CN102238325A - 数字成像装置与相关的物件检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出的数字成像装置之一，包含有：一光源模组；一影像同步讯号产生电路，用来产生一影像同步讯号；以及一光源控制器，耦接于该光源模组与该影像同步讯号产生电路，用来产生与该影像同步讯号同步且频率相对应的光源控制讯号，以控制该光源模组的光线输出。利用光源控制器依据该影像同步讯号来控制该光源模组的光线输出时机和强弱，可提升数字成像装置撷取影像时的光线量，以减轻或避免数字成像装置成像过暗或对比过低的问题。

Description

数字成像装置与相关的物件检测系统

技术领域

本发明有关数字成像技术，尤指一种内建光源模组的发光模式与影像撷取频率(image acquisition frequency)相对应的数字成像装置与相关的物件检测系统。

背景技术

数字成像技术的应用领域相当广泛，诸如数字相机、数字摄影机、数字显微量测(microscopic measurement)、影像物件自动辨识等许多应用，都需仰赖数字成像技术才能实现。

数字成像技术的效能对于影像品质有很大的影响，尤其是对影像细节部份的影像品质影响最为明显。影像成像时若环境光线不足，会造成影像过暗、对比度过低等问题。数字成像装置与标的物件之间若有相对移动，也容易导致影像有动态模糊(motion blur)的问题发生。这些状况都会对影像细节部份的影像品质造成负面影响。

然而，对于数字显微摄影、显微量测、影像辨识、自动检测系统等许多应用而言，影像细节部分的清晰度是非常重要的。影像细节部分的清晰度不足或是过于模糊，很容易导致后续处理或判断上的错误，会降低整体系统的效能和可靠度。

发明内容

有鉴于此，如何减轻或解决习知数字成像技术领域中关于影像成像品质的缺失，实系业界有待解决的问题。

本说明书提供了一种数字成像装置的实施例，其包含有：一光源模组；一影像同步讯号产生电路，用来产生一影像同步讯号；以及一光源控制器，耦接于该光源模组与该影像同步讯号产生电路，用来产生与该影像同步讯号同步且频率相对应的光源控制讯号，以控制该光源模组的光线输出。

另一种数字成像装置的实施例包含有：一光源模组；以及一光源控制器，用来接收一影像控制讯号，并将该光源模组的发光模式设定成与该影像控制讯号相对应。

本说明书还提供了一种物件检测系统的实施例，其包含有：一承载装置，用来承载一标的物件；一影像感测电路，用来感测该标的物件的影像，以及产生一影像同步讯号；一主机，耦接于该影像感测电路，用来对该影像感测电路感测到的影像的局部或全部进行影像处理；一光源模组；一光源控制器，耦接于该影像感测电路及该光源模组，用来依据该影像同步讯号产生工作周期小于100％的光源控制讯号，以控制该光源模组的光线输出；以及一控制电路，用来自该主机接收该影像感测电路、该光源模组、及该光源控制器工作所需的电力。

前述实施例的优点之一是，可以确保数字成像装置撷取影像时有充足的光线，以减轻或避免数字成像装置成像过暗或对比过低的问题。

前述实施例的另一优点是，可大幅减轻数字成像装置与标的物件间的相对运动可能会对成像画质造成的不良影响，对于静态影像或是即时影像的数字成像画质都能显著提升。

前述实施例的另一优点是，当数字成像装置是以手持方式使用时，可有效减轻或消除使用者的手部晃动对于数字成像装置的成像画质可能造成的不良影响。

附图说明

图1为本发明的物件检测系统的一实施例简化后的示意图。

图2为本发明的数字成像装置的一实施例简化后的功能方块图。

图3至图5为图2中的光源控制器所产生的光源控制讯号的不同实施例的示意图。

【主要元件符号说明】

100物件检测系统

102标的物件

110数字成像装置

120主机

122处理器

124储存模组

130显示器

140承载装置

210控制电路

220影像感测电路

230光源控制器

240光源模组

具体实施方式

在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中技术人员应可理解，同样的元件可能会用不同的名词来称呼。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来做为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来做为区分的基准。在通篇说明书及后续的权项当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于…」。另外，「耦接」一词在说明书及后续的权项当中，包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，代表该第一装置可直接(包含通过电性连接或无线传输、光学传输等讯号连接方式)连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电性或讯号连接至该第二装置。

