CN111432133B - 自动曝光成像系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种自动曝光成像系统，包含影像感测器，用以撷取类比影像；类比至数字转换器，将类比影像转换为数字影像；单视框影像处理器，处理数字影像；曝光量化器，根据单视框影像处理器的输出以产生离散值，以代表决定的曝光时间；多重曝光控制器，受控于移动侦测信号，该多重曝光控制器于移动侦测模式的每一视框周期依序产生多个不同的曝光时间，且于串流模式输出该曝光量化器所决定的曝光时间；及像素控制器，接收多重曝光控制器的输出，据以控制影像感测器。

Description

自动曝光成像系统与方法
技术领域
本发明有关一种成像系统，特别是关于一种具有移动侦测的自动曝光成像系统与方法。
背景技术
相机普遍使用于影像的分析，以萃取讯息。然而，所撷取影像需要使用相当大的频宽与功率来传送与处理。为了降低频宽与功率，因而发展出事件触发(event-triggered)相机，以滤除冗余的影像，只有真正有用讯息的影像才会进行传送与处理。当移动(motion)发生时，可确认得到有用讯息。
于最坏的情形下，于移动事件被侦测前光线从暗突然变为亮，传统成像系统由于需要逐渐调整才能决定出适当的曝光时间，通常需要好几个视框期间的时间，因此无法成功侦测到移动事件。因此，传统成像系统不能即时侦测到移动事件，甚至无法侦测到移动事件。
因此亟需提出一种新颖机制，即使于最坏的情形下，于移动事件被侦测前光线从暗突然变为亮，仍可成功且即时侦测移动事件。
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具有移动侦测的自动曝光成像系统与方法，可即时且成功侦测到移动事件。
根据本发明实施例，自动曝光成像系统包含影像感测器、类比至数字转换器、单视框影像处理器、曝光量化器、多重曝光控制器及像素控制器。影像感测器用以撷取类比影像。类比至数字转换器将类比影像转换为数字影像。单视框影像处理器处理数字影像。曝光量化器根据单视框影像处理器的输出以产生离散值，以代表决定的曝光时间。多重曝光控制器受控于移动侦测信号，于移动侦测模式的每一视框周期依序产生多个不同的曝光时间，且于串流模式输出该曝光量化器所决定的曝光时间。像素控制器接收多重曝光控制器的输出，据以控制影像感测器。
附图说明
图1显示本发明实施例的具有移动侦测的自动曝光成像系统的方块图。
图2例示图1相关信号的时序图。
图3显示图1的多重曝光控制器的细部方块图。
图4A例示图1的多重曝光控制器分别于曝光域与读出域的时序图。
图4B例示不同曝光时间与单视框影像处理器输出的关系。
图5A显示未使用本实施例的曝光时间与时间的关系曲线。
图5B显示根据本实施例的曝光时间与时间的关系曲线。
具体实施方式
图1显示本发明实施例的具有移动侦测(motion detection)的自动曝光(automatic exposure,AE)成像系统100的方块图。图2例示图1相关信号的时序图。自动曝光成像系统(以下简称系统)100的各个方块可使用硬件(例如影像信号处理器)、软件或其组合来实施。
在本实施例中，系统100可包含影像感测器11，例如主动像素感测器(active-pixel sensor,APS)，用以撷取类比影像。本实施例的系统100可包含类比至数字转换器(ADC)12，其接收类比影像，并将类比影像转换为数字影像。
系统100可包含移动侦测器13，其接收数字影像，并根据先前数字影像与目前数字影像以产生移动侦测信号motion_d。当侦测到移动事件时，移动侦测信号motion_d变为主动(asserted)(例如逻辑高位准)。如图2所例示，当移动侦测信号motion_d为非主动(de-asserted)(表示未侦测到移动事件)时，则系统100处于移动侦测模式；当移动侦测信号motion_d为主动(表示侦测到移动事件)时，则系统100处于串流(streaming)模式。
根据本实施例的特征之一，系统100可包含单视框(single-frame)影像处理器14，其自类比至数字转换器12接收数字影像，并于一视框期间处理单一视框的数字影像。相反的，传统成像系统使用多视框(multi-frame)影像处理器，于多个视框期间处理多个视框的数字影像以决定适当的曝光时间。
