TWI417811B - The Method of Face Beautification in Digital Image - Google Patents

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Description

數位影像中的人臉美化方法
一種數位影像處理方法，特別有關於一種數位影像中的人臉美化方法。
隨著數位相機的發展，使得攝影不再是昂貴的消費。使用者可以隨意的拍攝所要的影像，用以記錄值得紀念的一刻或景象。尤其是拍攝人物更是許多攝影者的重點之一。可是在拍攝的過程中，被攝者也許因為臉上的斑點、灰塵或細紋等因素，影響閱讀者對所拍攝的數位影像的觀感。
為解決此一問題，雖然可以利用數位影像編輯軟體來對數位影像進行細部的編輯。但是並非一般的使用者都對影像編輯軟體熟稔，因此也造成使用者的入門門檻的提高。另一種方式是利用提高影像的柔化，這樣雖然可以將上述的色塊部分稀釋。但是柔化處理係針對數位影像的整體進行處理。因此對於數位影像中不需要調整的地方也會被柔化處理。這樣一來，導致數位影像的觀感降低。
鑒於以上的問題，本發明的主要目的在於提供一種數位影像中的人臉美化方法，係用以消除輸入影像之人臉肌膚上的雜訊(雀斑、黑斑、毛細孔或細紋)。
為達上述目的，本發明所揭露之數位影像中的人臉美化方法包括以下步驟：a.設定選取視窗，其係用以選擇輸入影像之部分影像區域；b.從選取視窗中指派目標像素，並將其餘像素指派為比對像素；c.並根據目標像素對比對像素之變異量執行細節檢驗程序，用以判斷目標像素是否具 有細節資訊；d.對選取視窗中的目標像素執行亮度檢驗程序，判斷目標像素是否位於亮度區間；e.若目標像素位於亮度區間，則執行非線性過濾程序，將目標像素通過非線性濾波器產生濾波值，再提供混合比例，根據混合比例用以對目標像素與濾波值進行混合，用以產生已完成像素；f.重複步驟a~步驟e，直至完成輸入影像中的所有像素為止，並輸出目標影像。
本發明係提供了一種對數位影像中肌膚顏色的處理方法，用以對非肌膚顏色的雜訊進行去除。並且利用周遭的像素進行修補，除了可以達到美化影像的目的，亦可降低對原圖的破壞。
以有關本發明的特徵與實作，茲配合圖示作最佳實施例詳細說明如下。
510‧‧‧選取視窗
第1圖係為本發明之運作流程示意圖。
第2圖係為步驟c之運作流程示意圖。
第3圖係為亮度檢驗程序之運作流程示意圖
第4圖係為非線性過濾程序之運作流程示意圖。
第5圖係為在不同回合中的目標像素之示意圖。
第6圖係為另一實施態樣的運作流程示意圖。
本發明所揭露的方法係可運用於具有影像處理能力的電子裝置，例如個人電腦、數位相機、數位相框等電子裝置。但需注意的是，本發明的方法非僅限於上述例子，在此僅先敘明。並且為清楚說明本發明之技術手段，因此在此定義以下各名詞。
輸入影像P，其係為x*y像素陣列大小的影像；選取視窗，其係為m*n像素陣列，其中m與n係為正整數，在本發明的實施態樣中係以5*5的選取視窗為例，其係非本發明之限制，選取視窗中的像素排列請參考表一所示，Pn係為選取視窗中的第n個位置；在此一實施說明中係以 P12為為目標像素。
請參考「第1圖」所示，其係為本發明之運作流程示意圖。本發明係包括以下步驟：步驟a.設定選取視窗，其係用以選擇輸入影像之部分影像區域；步驟b.從選取視窗中指派目標像素，並將其餘像素指派為比對像素；步驟c.根據目標像素對比對像素之變異量執行細節檢驗程序，用以判斷目標像素是否具有細節資訊；步驟d.若目標像素具有細節資訊時，對選取視窗中的目標像素執行亮度檢驗程序，判斷目標像素是否符合亮度區間；步驟e.若目標像素符合亮度區間之中時，執行非線性過濾程序，將目標像素通過非線性濾波器產生至少一濾波值，再提供一組混合比例，根據混合比例用以對目標像素與濾波值進行混合，用以產生已完成像素，並將已完成像素取代原來目標像素；步驟f.判斷是否完成輸入影像中的所有像素，若未完成則重複步驟a~步驟e，直至完成輸入影像中的所有像素為 止，並輸出目標影像；以及步驟g.決定是否繼續執行膚色處理方法(意即執行步驟a~步驟f)。
