CN104052939B - 影像感测方法和使用这个方法的影像传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种影像传感器，包含：影像感测矩阵，具有影像感测单元，该多个影像感测单元根据感测到的影像产生影像感测信号；放大器，用以根据放大参数将该影像感测信号放大成放大后影像感测信号；运算电路，根据该放大后影像感测信号计算出该多个影像感测单元所感测到该影像的部分亮度以得到运算亮度信号；以及控制单元，用以调整该放大参数，使得该运算亮度信号对应的亮度所形成的亮度信息落在预定区间内。

Description

影像感测方法和使用这个方法的影像传感器

技术领域

本发明涉及一种影像感测方法和使用这个方法的影像传感器，特别有关一种调整影像传感器的背景影像亮度分布使其分布较均匀的影像感测方法和使用这个方法的影像传感器。

背景技术

影像传感器可将光转换成电荷，并将电荷经处理后，输出构成影像的数码信号。这一类数码信号可存储在存储装置上，或输出至显示装置，以根据这个数码信号其所对应的影像。有相当多类型的电子装置均运用了这个技术，例如数码相机、数码摄像机、手机或鼠标等。

影像传感器也可被应用在触控技术上。图1绘示了现有技术的光学触控装置100。如图1所示，光学触控装置100包含了影像传感器102、条状导光件105、109以及发光二极管103、107、111、113。导光件105、109设在感测区域101的两侧。发光二极管103、107、111、113分别位在导光件105、109的末端，通过导光件105、109将光向感测区域101投射。影像传感器102则相对于导光件105、109设置。

图2绘示了现有技术中影像传感器所撷取的背景光影像的亮度分布的示意图。如图2所示，背景光影像的亮度分布呈现一种不均匀的状态。此种不均匀的成因可能是导光件105、109所发出光的强弱差异所造成，但也有可能是其它成因。此种现象会造成一些问题，举例来说，在光学触控装置100的架构下，若有手指的类的对象置于感测区域101上，则会因挡住光而形成暗影像，例如图2中的暗影像区Ob₁、Ob₂、Ob₃以及Ob₄。因此，光学触控装置100是通过何处呈现暗处来判断对象的所在与计算其重心。

然而，在背景光影像的亮度分布不均匀的情况下，可能会对对象的位置和重心形成误判。举例来说，图2中的暗影像区Ob₁、Ob₂、Ob₃以及Ob₄均表示有对象存在，然而暗影像区Ob₁、Ob₂所处的位置其背景光影像的亮度分布较平均，因此在计算其位置跟重心上不会有误差。然而，暗影像区Ob₃、Ob₄所处的位置其背景光影像的亮度分布较不平均，高低落差较大，因此在计算其位置跟重心上可能会有误差。

发明内容

本发明的一个目的是公开可使背景光影像较均匀的影像传感器和影像感测方法。

本发明的另一个目的在于公开影像传感器以及影像感测方法，使影像传感器的感测单元矩阵中位在不同行和不同列的感测单元采用不同的放大倍率，让所撷取影像可具有一个较为均匀的背景亮度。

本发明的一个实施例公开了一种影像传感器，包含：影像感测矩阵，具有影像感测单元，该多个影像感测单元根据感测到的影像产生影像感测信号；放大器，用以根据放大参数将该影像感测信号放大成放大后影像感测信号；运算电路，根据该放大后影像感测信号计算出该多个影像感测单元所感测到该影像的部分亮度以得到运算亮度信号；以及控制单元，用以调整该放大参数，使得该运算亮度信号对应的亮度所形成的亮度信息落在预定区间内。

本发明的另一个实施例公开了一种影像传感器，包含：影像感测矩阵，具有影像感测单元，该多个影像感测单元根据感测到的影像产生影像感测信号；模拟数码转换器，将该影像感测信号转换成数码影像感测信号；调整单元，用以根据调整参数以及该数码影像感测信号将该数码影像感测信号调整成调整后数码影像感测信号；运算电路，根据该调整后数码影像感测信号计算出该多个影像感测单元所感测到的该影像的部分亮度以得到运算亮度信号；以及控制单元，用以调整该调整参数，使得该运算亮度信号对应的亮度所形成的亮度信息落在预定区间内