根据本实施例的特征之一，系统100可包含曝光量化器(quantizer)15，其根据单视框影像处理器14的输出与预设值EV，以产生有限集合(finite set)当中的一个离散值(discrete number)。其中，有限集合包含多个个(例如四个)(非负整数)离散值，分别代表不同的曝光时间，所产生的离散值代表所决定的曝光时间或累积(integration)时间。例如，有限集合包含离散值0、1、2及3，曝光量化器15产生有限集合当中的一个离散值。在本说明书中，曝光时间与累积时间可替换使用。
根据本实施例的又一特征，系统100可包含多重曝光(multi-exposure)控制器16，其从曝光量化器15接收所决定的曝光时间并受控于移动侦测信号motion_d。图3显示图1的多重曝光控制器16的细部方块图。多重曝光控制器16可包含计数器161，其计数n个非负整数(例如0、1、2…n-1)所组成的序列，以产生计数输出，其中n为预设正整数。多重曝光控制器16可包含第一多工器162(例如2至1多工器)，其接收(曝光量化器15所产生的)离散值(代表曝光量化器15所决定的曝光时间)与(计数器161所产生的)计数输出，其中之一被传送至第一多工器162的输出端。第一多工器162可受控于移动侦测信号motion_d。如图2所例示，当移动侦测信号motion_d为主动(例如逻辑高位准)时，代表侦测到移动事件，则位于第一输入端(1)的离散值(代表曝光量化器15所决定的曝光时间)被传送至输出端，否则位于第二输入端(0)的(计数器161所产生的)计数输出被传送至输出端。
多重曝光控制器16可包含多个暂存器163，用以分别储存不同的曝光时间。例如，该些暂存器163可包含曝光0暂存器、曝光1暂存器、曝光2暂存器及曝光3暂存器。多重曝光控制器16可包含第二多工器164(例如4至1多工器)，其接收(储存于该些暂存器163的)曝光时间，其中之一被传送至第二多工器164的输出端。第二多工器164可受控于第一多工器162的输出。
根据图3所示架构，于移动侦测模式(表示未侦测到移动事件)，多重曝光控制器16于每一视框期间依序产生多个(例如四个)不同曝光时间，而非如传统成像系统于一视框期间产生单一曝光时间。于串流模式(表示侦测到移动事件)，多重曝光控制器16输出(曝光量化器15)所决定的曝光时间。
图4A例示图1的多重曝光控制器16分别于曝光域(exposure domain)与读出(或扫描)域(read domain)的时序图。在一例子中，该些暂存器163所包含的曝光0暂存器、曝光1暂存器、曝光2暂存器及曝光3暂存器所储存的累积时间(从大至小)依序为tint-0、tint-1、tint-2及tint-3。在这个例子中，tint-3＝(1/2)tint-2＝(1/4)tint-1＝(1/8)tint-0＝(1/32)tframe_st，其中tframe_st代表视框期间。于移动侦测模式，于每一视框期间依序使用累积时间tint-0、tint-1、tint-2及tint-3(但不限定于此顺序)，直到移动事件被侦测到为止(亦即当移动侦测信号motion_d变为主动)。如图2所示，当侦测到移动事件时(亦即于串流模式)，则使用曝光量化器15所决定的累积时间(或曝光时间)。
图4B例示不同曝光时间(例如int-0、int-1、int-2及int-3)与单视框影像处理器14输出的关系。曝光量化器15产生离散值，其代表最接近预设值EV的曝光时间(亦即两者的差值为最小)作为所决定的曝光时间。
参阅图1，本实施例的系统100可包含像素控制器10，其接收移动侦测信号motion_d及多重曝光控制器16的输出，据以控制影像感测器11。于串流模式，影像感测器11，例如主动像素感测器(APS)，可操作于全像素感测与读取模式；于移动侦测模式，影像感测器11可操作于次取样(sub-sampling)或像素分类(binning)模式，以减少像素读取时间。此外，影像感测器11的增益(或ISO)可根据曝光值(或时间)的个数作调整。例如，当预设曝光值为四个，则将预设增益放大四倍，以减少曝光时间。
图5A显示未使用本实施例的曝光时间与时间的关系曲线。图5B显示根据本实施例(特别是曝光量化器15与多重曝光控制器16)的曝光时间与时间的关系曲线。如图所示，图5B的操作远快于图5A的操作。
