CN102298470A

CN102298470A - 影像感测模块

Info

Publication number: CN102298470A
Application number: CN2010105094399A
Authority: CN
Inventors: 蔡政男; 吕俊毅; 陈晖暄; 赖鸿庆; 彭元昱; 苏宗敏; 林志新; 林育佳; 许登伟; 林传清
Original assignee: Pixart Imaging Inc
Current assignee: Pixart Imaging Inc
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2030-10-14
Also published as: CN103425356B; CN103425356A; CN102298470B

Abstract

一种影像感测模块，该模块包括影像感测元件和运算元件。所述影像感测元件包括多个像素，用于撷取包括物件影像的操作影像。所述运算元件存储有一温度相关参数与所述物件影像所位于的各像素的位置偏移量的对照表，并根据撷取所述操作影像时相对的温度相关参数，从所述对照表选择变形误差，以校正所述操作影像中所述物件影像的位置。

Description

影像感测模块

技术领域

本发明涉及一种可补偿光学元件形变的影像感测模块，特别涉及一种可针对工作温度的变化所造成光学元件的形变进行补偿的影像感测模块。

背景技术

影像撷取技术普遍用于各式产品，包括光学触控系统、距离量测系统或其他可利用所撷取的影像进行相对应处理的光学应用产品。

一般而言，影像感测模块除了影像感测器，另外通常包括至少一光学元件(Lens)，用于导引外部光线顺利地进入影像感测器的一感光面。然而，影像感测模块在工作时会因为系统运作或环境变化导致工作温度改变。例如在光学触控系统中，触控屏幕在工作时会因为背光模块的作动而导致工作温度上升，因此设置在屏幕表面的影像感测模块的工作温度亦会随之上升，致使该影像感测模块内部的光学元件因温度上升而产生形变。

请参考图1所示，其显示了温度变化影响影像感测模块的示意图。当影像感测模块100的工作温度变化时，影像感测模块100的光学元件(图未示)会产生形变，并造成影像感测模块100的影像感测器的视角(Field of View，FOV)产生变化。

例如图1中，影像感测模块100在工作温度20℃时的视角例如显示为大三角形F₁而在工作温度70℃时的视角例如显示为小三角形F₂。如果此时一个物件O存在于如图所示的一个固定位置时，影像感测模块100在工作温度20℃时可撷取第一影像P₁，其包括物件影像O₁；而在工作温度70℃时可撷取第二影像P₂，其包括物件影像O₂。如图所示，物件O在影像感测模块100所撷取的第一影像P₁和第二影像P₂中的位置之间具有偏移。因此，当影像感测模块100根据所撷取的物件影像O₁、O₂计算物件的坐标时，不同的工作温度下会得到不同的坐标。

有鉴于此，本发明提出一种可消除或至少降低上述现有技术中因温度变化所导致的形变问题的影像感测模块。

发明内容

本发明的目的在于提供一种影像感测模块，其可补偿因工作温度变化而导致其所撷取影像的误差。

本发明提供一种影像感测模块，该模块包括影像感测元件和运算元件。所述影像感测元件包括多个像素，用于撷取包括物件影像的操作影像。所述运算元件存储有一温度相关参数与所述物件影像所位于的各像素的位置偏移量的对照表，并根据撷取所述操作影像时相对的温度相关参数，从所述对照表选择变形误差，以校正所述操作影像中所述物件影像的位置。

一种实施例中，所述影像感测模块还包括温度感测元件，该温度感测元件用于侦测撷取所述操作影像时的工作温度。

一种实施例中，所述温度相关参数为工作温度或所述物件影像所位于的多个像素中至少一个像素位置在不同温度时与基准位置的差距。

本发明提供一种影像感测模块，该模块包括影像感测元件和运算元件。所述影像感测元件在第一时间撷取包括位于固定位置的参考标示的参考标示影像的背景影像，在第二时间撷取包括所述参考标示影像和物件影像的操作影像。所述运算元件根据所述背景影像产生所述参考标示的背景位置，根据所述操作影像产生所述参考标示的参考位置以及所述物件影像的侦测位置，并根据所述参考位置与所述背景位置的差距来修正所述侦测位置。