图1所绘示为本发明一实施例的物件检测系统100简化后的示意图。如图1所示，物件检测系统100包含有数字成像装置110、主机120、显示器130、以及承载装置140。数字成像装置110与显示器130耦接于主机120。在本实施例中，主机120包含有处理器122及储存模组124，其中储存模组124可用来储存物件检测系统100工作所需的程序数据和影像数据。

数字成像装置110可以用数字相机、数字摄影机、数字显微镜、或任何其他影像感测装置的形式来实现。以下将进一步说明数字成像装置110的工作方式。

图2为本发明一实施例的数字成像装置110简化后的功能方块图。在本实施例中，数字成像装置110包含有控制电路210、耦接于控制电路210的影像感测电路220和光源控制器230、以及耦接于光源控制器230的内建光源模组240。在工作时，控制电路210会通过预定的传输接口(例如USB接口、1394接口等等)耦接于主机120，并可自一外部装置(例如主机120)接收数字成像装置110工作所需的电力。在一实施例中，数字成像装置110内建的光源模组240可用LED装置来实现，以节省所需的电力。

影像感测电路220可包含一或多个CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor)感测器、CCD(Charge Coupled Device)感测器、CMOS/CCD混合式感测器、CID(Charge Injection Device)感测器、或是其他感光元件，用来感测置放于承载装置140上的标的物件102的影像，并产生相对应的影像讯号。影像感测电路220在工作时会产生影像同步讯号，例如帧同步(framesynchronization)讯号、垂直同步(V-sync)讯号、及/或水平同步(H-sync)讯号等。影像感测电路220会将影像同步讯号和所产生的影像讯号一同传送至控制电路210。

如前所述，若数字成像装置110进行影像感测时的环境光线不足、或是数字成像装置110与标的物件102之间有相对移动，都会对影像品质(尤其是影像细节部份的画质)造成影响。举例而言，物件检测系统100在工作时可能会因为某些内外部环境因素而有些微的振动产生，例如承载装置140在搬运标的物件的过程中的机械运转产生的振动。这会造成数字成像装置110在对标的物件102进行影像感测的期间，数字成像装置110与标的物件102两者之间会有些许的相对运动发生。

为了提升数字成像装置110的影像成像品质，一实施例中的影像感测电路220在影像感测的过程中，会产生并传送一影像控制讯号至光源控制器230。影像控制讯号可用来指示影像感测电路220进行影像撷取的时间点或周期，而不是光源控制器230工作时使用的一般时钟讯号。实践中，该影像控制讯号可以用前述的影像同步讯号(例如帧同步讯号、垂直同步讯号或水平同步讯号)来实现，也可用频率为该影像同步讯号的整数倍、且同步于该影像同步讯号的较高频讯号来实现。

光源控制器230接收到影像感测电路220产生的影像控制讯号时，会产生与该影像控制讯号频率相对应的光源控制讯号，以控制光源模组240的发光模式。在一实施例中，光源控制器230会产生与该影像控制讯号同步，且频率与该影像控制讯号相同的光源控制讯号，如图3所示。

在图3的实施例中，光源模组240会在受到光源控制讯号的边缘触发时发光。倘若该影像控制讯号是用帧同步讯号或垂直同步讯号来实现，则光源模组240的发光频率便会与影像感测电路220的影像撷取频率相同，且光源模组240的发光期间只会发生在影像感测电路220进行影像撷取的时候。

在图4所绘示的另一实施例中，光源控制器230会产生与该影像控制讯号同步，且频率同样与该影像控制讯号相同的光源控制讯号。与前述图3的实施例的差异在于，在图4的实施例中，光源控制器230会将光源控制讯号一直维持在有效电平(例如一第一预定电压值)以上。但光源控制器230在受到影像控制讯号的边缘触发时，会拉高光源控制讯号当时的脉冲电平(例如拉高到一第二预定电压值)，或是增加光源控制讯号当时的脉冲宽度。因此，虽然光源模组240一直都会发光，但在光源控制器230受到影像控制讯号的边缘触发时，光源模组240的发光强度会提升。例如，光源控制器230每次受到影像控制讯号的边缘触发时，可对输出的光源控制讯号施加一过冲(overshot)电压，以提升光源控制讯号当时的脉冲电平(或增加光源控制讯号当时的脉冲宽度)。

