CN104113715A - 影像感测方法以及影像传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种影像传感器，包含：影像感测单元数组，用以感测对象，具有多个影像感测单元，且该多个影像感测单元排列成M列N行的感测矩阵；影像数据读出电路，用以读出至少部分该多个影像感测单元所撷取的影像数据并进行输出；以及控制单元，控制在行或列中该影像数据读出电路读出该影像数据的该多个影像感测单元的个数以及位置，并用以计算该影像感测单元数组上对应该对象的读出区域，并使该影像数据读出电路读出该行或该列的至少一部分该影像数据，其中被读出的该行或该列的该部分包含该读出区域。

Description

影像感测方法以及影像传感器

技术领域

本发明涉及一种影像感测方法以及影像传感器，特别有关一种可读取不同形状的读出区域的影像数据的影像感测方法以及影像传感器。

背景技术

图1绘示了现有技术中的光学触控装置100。如图1所示，光学触控装置100包含了触控面板101、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设在触控面板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将光向触控面板101投射。影像传感器102则相对导光件105、109设置。当一个对象Ob(例如：使用者的手指)在触控面板101上移动时，影像传感器102可感测到对象Ob的投影，这投影即是对象Ob遮蔽导光件105、109的光线所造成的暗区，并据以计算出对象Ob的位置。

影像传感器102可如图2和图3所示般包含了像素数组120以及影像数据读出电路122。像素数组120用以感测影像并产生影像数据，影像数据读出电路122用以读出像素数组120所产生的影像数据。请参阅图2，其绘示了理想状态下对象轨迹在图1中的影像传感器上102的投影示意图。这处的理想状态是指触控面板101与影像传感器102在组装时未发生偏差或歪斜。在这状态下，导光件105、109在像素数组120上会呈现如图2所示的矩形的明亮背景，而对象在屏幕表面上的移动即会对该明亮背景产生遮蔽暗区，因此明亮背景即可视为是该对象Ob可能的移动轨迹。然而，实际的产品可能会有组装公差的存在，因此触控面板101与影像传感器102在组装时可能会有偏差或歪斜，在这情况下对象Ob的移动轨迹Obt’在像素数组120(例如：像素数组)上会呈现如图3所示的歪斜的平行四边形。

一般而言，影像数据读出电路122读取影像数据的方式可能会是逐列或逐行读取像素数组120中的数据。因此，图2中的例子中只须读出移动轨迹Obt中的像素列的影像数据便可得知对象Ob的位置。然而，图3的例子却须读出所有的像素列或所有像素行才有办法将取得移动轨迹Obt’中所有像素的影像数据，这样才能得知对象Ob的位置。这样影像数据读出电路122须花费相当多的时间来读取影像数据。

发明内容

因此，本发明的一个目的公开一种影像感测方法以及一种影像传感器，其可通过仅读取行或列部分影像数据的方式来读取读出区域中的数据，以降低影像数据的读取量。

本发明一个实施例公开了一种影像传感器，包含：影像感测单元数组，用以感测对象，具有多个影像感测单元，且该多个影像感测单元排列成M列N行的感测矩阵；影像数据读出电路，用以读出至少部分该多个影像感测单元所撷取的影像数据并进行输出；以及控制单元，控制在行或列中该影像数据读出电路读出该影像数据的该多个影像感测单元的个数以及位置，并用以计算该影像感测单元数组上对应该对象的读出区域，并使该影像数据读出电路读出该行或该列的至少一部分该影像数据，其中被读出的该行或该列的该部分包含该读出区域。

本发明另一个实施例公开了一种影像感测方法，包含：计算出影像感测单元数组中用以感测对象的读出区域，该影像感测单元数组具有多个影像感测单元，且该多个影像感测单元排列成M列N行的感测矩阵；以及读出该行或该列的至少一部分该影像数据，其中被读出的该行或该列的该部分包含该读出区域。

综上所述，本发明可通过仅读出行或列的一部分影像数据的方式来读取整个读出区域的影像数据，并不会像现有技术一样须读出整个像素数组或远大于读出区域的像素数组部分的影像数据，因此可降低读出影像数据的时间。此外，本发明更公开了依据列与行的数目来决定要以列为主读出影像数据或以行为主读出影像数据，可让影像数据读出动作更有效率。

