部監控系統及方法，其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。該對焦式攝影機用以拍攝一預設環境。該處理單元用以加載并執行以下程序：一人臉偵測模塊由該預設環境的影像，偵測影像中的人臉特征，并經一預設時間內，觸發一控制指令；以及一臉部動作辨識模塊，于接受到該控制指令時連續擷取該人臉特征的特定動作信息，并于該特定動作信息符合一預設信息時觸發一求救訊號傳送至后臺中心。
【專利說明】
遠距離臉部監控系統及其方法
技術領域
[0001]本發明系有關于一種遠距離臉部監控系統及其方法，尤指一種適用于辦公室、會議室或室外的遠距離臉部監控系統及其方法。【背景技術】
[0002] 為減少社會上的治安死角，許多國家陸續進行各種監視器的相關建置計劃，以便在重要路口、國家機關等公共場所廣設監視器，使監視器遍及我們生活周遭。這類監視器主要基于預防或嚇阻犯罪等維護治安的功能，于犯罪事件發生時，可藉由后臺中心(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實時性的監控。
[0003] 除上述設置于公共區域的監視器外，監視器亦常見于一般銷售據點、金融機構、貨物倉管等，其目的不僅只在于避免宵小、剪柳出入，于犯罪行為發生后亦可透過后臺中心所記錄的影像還原現場，協助厘清事件始末。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，上述監視器多半用于厘清事實而較少能達到預防的目的，遇到緊急情況時，監視器常常不能適時地回報后臺中心所發生的情況，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。
[0004]針對上述緊急情況，目前解決的方案大多是藉由有線或無線警報器連接至后臺中心，當事人藉由警報器上的緊急按鈕提示后臺中心有狀況發生，使后臺中心的保全人員(警察)得以警覺并進行應對。如中國臺灣第M472265號專利，其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。
[0005] —般的警報裝置通常在定點的位置設置，遇到緊急情況時，便于操作者緊急應變。 然而，許多緊急狀況操作者并不見得能來得及去啟動保全鍵、又或是在部分特殊環境時并未配置所述的保全鍵(例如會議室、交誼廳、辦公室等)，這類情況操作者不見得能接觸到保全鍵。若將保全鍵廣泛地于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，并不是聰明的做法。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保全系統，為本案發明人所欲達到的技術目標。
【發明內容】

[0006]本發明目的在于提供一種遠距離臉部監控系統及其方法，以便于在當事人遭到歹徒挾持時得以不動聲色的啟動警報器。
[0007] 為達到上述目的，本發明提供一種遠距離臉部監控系統，其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，用以拍攝一預設環境。該處理單元，系用以加載并執行以下程序:一人臉偵測模塊，由該預設環境之影像，偵測影像中的人臉特征，并經一預設時間內，觸發一控制指令；以及一臉部動作辨識模塊，于接受到該控制指令時連續擷取該人臉特征的特定動作信息，并于該特定動作信息符合一預設信息時觸發一求救訊號傳送至后臺中心。
[0008]進一步地，該處理單元用以加載并執行以下程序:一人臉對焦模塊，由該預設環境的影像中搜尋人臉特征，并基于該人臉特征的位置控制該對焦式攝影機對焦至該人臉特征并設定臉部搜尋框持續追蹤。
[0009]進一步地，該處理單元用以加載并執行以下程序:一焦段調整模塊，由該預設環境的影像中搜尋人臉特征，并基于該人臉特征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征。
[0010]進一步地，所述遠距離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，該處理單元用以加載并執行以下程序:一人臉追蹤模塊，由該預設環境的影像中搜尋人臉特征，并于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征。
[0011 ] 進一步地，所述的臉部動作辨識模塊包含有:一臉部擺動偵測次模塊，用以偵測該人臉特征的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置信息，并基于該鼻孔位置信息來判斷該臉部是否轉動，藉此而獲得一臉部擺動信息；以及一代碼比對模塊，比對該臉部擺動信息與一第一預設信息，并于該臉部擺動信息符合該第一預設信息時，觸發該求救訊號。
