CN102118549B

CN102118549B - 影像感测装置检测闪频光的方法及其影像感测装置

Info

Publication number: CN102118549B
Application number: CN2009102169174A
Authority: CN
Inventors: 陈昭宇
Original assignee: Dunnan Science And Tech Co Ltd
Current assignee: Lite On Semiconductor Corp
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2009-12-31
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2029-12-31
Also published as: CN102118549A; US8379107B2; US20110157416A1

Abstract

本发明涉及一种影像感测装置检测闪频光的方法及其影像感测装置，其中，所述方法包括：影像感测装置感测多个帧，每个帧中包括光信号；根据光信号产生连续的一光强对比信息；依据至少一预定检测频率及帧撷取率计算出一帧窗口宽度；将光强对比信息依据帧窗口宽度依序划分为多个光强群组；辨识每一光强群组中的一特征点并记录该特征点于该光强群组中的一索引位置；根据该等索引位置分别计算时间相邻的光强群组中的特征点的一差异值；及判断该等差异值是否具有规律性，以根据判断结果辨别该光强对比信息是否为所欲检测的该闪频光。

Description

影像感测装置检测闪频光的方法及其影像感测装置

技术领域

本发明涉及一种闪频光(flicker)的检测方法，尤其涉及影像感测装置所感测到的影像中的闪频光的检测方法。

背景技术

许多影像感测装置感测影像后，根据影像中所显示的光线明暗对比的变化进行运算处理；然而，在周期性发光的光源下进行影像的撷取时，因光源的发光周期与影像撷取的周期不同，而发生撷取到的影像随着发光周期而产生闪烁的现象，这种周期性的闪烁光线称为闪频光(flicker)。

闪频光所造成的光线明暗变化易使影像感测装置产生误判，因此多数影像感测装置都具有检测出闪频光的需求。现有的作法当中，包括在影像感测装置中额外设置频率辨识元件(frequency identifier)以通过快速傅立叶变换(fast fourier transform)等算法，计算出光线强度的极值，以便检测闪频光的存在与否。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种影像感测装置检测闪频光的方法，用以将检测出影像感测装置所感测到的影像中所包含的闪频光。

为达到上述目的，根据本发明其中一种方案，提供一种影像感测装置检测闪频光的方法，包括：由影像感测装置的感测单元依据一帧撷取率(frame rate)连续感测多个帧(frame)，所述的帧分别包括光信号，并根据光信号产生连续的一光强对比信息；接着依据至少一预定检测频率及帧撷取率计算出一帧窗口宽度(sampling window width)；将光强对比信息依据帧窗口宽度依序划分为多个光强群组；辨识每一个光强群组中的一特征点，并记录特征点于该光强群组中的一索引位置，每一所述特征点分别为每一所述光强群组中的一最大光强值或一最小光强值；分别计算时间相邻的光强群组中的特征点的索引位置的一差异值；及判断差异值的变化是否具有线性规律，以根据判断结果辨别该光强对比信息是否为所欲检测的闪频光。

根据本发明另一种方案，提供一种影像感测装置检测闪频光的方法，连续感测及接收光信号，并根据光的强度变化产生一光强对比信息；根据一预定检测频率划分该光强对比信息为多个光强群组，每一所述光强群组中包括一特征点，每一所述特征点分别为每一所述光强群组中的一最大光强值或一最小光强值；记录每一所述特征点于所在的所述光强群组中的一索引位置；分别计算时间相邻的所述光强群组的所述索引位置的一差异值；判断所述差异值的变化是否具线性规律，以辨别该光强对比信息是否为符合该预定检测频率的该闪频光。

此外，本发明还提供一种可检测闪频光的影像感测装置，所述装置包括一感测单元及一处理单元，感测单元依据一帧撷取率连续感测多个帧，所述帧分别包括不同强度的光信号，感测单元根据光信号产生一光强对比信息；处理单元依序划分光强对比信息为多个光强群组，辨识每一光强群组中的一特征点的索引位置，并分别计算相邻的光强群组的索引位置的一差异值，每一所述特征点分别为每一所述光强群组中的一最大光强值或一最小光强值；处理单元根据差异值的变化是否具线性规律判断所述光强对比信息是否为符合一预定检测频率的闪频光。

