CN102298452A - 调整光学感应模块的曝光条件的方法与其光学感应模块 - Google Patents

Abstract

一种调整光学感应模块的曝光条件的方法与其光学感应模块。光学感应模块用于一指向装置。此方法包括：(A)接收由一工作面所反射的一反射光；(B)根据反射光照射光学感应模块而产生一图像信号，图像信号包含多个亮度信号以及一图像质量信号；(C)根据部分亮度信号，设定光学感应模块的一曝光条件；(D)重复步骤(B)与步骤(C)，以不同的曝光条件，使光学感应模块产生多个图像质量信号；(E)根据不同的曝光条件下的图像质量信号，设定对应工作面的最佳曝光条件。通过本发明上述提供的方法与装置，光学感应模块可自动调整其曝光条件，以使光学感应模块可适应不同的工作面，减低因为工作面所反射的光线明亮不均，而造成判断移动方向与距离时产生偏差的机率。

Description

调整光学感应模块的曝光条件的方法与其光学感应模块

技术领域

本发明涉及一种调整曝光条件方法与其光学感应模块，特别涉及一种调整光学感应模块的曝光条件的方法与运用此方法的光学感应模块。

背景技术

在现今的日常生活中，图像撷取装置已经被广泛的使用于日常生活中。图像撷取装置利用光传感器撷取图像并转换为数字信号后，这些数字信号可被储存下来。通过图像撷取装置撷取到的数字信号，再配合数字图像处理的技术，即可设计出各种形形色色的应用。

图像撷取装置也可使用于一般的指向装置，比如说鼠标。指向装置可发射光线一表面，并由图像撷取装置撷取从此表面反射的光线。在经过适当的取样后，指向装置可获得多个时间点上的图像。指向装置中的数字处理器，可比对相邻时间点上的图像，根据图像中像素的亮度差值作为基础，以判断指向装置移动的方向与距离。

然而，当指向装置工作于不同表面时，这些不同的表面反射光线的强度也都会因为表面的材质而有所不同。因此，指向装置所接收到的反射光的强度也会随之不同。若是以相同的光学条件进行反射光的撷取，可能会产生明亮不均的现象，使得指向装置在判断移动方向与距离时产生偏差。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明系提出一种调整一光学感应模块的曝光条件的方法。光学感应模块用于一指向装置。此方法包括：(A)接收由一工作面所反射的一反射光；(B)根据反射光照射光学感应模块而产生一图像信号，图像信号包含多个亮度信号以及一图像质量信号；(C)根据部分亮度信号，设定光学感应模块的一曝光条件；(D)重复步骤(B)与步骤(C)，以不同的曝光条件，使光学感应模块产生多个个图像质量信号；(E)根据不同的曝光条件下的图像质量信号，设定对应工作面的最佳曝光条件。

此一方法更包括以下步骤：(F)根据多个个图像信号，进行运动估测程序，以产生一可靠度值信号；(G)当可靠度值信号低于一门坎值时，重新执行步骤(A)至步骤(E)。

本发明系另提出一种光学感应模块，用于一指向装置。指向装置通过与一工作面发生相对运动，并利用光学感应模块检测相对运动而产生一位移信号。光学感应模块包括多个个光学感应单元与处理器。

多个个光学感应单元用以周期性地接收由工作面反射的反射光，并依序产生多个个图像信号。每一图像信号包含多个亮度信号以及图像质量信号。

处理器用以根据每个图像信号的部分亮度信号，依序设定该光学感应模块的一曝光条件，以及根据不同曝光条件下的该图像质量信号，设定对应该工作面的一最佳曝光条件。

其中，曝光条件是为光学感应模块的曝光时间及曝光强度其中之一，或是为反射光的光强度。

通过以上的流程与装置，光学感应模块可自动调整其曝光条件，以使光学感应模块可适应不同的工作面，减低因为工作面所反射的光线明亮不均，而造成判断移动方向与距离时产生偏差的机率。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为根据本发明所适用的图像撷取装置的架构示意图；