本发明提一种影像感测模块，该模块包括光学元件、影像感测元件、温度感测元件以及运算元件。所述光学元件用于导引光线至所述影像感测元件。所述影像感测元件根据接收的光线产生操作影像。所述温度感测元件用于侦测所述影像感测模块的工作温度。所述运算元件根据所述工作温度来补偿因该工作温度变化所造成物件影像在所述操作影像的位置偏移。

本发明的影像感测模块一种实施例中，所述对照表包括所述物件影像所位于的各像素位置在不同工作温度时与基准温度时的位置偏移量，或包括根据不同工作温度时所述物件影像所位于的各像素的位置偏移量所求得的至少一补偿函数的系数。

本发明的影像感测模块另一实施例中，所述对照表包括不同差距时所述物件影像所位于的各像素位置与基准位置的位置偏移量，或包括根据不同差距时所述物件影像所位于的各像素的位置偏移量所求得的至少一补偿函数的系数。

附图说明

图1为本发明一实施例中光学元件受温度上升导致影像感测模块视角改变的示意图；

图2为本发明一实施例的影像感测模块所撷取物件影像所位于的各个像素位置相对不同工作温度的位置偏移量的示意图；

图3A～图3D为本发明实施例的影像感测模块的方块图；

图4A～图4B分别为本发明一实施例的光学触控系统的系统图；以及

图5为本发明实施例中参考标示的参考位置、背景位置以及物件影像的侦测位置的示意图。

主要元件符号说明

100、200、320、330、340---影像感测模块

210---影像感测元件

220---光学元件

230---运算元件

240---温度感测元件

310---触控平面

具体实施方式

为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，作详细说明如下。此外，在本发明的说明中，相同的构件以相同的符号表示，于此合先叙明。

本发明提供一种具有温度补偿的影像感测模块，可在温度改变导致光学元件产生形变时，补偿影像感测模块的感测结果，以消除温度变化对影像感测模块的负面影响。本发明的影像感测模块可广泛地应用于光学触控系统、距离量测系统或其他可利用所撷取影像进行对应处理的光学应用产品。

请参考图2所示，其为一物件影像所位于的不同像素位置所对应不同工作温度的位置偏移量，其中X轴表示影像感测模块所撷取的物件影像相对于感光矩阵的像素位置，此处以640个像素为例；Y轴表示物件影像的位置偏移量，其以像素为单位。

图2中，L₁例如为0℃时物件影像所位于的各像素位置的位置偏移量，其中此温度下物件影像所位于的各像素位置均无位置偏移；L₂例如为25℃时物件影像所位于的各像素位置的位置偏移量；L₃例如为70℃时物件影像所位于的各像素位置的位置偏移量。如图所示，影像感测模块的感光矩阵中，物件影像越靠近最左侧(像素位置0)或最右侧(像素位置640)的位置因温度升高所产生的误差最大。可以理解的是，图2所示感光矩阵的像素数目以及物件影像所位于的各像素位置的位置偏移量与工作温度的关系仅为例示性，并非用于限定本发明。

本发明一实施例可利用温度感测元件直接量测影像感测模块的工作温度，并事先建立并记录一个工作温度与光学元件变形程度的对应关系。在运作时，则可直接根据目前工作温度和所述对应关系来校正影像感测模块所撷取的操作影像中物件影像的位置。更详细而言，所述对应关系可以以一基准温度(例如，但不限于，0℃)时物件影像所在的各像素位置作为基准位置(例如，图2中L₁的各像素位置)，并记录不同工作温度时物件影像所在的各像素位置相对于所述基准位置的变形误差。

