CN110310963A - 调整光源功率的系统 - Google Patents
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Abstract
一种调整光源功率的系统，包含影像感测器，用以撷取影像且得到增益值与曝光值；目标物侦测单元，用以侦测影像当中的目标物，且得到目标物的尺寸；距离决定单元，根据目标物的尺寸以决定目标物的距离；光能量测量单元，根据增益值与曝光值以决定光能量；及控制器，根据距离与光能量以调整光源的功率。本发明提供的技术方案不需使用传统距离感测器与周围光感测器，仅需使用单一红外线感测器，因而大量降低设计复杂度、功率消耗及成本。
Description
技术领域
本发明是有关一种影像感测器，特别是关于一种借由影像感测器以调整发光装置的功率的系统。
背景技术
结构光(structured-light或SL)投影机投射已知图样至场景，可适用于三维扫描系统以测量物件的三维形状。结构光投影机可投射不可见光(例如红外线)的结构光，因而不会干扰其他的电脑视觉作业或者人类视觉外观(look and feel)。
结构光投影机的发光装置(例如红外线发光装置)的功率一般是由距离(proximity)感测器与周围光(ambient light)感测器来控制。距离感测器不须实体接触而能侦测到邻近物件。图1A显示一种距离感测器。红外线发光二极管(LED)发射红外线至物件(或目标)，反射的红外线被距离感测器感测到，因而侦测到物件。图1B显示另一种距离感测器。光源发射光线至物件，光侦测器(photodetector)根据发射光的飞行时间(time offlight或TOF)特性(亦即发射光行进至物件再返回所需时间)以侦测得到物件的距离D。
周围光感测器可用以侦测周围光的功率(或能量)。图2A显示周围光感测器的功能方框图，主要包含多个模拟至数字转换器(ADC)，用以分别得到红光、绿光、蓝光及红外线的讯息。图2B显示红光、绿光、蓝光与红外线的相对反应(relative response)。
使用距离感测器与周围光感测器以控制结构光投影机的发光装置的功率会增加设计的复杂度、功率消耗及成本。此外，对于红外线光谱的特定范围，可能缺少相应的距离感测器与周围光感测器可以使用。因此亟需提出一种新颖机制，不需使用传统距离感测器与周围光感测器而能调整发光装置的功率。
发明内容
鉴于上述，本发明实施例的目的之一在于提出一种调整红外线发光装置的功率的系统，不需使用传统距离(proximity)感测器与周围光(ambient light)感测器，仅需使用单一红外线感测器，因而大量降低设计复杂度、功率消耗及成本。
根据本发明实施例，调整光源功率的系统包含影像感测器、目标物侦测单元、距离决定单元、光能量测量单元及控制器。影像感测器撷取影像且得到增益值与曝光值。目标物侦测单元侦测影像当中的目标物，且得到目标物的尺寸。距离决定单元根据目标物的尺寸以决定目标物的距离。光能量测量单元根据增益值与曝光值以决定光能量。控制器根据距离与光能量以调整光源的功率。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述调整光源功率的系统，其中该光源包含红外线发光装置。
前述调整光源功率的系统，其中该红外线发光装置设于结构光投影机内。
前述调整光源功率的系统，其中该影像感测器包含红外线感测器。
前述调整光源功率的系统，其中该影像感测器包含互补金属氧化物半导体影像感测器。
前述调整光源功率的系统，其中该距离反比于该影像当中该目标物的尺寸。
前述调整光源功率的系统，更包含查表，能由该距离决定单元来查询，该查表事先储存多个目标物的尺寸及相应距离。
前述调整光源功率的系统，其中该光能量反比于该增益值与该曝光值的乘积。
前述调整光源功率的系统，其中该光能量测量单元包含带通滤波器。
前述调整光源功率的系统，其不包含距离感测器与周围光感测器。
借由上述技术方案，本发明调整光源功率的系统可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：不需使用传统距离感测器与周围光感测器，仅需使用单一红外线感测器，因而大量降低设计复杂度、功率消耗及成本。
附图说明
图1A显示一种距离感测器。
图1B显示另一种距离感测器。
图2A显示周围光感测器的功能方框图。
图2B显示红光、绿光、蓝光与红外线的相对反应。
图3显示本发明实施例的调整光源功率的系统的方框图。
图4显示本发明实施例的调整光源功率的方法的流程图。
图5A例示以不同距离撷取的红外线影像。
图5B分别显示不同距离的相应影像。
图6例示以不同的曝光条件撷取的红外线影像。
【主要元件符号说明】
100：系统
10：红外线发光装置
11：红外线感测器
12：目标物侦测单元
13：距离决定单元
14：光能量测量单元
15：控制器
200：方法
21：红外线感测器撷取红外线影像
22：侦测目标物及尺寸
23：根据尺寸以决定目标物的距离
24：根据增益值/曝光值以测量红外线能量
25：调整红外线发光装置的功率
D：距离
VDD：电源
GND：接地
INT：信号
SCL：信号
SDA：信号
具体实施方式