借助本发明所提供的检测闪频光的方法，可将影像感测装置所感测到的影像的光强信息当中，属于闪频光的光强滤出，以利影像感测装置正确辨识属于影像内容的光强信息，进行后续影像画面的运算。

关于本发明的的技术手段的详细说明，请参阅以下的实施方式，并配合所附附图一并参照。

附图说明

图1为本发明所提供一种可检测闪频光的影像感测装置实施例方块图；

图2为本发明所提供一种电流量及光强变化量关系的示意图；

图3为本发明所提供一种影像感测装置检测闪频光的方法实施例流程图；

图4为本发明所提供光强对比信息与帧窗口宽度的关系图(闪频光频率与帧撷取率同步)；

图5为本发明所提供光强对比信息与帧窗口宽度的关系图(闪频光频率较低)；

图6为本发明所提供光强对比信息与帧窗口宽度的关系图(帧撷取率较高)；

图7为本发明所提供光强对比信息与帧窗口宽度的关系图(闪频光频率较高)；

图8为本发明所提供光强对比信息与帧窗口宽度的关系图(帧撷取率较低)；

图9为本发明所提供的方法实施例中特征点索引位置与时间关系图；及

图10为本发明所提供的方法实施例中索引位置差异值与时间关系图。

附图标记说明

10交流电供电单元

12发光单元

20影像感测装置

200感测单元

202模拟数字转换单元

204处理单元

30电流量

301周期时间

32多个帧

34，34a-b光强对比信息

342光强平均值

344，346，348帧窗口

G₁-G₃光强群组

I₁-I₁₅特征点

a₁-a₁₅索引位置

S401-S417流程步骤

具体实施方式

图1显示本发明提供的一种可以检测闪频光的影像感测装置实施例的方块图。影像感测装置20包括一感测单元200、一模拟数字转换单元202及一处理单元204。

本例的影像感测装置20设置在由发光单元12照射的环境之中，所述的发光单元12例如日光灯源(fluorescent light)，由交流电供电单元10提供电力。受到交流电供电单元10所输出的交流电(AC)周期性改变电流方向及大小的影响，发光单元12发出光线的强度亦会周期性地产生明暗变化；常见的交流电供电单元10的切换频率为50赫兹(Hz)或60赫兹，使得发光单元12产生两倍频率，分别为100赫兹及120赫兹的闪频光，详细的说明如后述。

感测单元200例如为线型传感器(linear sensor)或面型传感器(areasensor)，用于依据一预定的帧撷取率(frame rate)，连续撷取帧(frames)，以供处理单元204比对帧中所具有的光线的强度信息而执行影像数据的运算和处理。例如：若影像感测装置20为一数字相机，处理单元204(如一微处理器或一数字信号处理器)可根据感测单元200(如电荷耦合元件)所感测到的光强信息自动调整撷取影像时的曝光量、或利用光强的信息辅助执行自动对焦。如上所述，由于影像感测装置20设置在每秒产生100次或120次闪烁的发光单元12照射的环境之下，即使影像感测装置20并未移动，感测单元200仍会周期性地感测到上述的光线明暗变化。影像感测装置20必须将此类型的光强信息与一般影像所产生的光强信息加以区隔，以避免造成影像感测装置20的误判。

模拟数字转换单元202将感测单元200所接收的模拟式光电信号转换成数字的光强信号，以传送到处理单元204供其依据光强信号的周期性变化检测出闪频光。当然，由于感测单元200的技术发展日趋成熟，本领域技术人员可轻易根据图1所提供的影像感测装置20进行修改，在硬件架构上省略模拟数字转换器202的设置，由感测单元200一并完成接收模拟的光电信号及信号转换的工作，使得处理单元204直接由感测单元200接收数字化后的光强信息进行运算处理。

影像感测装置20所使用的感测单元200可由一到多个传感器组成(如同时使用二个线型传感器来感测)，若使用多个传感器感测光强信息，可先将各个传感器的光强信息加以平均后，再进行后续的处理。