[0012]進一步地，所述的臉部動作辨識模塊包含有:一眼部動作偵測次模塊，用以偵測該人臉特征的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置信息，基于該鼻孔位置信息預估一眼部搜尋框，以在該眼部搜尋框內偵測眼部對象的動作，藉此而獲得一眼部動作信息；以及一代碼比對模塊，比對該眼部動作信息與一第二預設信息，并于該眼部動作信息符合該第二預設信息時，觸發該求救訊號。
[0013]進一步地，所述的臉部動作辨識模塊包含有:一嘴部動作偵測次模塊，用以偵測該人臉特征的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置信息，基于該鼻孔位置信息預估一嘴部搜尋框，以在該嘴部搜尋框內偵測嘴部對象的動作，藉此而獲得一嘴部動作信息；以及一代碼比對模塊，比對該嘴部動作信息與一第三預設信息，并于該嘴部動作信息符合該第三預設信息時，觸發該求救訊號。
[0014]本發明另一目的，在于提供一種遠距離臉部監控方法，包含有:拍攝一預設環境的影像；由該預設環境的影像，偵測影像中的人臉特征，并經一預設時間內，觸發一控制指令；藉由該控制指令觸發并連續擷取該人臉特征的特定動作信息；以及比對該特定動作信息以及一預設信息，并于該特定動作信息符合該預設信息時觸發一求救訊號傳送至后臺中心。
[0015]進一步地，于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征。
[0016]進一步地，于接收到該控制指令時基于該人臉特征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征。
[0017]進一步地，于接收到該控制指令時基于該人臉特征的位置控制該對焦式攝影機對焦至該人臉特征并設定對應該人臉特征設定臉部搜尋框持續追蹤。
[0018]進一步地，該人臉特征的特定動作信息依據以下步驟取得:偵測該人臉特征的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置信息；以及基于該鼻孔位置信息來判斷該臉部是否轉動，藉此而獲得一臉部擺動信息。
[0019]進一步地，該人臉特征的特定動作信息依據以下步驟取得:偵測該人臉特征的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置信息；基于該鼻孔位置信息預估一眼部搜尋框，藉以在該眼部搜尋框內偵測眼部對象的動作，藉此而獲得一眼部動作信息。
[0020]進一步地，該人臉特征的特定動作信息依據以下步驟取得:偵測該人臉特征的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置信息；基于該鼻孔位置信息預估一嘴部搜尋框，藉以在該嘴部搜尋框內偵測嘴部對象的動作，藉此而獲得一嘴部動作信息。
[0021]本發明的更一目的，在于提供一種計算機可讀取紀錄媒體，其上記錄一程序，當電子裝置加載該程序并執行后，可完成以下方法:拍攝一預設環境的影像；由該預設環境的影像，偵測影像中的人臉特征，并經一預設時間內，觸發一控制指令；藉由該控制指令觸發并連續擷取該人臉特征的特定動作信息；以及比對該特定動作信息以及一預設信息，并于該特定動作信息符合該預設信息時觸發一求救訊號傳送至后臺中心。
[0022]是以，本發明比起已知技術具有以下優勢功效:
1.本發明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。
[0023]2.本發明無須配置實體保全鍵，可省去多余的配線或傳輸單元，此外，本發明亦可結合于室內或戶外的監視器，可更廣泛地配置于生活周遭，減少治安死角。
【附圖說明】
[0024]圖1，本發明遠距離臉部監控系統的方塊示意圖。
[0025]圖2，對焦式攝影機的設置示意圖。
[0026]圖3A,對正、焦段調整、對焦示意圖(一)。
[0027]圖3B，對正、焦段調整、對焦示意圖(二)。
[0028]圖3C,對正、焦段調整、對焦示意圖(三)。
[0029]圖4，搜尋框定義示意圖。
[0030]圖5A，臉部擺動信息偵測示意圖(一)。
[0031]圖5B，臉部擺動信息偵測示意圖(二)。
[0032]圖5C，臉部擺動信息偵測示意圖(三)。
[0033]圖6，臉部擺動信息偵測示意圖。
[0034]圖7A，眼部動作信息偵測示意圖(一)。
[0035]圖7B，眼部動作信息偵測示意圖(二)。
[0036]圖7C，眼部動作信息偵測示意圖(三)。
[0037]圖7D，眼部動作信息偵測示意圖(四)。
[0038]圖8，眨眼動作偵測示意圖。
[0039]圖9，嘴部張閉動作偵測示意圖。
[0040]圖10，本發明遠距離臉部監控方法的流程示意圖。
[0041]圖11A，擷取特定動作信息的流程示意圖(一)。
[0042]圖11B，擷取特定動作信息的流程示意圖(二)。