附图说明

图1绘示了现有技术中的光学触控装置。

图2绘示了理想状态下对象轨迹在图1中的影像传感器上的投影示意图。

图3绘示了具有误差的状态下，对象轨迹在图1中的影像传感器上的投影示意图。

图4至图10绘示了根据本发明不同实施例的影像传感器的示意图。

图11绘示了根据本发明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

101触控面板

102、400影像传感器

105、109条状导光件

103、107、111、113发光二极管

120、401像素数组

122、403影像数据读出电路

400影像传感器

401像素数组

403影像数据读出电路

405控制单元

具体实施方式

图4至图10绘示了根据本发明不同实施例的影像传感器400的示意图。如图4所示，影像传感器400包含了一个像素数组401、一个影像数据读出电路403以及一个控制单元405。像素数组401用以感测一个对象(例如人的手指)，具有多个像素，且这些像素排列成M列N行的感测矩阵。在以下实施例中，均以M小于N的状况做说明，但也有可能是N小于M的情况。而且，像素数组401也可由其它类型的影像感测单元数组取代，而像素可由这一类影像感测单元数组中的影像感测单元取代。影像数据读出电路403用以读出至少部分影像感测单元所撷取的影像数据并进行输出。控制单元405控制在每一行或每一列中被影像数据读出电路403读出影像数据的像素的个数以及位置，并用以计算该像素数组上对应该对象的一个读出区域(也就是说对象的投影会落在哪些区域)。并使影像数据读出电路403读出一部分行或列的影像数据，其中被读出的行或列的该部分包含该读出区域。

以图4为例，控制单元405会先以计算读出斜率的方式计算出读出区域RE。举例来说，若像素数组401共有40列780行，且测得左侧的读出区域起点是第19条像素列R₁₈，右侧的读出区域起点是第3条像素列R₂，则可求得读出区域的一个读出斜率是3-19/780=-0.0205。且已得知读出区域RE的涵盖列数是20，因此可计算出左侧的读出区域终点是第38条像素列R₃₇，右侧的读出区域终点是第22条像素列R₂₁。借这可测得读出区域RE。对应对象的读出区域由于可能具有不规则的特性，因此可通过多个平行四边形或矩形区域来涵盖该读出区域，其中使用平行四边形或矩形仅是举例，非用在限制本发明。要得知读出区域RE的涵盖列数有多种方式，举例来说，影像数据读出电路403会根据图4中的读出频率信号O_CLK来读出影像数据，因此可根据读出频率信号O_CLK的时序来判断读出区域RE的涵盖列数。或者，也可根像素数组401或影像数据读出电路403的规格来判断读出区域RE应涵盖多少列数。除了计算斜率之外，也可先截取一个背景影像，取得照明光源所产生的明亮区域，并根据该明亮区域分配一个或多个读出区域来形成该读出区域RE。此外，也请留意计算读出区域RE的方式不限在前述的方法，举例来说，可采用位图(bit map)的方式计算出读出区域RE。

而得知读出区域RE后，控制单元405便可依这个控制影像数据读出电路403来读取读出区域RE中的影像数据。举例来说，若计算出第3条像素列R₂包含在读出区域RE内的仅有其最右边的两个像素，则控制单元405可控制影像数据读出电路403仅读出第3条像素列R₂的最右边两像素而不须读取整条像素列。同样的，若计算出第22条像素列R₂₁由左至右的10个像素不包含在读出区域RE，则控制单元405可控制影像数据读出电路403不读出第22条像素列R₂₁由左至右的10个像素的影像数据。如前所述，影像数据读出电路403会根据图4中的读出频率信号O_CLK来读出影像数据。在一个实施例中，读出频率信号O_CLK的高位准用以触发读出动作，而影像数据读出电路403在读出频率信号O_CLK低位准时才读出影像数据(但也可相反)。举例来说，以高位准(时间区间H₂)触发第3条像素列R₂的读出动作后，影像数据读出电路403在读出频率信号O_CLK低位准(时间区间L₂)时读出第3条像素列R₂影像数据。图4中用以读出第3条像素列R₂的低位准所标示的2T，即表示读出了2个像素的影像数据。同样的，以高位准(时间区间H₃₆)触发第37条像素列R₃₆的读出动作后，影像数据读出电路403在读出频率信号O_CLK低位准时(时间区间L₃₆)读出第37条像素列R₃₆影像数据。图4中用以读出第37条像素列R₃₆的低位准所标示的8T，即表示读出了8个像素的影像数据。除了读出频率信号O_CLK外，影像数据读出电路403可更参照一个垂直水平信号V_sync来决定。举例来说，当垂直同步信号V_sync是低位准时才会有读出动作。