图2为影像感测装置20在所述的发光单元12照射环境下所产生的光强信息示意图。

首先，电流量30为交流电供电单元10供电时的电流变化，横轴代表时间，纵轴为电流大小。本实施例以60赫兹的切换频率为例进行说明，交流电每次切换的周期时间301长度即为1/60秒。在周期时间301当中，电流从0点Z₀上升到峰值P，再降低到0点Z₁后切换电流方向，使电流往相反极性方向增加，到达谷值V后再朝0点Z₂减少，完成一次切换电源的动作。当电流到达峰值P或谷值V时，交流电供电单元10供应了最大的电流量给发光单元12，使得发光单元12发出的光强度最大；相反的，当电流到达0点(Z₀或Z₁)时，发光单元12未接收到驱动光源的电流而未发出光源。因此，工作频率60赫兹的交流电供电单元10每秒钟进行60次的电流方向切换动作，每一个切换周期时间301内分别有两次最大电流及最小电流的产生，亦即发光单元12所产生的光强变化的频率为120赫兹，使得每秒发生120次的光线闪烁。50赫兹的工作频率产生100赫兹的明暗变化的原理相同，即不再重述。

虽然就人眼而言，这样的明暗变化速度已足以使人眼感觉不到闪烁，但由于影像感测装置20撷取影像的频率远高于电流切换的频率，因此从影像感测装置20感测影像时，即会持续感测到影像中光线的明暗不同，形同画面的噪声，容易在图像处理时产生误差。

对照感测单元200以一预定的帧撷取率所连续感测到的多个帧32中显示出来的光强变化，可以发现当电流量30中的电流位于峰值P或谷值V时，帧中相对应位置f2及f4的光强度最大；而当电流位于0点Z₀、Z₁或Z₂时，帧中对应位置f₁、f₃和f₅的光强度最小。由此可发现，由交流电供电单元10切换电流方向所造成的光源闪烁具有线性规律，如能从多个帧中找出具线性规律的光强信息，即可帮助处理单元204在运算时预先确认是否为闪频光，以便处理单元204准确地根据属于影像画面所产生的光强信息来处理影像。

光强对比信息34为对应于电流量30及帧32所示的光强变化的示意图。光强对比信息34的横轴代表时间及帧数，纵轴则代表光强大小(intensity of light)。光强对比信息34中，每一个光强变化的周期时间340仅为电流切换周期时间301的一半，每个光强变化周期内的最大光强值I_max即对应于电流量30的峰值P或谷值V，而最小光强值I_min则对应于电流量30中的各个0点Z₀、Z₁及Z₂。

根据上述图1所述的影像感测装置20的架构，以及配合图2所说明的电流切换及光强变化关系，图3显示本发明所提供的一种影像感测装置检测闪频光的方法实施例的流程图。首先由感测单元200以一预定的帧撷取率连续感测多个帧，所述的每个帧中包括有光强信息(S401)，其中，帧撷取率可默认于影像感测装置20，使感测单元200自动依据所述频率感测帧，例如以每秒一万张帧的速度感测影像中的光强信息。

根据连续帧中的光强信息，产生一连续的光强对比信息(S403)，如图2中的光强对比信息34，依据时间经过的先后显示出光强大小的变化。

接着，处理单元204根据预定的帧撷取率和欲定要检测的闪频光频率，计算出一个帧窗口宽度(sampling window width)(S405)。常见的闪频光频率如上述为1/100秒或1/120秒发生一次，而每张帧只感测1/10000秒的光强信息(以帧撷取率每秒10000张为例)，因此，为了检测多个帧32的光强信息是否为特定频率的闪频光，则根据预定要检测的闪频光频率，将多个帧32划分为适当的宽度。请参照图4，若预定检测频率为120赫兹，且帧撷取率为每秒10000张，则以10000除以120后，计算出约每83张帧的宽度为一帧窗口344，也就是以1/120秒为一周期，用以检测光强对比信息34是否为线性规律发生的闪频光。预定检测频率若为100赫兹，在相同帧撷取率的条件下，则可平均以100个帧的宽度划分出帧窗口，以便进行接下来的检测与运算。