本发明又一个实施例公开了一种影像传感器，包含：影像感测矩阵，具有多个影像感测单元，该多个影像感测单元根据感测到的影像产生多个影像感测信号；放大器，用以根据多个放大参数将该多个影像感测信号放大成多个放大后影像感测信号；以及运算电路，根据该多个放大后影像感测信号计算出该多个影像感测单元所感测到该影像的部分亮度以得到多个运算亮度信号；其中，该放大器是使用至少二个不同的该放大参数放大二个该多个影像感测信号。

本发明又一个实施例公开了一种影像传感器，包含：影像感测矩阵，具有多个影像感测单元，该多个影像感测单元根据感测到的影像产生多个影像感测信号；模拟数码转换器，将该多个影像感测信号转换成多个数码影像感测信号；调整单元，用以根据多个调整参数以及该多个数码影像感测信号将该多个数码影像感测信号调整成多个调整后数码影像感测信号；以及运算电路，根据该调整后数码影像感测信号计算出该多个影像感测单元所感测到的该影像的部分亮度以得到多个运算亮度信号；其中，该调整单元是使用至少二个不同的该调整参数调整二个该多个数码影像感测信号。

通过前述的实施例，可通过调整放大参数或调整参数，不须繁复的计算量便可使影像感测装置的背景影像亮度分布变得均匀。因此可避免现有技术中，因为背景影像亮度而造成对象的位置或重心被误判的问题。而且，使用不同的放大参数或调整参数来处理不同影像感测单元所对应的影像信号，可使本发明的影像传感器可运用的范围更广。

附图说明

图1绘示了现有技术的光学触控装置。

图2绘示了现有技术中影像传感器所撷取的背景光影像的亮度分布的示意图。

图3绘示了本发明的一个实施例的影像传感器。

图4绘示了图3中影像感测矩阵的详细结构的其中一例。

图5绘示了通过调整影像装置中的放大器参数来调整影像传感器的亮度分布的示意图。

图6绘示了本发明的一个实施例的用以选择各像素的放大器参数的控制单元的结构示意图。

图7绘示了本发明的另一个实施例的影像传感器。

图8绘示了本发明的实施例的影像感测方法的流程图。

图9绘示了本发明的另一个实施例的影像感测方法的流程图。

其中，附图标记说明如下：

100光学触控装置

102影像传感器

105、109导光件

103、107、111、113发光二极管

300影像传感器

301影像感测矩阵

302控制单元

303信号读取电路

305放大器

307模拟数码转换器

309运算电路

SR₁、SR₂、SR₃信号读出单元

PIX₁₁-PIX_nm影像感测单元

M₁、M₂、M₃NMOS

具体实施方式

图3绘示了本发明的一个实施例的影像传感器300。然请留意图3的实施例仅用以举例，并非用以限定本发明。影像传感器300包含影像感测矩阵301、控制单元302、信号读取电路303、放大器305、模拟数码转换器307以及运算电路309。影像感测矩阵301具有至少一个影像感测单元PIX₁₁-PIX_nm(这个例中影像感测单元是像素，而影像感测矩阵301是一个像素矩阵，但也可为其它类型的影像感测单元)。这些影像感测单元PIX₁₁-PIX_nm根据感测到的一个影像产生至少一个影像感测信号IS₁₁-IS_nm。信号读取电路303即用以读出影像感测信号IS₁₁-IS_nm。放大器305用以根据至少一个放大参数将该影像感测信号IS₁₁-IS_nm放大成一个放大后影像感测信号AIS₁₁-AIS_nm。模拟数码转换器307用以将放大后影像感测信号AIS₁₁-AIS_nm转换成数码放大后影像感测信号DAIS₁₁-DAIS_nm。运算电路309根据数码放大后影像感测信号DAIS₁₁-DAIS_nm计算出该多个影像感测单元PIX₁₁-PIX_nm所感测到影像的至少一个部分亮度以得到至少一个运算亮度信号OL₁₁-OL_nm。因为数码放大后影像感测信号DAIS₁₁-DAIS_nm是放大后影像感测信号AIS₁₁-AIS_nm的数码版本，因此运算电路309也可视为根据放大后影像感测信号AIS₁₁-AIS_nm计算出该多个影像感测单元PIX₁₁-PIX_nm所感测到影像的至少一部分亮度以得到至少一个运算亮度信号OL₁₁-OL_nm。