请参考图3A～图3D所示，其为本发明实施例的影像感测模块的系统图。影像感测模块200包括影像感测元件210、光学元件220以及运算元件230。所述影像感测元件210例如可为CCD影像感测器、CMOS影像感测器或其他用于感测影像的影像感测器。所述光学元件220可利用适当材质制成，用于将外部光线引导至影像感测元件210的感光矩阵，致使影像感测元件210可接收光线并产生影像。所述运算元件230则从所述影像之中取出物件信息，并将其提供至影像感测模块所应用的系统进行后端处理，例如在光学触控系统中可利用所述物件信息进行物件的坐标运算。

在利用工作温度作为校正基准的实施例中，所述影像感测模块200可进一步包括温度感测元件240，用于感测目前工作温度，以供运算元件230根据其所量测的目前工作温度来补偿光学元件220因温度变化而产生的形变造成影像感测模块200所撷取影像的位置偏移。一种实施例中，可事先建立并记录一个工作温度与光学元件220变形程度的对应关系，例如从20℃至70℃之间，每隔5℃量测一次影像感测元件210所撷取的影像中，物件影像所位于的各像素位置与基准位置的变形误差(例如图2中L₂及L₃各点与L₁各点的差距)，以建立多个对照表(此时基准位置例如可设定为20℃时物件影像所位于的各像素的位置)。该对照表中，物件影像所位于的各像素位置的变形误差即可被视为物件影像所位于的各像素位置在不同工作温度时受光学元件形变所产生影响的对应关系。可以理解的是，对照表的数目可根据所欲补偿的精确度而决定。

每一个对照表例如可包括某一工作温度下相对于基准温度时，物件影像所位于的各像素的位置偏移量、根据各偏移量求得的一个或多个一维、二维或多维补偿函数的系数，例如相对于a₁x+b₁的一维补偿函数的系数(a₁，b₁)；相对于a₂x²+b₂x+c₂的二维补偿函数的系数(a₂，b₂，c₂)等。仅存储补偿函数的系数的优点在于，可减少预先存储的数据量。例如可以以物件影像所位于的多个像素中的中间像素与两边缘像素的偏移量来决定至少一个一维补偿函数的系数，例如斜率，并将不同温度时的斜率事先存储于对照表。

更详细而言，所述影像感测元件210撷取包括物件影像的操作影像时，温度感测元件240同时侦测目前工作温度，运算元件230则直接从对照表读取物件影像所位于的各像素的位置偏移量，或者从对照表读取相对应补偿函数的系数并据以计算出物件影像所位于的各像素的位置偏移量，以决定变形误差，藉以校正操作影像中物件影像的位置。

必须说明的是，图3A至图3C用于说明影像感测模块200所包括的各元件可通过不同耦接方式实现，其中温度感测元件240设置于影像感测模块200内。例如，图3A中影像感测元件210耦接于温度感测元件240与运算元件230之间；图3B中温度感测元件240耦接于影像感测元件210与运算元件230之间；图3C中运算元件230耦接于影像感测元件210与温度感测元件240之间。此外，图3D显示了运算元件230独立于影像感测模块200之外的实施例。另一实施例中，温度感测元件240可内置于影像感测元件210。

以光学触控系统为例，所述影像感测模块200即可利用温度感测元件240侦测操作时的工作温度，再根据该工作温度挑选该工作温度所对应的对照表，并根据影像感测模块200的影像感测元件210在操作时撷取到的操作影像中物件影像的侦测位置X₀，从所述对照表选择变形误差Δt(位置偏移量)，据以计算经补偿该光学元件的形变后该物件影像所对应的校正位置X₁，如式(1)所示：

X₁＝X₀+Δt (1)