于最坏的情形下，于移动事件被侦测前光线从暗突然变为亮，前述实施例因为快速地决定曝光时间(如图5B所示)，可即时且成功侦测到移动事件，然而传统成像系统因为缓慢地决定曝光时间(如图5A所示)，无法即时且成功侦测到移动事件。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡是其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述的申请专利范围内。
附图标记列表
100 自动曝光成像系统
10 像素控制器
11 影像感测器
12 类比至数字转换器
13 移动侦测器
14 单视框影像处理器
15 曝光量化器
16 多重曝光控制器
161 计数器
162 第一多工器
163 暂存器
164 第二多工器
motion_d 移动侦测信号
EV 预设值
tint-0 累积时间
tint-1 累积时间
tint-2 累积时间
tint-3 累积时间
tframe_st 视框期间
int-0 曝光时间
int-1 曝光时间
int-2 曝光时间
int-3 曝光时间

Claims (8)

1.一种自动曝光成像系统，包含：
影像感测器，用以撷取类比影像；
类比至数字转换器，将该类比影像转换为数字影像；
单视框影像处理器，处理该数字影像；
移动侦测器，接收该数字影像，并根据先前数字影像与目前数字影像以产生移动侦测信号，其中，当移动侦测信号为主动时，该自动曝光成像系统处于串流模式，否则该自动曝光成像系统处于移动侦测模式；
曝光量化器，根据该单视框影像处理器的输出以产生离散值，以代表决定的曝光时间；
多重曝光控制器，受控于该移动侦测信号，该多重曝光控制器于该移动侦测模式的每一视框周期依序产生多个不同的曝光时间，且于该串流模式输出该曝光量化器所决定的曝光时间；及
像素控制器，接收该多重曝光控制器的输出，据以控制该影像感测器。
2.根据权利要求1所述的自动曝光成像系统，其中该曝光量化器还根据预设值以产生该离散值，该曝光量化器产生该离散值，其代表最接近该预设值的曝光时间作为所决定的该曝光时间。
3.根据权利要求1所述的自动曝光成像系统，其中该多重曝光控制器包含：
计数器，产生计数输出；
第一多工器，接收所产生的该离散值与该计数输出，其中之一被传送至该第一多工器的输出端；
多个暂存器，用以分别储存该些不同的曝光时间；及
第二多工器，接收该些不同的曝光时间，受控于该第一多工器的输出使得其中之一被传送至该第二多工器的输出端。
4.根据权利要求3所述的自动曝光成像系统，其中所产生的该离散值于串流模式被传送至该第一多工器的输出端，且该计数输出于移动侦测模式被传送至该第一多工器的输出端。
5.一种自动曝光成像方法，包含：
(a)以影像感测器撷取类比影像；
(b)将该类比影像转换为数字影像；
(c)执行单视框影像处理步骤以处理该数字影像；
(d)根据先前数字影像与目前数字影像以产生移动侦测信号，其中当移动侦测信号为主动时，该自动曝光成像方法处于串流模式，否则该自动曝光成像方法处于移动侦测模式；
(e)根据该单视框影像处理步骤的输出以产生离散值，以代表决定的曝光时间；
(f)受控于该移动侦测信号，于该移动侦测模式的每一视框周期依序产生多个不同的曝光时间，且于该串流模式输出所决定的该曝光时间；及
(g)于移动侦测模式根据该些不同的曝光时间以控制该影像感测器，于串流模式根据所决定的该曝光时间以控制该影像感测器。
6.根据权利要求5所述的自动曝光成像方法，还包含根据预设值以产生该离散值，该步骤(e)产生该离散值，其代表最接近该预设值的曝光时间作为所决定的该曝光时间。
7.根据权利要求5所述的自动曝光成像方法，其中该步骤(f)包含：
产生计数输出；
接收所产生的该离散值与该计数输出，其中之一被第一次多工处理以作为第一次多工输出；
以多个暂存器分别储存该些不同的曝光时间；及
接收该些不同的曝光时间，受控于该第一次多工输出，使得其中之一被第二次多工处理以作为第二次多工输出。
8.根据权利要求7所述的自动曝光成像方法，其中所产生的该离散值于串流模式被第一次多工处理以作为第一次多工输出，且该计数输出于移动侦测模式被第一次多工处理以作为该第一次多工输出。
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