有许多种机制可以让影像数据读出电路403读出所须像素的影像数据。举例来说，公开号是US2010/0295980的美国专利中，即提出了使用多任务器来让影像数据读出电路403读出所须像素的影像数据的机制，这一类机制当可运用在本发明中，但本发明并不限定只能使用这种机制。

在图4的实施例中，是使用以列为主的方式(row wise)来读取读出区域RE中的影像数据。但在图5的实施例中，读出区域RE的大小跟位置与图4的实施例相同，但使用以行为主(column wise)的方式来读取读出区域RE中的影像数据。如图5所示，影像数据读出电路403在垂直同步信号V_sync是低位准时，由输出频率信号O_CLK的高位准触发，而在输出频率信号O_CLK的低位准读出像素行C₀-C₇₉₉的影像数据。由于图5中的读出区域RE是一个平行四边形，因此每一个像素行被读出影像数据的像素个数一样，均是20个。可依据不同的需求而决定要使用以行为主的方式或是以列为主的方式来读取读出区域RE中的影像数据。如前所述，像素数组401是一个M列N行的感测矩阵，因此在一个实施例中，若M小于N时，控制单元405使影像数据读出电路403使用以列为主的方式读取读出区域RE中的影像数据(例如图4和图5的实施例)，当该M大于N时，控制单元405使影像数据读出电路403使用以行为主的方式读取读出区域RE中的影像数据。因为不管是读取行或列，都需要一个同步信号来触发(例如Hsync，但也有可能随着读取方向的不同而是Vsync)。因此读取的行或列越多，就需要越多的同步信号，因此也需要越多的时间来执行读取的动作。因此，当M大于N时(即列比行多)，采取以行为主的方式会需要较少的同步信号来触发。举例来说，若M是1000，N是100，采取以列为主的读取方式会需要1000个同步信号，但若采取以行为主的读取方式则只需要100个同步信号。借这个机制可使影像数据读取电路403以较少的次数读取完读出区域RE中的影像数据因而减少读取时间。这样因为读取每张影像的时间较少，可增加影像处理中的图框率(frame rate)。而当M等于N时，则可自由选择要以那一方式来处理。

除了图4和图5的平行四边形外，读出区域也可能是其它形状、例如具有其它斜率的平行四边形、V形、倒V形，K边形(其中K是大于3的正整数)，也就是说读出区域除了平行四边形、V形、倒V形外，也可是其它规则或是不规则的多边形(如四边形、五边形、六边形…等)。以下将以图示详细说明。在图6的实施例中，读出区域RE也是一个平行四边形，但其上下边界的斜率与图4和图5的平行四边形相反。在图6的实施例中控制单元405计算读出区域RE的机制与影像数据读出电路403读出所须像素的影像数据的机制相同，故在这不再赘述。在图7的实施例中，读出区域是一个倒V形，其包含一个第一读出区域RE₁以及一个第二读出区域RE₂。同前述实施例，控制单元405在读出频率信号O_CLK的低位准区间来使该影像数据读出电路403读取读出区域RE₁、RE₂中的该影像数据，控制单元405将读出频率信号O_CLK每一个低位准区间区分成一个第一读出区域时间区间TRE₁以及一个第二读出区域时间区间TRE₂，该影像数据读出电路403在第一读出区域时间区间TRE₁读出第一读出区域RE₁的像素的该影像数据，且影像数据读出电路403在该第二读出区域时间区间TRE₂读出第二读出区域RE₂的像素的影像数据。若控制单元405采用前述的计算读出斜率的方式来计算读出区域，则须计算出多个读出斜率。举例来说，可以计算出至少一个第一读出斜率然后定义出第一读出区域时间区间TRE₁，然后计算出至少一个第二读出斜率然后定义出第二读出区域时间区间TRE₂。