[0043]圖11C，擷取特定動作信息的流程示意圖(三)。
[0044]標號說明: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后臺中心；F1人臉偵測t旲塊；F2焦段調整模塊；F3 人臉對焦模塊；F4臉部動作辨識模塊；F41搜尋框定義模塊；F42臉部擺動偵測次模塊；F43眼部動作偵測次模塊；F44嘴部動作偵測次模塊；F45 代碼比對模塊；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；0轉動角度；Hz橫向偏移值；Vt縱向偏移值；Ct參考點；tl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第一基準點坐標；C第二基準點坐標；D間距；M坐標位置；PP虹膜；E1上眼瞼；E2下眼瞼；dl邊界點；d2邊界點；d3邊界點；d4邊界點；S1中間點；SL1線段；SL2線段；PA1相交點；C1第一圓；S2中間點；SL3線段；SL4線段；PA2相交點；C2第二圓；u2上方；u3下方；ml左方；m2右方；ul左上方；dl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；步驟 S21~S29;步驟 S217A ?S272A ;步驟 S217B ?S272B ; 步驟 S217C ?S272C。【具體實施方式】
[0045]有關本發明詳細說明及技術內容，現配合圖式說明如下: 請參閱圖1，為本發明遠距離臉部監控系統的方塊示意圖，如圖所示:
本發明提供一種遠距離臉部監控系統，其可配合保全系統或后臺中心50設置，于緊急狀況發生時，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后臺中心50。本發明的遠距離臉部監控系統主要至少包含有一對焦式攝影機10，以及一連接于該對焦式攝影機10的處理單元20。
[0046]如圖2所示，所述的對焦式攝影機10可設置于一開放式空間中，用以針對一預設環境拍攝多數個影像。所取得的影像回傳至該處理單元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稱合組件(Charge coupled device, CCD)鏡頭、互補式金氧半晶體管(Complementary Metal Oxide Semiconductor Transistors, CMOS)鏡頭、或具備紅外線鏡頭的攝影機等，于本發明中并不予以限制。該對焦式攝影機10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。于一較佳實施例中該對焦式攝影機10搭配有變焦鏡頭，所述的變焦鏡頭的焦段為連續可變，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，并具有微型驅動裝置及傳感器，可控制鏡頭自動進行對焦。于另一較佳實施例中，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。
[0047]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(tiIe)、及縮放值(zoom),藉以對正至影像中被攝者的臉部并將被攝者的人臉特征局部放大，進而擷取被攝者人臉特征的特定動作信息。
[0048]所述的處理單元20可與儲存單元40共同構成一計算機或處理器，例如是個人計算機、工作站、主機計算機或其它型式計算機或處理器，在此并不限制其種類。于一較佳的實施態樣中，所述的處理單元20及儲存單元40內建于該對焦式攝影機或其主機上。于另一較佳的實施態樣中，所述的處理單元20及儲存單元40可設置于后臺中心50的主機上。
[0049]于本實施態樣中，該處理單元20耦接于該儲存單元40。該處理單元20可為中央處理器(Central Processing Unit, CPU),或是其它可程序化并具有一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、數字訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP)、可程序化控制器、特殊應用集成電路(Applicat1n Specific Integrated Circuits, ASIC)、可程序化邏輯裝置(Programmable Logic Device, PLD)或其它類似裝置或這些裝置的組合。
[0050]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內存(RandomAccess Memory, RAM)、只讀存儲器(Read-Only Memory, ROM)、閃存(Flash Memory)或類似組件或上述組件的組合。該儲存單元40亦可由一或更多個可存取的非揮發性記憶構件所構成。具體而言，其可為硬盤、記憶卡，亦可為集成電路或韌體。
