TWI630507B - 目光偵測、辨識與控制方法 - Google Patents

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Abstract

本案係關於一種目光偵測、辨識與控制方法，包括步驟：提供可攜式電子裝置；以可攜式電子裝置之影像擷取單元對使用者進行連續影像擷取，以依序取得初始影像以及複數個偵測影像；根據初始影像偵測並定義使用者之目光位置；根據複數個偵測影像之一辨識使用者的目光位置的變化量及變化方向；以及根據變化量及變化方向送出控制命令。藉此，可達到易於辨識且節省時間等功效。

Description

目光偵測、辨識與控制方法
本案係關於一種辨識與偵測方法，尤指一種能藉由記錄並追蹤眼球及頭形實現的目光偵測、辨識與控制方法。
現行市面上常見的智慧型手機或平板電腦中，大部分的應用程式皆係透過手，以觸控的方式作為控制命令的輸入。具備大螢幕的智慧型手機及平板電腦雖然利於閱讀，但一般使用者難以用單手操作，對使用者來說操縱並不便利。
舉例而言，於使用智慧型手機或平板電腦上之相機進行拍攝時，若要有對焦景深的變換，則須透過兩個鏡頭對同一景象拍攝，且過程中必須拍出不同對焦，最後透過手動點選要使近焦影像或遠焦影像清晰。然而，在只有一手空出可進行操作的情況下，使用者實際係難以同時手持智慧型手機或平板電腦又同時選擇調整焦距或按下拍攝鍵，十分不便。此外，在瀏覽網頁、文章、信件、地圖及照片時，使用者必須不斷以手在顯示器上滑動以使顯示內容捲動，以利閱讀。然而，在只有一手空出可進行操作的情況下，使用者難以同時手持手持智慧型手機或平板電腦又同時於顯示器上滑動。簡言之，現行的智慧型手機及平板電腦在單手操作上皆不夠友善，以致於使用者難以僅用單手進行操作。故此，經調查及研發後係提出應用人眼控制方式。
目前習用技術在人眼控制的做法通常係設定兩個座標，其一為人眼的眼球座標，另一為游標在顯示器上的座標。透過相機拍攝眼球瞳孔移動前後的座標位置，再放大移動距離對應至顯示器座標上。然而此方式因為瞳孔在眼睛內的範圍較小，須有精確的校正方法配合應用，且對應不同使用者時皆需重新校正，不僅有辨識不易的問題，更造成時間及其他無形成本的浪費。
故此，如何發展一種可精準進行目光及身份辨識，同時又可實現多樣化功能的目光偵測、辨識與控制方法，實為目前尚待解決的問題。
本案之主要目的為提供一種目光偵測、辨識與控制方法，俾解決並改善前述先前技術之問題與缺點。
本案之另一目的為提供一種目光偵測、辨識與控制方法，藉由對使用者的目光位置的持續偵測與辨識，以送出控制命令，可以有效地提供以目光凝視進行控制可攜式電子裝置的方法，同時辨識使用者的目光位置的變化量及變化方向不需經過精細校正，對於不同使用者亦可直接適用，達到易於辨識且節省時間等功效。
為達上述目的，本案之一較佳實施態樣為提供一種目光偵測、辨識與控制方法，包括步驟：(a)提供一可攜式電子裝置；(b)以該可攜式電子裝置之一影像擷取單元對一使用者進行連續影像擷取，以依序取得一初始影像以及複數個偵測影像；(c)根據該初始影像偵測並定義該使用者之一目光位置；(d)根據該複數個偵測影像之一辨識該使用者的該目光位置的一變化量及一變化方向；以及(e)根據該變化量及該變化方向送出一控制命令。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。
請參閱第1圖，其係顯示本案較佳實施例之目光偵測、辨識與控制方法之流程圖。如第1圖所示，本案較佳實施例之目光偵測、辨識與控制方法係包括以下步驟：首先，如步驟S100所示，提供可攜式電子裝置，該可攜式電子裝置可為例如但不限於智慧型手機或平板電腦等；其次，如步驟S200所示，以可攜式電子裝置之影像擷取單元對使用者進行連續影像擷取，以依序取得初始影像以及複數個偵測影像；接著，如步驟S300所示，根據初始影像偵測並定義使用者之目光位置；然後，如步驟S400所示，根據複數個偵測影像之一辨識使用者的目光位置的變化量及變化方向；再來，如步驟S500所示，根據變化量及變化方向送出一控制命令，該控制命令係可直接送至可攜式電子裝置之主處理器，進而執行一應用程式或啟動可攜式電子裝置之一特定功能。藉此，本案之目光偵測、辨識與控制方法可以有效地提供以目光凝視進行控制可攜式電子裝置的方法，同時辨識使用者的目光位置的變化量及變化方向不需經過精細校正，對於不同使用者亦可直接適用，達到易於辨識且節省時間等功效。