图3显示本发明实施例的调整光源功率的系统100的方框图，图4显示本发明实施例的调整光源功率的方法200的流程图，其中光源可为红外线(IR)发光装置10。系统100的各个方块可使用硬体、软体或其组合来实施，方法200的流程可使用处理器(例如数字影像处理器)来执行。本实施例的系统100可适用于结构光(structured-light,SL)投影机，其采用红外线发光装置10。虽然本实施例的系统/方法操作于红外线光谱范围，然而本发明也可操作于可见光光谱范围。
在本实施例中，系统100可包含红外线感测器(或影像感测器)11，用以侦测红外线光谱的特定范围(例如940奈米附近的大气视窗(atmospheric window))内的红外线。本实施例的红外线感测器11可包含互补金属氧化物半导体(CMOS)影像感测器(或CIS)，但不限定于此。
在步骤21，红外线感测器11撷取红外线影像(或影像)。在本实施例中，红外线影像的解析度可为640x480(亦即VGA)或320x240(亦即QVGA)。红外线感测器11以自动曝光(AE)模式来撷取红外线影像。在撷取红外线影像时，可得到代表红外线感测器11的信号放大率的增益值(例如自动增益值)以及代表红外线感测器11的单位面积的光量的曝光值。增益值与曝光值的使用将在说明书后续篇幅介绍。
本实施例的系统100可包含目标物侦测单元12，用以侦测(或识别)红外线影像当中的目标物(步骤22)。在侦测目标物时，可得到目标物的位置与尺寸。
本实施例的系统100可包含距离决定单元13，根据红外线影像的目标物的尺寸，以决定目标物(与红外线感测器11之间)的距离(步骤23)。图5A例示以不同距离撷取的红外线影像，例如由远至近分别为距离1、距离2、距离3。图5B分别显示不同距离的相应影像。在这个例子中，相应于距离3具有最大尺寸的目标物最靠近红外线感测器11，相应于距离1具有最小尺寸的目标物最远离红外线感测器11。亦即，目标物愈远，则红外线影像当中的目标物尺寸愈小。换句话说，距离反比于红外线影像当中目标物的尺寸。如图5A所例示，可借由三角数学并根据红外线影像当中目标物的尺寸以决定目标物(与红外线感测器11之间)的距离。借此，本实施例不需使用传统的距离(proximity)感测器而得以决定目标物与红外线感测器11之间的距离。在一实施例中，多个目标物的尺寸及相应距离可事先测量并储存，例如储存于查表(lookup table)，其可由距离决定单元13来查询，因而节省计算时间。
在本实施例中，系统100可包含光能量测量单元14，其根据步骤21所得到的增益值与曝光值以测量(环境)红外线光能量(步骤24)。在本实施例中，所测量的红外线能量相关于增益值与曝光值的乘积(亦即增益值*曝光值)。特别的是，所测量的红外线能量反比于增益值与曝光值的乘积。
图6例示以不同的曝光条件撷取的红外线影像，例如由高至低分别为曝光条件1、曝光条件2。在这个例子中，使用ISO 100(相关于增益值)及快门速度1/30(较长曝光)的曝光条件1所测量得到的红外线能量低于使用ISO 100及快门速度1/1200(较短曝光)的曝光条件2。借此，本实施例不需使用传统的周围光(ambient light)感测器而得以决定代表周围光的红外线能量。如图6所例示，曝光条件1与曝光条件2的周围光比例大约为1:40。
本实施例的光能量测量单元14可包含带通(band-pass)滤波器，用以通过红外线光谱的特定范围(例如940奈米附近的大气视窗)内的波长(或频率)，且阻挡(或衰减)该特定范围外的波长。
在本实施例中，系统100可包含控制器15，其接收(距离决定单元13)所决定的距离及(光能量测量单元14)所测量的光能量，据以调整红外线发光装置10的功率(步骤25)，其可设于结构光投影机内。距离愈远或光能量愈高，则愈多的功率馈至红外线发光装置10。根据上述的实施例，系统100与方法200仅需使用单一红外线感测器，不需使用传统距离感测器与周围光感测器而得以决定距离与周围光，因而大量降低设计复杂度、功率消耗及成本。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种调整光源功率的系统，其特征在于包含：
影像感测器，用以撷取影像且得到增益值与曝光值；
目标物侦测单元，用以侦测该影像当中的目标物，且得到该目标物的尺寸；
距离决定单元，根据该目标物的尺寸以决定该目标物的距离；
光能量测量单元，根据该增益值与该曝光值以决定光能量；及
控制器，根据该距离与该光能量以调整该光源的功率。
2.根据权利要求1所述调整光源功率的系统，其特征在于：其中该光源包含红外线发光装置。
3.根据权利要求2所述调整光源功率的系统，其特征在于：其中该红外线发光装置设于结构光投影机内。
4.根据权利要求1所述调整光源功率的系统，其特征在于：其中该影像感测器包含红外线感测器。
5.根据权利要求1所述调整光源功率的系统，其特征在于：其中该影像感测器包含互补金属氧化物半导体影像感测器。
6.根据权利要求1所述调整光源功率的系统，其特征在于：其中该距离反比于该影像当中该目标物的尺寸。
7.根据权利要求1所述调整光源功率的系统，其特征在于：更包含查表，能由该距离决定单元来查询，该查表事先储存多个目标物的尺寸及相应距离。
8.根据权利要求1所述调整光源功率的系统，其特征在于：其中该光能量反比于该增益值与该曝光值的乘积。
9.根据权利要求1所述调整光源功率的系统，其特征在于：其中该光能量测量单元包含带通滤波器。
10.根据权利要求1所述调整光源功率的系统，其特征在于：其不包含距离感测器与周围光感测器。
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