[0051]所述的處理單元20用以加載并執行以下的程序，所述的程序可預先寫入上述的儲存單元40。該程序包含有人臉偵測模塊F1、焦段調整模塊F2、人臉對焦模塊F3、以及臉部動作辨識模塊F4。
[0052]人臉偵測模塊
于對焦式攝影機10啟動并擷取該預設環境中的影像時，所述的人臉偵測模塊Fl由該預設環境的影像中搜尋人臉特征并持續追蹤，于追蹤到正面朝向該對焦式攝影機10的人臉特征后經過一預設時間觸發一控制指令。具體而言，可藉由Adaboost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征，又或是以形狀與密度信息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。
[0053] 人臉追蹤模塊請一并參閱圖3A至圖3B，該人臉追蹤模塊于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30使對焦式攝影機10的攝像方向對正至該人臉特征。
[0054] 該對正程序的演算流程大致如下:于所述預設環境的影像中藉由AdaBoost算法透過樣本數取得被攝者的臉部(亦可利用Haar-like特征來進行人臉辨識動作)。于取得被攝者的臉部后，定義該臉部四個邊界位置tl~t4,并將該四個邊界位置tl~t4所圍成的方框的中心位置設定為參考點Ct。如圖3A 所示，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。
[0055]焦段調整模塊請一并參閱圖3C，于上述被攝者的人臉影像對正至影像的中間位置時，所述的焦段調整模塊F2基于該人臉特征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征。
[0056]所述的焦段調整模塊F2藉由所取得的人臉特征推算所應放大的倍率，并由該倍率換算出所應調整的焦段。于預設模式中，眼部影像較佳需放大至占去影像中有效像素 30-40 pixel以上的范圍，始可進行較精準的判斷。為使人臉特征所占去的有效像素能夠達到相應數值，可藉由處理單元20計算人臉特征于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。由于調整的焦段與放大的比例相互間呈正比，因此，于預設的有效像素數值輸入后，僅需擷取所拍攝到的人臉特征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。該焦段調整模塊F2于推算出所應調整的焦段距離后傳遞一調整指令至該變焦鏡頭，控制該變焦鏡頭的焦段。[〇〇57] 人臉對焦模塊所述的人臉對焦模塊F3基于該人臉特征的位置控制該對焦式攝影機10對焦至該人臉特征，并進一步設定臉部搜尋框持續追蹤。
[0058] 該人臉對焦模塊F3可傳遞指令控制該變焦鏡頭的微型驅動裝置及傳感器，進而控制鏡頭自動進行對焦。所述的傳感器可內建于該對焦式攝影機10上，藉由拍攝到的影像找到感興趣的目標物(人臉特征或預設定的位置)后測量目標物的深度，并將該深度回傳至處理單元20重新運算后控制該微型馬達將鏡頭的焦點鎖定至該目標物。于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。于另一較佳的實施例中，所述的焦點可藉由智能捕捉人臉特征后，自動鎖定焦點至影像中的人臉位置。[〇〇59] 臉部動作辨識模塊所述的臉部動作辨識模塊F4連續擷取該人臉特征的特定動作信息，并于該特定動作信息符合一預設信息時觸發一求救訊號傳送至后臺中心50。所述的特定動作信息可為人臉特征中的臉部擺動動作、眼部動作、嘴部動作亦或是上述動作間的組合。于本實施例中，所述的臉部動作辨識模塊F4包含有搜尋框定義模塊F41、臉部擺動偵測次模塊F42、眼部動作偵測次模塊F43、嘴部動作偵測次模塊F44、以及代碼比對模塊F45。以下針對各次模塊的功能分別說明:(一)搜尋框定義模塊為便于針對部分人臉特征進行重點式偵測，所述的搜尋框定義模塊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(Reg1n of Interest)。所述的搜尋框經由以下的方式分別被定義:請一并參閱圖4,有關于眼部搜尋框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)位于影像中左上角的位置:1.眼部搜尋框:于取得二鼻孔的位置后，取得二鼻孔的中心位置間的間距D，并以二鼻孔位置(第一鼻孔位置D1、第二鼻孔位置D2)的中心位置作為起算點坐標A(xl，yl)。