在本發明在步驟c、步驟d與步驟e中更包括各自的運作方式。請參考「第2圖」所示，其係為步驟c之運作流程示意圖。亮度檢驗程序係用以檢測目標像素是否具有影像的細節，其中影像的細節係為被攝者的頭髮、睫毛、眼鏡或耳環等非肌膚的像素。在步驟c中更包括以下步驟：步驟c-1.提供變異量門檻值；步驟c-2.根據目標像素與該些比對像素計算水平變異量SAD_H；步驟c-3.根據目標像素與該些比對像素計算垂直變異量SAD_V；步驟c-4.根據目標像素與該些比對像素計算出一組對角變異量SAD_D1、SAD_D2；步驟c-5.根據水平變異量SAD_H、垂直變異量SAD_V與該些對角變異量SAD_D1、SAD_D2計算總變異量SAD；步驟c-6.若總變異量SAD小於變異量門檻值，則判斷目標像素不具有該細節資訊，並從輸入影像中選取另一像素並執行步驟a；以及步驟c-7.若總變異量SAD大於變異量門檻值，則判斷目標像素具有該細節資訊，並從輸入影像中選取另一像素並執行步驟a。
在步驟c-2的水平變異量SAD_H，其係由式1所產生：SAD_H=|P2-P3|+|P7-P8|+|P12-P13|+|P17-P18|+|P22-P23| (式1)
在步驟c-3的垂直變異量SAD_V，其係由式2所產生： SAD_V=|P5-P10|+|P6-P11|+|P7-P12|+|P8-P13|+|P9-P14| (式2)
在步驟c-4的一組對角變異量SAD_D1、SAD_D2，其係由式3所產生：SAD_D1=|P1-P5|+|P7-P11|+|P13-P17|+|P19-P23| SAD_D2=|P3-P9|+|P7-P13|+|P11-P17|+|P15-P21| (式3)
在步驟c-5的總變異量SAD，其係由式4所產生：SAD=SAD_H+SAD_V+SAD_D1+SAD_D2 (式4)
當總變異量SAD小於變異量門檻值時，則代表此一目標像素並未含有細節。
接著，亮度檢驗程序用以篩選出符合亮度區間中的目標像素，其主要目的是為了檢查目標像素是否為雀斑、黑斑、毛細孔或細紋。
在執行步驟d的亮度檢驗程序前更包括以下步驟，請參考「第3圖」所示，其係為亮度檢驗程序之運作流程示意圖：步驟d-1.根據目標像素與比對像素之值，用以計算均值Mean；步驟d-2.提供均值上限值Mean_THU與均值下限值Mean_THL，且均值下限值Mean_THL大於均值上限值Mean_THU；以及步驟d-3.根據均值上限值Mean_THU與均值下限值Mean_THL，用以設定亮度區間之範圍。
在步驟d-1.係根據下式5計算均值Mean：
其中，Pi係為在選取視窗中的第i個位置。
若目標像素之亮度落於亮度區間(意即均值上限值Mean_THU<目標像素之亮度<均值下限值Mean_THL)中，則目標像素係為雀斑、黑斑、毛細孔或細紋。
接著，請參考「第4圖」所示，其係為非線性過濾程序之運作流程示意圖。在產生濾波值中更包括以下步驟：步驟e-1.由比對像素中選出最大像素值，並將其定義為濾波最大值P_Max；步驟e-2.由比對像素中選出中值，並將其定義為濾波中值P_Mid；以及步驟e-3.根據混合比例用以對濾波最大值P_Max、濾波中值P_Mid與目標像素進行混合，用以產生已完成像素。
其中，根據式6與式7計算濾波最大值P_Max與濾波中值P_Mid：P_Max=max(P 0,P 1,P 2,…,P 24) (式6)
P_Mid=median(P 0,P 1,P 2,…,P 24) (式7)
接著，根據混合比例用以對濾波最大值P_Max、濾波中值P_Mid與目標像素進行混合。在此定義混合比例分別為常數a、常數b與常數c，且a+b+c=1。請參考(式8)所示，其係利用輸出非線性濾波結果再取代原目標像素：P 12=a×P_Max+b×P_Mid+c×P 12 (式8)