接着将光强对比信息34根据帧窗口宽度依序划分为数个光强群组(S407)，如图4的G₁、G₂及G₃。图4为光强对比信息34根据帧窗口344的宽度划分为连续数个光强群组的示意图。其中，横轴代表时间及帧数，纵轴则为光强大小。处理单元204可产生多个帧窗口缓存器(图未示)，以存放经划分后的光强群组G₁到G₃的光强信息进行运算。

若光强对比信息34为120赫兹的闪频光，则每1/120秒划分为一个光强群组后，即会在每个光强群组G₁到G₃中线性规律地出现最大光强值或最小光强值。因此，处理单元204即在每一光强群组G₁到G₃中分别找出最大光强值或最小光强值为特征点，并且将每一个特征点于其所在的光强群组中的索引位置加以记录(S409)。在本实施例中以每个光强群组中的最大光强值做为所述的特征点，在光强群组G1到G3中分别为I₁、I₂及I₃，并分别记录I₁到I₃在光强群组G₁到G₃中的索引位置a₁、a₂及a₃到缓存器中。例如：I₁的索引位置a₁为光强群组G₁的起始点起算第10个帧的位置(或为第1/12秒的位置)。

接着，处理单元204更分别计算相邻的光强群组的特征点的索引位置的差异值，用以判断分别计算出来的差异值是否具有线性规律(S411)。以图4的光强群组G₁到G₃为例：所述的差异值包括将相邻光强群组间的特征点的索引位置相减以获得差值，如(a₂-a₁)及(a₃-a₂)，或将索引位置进行对时间的一次微分以获得一微分值；根据计算的结果再判断所述差值或微分值是否具有线性规律(S413)：若相减或微分的结果并未获得相同的常数，则表示各个光强群组的特征点在其所属光强群组中出现的位置不同，最大光强值(或最小光强值)并非线性规律地依据默认的检测频率出现，则得到该光强对比信息34并非默认检测频率(如120赫兹)的闪频光(S415)的检测结果；反之，若将各个相邻差异值相减或微分而获得一常数，亦即各索引位置的差异值具有线性规律，则可确认每个光强群组中的特征点在所属光强群组中的索引位置具有线性规律，因此可得到光强对比信息34确是符合默认检测频率的闪频光的检测结果(S417)。

为了方便说明，图4中光强对比信息34由其光强平均值342为起点，而非以最大光强值或最小光强值为起点，使得一个帧窗口中可同时显示出最大光强值及最小光强值，但该技术领域的人士自然可视理解的需要，调整光强对比信息34的起始点。

根据图4及上述说明可知，若光强对比信息34中的闪频光与帧撷取率皆准确地按照预定的频率运作，帧窗口宽度所包含的时间会与闪频光的周期时间完全同步，每个光强群组G₁到G₃中的特征点的索引位置即会相同。当从记录特征点的索引位置的步骤(图3中S409)中即已发现每个光强群组中所找出的特征点的索引位置皆相同时，便已经可判断出特征点的出现具有线性规律，而得知光强对比信息34为符合预定检测频率的闪频光。

但在实际的检测环境当中，无论是影像感测装置20的感测单元200或交流电供电单元10，皆可能受到硬件元件中振荡器的振荡频率飘移(crystal offset)的影响，使得感测单元200的帧撷取率或交流电供电单元10切换的频率稍快或稍慢于默认的工作频率，因此，闪频光的周期时间与依照预定的帧窗口所包含的时间长度即无法完全同步，此时即无法在图3的步骤S409完成后直接判断出光强对比信息34是否为所欲检测的闪频光，而必须再比较各个索引位置的差异值，以便根据差异值是否具有线性规律来判断光强对比信息34是否为闪频光(图3S411)。