另一实施例中，本发明还可在不需侦测目前工作温度的情况下对影像感测模块所撷取的影像进行校正。亦即本实施例中，当影像感测模块具有位置固定的至少一参考标示时，影像感测模块可在基准温度(例如，0℃或20℃)下撷取包括所述参考标示的参考标示影像的背景影像，并根据该背景影像取得所述参考标示的一个背景位置以及物件影像所位于的各像素位置的基准位置，另撷取不同温度下所述参考标示的位置与所述背景位置的差距以及物件影像所位于的各像素位置相对所述基准位置的位置偏移量(例如，可在影像感测模块所应用的系统出厂时一并进行设定)。在系统运作时，影像感测模块即可藉由所取得的操作影像中所述参考标示的一个操作位置来计算该操作位置与所述背景位置的差距，进而根据该差距得知光学元件的形变程度以及相对的物件影像所位于的各像素位置的变形误差，以校正操作影像中物件影像的位置。

换句话说，例如，所述运算元件230中已预先存储有一对照表，其包括相对不同的背景位置与操作位置的差距时，物件影像所位于的各像素位置相对于所述基准位置的位置偏移量、根据各偏移量所求得的一个或多个一维、二维或多维补偿函数的系数。所述运算元件230则根据操作当时所侦测的背景位置与操作位置的差距并根据所述对照表来对操作影像进行补偿。更详细而言，本实施例与上述实施利的差异在于，本实施例中，影像感测模块200不需另外设置温度感测元件240来量测目前工作温度，而是以背景位置与操作位置的差距来取代实际量测目前工作温度。由于此实施例直接利用背景位置与操作位置的差距作为补偿依据，可具有较高的准确度。

综而言之，本发明事先建立温度相关参数(temperature related parameter)与物件影像所位于的各像素的位置偏移量的对照表存储于影像感测模块中，并根据操作当时对应的温度相关参数以及所述对照表来补偿操作影像中的物件影像；其中温度相关参数例如可为工作温度或参考标示的参考位置与背景位置的差距，但本发明并不限于此。

此外，本实施例中还可利用影像中一个以上的参考标示的参考位置与背景位置的差距(例如，图2中最左侧和最右侧的最大变形误差)来决定操作时的对照表，以增加选择补偿依据的精确度。此外，由于相对于整个影像的补偿函数可能无法以一个简化的补偿函数表示，因此还可利用多个补偿函数作为不同区段的补偿函数，例如以影像中点为区隔，两侧分别使用不同的补偿函数。

请参考图4A和图4B所示，其为影像感测模块应用于光学触控系统的二个实施例。图4A中，光学触控系统300具有一个触控平面310和二个影像感测模块320、330；图4B中，光学触控系统300具有触控平面310和三个影像感测模块320、330、340。每一个影像感测模块320、330、340皆具有影像感测元件、光学元件以及至少一发光元件(图中未显示)，例如发光二极管或激光二极管，优选为不可见光发光二极管或激光二极管。此外，若所述影像感测模块320、330、340具有温度感测元件，则可不包括发光元件。

图4A中，当影像感测模块320在撷取至少一物件的影像时，因影像感测模块330的发光元件同时发光，因此影像感测模块320可在影像中撷取到物件以及影像感测模块330的发光元件的影像。因此，影像感测模块330(或其发光元件)即可作为影像感测模块320的参考标示，而相对的影像感测模块320(或其发光元件)即可作为影像感测模块330的参考标示。同样的，图4B中，影像感测模块330(或其发光元件)亦可作为影像感测模块340的参考标示。

请参照图4A、图4B和图5所示，接着说明本实施例中补偿因温度变化所造成物件影像的位置偏移的另一种实施例。以影像感测模块320为例，该影像感测模块320在出厂时即撷取包括影像感测模块330的背景影像，并记录影像感测模块330在该背景影像的位置作为背景位置R₀。当影像感测模块320在操作时间撷取包括物件和影像感测模块330的操作影像时，影像感测模块320可计算物件在所述操作影像中的侦测位置X₀以及影像感测模块330在所述操作影像中的参考位置R₁。可以理解的是，为了清楚显示背景位置R₀与参考位置R₁的差距，图5中调整了背景位置R₀与参考位置R₁之间的距离。