例如將眼部搜尋框 R1建立于被攝者的右眼時，該搜尋框定義模塊根據使用者的臉部比例，計算取得一第一基準點坐標 B(x2，y2)，其中，x2= xl+klXD，y2=yl+k2XD，kl=1.6~1.8, k2=1.6~1.8,該第一基準點坐標B(x2，y2)即大略落于右眼的位置，依該第一基準點坐標B(x2，y2)為中心可建立用于追蹤右眼的眼部搜尋框R1。將眼部搜尋框R1建立于被攝者的左眼時，根據使用者的臉部比例，計算取得一第二基準點坐標C(x3，y3)，其中，x3= xl-klXD，y3=yl+k2XD， kl=l.6~1.8, k2=l.6~1.8,該第二基準點坐標C(x3, y3)即大略落于左眼的位置，依該第二基準點坐標C(x3, y3)為中心可建立用于追蹤左眼的眼部搜尋框R2。
[0060]2?嘴部搜尋框:于取得二鼻孔的位置后，取得二鼻孔的中心位置間的間距D，并以二鼻孔位置(第一鼻孔位置D1、第二鼻孔位置D2)的中心位置作為起算點坐標A(xl，yl)。該鼻孔間距D作為參考值用于定義該臉部影像中的五官比例特征。接續，代入該鼻孔間距D，使該中心位置向下一段距離kD，取得一坐標位置M(xl，yl+kD)，將該坐標位置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。[〇〇61]藉由搜尋框定義模塊可將臉部的感興趣區域劃分出來，并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信息。[〇〇62](二)臉部擺動偵測次模塊所述的臉部擺動偵測次模塊F42用以基于該鼻孔位置信息來判斷該臉部是否轉動，藉此而獲得一臉部擺動信息。所述的臉部擺動信息具體可為該人臉特征的一轉頭次數、一點頭次數或一繞圈次數等。
[0063] 請一并參閱圖5A至圖5C，以下舉一用以判斷被攝者的臉部擺動信息的具體實施例人臉偵測模塊:于上述的對焦式攝影機的焦段調整至定位、并正確對焦后，所述的臉部擺動偵測次模塊F42先偵測該人臉影像中的鼻孔區域以獲得第一鼻孔位置的坐標D1、及第二鼻孔位置的坐標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，可找出相應于臉部輪廓的第一邊界位置Z1與第二邊界位置Z2。于獲得該第一邊界位置Z1與第二邊界位置 Z2之后，人臉偵測模塊計算該第一邊界位置Z1與第二邊界位置Z2的中心點，并將該中心點作為一基準參考點N。如圖5B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al轉動，在第一鼻孔位置D1位于基準參考點N的第一方向al的一側時，判定臉部向第一方向al轉動。如圖5C』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位于基準參考點N的第二方向a2的一側時,判定臉部向第二方向a2轉動。
[0064]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。請一并參閱圖6所示，將第一鼻孔位置Dl與第二鼻孔位置D2的連線設定為直線SL，并設定一基準線BL做為參考特征，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Dl位于基準參考點N的第一方向al的一偵牝且該轉動角度Θ大于該臨界角度Ag時，判斷臉部向第一方向al轉動；當第二鼻孔位置D2位于基準參考點N的第二方向a2的一側，且轉動角度Θ大于該臨界角度Ag時，判斷臉部向第二方向a2轉動。
[0065]于取得判斷該人臉的擺動方向時，可藉由代碼比對模塊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(al，al, a2, a2)，所取得的代碼將可藉由代碼比對模塊與預設的代碼(第一預設信息)進行比對，并于該所取得的代碼(臉部擺動信息)符合該預設的代碼(第一預設信息)時，觸發一求救訊號傳送至后臺中心50。
[0066](三)眼部動作偵測次模塊
藉由設定前述的眼部搜尋框R1，所述的眼部動作偵測次模塊F43可持續追蹤被攝者的眼部并捕捉被攝者眼部對象(眼白、虹膜、瞳孔)的動作，藉此而獲得一眼部動作信息。該眼部動作信息包括該眼部對象的一眨眼次數、一注視方向、一轉動次數及一繞圈次數。
[0067]請一并參閱圖7A至圖7D，以下舉一具體實施例用以計算使用者的眼部動作信息: 請先參閱圖7A，眼部對象包括一虹膜PP、一上眼瞼El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dl、d3及d2、d4。