参阅图5，并同时与图4做比较，当帧撷取率与默认检测频率不变，但交流电供电单元10的切换频率因飘移而降低，例如默认切换频率为60赫兹，但实际上只有55赫兹，则图5中的光强对比信息34a的光强变化频率也随之变慢，每一周期时间与帧窗口344所包括的时间即不同步。但由于光强对比信息34a为闪频光，仍具有周期性产生光强变化的特点，因此光强群组G₁到G₃的特征点I₄、I₅及I₆的索引位置a₄、a₅及a₆虽然不相等，但其数值仍线性规律地逐渐增加，亦即a₆数值大于a₅，a₅数值大于a₄。

相对来说，请参阅图6，若光强对比信息34的光强变化频率不变，但帧撷取率增加，例如预定帧撷取率为每秒10000张，而实际速度为每秒12000张，当帧窗口346仍以83个帧的宽度划分时，所包括的时间长度(即短于闪频光的闪烁周期时间的长度，使得光强群组G₁到G₃的特征点I₇、I₈及I₉的索引位置a₇、a₈及a₉不同，但其数值亦线性规律地逐渐增加。

再参照图7，说明其他条件不变，而光强对比信息34b中的光强变化频率增快时，帧窗口344所包括的时间将长于光强变化的周期时间，使得光强群组G₁到G₃的特征点I₁₀、I₁₁及I₁₂的索引位置a₁₀、a₁₁及a₁₂线性规律地逐渐减少。

同样地，在其他条件不变，而帧撷取率降低的情形下，如图8所示，相同帧数所产生的帧窗口348所包括的时间长度长于光强对比信息34的一个光强变化周期时间，因此光强群组G₁到G₃的特征点I₁₃、I₁₄及I₁₅的索引位置a₁₃、a₁₄及a₁₅数值线性规律地逐渐减少。

参照图9，显示各个光强群组的特征点的索引位置关系图，其中，横轴代表时间，纵轴代表特征点的索引位置。虚线501代表各个光强群组中的特征点的索引位置皆相同，对应的是图4中各个特征点的的索引位置；虚线503代表特征点的索引位置数值逐渐增加，对应到图5及图6的情况下所计算出的索引位置；而虚线505则代表特征点的索引位置数值随时间经过逐渐降低，对应到图7及图8的情况下所计算出的索引位置。

而为了判断各特征点的索引位置的变化是否具有线性规律，可将相邻的索引位置数值相减，或将索引位置数值进行对时间的微分，根据相减后的差值或微分后的微分值是否维持相同常数而得知索引位置的差异是否具线性规律。图9所示数据经微分后得到的结果如图10所示，其中，虚线601为虚线501微分后所得到的结果，由于虚线501的数值为一常数，经微分后的结果即为0；虚线603为虚线503微分后的结果，计算出为正数的一常数；虚线605则为虚线505微分后所得到的结果，为负数的一常数。

在另一个实施例中，判断索引位置的差异值是否具线性规律的方法，可对相减或微分后的索引位置差异值再次相减或再次微分，以获得二次差值或二次微分值，若受检测的光强对比信息确为闪频光，计算出来的二次差值或二次微分值应为0，处理单元即可依二次相减或二次微分的结果，判断受测的光强对比信息是否为闪频光。

由此可知，即使在帧撷取率或闪频光的闪烁速率有飘移的情形，使得闪频光的光强变化周期时间与帧窗口所包括的时间不同步时，仍可根据闪频光的光强变化具有线性规律的特点，判断感测单元所接收到的帧中的光强对比信息是否为特定频率的闪频光。

线性传感器或面型传感器可同时感测多个像素，亦即每个由感测单元所感测到的帧里的各个像素都包含可用以供检测和运算的光强信息。因此，采用本发明所揭示的检测手段来检测闪频光的影像感测装置，在已知帧撷取率的前提下，可同时设定多个不同的预定检测频率，例如欲同时检测光强对比信息是否为100赫兹或120赫兹的闪频光时，即可分别选定帧中不同像素(如选取两个像素、或将像素分为两组)，根据多个帧中同一个像素位置所感测到的光强而产生的光强对比信息，分别根据100赫兹及120赫兹的帧窗口宽度，测试光强对比信息是否为符合100赫兹或120赫兹的闪频光。

综上所述，本发明已揭示一种利用闪频光的光强信息有周期性及线性规律变化的特点，无需在影像感测装置额外设置任何频率辨识元件，即可根据需求检测任何频率、甚至可同时检测多种频率的闪频光。