图2为本发明所揭露的调整一光学感应模块的曝光条件的方法的第一实施例的流程图；以及

图3为本发明所揭露的调整一光学感应模块的曝光条件的方法的第二实施例的流程图。

其中，附图标记

10光学感应模块

12发光装置

14光学感应单元

16记忆体

18处理器

具体实施方式

以下在实施方式中进一步详细说明本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求范围及附图，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

图1为根据本发明所适用的图像撷取装置的架构示意图。关于本发明所适用的图像撷取装置可以是但不限于图1所示的架构。

请参考图1，光学感应模块10可包括发光装置12、多个光学感应单元14、记忆体16以及处理器18。

发光装置12发出光线至一工作表面，发光装置12可为发光二极管或是激光发光装置。光线被发射至工作表面后，且被反射，此反射光线可被多个光学感应单元14所接收。

多个光学感应单元14固定周期地或是非固定周期地接收反射光。多个光学感应单元14可为电荷耦合组件(Charge-coupled Device，CCD)或是互补式金属氧化层半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)，多个光学感应单元14之中的每一个是代表一个像素(pixel)。多个光学感应单元14在接收到反射光，并经过模拟数字转换后，即可在时间上依序产生多个图像信号。每一个图像信号包含多个亮度信号与图像质量信号。亮度信号可为多个位的灰阶值或是二值化的图像信号。多个光学感应单元14可通过调整曝光时间的长短或是曝光强度，来改变图像信号的亮度值。

记忆体16可用以储存多个图像信号。处理器18可为微处理器、微控制器、特定应用集成电路(Application-specific integrated circuit，ASIC)或是场效可程序化门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)，处理器18除了可用来控制发光装置12、光学感应单元14与记忆体16之外，并且可用以执行本发明所提出的拍摄参数调整方法。

在本发明中，处理器18用以根据每个图像信号中的部分等亮度信号，依序设定光学感应模块10的一曝光条件。光学感应模块10根据多个不同的曝光条件产生多个图像信号。并从这些图像信号之中，根据图像质量信号，选取其中一个图像的曝光条件作为最佳曝光条件。

以上述叙了本发明装置上的特征，至于详细步骤，兹说明如下。

请参照图2，为本发明所揭露的调整一光学感应模块的曝光条件的方法的第一实施例的流程图。

在步骤S101中，是先由发光装置12发出光线至一工作表面，再由光学感应模块10中的多个光学感应单元14接收反射光。

在步骤S103中，在接收反射光后，光学感应模块10将反射光经过处理而产生图像信号。每个图像信号包括多个亮度信号与一个图像质量信号。图像信号是由多个像素所组成，每个像素是对应一个亮度信号。图像质量信号是代表图像信号的对比值，对比值定义为亮度信号中的最大值(或是像素分组后的平均值最大的一组)与最小值(或是像素分组后的平均值最小的一组)彼此之间的比值。

在步骤S105中，是将光学感应单元14被区分成多个区块，也就是将上述的多个图像信号区分成多组。每个区块较佳为方格。处理器18根据分割好的多个区块，分别计算每个区块的亮度平均值。每个区块的亮度平均值定义为此区块内的所有像素的亮度信号的算数平均值或是加权平均值。

在此实施例中，可将上述的区块依据亮度值的大小排列进行排列。处理器18从这些区块中，选取一个或是多个区块，将选取区块中所有像素的亮度信号的值进行平均，以得到亮度信号的平均值。

之后，处理器18再根据一个设定的目标亮度值，通过比较目标亮度值与亮度信号的平均值，产生差异信号。差异信号可为目标亮度值与亮度信号平均值相减后所得到的数值。利用差异信号，光学感应模块10的曝光条件即可被调整。此处所述的调整曝光条件可为调整光学感应单元14的曝光时间、曝光强度或是调整曝光时间与曝光强度的组合，也或是改变发光装置12发出光线的大小，以调整反射光的光强度。

举例而言，假设图像信号区分成25个区块，每个区块依据亮度平均值排列，由高至低分别命名为B1、B2、B3、...、B25。在此种方法中，选取排序后的连续多个区块，比如说选取区块B1至B5。再计算区块B1至B5中所有像素亮度信号的平均值，并根据此平均值调整曝光条件。而在下一次执行此步骤时，则是选取B2至B6，且计算区块B2至B6中所有像素亮度信号的平均值，并根据此平均值调整曝光条件。此步骤可重复被执行，一直至选取到区块B21至B25为止。