控制单元302用以调整放大器305的放大参数，使得至少一个运算亮度信号OL₁₁-OL_nm对应的亮度所形成的亮度信息落在一个预定区间内。举例来说，在调整放大参数之前，运算亮度信号OL₁₁、OL₁₂、OL₁₃是根据放大后影像感测信号AIS₁₁、AIS₁₂、AIS₁₃运算而得，其亮度分别是Lum₁₁、Lum₁₂以及Lum₁₃，即代表了PIX₁₁、PIX₁₂、PIX₁₃的亮度分别是Lum₁₁、Lum₁₂以及Lum₁₃。然而，在调整过放大参数后，放大后影像感测信号AIS₁₁、AIS₁₂、AIS₁₃会变成放大后影像感测信号AIS₁₁’、AIS₁₂’、AIS₁₃’，因此其亮度会分别便成Lum₁₁’、Lum₁₂’以及Lum₁₃’，即代表了PIX₁₁、PIX₁₂、PIX₁₃的亮度从Lum₁₁、Lum₁₂以及Lum₁₃被调整成Lum₁₁’、Lum₁₂’以及Lum₁₃’。而控制单元302会使影像感测单元PIX₁₁-PIX_nm的亮度所形成的亮度信息落在一个预定区间。关于这个亮度信息，将在底下详述。请留意用以放大影像感测信号IS₁₁-IS_nm的放大参数可以是相同的，但也可以是相异的。在一个实施例中，放大器305使用至少二个不同的该放大参数放大二个影像感测信号，例如以一个第一放大参数放大影像感测信号IS₃₂、但以一个第二放大参数放大影像感测信号IS₄₆。这个动作的目的可如前所述，是为了让影像感测单元PIX₁₁-PIX_nm的亮度所形成的亮度信息落在一个预定区间。但也可以运用在其它目的上。此外，在一个实施例中仅在二影像感测单元位在不同列且不同行时，放大器305才会使用至少二个不同的该放大参数放大相对应的二个影像感测信号。

图4绘示了图3中影像感测矩阵301的详细结构的其中一例。当重置信号RES控制NMOS M₂导通时，光二极管PD的跨压将充电至V_rst。信号读取电路303中的信号读出单元SR₁、SR₂、SR₃均具有一个储能元件，当感测单元选取信号RSEL₁或RSEL₁控制NMOS M3导通时，光二极管PD上的跨压将经由NMOS M₁转换成电流，并存储在信号读出单元SR₁、SR₂、SR₃的储能元件中。因此，信号读出单元SR₁、SR₂、SR₃的储能元件所存储的电荷即是相对应影像感测单元所感测的受光量。当存储的电荷自信号读出单元SR₁、SR₂、SR₃输出时，即是影像感测信号IS₁₁-IS_nm。