且在图7的实施例中，影像数据读出电路403会在单一个周期的读出频率信号O_CLK中输出同一个像素列的影像数据。这处所指的单一个周期包含触发用的高位准以及触发后用以读出数据的低位准的时间区间。举例来说，时间区间H₀时读出频率信号O_CLK是高位准，用以触发像素列R₀的影像数据读取，而时间区间L₀时读出频率信号O_CLK是低位准，用以读出像素列R₀的影像数据，时间区间H₀加上时间区间L₀便是读出频率信号O_CLK的单一个周期。同样的，用以触发像素列R₁的影像数据读取的时间区间H₁以及用以读出像素列R₁的影像数据的时间区间L₁也是读出频率信号O_CLK的单一个周期。而影像数据读出电路403在单一个周期的读出频率信号O_CLK中输出同一个像素列的影像数据，举例来说，在时间区间H₀和L₀构成的单一个周期中，在第一读出区域时间区间TRE₁影像数据读出电路403读出位在第一读出区域RE₁中的像素R₀的影像数据，而在第二出区域时间区间TRE₂影像数据读出电路403读出位在第二读出区域RE₂中的像素列R₀的影像数据。同样的，在时间区间H₁和L₁构成的单一个周期中，在第一读出区域时间区间TRE₁影像数据读出电路403读出位在第一读出区域RE₁中的像素列R₁的影像数据，而在第二出区域时间区间TRE₂影像数据读出电路403读出位在第二读出区域RE₂中的像素列R₁的影像数据。由于第一读出区域RE₁包含像素列R₁₃₈和像素列R₁₃₉但第二读出区域RE₂不包含像素列R₁₃₈和像素列R₁₃₉。因此，对应像素列R₁₃₈和像素列R₁₃₉的频率信号O_CLK的单一个周期内，只会具有第一读出区域时间区间TRE₁。图7的实施例也可采用前述的以行为主的读出方式来读取影像数据。而且也可如前述般根据列或行的数目来决定要以行为主读出或是以列为主读出。

图8的实施例中，读出区域也包含了第一读出区域RE₁以及第二读出区域RE₂，但第一读出区域RE₁以及第二读出区域RE₂构成了一个倒V字型的读出区域。在图8中，控制单元405计算读出区域以及影像数据读出电路403读出影像数据的动作与图7的实施例实质上相同，故在这不再赘述。在图9的实施例中，读出区域包含了第一读出区域RE₁，第二读出区域RE₂以及第三读出区域RE₃，此时控制单元405计算读出区域的方式与图7的实施例实质上相同，但控制单元405可能须额外分配读取第三读出区域RE₃的时间给单一个周期的读出频率信号O_CLK，例如图9中用以读取像素列R₇₅的低位准时间区间L₇₅。在图10的实施例中，读出区域RE呈现一个五边形，控制单元405和影像数据读出电路403可采用图4和图5实施例所述的机制来计算读出区域和读出影像数据。然请留意，前述实施例均只用以举例说明本发明的内容，并非限定只能运用在这些形状的读出区域。本发明所公开的机制当可运用在任何形状的读出区域上。而且，前述的影像传感器，不限定使用在图1所示的光学触控装置，当可运用在任何电子装置上。

根据前述实施例，可得到如图11的影像感测方法，其包含下列步骤：

步骤1101

计算出一个像素数组中用以感测一个对象的一个读出区域，该像素数组具有多个像素，且该多个像素排列成M列N行的感测矩阵。

步骤1103

读出行或列的至少一部分影像数据，其中被读出的行或列的该部分包含该读出区域。

其它技术特征可由前述实施例推得，故在这不再赘述。

综上所述，本发明可通过仅读出行或列的一部分影像数据的方式来读取整个读出区域的影像数据，并不会像现有技术一样须读出整个像素数组或远大于读出区域的像素数组部分的影像数据，因此可降低读出影像数据的时间。此外，本发明更公开了依据列与行的数目来决定要以列为主读出影像数据或以行为主读出影像数据，可让影像数据读出动作更有效率。

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 (16)

1.一种影像传感器，包含：

影像感测单元数组，用以感测对象，具有多个影像感测单元，且该多个影像感测单元排列成M列N行的感测矩阵；

影像数据读出电路，用以读出至少部分该多个影像感测单元所撷取的影像数据并进行输出；以及

控制单元，控制在行或列中该影像数据读出电路读出该影像数据的该多个影像感测单元的个数以及位置，并用以计算该影像感测单元数组上对应该对象的读出区域，并使该影像数据读出电路读出该行或该列的至少一部分该影像数据，其中被读出的该行或该列的该部分包含该读出区域。