請參閱第2圖，其係顯示適用本案目光偵測、辨識與控制方法之可攜式電子裝置之架構方塊圖。如第2圖所示，適用於本案之目光偵測、辨識與控制方法之可攜式電子裝置1係包括主處理器10、影像訊號處理器(Image Signal Processor, ISP)11、影像擷取單元12、次要影像擷取單元13、發光元件14及電源管理積體電路(Power Management Integrated Circuit, PMIC)15。在一些實施例中，主處理器10可為中央處理器，亦可為微處理器，但不以此為限。影像訊號處理器11係與主處理器10相連接或整合於主處理器10內，以處理擷取到的影像並提供給主處理器10。影像擷取單元12及次要影像擷取單元13係與影像訊號處理器11相連接，以擷取前述實施例中所述的初始影像及偵測影像等，但不以此為限。發光元件14可為例如但不限於發光二極體，以作為閃光燈或補光燈使用，電源管理積體電路15係與發光元件14及主處理器10相連接，並受主處理器10控制供電至發光元件14，以使發光元件14於有需求時發光進行閃光或補光。
請再參閱第1圖及第2圖。根據本案之構想，適用於本案之目光偵測、辨識與控制方法之可攜式電子裝置1係可僅有影像擷取單元12，亦可同時有影像擷取單元12及次要影像擷取單元13，例如不同景深或不同焦距的相異影像擷取單元，但不以此為限。前述實施例中所述之步驟S200較佳係可以影像擷取單元12實現，或以影像擷取單元12配合次要影像擷取單元13共同實現，然皆不以此為限。
請參閱第3圖、第4A圖及第4B圖並配合第1圖，其中第3圖係顯示本案目光偵測、辨識與控制方法之一細部流程圖，第4A圖係顯示本案目光偵測、辨識與控制方法擷取之初始影像示意圖，以及第4B圖係顯示第4A圖所示之使用者眼球移動後之偵測影像示意圖。如第1圖、第3圖、第4A圖及第4B圖所示，本案目光偵測、辨識與控制方法之步驟S300係可包括子步驟如下：首先，如子步驟S325所示，根據初始影像2判斷使用者3之頭部30的邊緣位置；其次，如子步驟S350所示，定義使用者3之頭部30之頭形300；接著，如子步驟S375所示，根據初始影像2計算使用者之眼球31於頭形300中的相對位置以及眼球31與頭形300邊緣位置的距離，以定義目光位置。
舉例而言，在使用者3僅有眼球31移動而頭部未隨之擺動的情況下（即眼球31由第4A圖中所示位置移動至第4B圖所示位置），本案之目光偵測、辨識與控制方法較佳係透過使用者3之眼球31於頭形300中的相對位置的改變以及移動方向等資訊，定義出目光位置及目光位置的變化。由於此方法係比較眼球31於頭形300中的相對位置，故不需經過精細校正，對於不同使用者亦可直接適用，達到易於辨識之效果。另在使用者3之頭部30及眼球31皆有移動的情況下，本案之目光偵測、辨識與控制方法較佳係計算眼球31與頭形300邊緣位置的距離，由於在移動後，眼球31與頭形300的相對位置會與初始影像不同，可以藉由此判斷出使用者的目光位置。
請參閱第5圖及第6圖並配合第1圖及第4圖，其中第5圖係顯示本案目光偵測、辨識與控制方法之一細部流程圖，以及第6圖係顯示本案目光偵測、辨識與控制方法擷取之偵測影像示意圖。如第1圖、第4圖、第5圖及第6圖所示，本案目光偵測、辨識與控制方法之步驟S400係可包括子步驟如下：首先，如子步驟S433所示，比較複數個偵測影像4之第一個偵測影像4（依時間順序）與初始影像2，或比較第二個偵測影像4（依時間順序）之後的任一偵測影像4與前一個偵測影像4，以得到一比較結果。於一些實施例中，此步驟係比較使用者3之眼球31之上、下、左及右距離邊緣位置之差異，但不以此為限。於另一些實施例中，此子步驟S433係以一方格座標系5套用於受比較之偵測影像4與初始影像2或受比較之二個連續的偵測影像4，並比較使用者3之眼球31於方格座標系5中的座標位置之差異；然後，如子步驟S466所示，根據比較結果辨識變化量及變化方向，換言之，在方格座標系5中使用者3眼球的移動量即為變化量。進一步地，當使用者3的動作或眼球凝視方向相較於前一時間具有變化量及變化方向時，係可透過本案目光偵測、辨識與控制方法偵測辨識並據以進行控制可攜式電子裝置。
