CN112004036A - 取得图像数据的方法及其图像感测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种取得图像数据的方法及其图像感测系统，所述方法可用于图像感测系统，所述图像感测系统包括一感测区域，所述感测区域具有多个感测像素，所述方法包括下列步骤：分别以至少两段积分时间扫描该多个感测像素中的至少两组感测像素，以取得多个感测结果；根据该多个感测结果，从该至少两段积分时间中选出一选定积分时间；以及以该选定积分时间扫描该多个感测像素中该至少两组感测像素以外的感测像素，以取得该图像数据。

Description

取得图像数据的方法及其图像感测系统
技术领域
本发明涉及一种取得图像数据的方法及其相关的图像感测系统，尤其涉及一种可降低决定图像感测系统的积分时间所需时间长的取得图像数据的方法。
背景技术
随着科技的进步，各类型的移动装置，如智能型手机(smart phone)、平板计算机(tablet)、笔记本电脑(laptop)、卫星导航系统(GPS navigator system)及电子书(electronic book)等，已成为人们生活中不可或缺的部分。不同于传统的手机仅具有通话功能，现今的移动装置将通信、连网、拍照、游戏、数据处理等功能整合在一起，多功能的设计使得移动装置更受到消费者的喜爱。指纹识别是一种常见的功能，用来处理各种电子装置及移动装置的安全性及隐私问题，指纹识别可通过各种技术来实现，例如电容感测、光感测(影像感测)、热能、超声波等。举例来说，一移动电话可能具有一指纹识别接口，其内建于主页键(home button)或特定区域，可用来侦测用户的指纹。
近年来，光学式指纹识别成为最普及的指纹识别方案之一。类似于一般摄像机，对于每一张接收到的指纹图像而言，光学式指纹感测装置都需要找出适合的积分时间(也称为曝光时间)，以适应不同周边光线。为实现指纹识别应用的较佳用户体验，电子装置(如移动电话)通常被要求在极短时间内判断出指纹图像是否正确；因此，光学式指纹感测装置必须快速且正确地决定最适合的积分时间。在此情况下，需要在扫描多个图像帧之后才取得适合积分时间的现有自动曝光方法并不可行。
因此，实有必要提供一种新颖的指纹图像取得方法，以提升决定积分时间的速度。
发明内容
因此，本发明的主要目的即在于提供一种取得图像数据的方法及其相关图像感测系统，可提升决定积分时间的速度。
本发明的一实施例公开了一种取得图像数据的方法，用于一图像感测系统。该图像感测系统包括一感测区域，该感测区域具有多个感测像素。该方法包括以下步骤：分别以至少两段积分时间扫描该多个感测像素中的至少两组感测像素，以取得多个感测结果；根据该多个感测结果，从该至少两段积分时间中选出一选定积分时间；以及以该选定积分时间扫描该多个感测像素中该至少两组感测像素以外的感测像素，以取得该图像数据。
本发明的另一实施例公开了一种图像感测系统，该图像感测系统包括一感测区域及一感测装置。该感测区域包括多个感测像素。该感测装置耦接于该感测区域，用来执行以下步骤以取得图像数据：分别以至少两段积分时间扫描该多个感测像素中的至少两组感测像素，以取得多个感测结果；根据该多个感测结果，从该至少两段积分时间中选出一选定积分时间；以及以该选定积分时间扫描该多个感测像素中该至少两组感测像素以外的感测像素，以取得该图像数据。
附图说明
图1为一光学式指纹识别系统的结构示意图。
图2为一感测像素阵列及其电路结构的示意图。
图3为用于感测像素的控制电路运作的示意图。
图4为一感测像素的连续读出运作的示意图。
图5为本发明实施例一流程的流程图。
图6为利用三行感测像素来决定适合积分时间的实现方式的示意图。
图7为本发明实施例一图像感测系统的示意图。
图8为感测信号的直方图分布的示意图。