這樣一來，在進行次一回合的膚色處理可以加速次一目標像素的顏色淡化速度。這是因為在前一回合中的目標像素之亮度值已經被改變過，所以新的回合中的目標像素將會把前一回合的目標像素帶入計算。 請參考「第5圖」所示，其係為在不同回合中的目標像素之示意圖。在「第5圖」的左方係為第一回合的膚色處理(虛線框代表選取視窗510)，右方係為第二回合的膚色處理。在第一回合的膚色處理時，會產生根據非線性濾波結果(意即「第5圖」中選取視窗510的P`(2,2))取代原目標像素的亮度值。因此在第二回合中，在位置(2,2)的像素亮度值會變成P`(2,2)。
在步驟g中，可以由使用者或根據輸入影像與選取視窗510之大小決定欲進行膚色處理的次數。舉例來說，若是選取視窗較小或輸入影像較小時，可以設定較少回合次數的膚色處理，反之亦然。在每經過一次膚色處理後，可以降低輸入影像中非肌膚顏色的雜訊。
除了上述的實施態樣外，本發明更提供另一實施態樣。請參考「第6圖」所示，其係為另一實施態樣的運作流程示意圖。此一實施態樣係包括以下步驟：步驟a.設定選取視窗，其係用以選擇輸入影像之部分影像區域；步驟b.從選取視窗中指派目標像素，並將其餘像素指派為比對像素；步驟c.根據目標像素對比對像素之變異量執行細節檢驗程序，用以判斷目標像素是否具有細節資訊；步驟d.若目標像素具有細節資訊時，對選取視窗中的目標像素執行亮度檢驗程序，判斷此一目標像素是否位於亮度區間之中；步驟e.若目標像素位於亮度區間之中時，執行非線性過濾程序，將目標像素通過非線性濾波器產生至少一濾波值，再提供一組混合比例，根據混合比例用以對目標像素與濾波值進行混合，用以產生已完成像素，並將已完成像素取代原來目標像素；步驟f.判斷是否完成輸入影像中所有像素，若尚未完成則重 複步驟a~步驟e，直至完成輸入影像中的所有像素為止，並輸出目標影像；步驟g.判斷是否繼續執行膚色執行方法，若不繼續則執行步驟a~步驟f，產生另一目標影像；步驟h.設定比對視窗，用以選取目標影像中的部分影像區域，並從比對視窗中指派一目標像素，將其餘像素定義為比對像素；步驟i.執行細節檢驗程序，根據目標像素對比對像素之變異量，用以檢測出具有細節資訊的目標像素；步驟j.對具有細節資訊的目標像素進行過濾程序，用以輸出完成像素；以及步驟k.判斷是否完成目標影像中的所有像素，若未完成則重複步驟h~步驟j，直至完成目標影像中所有的像素為止，並輸出完成影像。
在本實施態樣中步驟a~步驟g均與前一實施態樣相同，且步驟h與步驟i之詳細作法分別與步驟c與步驟d相同，所以在此不多加贅述。本實施態樣與前一實施態樣不同之處在於步驟j之過濾程序不同。在步驟j係根據式9對比對視窗的中的目標像素進行處理：
其中，WOI係為比對視窗；(x,y)係為比對視窗中像素的座標位置；TH係為濾波門檻值；N為此比對視窗內的滿足條件|P(i,j)˙P(x,y)|<TH的總數。
對於步驟h~步驟i係用以對數位影像中的肌膚顏色做更進一步的調和，並抹除具有毛細孔與細紋的像素。如此一來，可以使得數位 影像中的臉部看起來更為柔美與平滑。
本發明係提供了一種對數位影像中肌膚顏色的處理方法，用以對非肌膚顏色的雜訊進行去除。並且利用周遭的像素進行修補，除了可以達到美化影像的目的，亦可降低對原圖的破壞。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (17)

  1. 一種數位影像中的人臉美化方法，其係用以對一輸入影像之人臉肌膚上的雜訊進行消除，該膚色處理方法包括以下步驟：a.選擇該輸入影像之部分影像區域以作為一選取視窗；b.從該選取視窗中指派一目標像素，並將其餘像素指派為一比對像素；c.根據該目標像素對該些比對像素之變異量執行一細節檢驗程序，用以判斷該目標像素是否具有一細節資訊；d.若該目標像素具有該細節資訊時，則對該目標像素執行一亮度檢驗程序，判斷該目標像素是否位於一亮度區間；e.若該目標像素位於該亮度區間，則執行一非線性過濾程序，將該目標像素通過一非線性濾波器產生至少一濾波值，再提供一組混合比例，根據該混合比例用以對該目標像素與該濾波值進行混合，用以產生一已完成像素，並將該已完成像素取代原來該目標像素；以及f.重複步驟a~步驟e，直至完成該輸入影像中的所有像素為止，並輸出一目標影像。