請參閱第7圖並配合第1圖，其中第7圖係顯示本案目光偵測、辨識與控制方法之一細部流程圖。如第1圖及第7圖所示，本案目光偵測、辨識與控制方法之步驟S500係可包括子步驟如下：首先，如子步驟S533所示，根據變化量及變化方向決定執行強度與方向；其次，如子步驟S566所示，根據執行強度送出控制命令。換言之，當使用者目光位置朝特定變化方向的變化量較大時，代表使用者欲送出執行強度較大的控制命令，例如快速捲動螢幕、大量增減音量等，但不以此為限。在一些實施例中，可以設定成當變化量超過一門檻值，或執行強度超過一閾值時，方送出控制命令至主處理器，進而執行應用程式或啟動特定功能；而在變化量未超過門檻值時，則不進行任何動作，但不以此為限。
至此，本案較佳實施例之目光偵測、辨識與控制方法已完整地被揭露。藉由上述提及的各種實施例，本案可以提供使用者以目光位置（即凝視）的方式進行控制可攜式電子裝置，進而取代觸控的方式或者與觸控的方式搭配使用。另一方面，本案的目光偵測、辨識與控制方法以及適用之可攜式電子裝置的架構更可以進行如下的操作，但不以此為限。
由於配置了影像擷取單元及次要影像擷取單元，本案可架構為使用雙相機作預覽、拍照或瀏覽照片，且透過眼球凝視的方向，將眼球聚焦物體清晰，照片內聚焦物體以外範圍作為背景。進一步地，拍照時透過目光位置的變化，亦可調動影像擷取單元放大或縮小對焦物體，拍照後瀏覽時也可以透過目光位置的變化做放大或縮小的動作，以取代以往使用兩指進行縮放操作的手勢。當瀏覽已拍攝360度全景相片時，也可以透過目光位置的變化改變所要瀏覽的相片畫面。
此外，閱讀及瀏覽信件、文章或網頁時，可透過眼球聚焦方向，讓正在瀏覽的畫面隨著目光位置的變化而靜止或滾動。電話響鈴時，亦可透過目光位置的變化作為拒絕或接收來電。在播放音樂時，亦可透過目光位置的變化來改變前一首歌曲、後一首歌曲、音量增大及音量減小等。本案甚至可進一步透過偵測並辨識眨眼的動作搭配前述各種方式完成更多操作的指令，但不以此為限。
請參閱第8圖，其係顯示本案另一較佳實施例之目光偵測、辨識與控制方法之流程圖。如第8圖所示，本案另一較佳實施例之目光偵測、辨識與控制方法之流程圖，相較於第1圖所示之目光偵測、辨識與控制方法，係更包括步驟S600及步驟S700，其中步驟S600係根據初始影像獲取使用者之虹膜特徵與頭形，且步驟S700係以虹膜特徵與頭形編碼，以獲得生物特徵密碼，進而作為解鎖或安全認證等用途。由於步驟S100、步驟S200、步驟S300、步驟S400及步驟S500係與第1圖所示之實施例相同，於此不多行贅述。步驟S600及步驟S700，係可如第8圖所示執行於步驟S200與步驟S300之間，然並不以此為限，該步驟S600與步驟S700僅需於步驟S200取得初始影像之後執行，皆可達成相同的功效，故其執行的順序並不受限於此。
綜上所述，本案提供一種目光偵測、辨識與控制方法，藉由對使用者的目光位置的持續偵測與辨識，以送出控制命令，可以有效地提供以目光凝視進行控制可攜式電子裝置的方法，同時辨識使用者的目光位置的變化量及變化方向不需經過精細校正，對於不同使用者亦可直接適用，達到易於辨識且節省時間等功效。
縱使本發明已由上述之實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
第1圖：
S100～S500‧‧‧步驟
第2圖：
1‧‧‧可攜式電子裝置
10‧‧‧主處理器
11‧‧‧影像訊號處理器
12‧‧‧影像擷取單元
13‧‧‧次要影像擷取單元
14‧‧‧發光元件
15‧‧‧電源管理積體電路
第3圖：
S325～S375‧‧‧子步驟
第4A圖及第4B圖：
2‧‧‧初始影像
3‧‧‧使用者
30‧‧‧頭部
31‧‧‧眼球
300‧‧‧頭形
第5圖：
S433～S466‧‧‧子步驟
第6圖：
3‧‧‧使用者
31‧‧‧眼球
4‧‧‧偵測影像
5‧‧‧方格座標系
第7圖：
S533～S566‧‧‧子步驟
第8圖：
S100～S700‧‧‧步驟