若是区块B1至B5中所有像素亮度信号的平均值为”100”，而设定的目标亮度值为”150”。此时的差异信号为”+50”，也即代表被选取的区块的亮度偏暗。处理器18可加长光学感应单元14的曝光时间、加强光学感应单元14的曝光强度或是增加发光装置12发光强度。

若是区块B21至B25中所有像素亮度信号的平均值为”200”，而设定的目标亮度值为”150”。此时的差异信号为”-50”，也即代表被选取的区块的亮度偏亮。处理器18可减短光学感应单元14的曝光时间、减低光学感应单元14的曝光强度或是减少发光装置12发光强度。

调整拍摄参数时，可设定在时间上相邻的一张即调整完成或是以多阶段的方式完成。若是以多阶段的方式，可以设定多个渐进增加或减少的目标值。举例而言，若是平均值为”50”，而最后的目标值为”180”。在第一次调整时，先将亮度值调整至”100”，之后，再调整至”140”，最后，才调整至目标值”180”。也就是说，需要经过撷取三张图像的时间后，图像的亮度才可调整至目标值。

再调整完曝光条件之后，光学感应模块10即可用新的曝光条件撷取一个新的图像信号。并且，光学感应模块10可分析此图像信号，以得到对应此图像信号的图像质量信号。

之后，在步骤S107中，是为重复S103与S105，即可以得到多个图像信号以及对应此多个图像信号的多个图像质量信号。

承上述之例，光学感应模块10可根据不同区块(比如说区块B1-B5，区块B2-B6，区块B3-B7...区块B21-B25)调整不同的曝光条件。在不同的曝光条件下，光学感应模块10可撷取到多个图像信号，并且对应产生不同的图像质量信号。

最后，在步骤S109中，待产生了多组不同的图像信号后，可在这些图像信号中，选取具有最佳图像质量信号的其中一个图像信号，并且利用此图像信号的曝光条件，做为设定对应该工作面的一最佳曝光条件。

通过以上的步骤，光学感应模块10可自动调整其曝光条件，以使光学感应模块10可适应不同的工作面，减低因为工作面所反射的光线明亮不均，而判断移动方向与距离时产生偏差的机率。

为了进一步提高判断移动方向与距离的准确率，本发明还提出一实施例。请参照图3，为本发明所揭露的调整一光学感应模块的曝光条件的方法的第二实施例的流程图。

步骤S201至步骤S209与步骤S101至步骤S109相同，因此不在此赘述。

在步骤S211中，处理器18是根据多个图像信号，进行一运动估测程序，以产生一可靠度值信号。运动估侧程序是会针对时间顺序上前后相邻的图像信号进行处理。处理器18可在时间顺序上位于前者的图像信号找寻出一图像特征，并且在位于后者的图像信号中搜寻与此图像特征相近似的辨识结果。这些辨识结果与图像特征的差异可转换为成本函数。处理器18会根据成本函数，选择出最近似的辨识结果与次近似的辨识结果，并且计算最近似的辨识结果的成本函数与次近似的辨识结果的成本函数之间的差距，做为可靠度值信号。若是成本函数之间的差距越大，则代表可靠度值越高，反之亦然。

在步骤S213中，处理器18会根据一个预设的门坎值，判断可靠度值信号与门坎值相对大小。若是可靠度值信号小于门坎值，即有代表目前的曝光条件可能已经不适合此时的工作面。因此，处理器18会重新执行步骤S201至步骤S209，以产生另外一个曝光条件，以适应此时的工作面。

通过上述的方法，进一步提高判断移动方向与距离的准确率

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (17)