  2. 如請求項1所述之數位影像中的人臉美化方法，其中該選取視窗係為m*n像素陣列，其中m與n係為正整數。
  3. 如請求項1所述之數位影像中的人臉美化方法，其中在步驟d前更包括以下步驟：根據該目標像素與該些比對像素之值，用以計算一均值Mean；提供一均值上限值Mean_THU與一均值下限值Mean_THL，且該均值下限值Mean_THL大於該均值上限值Mean_THU；以及根據該均值上限值Mean_THU與該均值下限值Mean_THL，用以設定該亮度區間之範圍。
  4. 如請求項1所述之數位影像中的人臉美化方法，其中在該步驟e後更包括以下步驟： 決定是否繼續進行步驟a~步驟e。
  5. 如請求項4所述之數位影像中的人臉美化方法，其中在結束步驟e後更包括以下步驟：f.設定一比對視窗，用以選取該目標影像中的部分影像區域，並從該比對視窗中指派該目標像素，將其餘像素定義為該些比對像素；g.執行該細節檢驗程序，根據該目標像素對該些比對像素之變異量，用以檢測出具有該細節資訊的該目標像素；h.對具有該細節資訊的該目標像素進行一過濾程序，用以輸出一完成像素；以及i.重複步驟f~步驟h，直至完成該目標影像中所有的像素為止，並輸出一完成影像。
  6. 如請求項5所述之數位影像中的人臉美化方法，其中在步驟g中更包括以下步驟：若該目標像素未檢測出具有該細節資訊時，則從該目標影像中選取另一像素，並重複執行步驟f。
  7. 一種數位影像中的人臉美化方法，其係用以對一輸入影像之人臉肌膚上的雜訊進行消除，該膚色處理方法包括以下步驟：a.選擇該輸入影像之部分影像區域以作為一選取視窗；b.從該選取視窗中指派一目標像素，並將其餘像素指派為一比對像素；c.根據該目標像素對該些比對像素之變異量執行一細節檢驗程序，用以判斷該目標像素是否具有一細節資訊，該細節檢驗程序包括：提供一變異量門檻值；根據該目標像素與該些比對像素計算一水平變異量SAD_H；根據該目標像素與該些比對像素計算一垂直變異量SAD_V；根據該目標像素與該些比對像素計算一組對角變異量SAD_D1、SAD_D2； 根據該水平變異量SAD_H、該垂直變異量SAD_V與該些對角變異量SAD_D1、SAD_D2計算一總變異量SAD；若該總變異量SAD小於該變異量門檻值，則判斷該目標像素不具有該細節資訊，從該輸入影像中選取另一像素並執行步驟a；以及若該總變異量SAD大於該變異量門檻值，則判斷該目標像素具有該細節資訊，則從該輸入影像中選取另一像素並執行步驟a；d.若該目標像素具有該細節資訊時，則對該目標像素執行一亮度檢驗程序，判斷該目標像素是否位於一亮度區間；e.若該目標像素位於該亮度區間，則執行一非線性過濾程序，將該目標像素通過一非線性濾波器產生至少一濾波值，再提供一組混合比例，根據該混合比例用以對該目標像素與該濾波值進行混合，用以產生一已完成像素，並將該已完成像素取代原來該目標像素；以及f.重複步驟a~步驟e，直至完成該輸入影像中的所有像素為止，並輸出一目標影像。
  8. 如請求項7所述之數位影像中的人臉美化方法，其中在步驟d前更包括以下步驟：根據該目標像素與該些比對像素之值，用以計算一均值Mean；提供一均值上限值Mean_THU與一均值下限值Mean_THL，且該均值下限值Mean_THL大於該均值上限值Mean_THU；以及根據該均值上限值Mean_THU與該均值下限值Mean_THL，用以設定該亮度區間之範圍。
  9. 如請求項7所述之數位影像中的人臉美化方法，其中在該步驟e後更包括以下步驟：決定是否繼續進行步驟a~步驟e。