2.如权利要求1所述的影像传感器，其中当该M小于该N时，该控制单元使该影像数据读出电路使用以列为主的方式读出该读出区域中的该影像数据，当该M大于该N时，该控制单元使该影像数据读出电路使用以行为主的方式读出该读出区域中的该影像数据。

3.如权利要求1所述的影像传感器，该控制单元在读出频率信号的第一位准区间来使该影像数据读出电路读出该读出区域中的该影像数据，其中该读出区域包含第一读出区域以及第二读出区域，该控制单元将该第一位准区间区分成第一读出区域时间区间以及第二读出区域时间区间，且该影像数据读出电路在该第一读出区域时间区间读出该第一读出区域的该多个影像感测单元的该影像数据，且该影像数据读出电路在该第二读出区域时间区间读出该第二读出区域的该多个影像感测单元的该影像数据。

4.如权利要求3所述的影像传感器，其中当该M大于该N时在单一周期的该第一读出区域时间区间被该影像数据读出电路读出该影像数据的该多个影像感测单元，跟在该单一周期的该第二读出区域时间区间被该影像数据读出电路读出该影像数据的该多个影像感测单元是同一列上的该多个影像感测单元。

5.如权利要求3所述的影像传感器，当该M小于该N时在单一周期的该第一读出区域时间区间被该影像数据读出电路读出该影像数据的该多个影像感测单元，跟在该单一周期的该第二读出区域时间区间被该影像数据读出电路读出该影像数据的该多个影像感测单元是同一行上的该多个影像感测单元。

6.如权利要求1所述的影像传感器，该控制单元根据该对象的影像计算出至少一读出斜率，并以该读出斜率计算出该读出区域。

7.如权利要求1所述的影像传感器，其中该读出区域包含第一读出区域以及第二读出区域，该控制单元根据该对象的该影像计算出第一读出斜率以及第二读出斜率，并以该第一读出斜率计算出该第一读出区域以及以该第二读出斜率计算出该第二读出区域。

8.如权利要求1所述的影像传感器，其中该读出区域呈现下列形状其中之一：平行四边形、V形、倒V形，K边形，其中K是大于3的正整数。

9.一种影像感测方法，包含：

计算出影像感测单元数组中用以感测对象的读出区域，该影像感测单元数组具有多个影像感测单元，且该多个影像感测单元排列成M列N行的感测矩阵；以及

读出该行或该列的至少一部分该影像数据，其中被读出的该行或该列的该部分包含该读出区域。

10.如权利要求9所述的影像感测方法，进一步包括：

当该M小于该N时，使用以列为主的方式读出该读出区域中的该影像数据，当该M大于该N时，使用以行为主的方式读出该读出区域中的该影像数据。

11.如权利要求9所述的影像感测方法，进一步包括：

在读出频率信号的第一位准区间来读出该读出区域中的该影像数据，其中该读出区域包含第一读出区域以及第二读出区域；

将该第一位准区间区分成第一读出区域时间区间以及第二读出区域时间区间；

在该第一读出区域时间区间读出该第一读出区域的该多个影像感测单元的该影像数据；以及

在该第二读出区域时间区间读出该第二读出区域的该多个影像感测单元的该影像数据。

12.如权利要求11所述的影像感测方法，其中当该M大于该N时在单一周期的该第一读出区域时间区间被读出该影像数据的该多个影像感测单元，跟在该单一周期的该第二读出区域时间区间被读出该影像数据的该多个影像感测单元是同一列上的该多个影像感测单元。

13.如权利要求11所述的影像感测方法，当该M小于该N时在单一周期的该第一读出区域时间区间被读出该影像数据的该多个影像感测单元，跟在该单一周期的该第二读出区域时间区间被读出该影像数据的该多个影像感测单元是同一行上的该多个影像感测单元。

14.如权利要求9所述的影像感测方法，进一步包括根据该对象的影像计算出至少一读出斜率，并以该读出斜率计算出该读出区域。

15.如权利要求9所述的影像感测方法，其中该读出区域包含第一读出区域以及第二读出区域，该影像感测方法进一步包括根据该对象的该影像计算出第一读出斜率以及第二读出斜率，并以该第一读出斜率计算出该第一读出区域以及以该第二读出斜率计算出该第二读出区域。

16.如权利要求9所述的影像感测方法，其中该读出区域呈现下列形状其中之一：平行四边形、V形、倒V形，K边形，其中K是大于3的正整数。