[0068]以下有關于上側、下側、左側、右側等方向的說明，系對應至圖面上、下、左、右的方向。所述的虹膜PP右側與上眼瞼El及下眼瞼E2間的交界處分別設定一邊界點dl及一邊界點d2，并于該虹膜右側邊緣介于邊界點及邊界點中間設定一中間點SI。接續，將邊界點dl與中間點SI進行連線取得線段SL1，將邊界點d2與中間點SI進行連線取得線段SL2，并針對該線段SLl及線段SL2分別取得中垂線，并藉由二中垂線及求得一相交點PA1，以該相交點PAl作為一圓心，相交點PAl至中間點SI的長度為一半徑，藉此定義一第一圓Cl作為第一比對特征。
[0069]接續，請一并參閱圖7B，于所述的虹膜PP左側與上眼瞼El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，并于該虹膜PP左側邊緣介于邊界點d3及邊界點d4中間設定一中間點S2。接續，將邊界點d3與中間點S2進行連線取得線段SL3，將邊界點d4與中間點S2進行連線取得線段SL4，并針對該線段SL3及線段SL4分別取得中垂線，并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作為第二比對特征。
[0070]請一并參閱圖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Cl及第二圓C2的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漸漸朝向左側移動，透過圖形化所轉換的第一圓Cl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于第一圓Cl，且愈偏向左側移動其差異愈明顯。
[0071]請一并參閱圖7D，依據前述原理，透過上述方式可藉由偵測多個人眼移動方向建立數據庫，并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ml、右方m2、左上方ul、左下方dl、右上方u3及右下方d3移動。
[0072]以下揭示一取得被攝者的眨眼次數的較佳實施例，請一并參閱圖8，首先，眼部動作偵測次模塊于偵測到所述的眼部對象后計算出眼部對象的尺寸，并藉由所述的尺寸(例如面積、寬度WD)依據比例設定一閾值，藉由所述的閾值，處理單元可將眼部對象的高度HD(或面積)分別與一閾值進行比對，藉此判斷該眼部對象是否為眨眼狀態。例如，當所述的眼部對象的高度HD (或面積)小于該閾值時，判定該眼部對象系為緊閉的狀態，反之，于該眼部對象的高度大于該閾值時，判定該眼部對象為睜開的狀態。
[0073]于取得上述的人眼移動方向及眨眼次數或頻率后，可藉由代碼比對模塊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，例如眨眼二次后、眼部朝左上及右下方向移動，代碼則為(c，c, ul, d3)，所取得的代碼將可用于與預設的代碼(第二預設信息)進行比對，并于該所取得的代碼(眼部動作信息)符合該預設的代碼(第二預設信息)時，觸發一求救訊號傳送至后臺中心50。
[0074](四)嘴部動作偵測次模塊
藉由設定前述的嘴部搜尋框R2，嘴部動作偵測次模塊F44可持續追蹤被攝者的嘴部并捕捉被攝者嘴部對象的動作，藉此而獲得一嘴部動作信息。該嘴部動作信息包括該嘴部對象的一張闔次數、一張闔頻率及一對應唇語的口型變化。
[0075]請一并參閱圖9，判斷被攝者的嘴部動作為張開或閉闔的算法，可藉由左側嘴角Kl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大于一閾值時判定使用者的嘴部是張開的，于該上唇及下唇間的間隙MH小于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信息。
[0076]于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算法(K-means algorithm)擷取出人臉影像中的唇形特征。所取得的唇形特征可與訓練過的大量數據庫進行比對，以找到其個別唇形所對應的代碼。
[0077]于取得上述的嘴部動作信息后，可藉由代碼比對模塊F45將該嘴部開闔動作及唇形特征轉換為可供辨識的代碼。于一較佳實施例中，可藉由點、線、及停頓的方式記錄代碼，于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S0S，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))。于另一較佳實施例中，可直接由簡單的唇形動作與數據庫預存的唇形數據(第三預設信息)進行比對，取得對應的唇形所欲輸入的信息，例如help是由嘴唇上揚-嘴略噘起-彈唇三種嘴形所組成。所取得的代碼將可用于與預設的代碼(第三預設信息)進行比對，并于該所取得的代碼(嘴部動作信息)符合該預設的代碼(第三預設信息)時，觸發一求救訊號傳送至后臺中心50。