图5绘示了通过调整影像装置中的放大器参数来调整影像传感器的亮度分布的示意图。如图5所示，现有技术中的背景影像其亮度信息分布图是Sh₁，呈现不均匀的状态，然而在经过放大参数的调整之后，背景影像的亮度分布图会如Sh₂呈现平均分布的状态。这个亮度信息可包含由影像感测单元的亮度所形的各种信息。在一个实施例中，这个亮度信息是影像感测矩阵的一行或一列上的亮度总和。举例来说，亮度分布图Sh₂的X、Y位置的亮度信息，即代表了影像感测矩阵M₁上在X、Y位置的行上所有影像感测单元的亮度总和(这个状况下可视为整个影像感测矩阵皆是影像感测范围)。且在另一个实施例中，影像感测矩阵M₂使用一个影像感测范围WOI₁内的多个影像感测单元来感测影像，而亮度分布图Sh₂的X、Y位置的亮度信息，代表了影像感测矩阵M₂上影像感测范围WOI₁中在X、Y位置的行上所有影像感测单元的亮度总和。而且，随着影像感测范围的形状不同，影像感测范围中每一行上用以形成亮度信息的感测影像单位的个数并不一定相同，以图5为例，影像感测范围WOI₂呈现不规则形，因此在X位置的行上的影像感测单元个数比Y位置的行上的影像感测单元个数来得少。

在一个实施例中，控制单元302使放大器305以单一放大参数来放大单一影像感测信号以形成放大后影像感测信号。也就是说，放大器305在放大每一影像感测信号形成放大后影像感测信号之后，才使放大后影像感测信号相加来形成亮度总和。而在另一个实施例中，控制单元302使多个影像感测信号相加以形成一个组合影像感测信号，并使放大器305以单一放大参数来放大组合影像感测信号以形成放大后影像感测信号。也就是说，影像感测信号在相加后才被放大成放大后影像感测信号。使放大后影像感测信号或影像感测信号相加的元件未绘示在图3中，但熟知此项技艺者当可知如何将影像感测信号相加来求得亮度总和，故在这里不再赘述。

在一个实施例中，这个亮度信息是影像传感器的一行或一列上的亮度平均。或者，亮度信息代表了影像传感器的一行或一列上至少二该运算亮度信号所对应的该亮度的差值，举例来说，一行或一列中，最大亮度值与最小亮度值的差异。而这些用以计算的影像感测单位，可如图5所示的影像感测矩阵M₁般，是位在影像感测矩阵一整行或一整列上。或者如图5所示的影像感测矩阵M₂般，是位在影像感测矩阵的一规则型影像感测范围中的一行或一列上。或者如图5所示的影像感测矩阵M₃般，是位在影像感测矩阵的一个不规则型影像感测范围中的一行或一列上。

图6绘示了本发明的一个实施例的用以选择各像素的放大器参数的控制单元的结构示意图，这个结构包含了多个多任务器Mux₁、Mux₂以及Mux₃，可整合在控制单元中也可独立于控制单元。如图6所示，影像感测矩阵301是一个M行乘N列的矩阵，多任务器Mux₁、Mux₂通过选择信号Sel_C自多任务器选择出行的影像感测单元增益，然后多任务器Mux₃通过选择信号Sel_R自选择出列的影像感测单元增益。也就是说，图6所示的电路是根据影像感测单元的地址(位在那一行那一列)来选择出增益值。然请留意，本发明的范围不限定在图6所示的实施例，任何可以达成这个目的的电路或装置均应在本发明的范围之内。

图3中的放大器305可使用相同的放大参数放大每一个影像感测信号IS₁₁-IS_nm，但也可使影像感测信号IS₁₁-IS_nm中全部或部分使用不相同的放大参数。在一个实施例中，同一行或每一列上的影像感测单元使用同一个放大参数。放大参数的设定可由所须的亮度信息来设定。在一个实施例中，控制单元302会根据影像感测单元在前一张影像或当前影像所撷取到的影像感测信号的亮度值来决定每一个影像感测单元所对应该放大参数的值。