  10. 如請求項9所述之數位影像中的人臉美化方法，其中在結束步驟e後更包括以下步驟：f.設定一比對視窗，用以選取該目標影像中的部分影像區域，並從 該比對視窗中指派該目標像素，將其餘像素定義為該些比對像素；g.執行該細節檢驗程序，根據該目標像素對該些比對像素之變異量，用以檢測出具有該細節資訊的該目標像素；h.對具有該細節資訊的該目標像素進行一過濾程序，用以輸出一完成像素；以及i重複步驟f~步驟h，直至完成該目標影像中所有的像素為止，並輸出一完成影像。
  11. 如請求項10所述之數位影像中的人臉美化方法，其中在步驟g中更包括以下步驟：若該目標像素未檢測出具有該細節資訊時，則從該目標影像中選取另一像素，並重複執行步驟f。
  12. 一種數位影像中的人臉美化方法，其係用以對一輸入影像之人臉肌膚上的雜訊進行消除，該膚色處理方法包括以下步驟：a.選擇該輸入影像之部分影像區域以作為一選取視窗；b.從該選取視窗中指派一目標像素，並將其餘像素指派為一比對像素；c.根據該目標像素對該些比對像素之變異量執行一細節檢驗程序，用以判斷該目標像素是否具有一細節資訊；d.若該目標像素具有該細節資訊時，則對該目標像素執行一亮度檢驗程序，判斷該目標像素是否位於一亮度區間；e.若該目標像素位於該亮度區間，則執行一非線性過濾程序，將該目標像素通過一非線性濾波器產生至少一濾波值，再提供一組混合比例，根據該混合比例用以對該目標像素與該濾波值進行混合，用以產生一已完成像素，並將該已完成像素取代原來該目標像素，產生該些濾波值更包括以下步驟：由該些比對像素中選出最大像素值，並將其定義為一濾波最大值P_Max； 由該些比對像素中選出中值，並將其定義為一濾波中值P_Mid；以及根據該混合比例用以對該濾波最大值P_Max、該濾波中值P_Mid與該目標像素進行混合，用以產生該已完成像素；以及f.重複步驟a~步驟e，直至完成該輸入影像中的所有像素為止，並輸出一目標影像。
  13. 如請求項12所述之數位影像中的人臉美化方法，其中在步驟c中更包括以下步驟：提供一變異量門檻值；根據該目標像素與該些比對像素計算一水平變異量SAD_H；根據該目標像素與該些比對像素計算一垂直變異量SAD_V；根據該目標像素與該些比對像素計算一組對角變異量SAD_D1、SAD_D2；根據該水平變異量SAD_H、該垂直變異量SAD_V與該些對角變異量SAD_D1、SAD_D2計算一總變異量SAD；若該總變異量SAD小於該變異量門檻值，則判斷該目標像素不具有該細節資訊，從該輸入影像中選取另一像素並執行步驟a；以及若該總變異量SAD大於該變異量門檻值，則判斷該目標像素具有該細節資訊，則從該輸入影像中選取另一像素並執行步驟a。
  14. 如請求項12所述之數位影像中的人臉美化方法，其中在步驟d前更包括以下步驟：根據該目標像素與該些比對像素之值，用以計算一均值Mean；提供一均值上限值Mean_THU與一均值下限值Mean_THL，且該均值下限值Mean_THL大於該均值上限值Mean_THU；以及根據該均值上限值Mean_THU與該均值下限值Mean_THL，用以設定該亮度區間之範圍。
  15. 如請求項12所述之數位影像中的人臉美化方法，其中在該步驟e後更 包括以下步驟：決定是否繼續進行步驟a~步驟e。
  16. 如請求項15所述之數位影像中的人臉美化方法，其中在結束步驟e後更包括以下步驟：f.設定一比對視窗，用以選取該目標影像中的部分影像區域，並從該比對視窗中指派該目標像素，將其餘像素定義為該些比對像素；g.執行該細節檢驗程序，根據該目標像素對該些比對像素之變異量，用以檢測出具有該細節資訊的該目標像素；h.對具有該細節資訊的該目標像素進行一過濾程序，用以輸出一完成像素；以及i.重複步驟f~步驟h，直至完成該目標影像中所有的像素為止，並輸出一完成影像。
  17. 如請求項16所述之數位影像中的人臉美化方法，其中在步驟g中更包括以下步驟：若該目標像素未檢測出具有該細節資訊時，則從該目標影像中選取另一像素，並重複執行步驟f。
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