[0078]于其中一較佳的實施例，該代碼比對模塊F45亦可將所述的臉部擺動信息、眼部動作信息、嘴部動作信息亦可共同組成混成代碼，將所取得的混成代碼與預設信息進行比對，藉此確認被攝者是否向后臺中心求救，以決定是否觸發一求救訊號并傳送至后臺中心50。
[0079]以下針對本發明遠距離臉部監控方法進行說明，請一并參閱圖10,系本發明遠距離臉部監控方法的流程示意圖，如圖所示:本發明提供一種遠距離臉部監控方法，其包含以下步驟:于起始時，于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，并將該影像儲存至儲存單元以供后續處理(步驟S21)。
[0080]接續，利用Adaboost (或Harr-like)算法由該影像中搜尋人臉特征(步驟S22)。[〇〇81]于搜尋到該人臉特征后，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)于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征。(步驟S24)于對正至該人臉特征后，基于該人臉特征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征。(步驟S25)基于該人臉特征的位置控制該對焦式攝影機對焦至該人臉特征并設定對應該人臉特征設定臉部搜尋框持續追蹤。(步驟S26)藉由該控制指令觸發并連續擷取該人臉特征的特定動作信息。(步驟S27)其中，步驟S27所述藉由該控制指令觸發并連續擷取該人臉特征的特定動作信息可包含有以下幾種【具體實施方式】。
[0082] 如圖11A所示，可藉由偵測人臉特征的臉部擺動信息藉以與第一預設信息進行比對:首先，偵測該人臉特征的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置信息(步驟S271A);基于該鼻孔位置信息來判斷該臉部是否轉動，藉此而獲得一臉部擺動信息。(步驟S272A)如圖11B所示，可藉由偵測人臉特征的眼部動作信息藉以與第二預設信息進行比對: 偵測該人臉特征的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置信息；(步驟S271B)基于該鼻孔位置信息預估一眼部搜尋框，藉以在該眼部搜尋框內偵測眼部對象的動作，藉此而獲得一眼部動作信息。(步驟S272B)如圖11C所示，可藉由偵測人臉特征的嘴部動作信息藉以與第三預設信息進行比對: 偵測該人臉特征的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置信息；(步驟S271C)基于該鼻孔位置信息預估一嘴部搜尋框，藉以在該嘴部搜尋框內偵測嘴部對象的動作，藉此而獲得一嘴部動作信息。(步驟S272C)于獲得該特定動作信息或藉由該特定動作信息所組成的代碼后，將該特定動作信息與一預設信息(如前述的第一預設信息、第二預設信息、第三預設信息)進行比對，確認該特定動作信息是否符合該預設信息。(步驟S28)于確認該特定動作信息符合該預設信息時觸發一求救訊號傳送至后臺中心，藉此提示后臺中心被攝者發出一求救訊息(步驟S29)，若不符合，則回到步驟S27重復擷取該人臉特征的特定動作信息，直至該被攝者面向其它方向或是離開對焦式攝影機的可視范圍。[〇〇83]本發明中所述方法步驟亦可作為一種軟件程序實施，用以儲存于光盤片、硬盤、半導體記憶裝置等計算機可讀取記錄媒體，并藉由該計算機可讀取記錄媒體載置于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、后臺中心系統等。
[0084] 綜上所述，本發明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。再者，本發明無須配置實體保全鍵，可省去多余的配線或傳輸單元，此外，本發明亦可結合于室內或戶外的監視器，可更廣泛地配置于生活周遭，減少治安死角。[〇〇85] 以上已將本發明做一詳細說明，但以上所述，僅為本發明一較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施范圍，即凡依本發明權利要求書所作均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋范圍內。
【主權項】