第1圖係顯示本案較佳實施例之目光偵測、辨識與控制方法之流程圖。 第2圖係顯示適用本案目光偵測、辨識與控制方法之可攜式電子裝置之架構方塊圖。 第3圖係顯示本案目光偵測、辨識與控制方法之一細部流程圖。 第4A圖係顯示本案目光偵測、辨識與控制方法擷取之初始影像示意圖。 第4B圖係顯示第4A圖所示之使用者眼球移動後之偵測影像示意圖 第5圖係顯示本案目光偵測、辨識與控制方法之一細部流程圖。 第6圖係顯示本案目光偵測、辨識與控制方法擷取之偵測影像示意圖。 第7圖係顯示本案目光偵測、辨識與控制方法之一細部流程圖。 第8圖係顯示本案另一較佳實施例之目光偵測、辨識與控制方法之流程圖。

Claims (9)

  1. 一種目光偵測、辨識與控制方法，包括步驟：(a)提供一可攜式電子裝置；(b)以該可攜式電子裝置之一影像擷取單元對一使用者進行連續影像擷取，以依序取得一初始影像以及複數個偵測影像；(c)根據該初始影像偵測並定義該使用者之一目光位置，其中該步驟(c)包括子步驟：(c1)根據該初始影像判斷該使用者之一頭部的邊緣位置；(c2)定義該使用者之該頭部之一頭形；以及(c3)根據該初始影像計算該使用者之眼球於該頭形中的相對位置以及眼球與該邊緣位置的距離，以定義該目光位置；(d)根據該複數個偵測影像之一辨識該使用者的該目光位置的一變化量及一變化方向；以及(e)根據該變化量及該變化方向送出一控制命令。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之目光偵測、辨識與控制方法，其中該可攜式電子裝置包括：一主處理器；一影像訊號處理器，與該主處理器相連接；該影像擷取單元，與該影像訊號處理器相連接；一次要影像擷取單元，與影像訊號處理器相連接；一發光元件；以及一電源管理積體電路，與該發光元件及該主處理器相連接，並受該主處理器控制供電至該發光元件。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之目光偵測、辨識與控制方法，其中該步驟(b)係以該影像擷取單元實現，或以該影像擷取單元配合該次要影像擷取單元共同實現。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之目光偵測、辨識與控制方法，其中該步驟(e)係將該控制命令送至該主處理器，進而執行一應用程式或啟動該可攜式電子裝置之一特定功能。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之目光偵測、辨識與控制方法，其中該步驟(d)包括子步驟：(d1)比較該複數個偵測影像之第一個該偵測影像與該初始影像，或比較第二個該偵測影像之後的任一該偵測影像與前一個該偵測影像，以得到一比較結果；以及(d2)根據該比較結果辨識該變化量及該變化方向。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之目光偵測、辨識與控制方法，其中該子步驟(d1)係比較該使用者之眼球之上、下、左、右、遠及近距離該邊緣位置之差異。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之目光偵測、辨識與控制方法，其中該子步驟(d1)係以一方格座標系套用於受比較之該偵測影像與該初始影像或受比較之二個連續的該偵測影像，並比較該使用者之眼球於該方格座標系中的座標位置之差異。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之目光偵測、辨識與控制方法，其中該步驟(e)包括子步驟：(e1)根據該變化量及該變化方向決定一執行強度；以及(e2)根據該執行強度送出該控制命令。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之目光偵測、辨識與控制方法，更包括步驟：(f)根據該初始影像獲取該使用者之一虹膜特徵與一頭形；以及(g)以該虹膜特徵與該頭形編碼獲得一生物特徵密碼。
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