1.一种调整光学感应模块的曝光条件的方法，该光学感应模块用于一指向装置，其特征在于，该方法包括：

(A)接收由一工作面所反射的一反射光；

(B)根据该反射光照射该光学感应模块而产生一图像信号，包含多个亮度信号以及一图像质量信号；

(C)根据部分该多个亮度信号，设定该光学感应模块的一曝光条件；

(D)重复该步骤(B)与该步骤(C)，以不同的该曝光条件，使该光学感应模块产生多个该图像质量信号；以及

(E)根据不同的该曝光条件下的该图像质量信号，设定对应该工作面的一最佳曝光条件。

2.根据权利要求1所述的调整光学感应模块的曝光条件的方法，其特征在于，该步骤(B)包括：

将该图像信号区分成多个区块，对应该多个亮度信号；以及

依据一亮度大小，排列该多个亮度信号。

3.根据权利要求2所述的调整光学感应模块的曝光条件的方法，其特征在于，该步骤(C)包括：

依该多个亮度信号的一排列顺序，选取部分该多个亮度信号；

平均该多个亮度信号；以及

根据该多个亮度信号的一平均值，设定该光学感应模块的该曝光条件。

4.根据权利要求3所述的调整光学感应模块的曝光条件的方法，其特征在于，该步骤(D)包括：

依该多个亮度信号的该排列顺序，每次选取不同部分该多个亮度信号以设定不同的该曝光条件；以及

在不同的该曝光条件下，对应产生不同的该图像质量信号。

5.根据权利要求3所述的调整光学感应模块的曝光条件的方法，其特征在于，该步骤(C)还包括：

设定一目标亮度值；

比较该目标亮度值与该多个亮度信号的该平均值，以产生一差异信号；以及

根据该差异信号，设定该光学感应模块的该曝光条件。

6.根据权利要求1所述的调整光学感应模块的曝光条件的方法，其特征在于，该曝光条件，为该光学感应模块的一曝光时间及一曝光强度其中之一。

7.根据权利要求1所述的调整光学感应模块的曝光条件的方法，其特征在于，该曝光条件，为该反射光的一光强度。

8.根据权利要求1所述的调整光学感应模块的曝光条件的方法，其特征在于，该图像质量信号代表该图像信号的一平均对比度。

9.根据权利要求1所述的调整光学感应模块的曝光条件的方法，其特征在于，还包括：

(F)根据该多个图像信号，进行一运动估测程序，以产生一可靠度值信号；以及

(G)当该可靠度值信号低于一门坎值时，重新执行该步骤(A)至该步骤(E)。

10.一种光学感应模块，用于一指向装置，该指向装置通过与一工作面发生一相对运动，并利用该光学感应模块检测该相对运动而产生一位移信号，其特征在于，该光学感应模块包括：

多个光学感应单元，用以周期性地接收由该工作面反射的一反射光，并依序产生多个图像信号，每一该图像信号包含多个亮度信号以及一图像质量信号；以及

一处理器，用以根据该每个图像信号的部分该多个亮度信号，依序设定该光学感应模块的一曝光条件，以及根据不同曝光条件下的该图像质量信号，设定对应该工作面的一最佳曝光条件。

11.根据权利要求10所述的光学感应模块，其特征在于，该多个光学感应单元被区分成多个区块，对应该多个亮度信号，该处理器用以依据一亮度大小，排列该多个亮度信号，并依照该多个亮度信号的一排列顺序，选取并平均部分该多个亮度信号，而后再根据该多个亮度信号的一平均值，设定该光学感应模块的该曝光条件。

12.根据权利要求11所述的光学感应模块，其特征在于，该处理器依该多个亮度信号的该排列顺序，每次选取不同部分该多个亮度信号以设定不同的该曝光条件；以及在不同的该曝光条件下，对应产生不同的该图像质量信号。

13.根据权利要求11所述的光学感应模块，其特征在于，该处理器比较一目标亮度值与该多个亮度信号的该平均值，以产生一差异信号；并根据该差异信号，设定该光学感应模块的该曝光条件。

14.根据权利要求10所述的光学感应模块，其特征在于，曝光条件，为该光学感应模块的一曝光时间及一曝光强度其中之一。

15.根据权利要求10所述的光学感应模块，其特征在于，该曝光条件，为该反射光的一光强度。

16.根据权利要求10所述的光学感应模块，其特征在于，该图像质量信号代表该图像信号的一平均对比度。

17.根据权利要求10所述的光学感应模块，其特征在于，该处理器还用以根据该多个图像信号，进行一运动估测程序，以产生一可靠度值信号；以及当该可靠度值信号低于一门坎值时，该光学感应模块重新设定另一最佳曝光条件。

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