如此一来，倘若该影像控制讯号是用帧同步讯号或垂直同步讯号来实现，则在影像感测电路220进行影像撷取的期间，光源模组240便会输出更多的光线照明标的物件102。

在另一实施例中，光源控制器230会产生与该影像控制讯号同步，且频率是该影像控制讯号的整数倍的光源控制讯号，如图5所示。倘若该影像控制讯号是用帧同步讯号或垂直同步讯号来实现，则光源模组240的发光频率会是影像感测电路220的影像撷取频率的整数倍，所以在每次影像感测电路220进行影像撷取的期间，光源模组240都会发光以照明标的物件102。

在另一实施例中，该影像控制讯号是用水平同步讯号来实现。此时，光源控制器230会产生与该水平同步讯号同步，但频率低于该水平同步讯号的光源控制讯号。例如，光源控制器230可产生与该水平同步讯号同步、但频率与垂直同步讯号或帧同步讯号相同的光源控制讯号。如此，光源模组240的发光频率便会与影像感测电路220的影像撷取频率相同，所以在影像感测电路220进行影像撷取的期间，光源模组240都会发光以照明标的物件102。

在前述的部分实施例中，光源控制器230所产生的光源控制讯号的工作周期小于100％，所以光源模组240会在受到光源控制讯号的边缘触发时发光，但不会一直处于发光状态，可降低数字成像装置110工作时所需的电力。

实践中，影像感测电路220所产生的影像控制讯号的频率也可低于影像同步讯号的频率。例如，在一实施例中，影像感测电路220所产生的影像控制讯号的频率是影像同步讯号频率的一半。在此情况下，光源控制器230可产生频率是该影像控制讯号两倍的光源控制讯号，以使产生的光源控制讯号与影像感测电路220撷取影像的动作同步。

在前述实施例中，影像控制讯号是由影像感测电路220所产生。这仅是示例性的说明，而非局限数字成像装置110的实际实施方式。例如，影像控制讯号也可改由控制电路210产生，并传送至光源控制器230。在一实施例中，控制电路210可将影像感测电路220传送过来的帧同步讯号或垂直同步讯号，当作影像控制讯号传送给光源控制器230。在另一实施例中，控制电路210可先将影像感测电路220产生的帧同步讯号或垂直同步讯号升频或降频，再将升频或降频后的讯号当作影像控制讯号传送给光源控制器230。在另一实施例中，控制电路210也可将影像感测电路220传送过来的水平同步讯号降频后，当作影像控制讯号传送给光源控制器230。

光源控制器230依据控制电路210产生的影像控制讯号，来产生光源控制讯号以控制光源模组240的发光模式的方式，与前述的实施例相类似，为简洁起见，在此不再重复说明。

从电路功能的一角度而言，前述的影像感测电路220或控制电路210，可以看成是用来产生影像同步讯号的影像同步讯号产生电路。

依据前述的说明，光源控制器230会依据影像感测电路220或是控制电路210所产生的影像控制讯号(或影像同步讯号)，来控制光源模组240的发光模式，使光源模组240在影像感测电路220进行影像撷取的期间发光，或是提高光源模组240在影像感测电路220撷取影像期间输出的光线强度。这样的作法可以确保影像感测电路220撷取影像时有充足的光线，以减轻或避免数字成像装置110成像过暗或对比过低的问题。

如此一来，便能缩短影像感测电路220撷取影像时所需的曝光时间，进而大幅减轻数字成像装置110与标的物件102两者间的相对运动，可能会对成像画质造成的不良影响。因此，前述的方式对于静态影像或是即时影像的数字成像画质，都能有显著的提升。

实践中，光源控制器230若控制光源模组240的发光频率达每秒60次以上，则人眼就不易感觉到光源模组240的闪烁现象。

接着，控制电路210会将影像感测电路220所产生的关于标的物件102的影像讯号，传输至主机120。主机120的处理器122会依据储存模组124中的电脑程序设定，对感测影像的局部或全部进行影像辨识、影像量测、或影像分析等后续处理，以检测标的物件102是否符合预定的品管规格。由于前述的数字成像装置110能有效提升感测影像的细节部分的画质，故可减少处理器122进行影像处理或判断上的错误，进而改善物件检测系统100的准确性。

处理器122也可将数字成像装置110感测到的影像，及/或处理器122的影像检测结果显示于显示器130上，供品管人员监看标的物件102的品管检验过程或影像分析参数。完成标的物件102的检测之后，处理器122会指示承载装置140移动或切换至下一个待检测的标的物件，以重复前述的工作。在物件检测系统100设计成全自动工作的部分实施例中，也可以将显示器130省略。