由于物件在影像感测模块320所撷取影像中的成像为一暗点，而影像感测模块330的发光元件在影像感测模块320所撷取影像中的成像为一亮点，因此还可在一段时间内由影像感测模块320撷取二张影像，再由该二张影像分别取出影像感测模块330的参考位置R₁以及物件的侦测位置X₀。亦即，参考位置R₁和侦测位置X₀可以不从同一张影像中求得。

由于影像感测模块330的成像位置靠近影像感测模块320所感测影像的最右侧(最大像素位置)，因此影像感测模块330成像位置的误差值(参考位置R₁与背景位置R₀的差距)可被视为影像感测模块320在所述操作时间时所产生的最大变形误差ΔT。如图2所示，物件在不同位置所产生的误差值不同，因此将所述最大变形误差ΔT乘上一个变形比例m即可求得物件影像位于不同像素位置的变形误差Δt，因此将影像感测模块320所撷取物件的侦测位置X₀利用所述变形误差Δt进行补偿，即可计算物件的一个校正位置X₁，如式(1)所示。

请再参照图2所示，由于在该影像感测模块320的约略中间像素位置的误差值最小，而在最大像素位置和/或最小像素位置的误差值最大，因此可根据物件的侦测位置X₀在影像感测模块320的像素位置来计算所述变形比例m。

例如图2中，在约略中间像素位置至最大像素位置这段的变化可简化为一线性递增函数，而约略中间像素位置至最小像素位置这段的变化可简化成一线性递减函数。因此，可以以影像感测模块320的一个预定像素(例如，但不限于，中间像素位置)作为标准点O(如图5)，计算物件在影像感测模块320的成像位置与标准点O之间的距离相对于最大触碰位置与标准点O之间的距离的比例作为变形比例m，例如m＝(X₀-O)/(R₁-O)。对于光学触控系统300而言，针对影像感测模块320的最大触碰位置即是触控平面310中邻近影像感测模块330附近的一个边界，所述边界也可以是光学系统的一部分。更详细而言，本实施例中并不需事先存储对照表，仅需根据所事先存储的背景位置求得至少一最大变形误差ΔT(例如，可仅计算两边缘像素与约略中间像素的一个或两个最大变形误差)，配合标准点O和物件影像的侦测位置X₀，即可计算出变形比例m。

因此，影像感测模块320在操作时间所撷取的操作影像中，物件的校正位置X₁即可表示为：

X₁＝X₀+Δt＝X₀+ΔT*[(X₀-O)/(R₁-O)]

影像感测模块330和340在计算物件在所撷取影像中的像素位置时亦可使用影像感测模块320的校正方式，故于此不再赘述。

本发明的可补偿光学元件形变的影像感测模块，可广泛的应用于光学触控系统、距离量测系统或其他可利用所撷取影像进行对应处理的光学应用产品，在上述实施例中虽以光学触控系统为例，然而任何本发明所属技术领域中的技术人员皆可在了解本发明上述实施例的说明之后，直接将本发明的影像感测模块应用于各式光学应用产品上，因此在此即不再针对其他应用的实施例加以赘述。

Claims

1.一种影像感测模块，该影像感测模块包括：

影像感测元件，该影像感测元件包括多个像素，用于撷取包括物件影像的操作影像；以及

运算元件，该运算元件存储有一温度相关参数与所述物件影像所位于的各像素的位置偏移量的对照表，并根据撷取所述操作影像时相对的温度相关参数，从所述对照表选择变形误差，以校正所述操作影像中所述物件影像的位置。

2.根据权利要求1所述的影像感测模块，该影像感测模块还包括温度感测元件，该温度感测元件用于侦测撷取所述操作影像时的工作温度，其中所述温度相关参数为该工作温度。

3.根据权利要求2所述的影像感测模块，其中，所述温度感测元件内置于所述影像感测元件。

4.根据权利要求2所述的影像感测模块，其中，所述对照表包括所述物件影像所位于的各像素位置在不同工作温度时与基准温度时的位置偏移量，或包括根据不同工作温度时所述物件影像所位于的各像素的位置偏移量所求得的至少一补偿函数的系数。