图9为一感测区域中三行感测像素被选择用来决定适合的积分时间的示意图。
图10为本发明实施例一流程的流程图。
其中，附图标记说明如下：
10 光学式指纹识别系统
102、702 触摸屏
104 透镜
106、704 感测集成电路
PD 发光二极管
FD 存储电容
MRS、MTG、MSF、MSEL 晶体管
NFD 感测节点
Vdd、VFD 电压
ΦSEL、ΦRS、ΦTG 控制信号
50、100 流程
500～508、1000～1012 步骤
R1～R3 行
70 图像感测系统
706 主机端
710 模拟数字转换器
具体实施方式
请参考图1，图1为一光学式指纹识别系统10的结构示意图。光学式指纹识别系统10包括一触摸屏102、至少一透镜104及一感测集成电路(Integrated Circuit，IC)106。触摸屏102用来接触用户的手指以接收指纹图像。接着，图像可通过透镜104传送到感测集成电路106。在部分范例中，透镜104可搭配波导组件或由波导组件所取代。感测集成电路106可以是一互补式金属氧化物半导体图像传感器(CMOS Image Sensor，CIS)，其中，指纹图像可由互补式金属氧化物半导体图像传感器的感测区域接收。感测区域包括大量感光组件(如发光二极管(photodiode))，其具有接收光线并将其转换为电子的功能。电子即可通过任何电子信号的形式(如电压或电流)加以输出，再由一模拟数字转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)转换为数字图像数据。如此一来，数字图像数据可由一处理器或主机端装置进行处理，以建立指纹图像。
更明确来说，感测区域可包括多个感测像素，以阵列方式排列。请参考图2，图2为一感测像素阵列及其电路结构的示意图。如图2所示，每一感测像素包括一发光二极管PD及一控制电路。在此例中，控制电路为4T主动像素传感器(Active Pixel Sensor，APS)结构，其包括4个晶体管MRS、MTG、MSF及MSEL以及1个存储电容FD。
控制电路的运作方式如图3所示。发光二极管PD具有一N型井(N-well)，当发光二极管PD进行曝光时N型井内会产生电子。开关晶体管MTG连接于发光二极管PD与一感测节点NFD和存储电容FD之间。在感测节点NFD开始接收电子之前，可将感测节点NFD重置到电压Vdd(通过重置晶体管MRS)。接着，开关晶体管MTG开启同时其它晶体管关闭，使得电子可从发光二极管PD的N型井流到感测节点NFD，以存储在存储电容FD中。当开关晶体管MTG开启一段时间之后，开关晶体管MTG关闭，此时部分或所有电子已流到感测节点NFD，使得感测节点NFD的电压VFD下降。此感测像素的输出信号即可通过电压VFD来决定，并通过控制信号ΦSEL及晶体管MSET的选择而转传到对应列的输出线上。从发光二极管PD读出的电子数量可由发光二极管PD感测到的环境光量来决定，同时也受到开关晶体管MTG开启时间的影响。较长的开关晶体管MTG开启时间使得更多电子累积到感测节点NFD上，因此，开关晶体管MTG的开启时间又称为积分时间(也称作曝光时间，因为开关晶体管MTG开启时可将曝光取得的电子累积在感测节点NFD上)。在此例中，可采用电子作为从发光二极管PD读出的载子。需注意的是，本发明实施例可采用的载子类型不以此为限。
为取得适合的积分时间，需读出发光二极管PD中的电子并将其对应的电子信号输出至后端的处理器，使得处理器可判断所读出的电子数量是否合适。换句话说，积分时间是否合适是在曝光和读出完毕之后决定。然而，由于感测电路的特性，在电子被读出之后，发光二极管PD中的电子数量会下降或甚至被清除。因此，每一次读出运作都导致发光二极管PD中电子量的下降，因而发光二极管PD应重新开始进行感光以产生电子，且感测节点也应再次进行重置，从而实现后续的读出运作。