图7绘示了本发明的另一个实施例的影像传感器。图7相较于图3的实施例其不同之处在于图3中的实施例是调整模拟影像感测信号的放大参数，而图7的实施例中是通过一个调整单元在模拟的影像感测信号IS₁₁-IS_nm被放大并转换成数码放大后影像感测信号DAIS₁₁-DAIS_nm后，再对其进行调整而形成调整后数码影像感测信号ADIS₁₁-ADIS_nm。因此图7的实施例相较于图2的实施例进一步包括调整单元701。这个调整单元701也由控制单元302所控制。而在一个实施例中，可不包含放大器305，这个实施例中模拟的影像感测信号IS₁₁-IS_nm在数码化后不会被放大而直接被调整单元701调整。而如何将一个数码信号调整成更大或更小的值是熟知此项技艺者所知悉，而调整参数的选取和设定方式与前述的放大参数相同，故在此不再赘述。请留意用以调整数码放大后影像感测信号DAIS₁₁-DAIS_nm的调整参数可以是相同的，但也可以是相异的。在一个实施例中，调整单元701使用至少二个不同的调整参数调整二个数码放大后影像感测信号DAIS₁₁-DAIS_nm，例如以一个第一调整参数调整数码放大后影像感测信号DAIS₃₂、但以一个第二调整参数放大影像感测信号数码放大后影像感测信号DAIS₄₆。这个动作的目的可如前所述，是为了让影像感测单元PIX₁₁-PIX_nm的亮度所形成的亮度信息落在一个预定区间。但也可以运用在其它目的上。此外，在一个实施例中仅在二影像感测单元位在不同列且不同行时，调整单元701才会使用至少二个不同的调整参数调整相对应的二个数码放大后影像感测信号。

图8绘示了本发明的实施例的影像感测方法的流程图，其对应于图3的实施例并包含下列步骤：

步骤801

以一个影像感测矩阵(如301)中的至少一个影像感测单元(如PIX₁₁-PIX_nm)根据感测到的一个影像产生至少一个影像感测信号(如IS₁₁-IS_nm)。

步骤803

以一个放大器(如305)根据至少一个放大参数将影像感测信号放大成一个放大后影像感测信号(如AIS₁₁-AIS_nm)。

步骤805

根据放大后影像感测信号计算出影像感测单元所感测到的影像的至少一部分亮度以得到至少一个运算亮度信号(如OL₁₁-OL_nm)。

步骤807

调整该放大参数，使得至少一个运算亮度信号对应的亮度所形成的亮度信息落在一个预定区间内。

图9绘示了根据本发明的另一个实施例的影像感测方法的流程图，其对应于图7的实施例并包含下列步骤：

步骤901

以一个影像感测矩阵(如301)中的至少一个影像感测单元(如PIX₁₁-PIX_nm)根据感测到的一个影像产生至少一个影像感测信号(如IS₁₁-IS_nm)。

步骤903

根据该影像感测信号产生一个数码影像感测信号。如前所述，影像感测信号可被放大后再数码化来形成数码影像感测信号，或者可直接被数码化来形成数码影像感测信号。

步骤905

使用一个调整单元(如701)根据至少一个调整参数将数码影像感测信号调整成一个调整后数码影像感测信号(如ADIS₁₁-ADIS_nm)。

步骤907

根据调整后数码影像感测信号计算出影像感测单元所感测到的该影像的至少一部分亮度以得到至少一个运算亮度信号。

步骤909

调整该调整参数，使得至少一个运算亮度信号对应的亮度所形成的亮度信息落在一个预定区间内。

通过前述的实施例，可通过调整放大参数或调整参数，不须繁复的计算量便可使影像感测装置的背景影像亮度分布变得均匀。因此可避免现有技术中，因为背景影像亮度而造成对象的位置或重心被误判的问题。而且，使用不同的放大参数或调整参数来处理不同影像感测单元所对应的影像信号，可让根据本发明的影像传感器可运用的范围更广。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种影像传感器，包含：