5.根据权利要求1所述的影像感测模块，其中，所述温度相关参数为所述物件影像所位于的多个像素中至少一个像素的位置在不同温度时与基准位置的差距。

6.根据权利要求5所述的影像感测模块，其中，所述至少一个像素为所述多个像素的边缘像素或中间像素。

7.根据权利要求5所述的影像感测模块，其中，所述基准位置为基准温度时所述物件影像所位于的各像素位置。

8.根据权利要求7所述的影像感测模块，其中，所述对照表包括不同差距时所述物件影像所位于的各像素位置与所述基准位置的位置偏移量，或包括根据不同差距时所述物件影像所位于的各像素的位置偏移量所求得的至少一补偿函数的系数。

9.根据权利要求8所述的影像感测模块，其中，所述补偿函数为不同差距时，所述物件影像所位于的多个像素中的中间像素和边缘像素的位置偏移量所决定的一维函数。

10.一种影像感测模块，该影像感测模块包括：

影像感测元件，在第一时间撷取包括位于固定位置的参考标示的参考标示影像的背景影像，在第二时间撷取包括所述参考标示影像和物件影像的操作影像；以及

运算元件，根据所述背景影像产生所述参考标示的背景位置，根据所述操作影像产生所述参考标示的参考位置以及所述物件影像的侦测位置，并根据所述参考位置与所述背景位置的差距来修正所述侦测位置。

11.根据权利要求10所述的影像感测模块，其中，该影像感测模块应用于包括两个以上该影像感测模块的光学系统，所述参考标示为另一影像感测模块所包括的发光元件、另一影像感测元件或所述光学系统的一部分。

12.根据权利要求10所述的影像感测模块，其中，所述影像感测元件包括多个像素，所述运算元件存储有对照表，该对照表包括不同差距所对应的所述物件影像所位于的各像素的位置偏移量，或包括根据所述物件影像所位于的各像素的位置偏移量所求得的至少一补偿函数的系数，所述运算元件根据所述对照表来修正所述侦测位置。

13.根据权利要求12所述的影像感测模块，其中，所述补偿函数为根据所述物件影像所位于的多个像素中的中间像素和边缘像素的位置偏移量所求得的一维函数。

14.根据权利要求10所述的影像感测模块，其中，所述影像感测元件包括多个像素，所述运算元件根据所述侦测位置与一标准点的距离以及所述参考位置与所述标准点的距离来计算变形比例，并根据该变形比例和所述差距来修正所述侦测位置。

15.根据权利要求14所述的影像感测模块，其中，所述标准点为所述多个像素的中间像素。

16.一种影像感测模块，该模块包括：

光学元件；

影像感测元件，所述光学元件用于导引光线至该影像感测元件，该影像感测元件根据接收的光线产生操作影像；

温度感测元件，用于侦测所述影像感测模块的工作温度；以及

运算元件，根据所述工作温度补偿因所述工作温度变化所造成物件影像在所述操作影像的位置偏移。

17.根据权利要求16所述的影像感测模块，其中，所述温度感测元件内置于所述影像感测元件。

18.根据权利要求16所述的影像感测模块，其中，所述影像感测元件包括多个像素，所述运算元件存储有对照表，该对照表包括所述物件影像所位于的各像素位置在不同工作温度时与基准温度时的位置偏移量，或包括根据不同工作温度时所述物件影像所位于的各像素的位置偏移量所求得的至少一补偿函数的系数。

19.根据权利要求18所述的影像感测模块，其中，所述补偿函数为根据不同工作温度时所述物件影像所位于的多个像素中的中间像素和边缘像素的位置偏移量所求得的一维函数。