请参考图4搭配图3所示，其中，图4示出了一感测像素的连续读出运作。在每一次读出运作中，感测像素须进行重置以将电压VFD拉到Vdd。接着，开关晶体管MTG开启且积分时间开始，电压VFD在积分时间内持续下降。当积分时间结束之后，即可决定电压VFD的最终数值，通过选择晶体管MSEL可对此数值进行采样，并读出相关的像素数据。在此例中，感测像素可由积分时间1T开始。当像素数据读出之后，后端处理器即可得知所取得的像素数据数值不够高，代表1T的积分时间之下感测节点NFD上累积的电子信号不足(或感测到的亮度不足)。因此，感测像素接着以积分时间2T进行读出。若取得的像素数据数值仍然不够，则感测像素接着以积分时间3T进行读出。在此例中，积分时间3T之下取得的像素数据数值够高，因而积分时间3T被判断为适合的积分时间，可用来撷取指纹图像。整体而言，感测装置共需花费6T的时间长来取得适合的积分时间。
一般来说，处理器可取得完整图像(即每一个感测像素的像素数据)以判断在预设积分时间之下取得的图像亮度是否足够。因此，为取得适合的积分时间，往往须捕捉至少2或3帧图像。由于每一感测像素都需要经过上述连续读出运作，导致积分时间的决定过程需耗费大量时间。
为了降低决定积分时间所需花费的时间，本发明提供了一种可同步执行不同积分时间读出的方法。请参考图5，图5为本发明实施例一流程50的流程图。如图5所示，流程50可实现于一感测装置，用来从感测像素阵列取得电子信号，流程50包括以下步骤：
步骤500：开始。
步骤502：分别以至少两段积分时间扫描多个感测像素中的至少两组感测像素，以取得多个感测结果。
步骤504：根据多个感测结果，从至少两段积分时间中选出一选定积分时间。
步骤506：以选定积分时间扫描多个感测像素中除了该至少两组感测像素以外的感测像素，以取得图像数据。
步骤508：结束。
根据流程50，至少两组感测像素分别以至少两段不同积分时间进行扫描。在一实施例中，每一组感测像素可以是一行感测像素。举例来说，若采用两行感测像素来决定积分时间，则第一行的感测像素是以第一积分时间来进行扫描，而第二行的感测像素是以第二积分时间来进行扫描。第一积分时间及第二积分时间为预定的且具有不同时间长。扫描代表对一行中的部分或所有感测像素进行采样以读出像素数据，此像素数据对应于感测像素感测而得到的载子(如电子)，其中，载子可由感光组件(如发光二极管)感测而得，随后传送到感测像素中的感测节点及存储电容。感测结果可根据像素数据来取得。接着，根据感测结果，可选择至少两段积分时间的其中一者作为适合的积分时间。
上述在分组感测像素中进行扫描的运作可称为“预扫描(pre-scanning)”。当决定了适合的积分时间之后，感测装置可通过选定积分时间来扫描除了前述用于取得选定积分时间的至少两组感测像素以外的感测像素，以取得指纹图像数据。
图6示出了一种实施方式，其利用三行R1～R3感测像素来决定适合的积分时间。如图6所示，三行R1～R3感测像素为并行扫描。详细来说，位于行R1～R3的感测像素中的感测节点同时进行重置，接着积分时间开始而感测节点开始从对应的发光二极管接收电子。行R1～R3的感测像素的读出运作可同步执行，且不同行感测像素的积分时间部分重叠，但具有不同长度。
更明确来说，对于行R1的感测像素而言，预定的积分时间长度为1T，因此感测节点以预定的积分时间1T从相应发光二极管接收电子。对于行R2的感测像素而言，预定的积分时间长度为2T，因此感测节点以预定的积分时间2T从相应发光二极管接收电子。对于行R3的感测像素而言，预定的积分时间长度为3T，因此感测节点以预定的积分时间3T从相应发光二极管接收电子。位于这三行R1～R3的感测像素在相同时间进行重置，但在不同时间进行采样。因此，相较于现有的方法需花费6T时间长来决定适合的积分时间(如图4所示)，利用本发明的方法可在时间长3T内达到相似的效果(如图6所示)。