影像感测矩阵，具有影像感测单元，多个该影像感测单元根据感测到的影像产生影像感测信号；

放大器，用以根据放大参数将该影像感测信号放大成放大后影像感测信号；

运算电路，根据该放大后影像感测信号计算出多个该影像感测单元所感测到该影像的部分亮度以得到运算亮度信号；以及

控制单元，用以调整该放大参数，使得该运算亮度信号对应的亮度所形成的亮度信息落在预定区间内；

该影像感测矩阵具有多个该影像感测单元，且该影像感测矩阵使用影像感测范围内的多个该影像感测单元来感测该影像，该控制单元使对应该影像感测范围上的亮度信息落在该预定区间内；该影像感测范围上的亮度信息为该影像感测范围上的列该影像感测单元或行该影像感测单元的部分或全部该多个运算亮度信号所对应的该亮度的总和、该亮度的平均、或者该亮度中至少二该运算亮度信号所对应的该亮度的差值。

2.如权利要求1所述的影像传感器，其中该控制单元使该放大器以单一该放大参数来放大单一该影像感测信号以形成该放大后影像感测信号。

3.如权利要求1所述的影像传感器，其中该控制单元使多个该影像感测信号相加以形成组合影像感测信号，并使该放大器以单一该放大参数来放大该组合影像感测信号以形成该放大后影像感测信号。

4.如权利要求1所述的影像传感器，其中该放大器使用相同或相异的该放大参数放大每一个该影像感测单元产生的该影像感测信号。

5.如权利要求4所述的影像传感器，其中该控制单元根据该影像感测单元在前一张影像或当前影像所撷取到的该影像感测信号的亮度值来决定每一个该影像感测单元所对应该放大参数的值。

6.如权利要求1所述的影像传感器，其中多个该影像感测单元是以矩阵方式排列，且每一行或每一列的多个该影像感测单元使用同一个放大参数。

7.一种影像传感器，包含：

影像感测矩阵，具有影像感测单元，多个该影像感测单元根据感测到的影像产生影像感测信号；

模拟数码转换器，将该影像感测信号转换成数码影像感测信号；

调整单元，用以根据调整参数以及该数码影像感测信号将该数码影像感测信号调整成调整后数码影像感测信号；

运算电路，根据该调整后数码影像感测信号计算出多个该影像感测单元所感测到的该影像的部分亮度以得到运算亮度信号；以及

控制单元，用以调整该调整参数，使得该运算亮度信号对应的亮度所形成的亮度信息落在预定区间内；

该影像感测矩阵具有多个该影像感测单元，且该影像感测矩阵使用影像感测范围内的多个该影像感测单元来感测该影像，该控制单元使对应该影像感测范围上的亮度信息落在该预定区间内；该影像感测范围上的亮度信息为该影像感测范围上的列该影像感测单元或行该影像感测单元的部分或全部该多个运算亮度信号所对应的该亮度的总和、该亮度的平均、或者该亮度中至少二该运算亮度信号所对应的该亮度的差值。

8.如权利要求7所述的影像传感器，其中该控制单元使该调整单元以单一该调整参数来调整单一该数码影像感测信号以形成该调整后数码影像感测信号。

9.如权利要求7所述的影像传感器，其中该控制单元使该数码影像感测信号相加以形成组合数码影像感测信号，并使该调整单元以单一该调整参数来调整该组合数码影像感测信号以形成该调整后数码影像感测信号。

10.如权利要求7所述的影像传感器，其中该调整单元使用相同或不相同的该调整参数调整每一个该影像感测单元所对应的该数码影像感测信号。

11.如权利要求10所述的影像传感器，其中该控制单元根据该影像感测单元在前一张影像或当前影像所撷取到的该影像感测信号的亮度值来决定每一个该影像感测单元所对应该调整参数的值。

12.如权利要求7所述的影像传感器，其中多个该影像感测单元是以矩阵方式排列，且每一行或每一列的多个该影像感测单元对应同一个该调整参数。