在前述的说明中，数字成像装置110的实施方式是以其在物件检测系统100上的应用来描述，但这只是示例性的说明，而非局限数字成像装置110的实际应用领域。前述的数字成像装置110可应用在许多方面，包含(但不限定于)汽车领域方面的应用、医学相关领域的应用、工业领域的应用、教育领域的应用、以及休闲娱乐领域的应用等等。

此外，当数字成像装置110是以手持方式使用时，前述光源控制器230控制光源模组240发光模式的方式，可有效减轻或消除使用者的手部晃动对于数字成像装置110的成像画质可能造成的不良影响，而达到防手震的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (20)

1.一种数字成像装置，其包含有：

一光源模组；

一影像同步讯号产生电路，用来产生一影像同步讯号；以及

一光源控制器，耦接于该光源模组与该影像同步讯号产生电路，用来产生与该影像同步讯号同步、且频率相对应的光源控制讯号，以控制该光源模组的光线输出。

2.如权利要求1所述的数字成像装置，其中该影像同步讯号包含一帧同步讯号、一垂直同步讯号或一水平同步讯号。

3.如权利要求2所述的数字成像装置，其中该光源控制讯号的频率与该影像同步讯号相同。

4.如权利要求2所述的数字成像装置，其中该光源控制讯号的频率为该影像同步讯号频率的整数倍。

5.如权利要求2所述的数字成像装置，其中该影像同步讯号的频率为该光源控制讯号频率的整数倍。

6.如权利要求1所述的数字成像装置，其中该影像同步讯号产生电路包含有一影像感测电路，用来感测一标的物件的影像。

7.如权利要求1所述的数字成像装置，其中该影像同步讯号产生电路包含有一控制电路，且该控制电路还会自一外部装置接收该数字成像装置工作所需的电力。

8.如权利要求1所述的数字成像装置，其中该光源控制器会在该影像同步讯号边缘触发时，拉高该光源控制讯号当时的脉冲电平、或是增加该光源控制讯号当时的脉冲宽度。

9.一种数字成像装置，其包含有：

一光源模组；以及

一光源控制器，用来接收一影像控制讯号，并将该光源模组的发光模式设定成与该影像控制讯号相对应。

10.如权利要求9所述的数字成像装置，其中该光源控制器会将该光源模组的发光频率设为与该影像控制讯号相同。

11.如权利要求9所述的数字成像装置，其中该光源控制器会将该光源模组的发光频率设为该影像控制讯号频率的整数倍。

12.如权利要求9所述的数字成像装置，其中该光源控制器会将该光源模组的发光频率设为低于该影像控制讯号的频率，且该影像控制讯号的频率是该光源模组发光频率的整数倍。

13.如权利要求9所述的数字成像装置，其另包含有：

一影像感测电路，用来产生该影像控制讯号，其中该影像控制讯号与该影像感测电路进行影像撷取的时间点或周期相对应。

14.如权利要求9所述的数字成像装置，其另包含有：

一控制电路，用来产生该影像控制讯号，且该控制电路还会自一外部装置接收该数字成像装置工作所需的电力。

15.如权利要求9所述的数字成像装置，其中该影像控制讯号与一影像感测电路进行影像撷取的时间点或周期相对应，而该光源控制器会控制该光源模组在该影像感测电路进行影像撷取的期间发光，或是提高该光源模组在该影像感测电路进行影像撷取的期间输出的光线强度。

16.一种物件检测系统，其包含有：

一承载装置，用来承载一标的物件；

一影像感测电路，用来感测该标的物件的影像，以及产生一影像同步讯号；

一主机，耦接于该影像感测电路，用来对该影像感测电路感测到的影像的局部或全部进行影像处理；

一光源模组；

一光源控制器，耦接于该影像感测电路及该光源模组，用来依据该影像同步讯号产生工作周期小于100％的光源控制讯号，以控制该光源模组的光线输出；以及

一控制电路，用来自该主机接收该影像感测电路、该光源模组、及该光源控制器工作所需的电力。

17.如权利要求16所述的物件检测系统，其中该光源控制器会控制该光源模组在该影像感测电路进行影像撷取的期间发光。

18.如权利要求16所述的物件检测系统，其中该光源控制器会控制该光源模组提高在该影像感测电路进行影像撷取的期间输出的光线强度。

19.如权利要求16所述的物件检测系统，其中该光源控制讯号会与该影像感测电路撷取影像的动作同步。

20.如权利要求19所述的物件检测系统，其中该光源控制讯号的频率会与该影像感测电路的影像撷取频率相对应。

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