1.一種遠距離臉部監控系統，其特征在于包含有: 一對焦式攝影機，用以拍攝一預設環境； 一處理單元，用以加載并執行以下程序: 一人臉偵測模塊，由該預設環境的影像，偵測影像中的人臉特征，并經一預設時間內，觸發一控制指令；以及 一臉部動作辨識模塊，于接受到該控制指令時連續擷取該人臉特征的特定動作信息，并于該特定動作信息符合一預設信息時觸發一求救訊號傳送至后臺中心。2.根據權利要求1所述的遠距離臉部監控系統，其特征在于，該處理單元用以加載并執行以下程序: 一人臉對焦模塊，由該預設環境的影像中搜尋人臉特征，并基于該人臉特征的位置控制該對焦式攝影機對焦至該人臉特征并設定臉部搜尋框持續追蹤。3.根據權利要求1所述的遠距離臉部監控系統，其特征在于，該處理單元用以加載并執行以下程序: 一焦段調整模塊，由該預設環境的影像中搜尋人臉特征，并基于該人臉特征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征。4.根據權利要求1所述的遠距離臉部監控系統，其特征在于，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，該處理單元用以加載并執行以下程序: 一人臉追蹤模塊，由該預設環境的影像中搜尋人臉特征，并于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征。5.根據權利要求1至4中任一項所述的遠距離臉部監控系統，其特征在于，所述臉部動作辨識模塊包含有: 一臉部擺動偵測次模塊，用以偵測該人臉特征的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置信息，并基于該鼻孔位置信息來判斷該臉部是否轉動，藉此而獲得一臉部擺動信息；以及 一代碼比對模塊，比對該臉部擺動信息與一第一預設信息，并于該臉部擺動信息符合該第一預設信息時，觸發該求救訊號。6.根據權利要求1至4中任一項所述的遠距離臉部監控系統，其特征在于，所述臉部動作辨識模塊包含有: 一眼部動作偵測次模塊，用以偵測該人臉特征的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置信息，基于該鼻孔位置信息預估一眼部搜尋框，以在該眼部搜尋框內偵測眼部對象的動作，藉此而獲得一眼部動作信息；以及 一代碼比對模塊，比對該眼部動作信息與一第二預設信息，并于該眼部動作信息符合該第二預設信息時，觸發該求救訊號。7.根據權利要求1至4中任一項所述的遠距離臉部監控系統，其特征在于，所述的臉部動作辨識模塊包含有: 一嘴部動作偵測次模塊，用以偵測該人臉特征的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置信息，基于該鼻孔位置信息預估一嘴部搜尋框，以在該嘴部搜尋框內偵測嘴部對象的動作，藉此而獲得一嘴部動作信息；以及 一代碼比對模塊，比對該嘴部動作信息與一第三預設信息，并于該嘴部動作信息符合該第三預設信息時，觸發該求救訊號； 其中該嘴部動作信息包括該嘴部對象的一張闔次數、一張闔頻率及一對應唇語的口型變化。8.一種遠距離臉部監控方法，其特征在于包含有: 拍攝一預設環境的影像； 由該預設環境的影像，偵測影像中的人臉特征，并經一預設時間內，觸發一控制指令； 藉由該控制指令觸發并連續擷取該人臉特征的特定動作信息；以及 比對該特定動作信息以及一預設信息，并于該特定動作信息符合該預設信息時觸發一求救訊號傳送至后臺中心。9.根據權利要求8所述的遠距離臉部監控方法，其特征在于，于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征。10.根據權利要求8所述的遠距離臉部監控方法，其特征在于，于接收到該控制指令時系基于該人臉特征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征。11.根據權利要求8所述的遠距離臉部監控方法，其特征在于，于接收到該控制指令時系基于該人臉特征的位置控制該對焦式攝影機對焦至該人臉特征并設定對應該人臉特征設定臉部搜尋框持續追蹤。12.根據權利要求8所述的遠距離臉部監控方法，其特征在于，該人臉特征的特定動作信息依據以下步驟取得: 偵測該人臉特征的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置信息；以及 基于該鼻孔位置信息來判斷該臉部是否轉動，藉此而獲得一臉部擺動信息。13.根據權利要求8所述的遠距離臉部監控方法，其特征在于，該人臉特征的特定動作信息依據以下步驟取得: 偵測該人臉特征的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置信息； 基于該鼻孔位置信息預估一眼部搜尋框，藉以在該眼部搜尋框內偵測眼部對象的動作，藉此而獲得一眼部動作信息。14.根據權利要求8所述的遠距離臉部監控方法，其特征在于，，該人臉特征的特定動作信息系依據以下步驟取得: 偵測該人臉特征的鼻孔區域，而獲得一鼻孔位置信息； 基于該鼻孔位置信息預估一嘴部搜尋框，藉以在該嘴部搜尋框內偵測嘴部對象的動作，藉此而獲得一嘴部動作信息。
【文檔編號】H04N7/18GK106034217SQ201510103291
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月10日
【發明人】鄒嘉駿
【申請人】由田新技股份有限公司