并且，本发明用以判断光强对比信息有无线性规律的指标为光强最大值或最小值的“位置”，而非光强“值”本身，不易受到光强对比信息中的数值大小变化而影响判断的结果。

此外，采用本发明的技术手段检测闪频光时，对帧撷取率及闪频光的频率有高度容忍性。如上述图4至图7的示意图与相关说明，即使影像感测装置或供电单元撷取帧的速度或电流切换的频率飘移，仍可通过检测特征点的索引位置的线性规律而正确判断出闪频光的存在与否与其闪烁的频率。

但是，上述各实施例当中的项目及元件，仅为阐述本发明所举的示例，并非限制所请求保护的范围的意图。凡遵循本发明的精神及根据本发明所揭示的技术手段，而进行微幅的修改或改变，亦属本发明所保护的范畴。

Claims

1.一种影像感测装置检测闪频光的方法，该影像感测装置包括一感测单元及一处理单元，其特征在于，包括：

依据一帧撷取率连续感测多个帧，所述多个帧分别包括光信号；

根据光信号产生一光强对比信息；

依据一预定检测频率及该帧撷取率计算一帧窗口宽度；

将该光强对比信息依据该帧窗口宽度依序划分为多个光强群组；

辨识每一所述光强群组中的一特征点，并记录该特征点于该光强群组中的一索引位置，每一所述特征点分别为每一所述光强群组中的一最大光强值或一最小光强值；

分别计算相邻的所述光强群组的所述索引位置的一差异值；及

判断所述差异值的变化是否具有线性规律，以根据判断结果辨别该光强对比信息是否为所欲检测的该闪频光。

2.如权利要求1所述的影像感测装置检测闪频光的方法，其特征在于，判断所述差异值的变化是否具有线性规律的步骤后，更包括：

当所述差异值的变化具有线性规律时，该光强对比信息为符合该预定检测频率的该闪频光。

3.一种影像感测装置检测闪频光的方法，其特征在于，该方法包括：

连续感测及接收光信号，并根据光的强度变化产生一光强对比信息；

根据一预定检测频率划分该光强对比信息为多个光强群组，每一所述光强群组中包括一特征点，每一所述特征点分别为每一所述光强群组中的一最大光强值或一最小光强值；

记录每一所述特征点于所在的所述光强群组中的一索引位置；

分别计算时间相邻的所述光强群组的所述索引位置的一差异值；

判断所述差异值的变化是否具线性规律，以辨别该光强对比信息是否为符合该预定检测频率的该闪频光。

4.如权利要求3所述的影像感测装置检测闪频光的方法，其特征在于，判断所述差异值的变化是否具线性规律的步骤后包括：

当所述差异值的变化具线性规律，则判断该光强对比信息是该闪频光；及

当所述差异值的变化不具线性规律，则判断该光强对比信息非该闪频光。

5.如权利要求3所述的影像感测装置检测闪频光的方法，其特征在于，计算所述特征点的该差异值的步骤中包括：

分别将时间相邻的所述光强群组中该特征点的该索引位置相减，或分别将所述索引位置进行对时间的微分。

6.一种可检测闪频光的影像感测装置，其特征在于，包括：

一感测单元，依据一帧撷取率连续感测多个帧，所述多个帧分别包括不同强度的光信号，该感测单元根据所述光信号产生一光强对比信息；及

一处理单元，依序划分该光强对比信息为多个光强群组，辨识每一所述光强群组中的一特征点的一索引位置，并分别计算相邻的所述光强群组的所述索引位置的一差异值，每一所述特征点分别为每一所述光强群组中的一最大光强值或一最小光强值；

其中，该处理单元根据所述差异值的变化是否具线性规律判断该光强对比信息是否为符合一预定检测频率的该闪频光。

7.如权利要求6所述的可检测闪频光的影像感测装置，其特征在于，该处理单元根据该帧撷取率及该预定检测频率计算一帧窗口宽度，该光强对比信息依据该帧窗口宽度划分为所述光强群组。