请参考图7，图7为本发明实施例一图像感测系统70的示意图。图像感测系统70可以是用来感测指纹图像的光学式指纹识别系统。图像感测系统70包括一触摸屏702、一感测集成电路704及一主机端706。触摸屏702包括一感测区域，感测区域上设置有感测像素阵列。感测集成电路704耦接于触摸屏702上的感测区域，可用来执行上述扫描及读出操作以判断适合的积分时间。在一实施例中，感测区域及其感测像素也可整合在感测集成电路704中。感测集成电路704还可包括一模拟数字转换器710，用来将感测像素端读出的电子信号转换为数字像素数据。在另一实施例中，感测集成电路704也可包括多个模拟数字转换器，而每一模拟数字转换器负责处理其中一或多个感测像素。主机端706耦接于感测集成电路704，可用来根据从感测集成电路704取得的关于行R1～R3感测像素的感测结果，选择适合的积分时间。当选择出适合的积分时间之后，感测集成电路704即可通过选定积分时间扫描剩下的各行感测像素，主机端706并取得这些行的像素数据，从而判断指纹图像是否正确。主机端706可由任何类型的处理装置来实现，例如微处理器(microprocessor)、中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、单片机(Micro Control Unit，MCU)等。
请继续参考图7搭配图6所示。如上所述，位于行R1～R3的感测像素中的感测节点同时进行重置，接着以不同积分时间长度进行预扫描。当经过了积分时间1T之后，行R1已扫描完毕而其它行R2～R3的扫描仍在进行，此时，主机端706可从感测集成电路704取得行R1感测像素的感测结果。根据此感测结果，主机端706可判断积分时间1T不是适合的积分时间，需进一步考虑其它行R2～R3的结果。接着，当行R2扫描完毕之后，主机端706可从感测集成电路704取得行R2感测像素的感测结果。根据此感测结果，主机端706仍判断用于行R2的积分时间2T不是适合的积分时间。最后，当行R3扫描完毕之后，主机端706可从感测集成电路704取得行R3感测像素的感测结果。根据此感测结果，主机端706可判断积分时间3T为适合的积分时间，从而选择使用积分时间3T来扫描整个感测区域以取得指纹图像。
在一实施例中，感测结果可以是行R1～R3的感测像素中感测信号的直方图分布。请参考图8，图8为感测信号的直方图分布的示意图。图8示出了行R1～R3的感测信号数量的直方图分布，其分别对应于积分时间1T～3T。在较长的积分时间之下，感测信号也会放大，意即更多电子被感测节点接收，使得图像亮度提高。因此，较长积分时间之下的感测信号分布对应到较高亮度。编码值0及编码值255分别代表从感测像素接收感测信号的模拟数字转换器的最小编码值(最暗)及最大编码值(最亮)，且编码值0与编码值255之间的范围即为模拟数字转换器的工作范围(此处以8位模拟数字转换器为例)。优选地，感测信号的直方图分布应完全位于或多数位于模拟数字转换器的工作范围内，即位于模拟数字转换器的编码值0与编码值255之间，在此情形下，指纹图像可通过模拟数字转换器正确转换为数字像素数据。否则，模拟数字转换器的范围外的亮度无法正确地识别出来。因此，主机端706可布置一算法，用来判断感测信号的直方图分布是否多数位于模拟数字转换器的工作范围内，并据此判断相应积分时间是否合适。
在此例中，积分时间1T的直方图分布大部分位于模拟数字转换器的范围外，代表在积分时间1T之下取得的图像太暗。对于积分时间2T而言，其直方图分布仍存在一部分位于模拟数字转换器的范围外，因此积分时间2T也是不合适的。积分时间3T的直方图分布则符合模拟数字转换器的工作范围，其中，直方图分布的中心接近于模拟数字转换器编码的中间值，且积分时间3T之下大多数的感测信号位于编码值0与编码值255之间的范围，因此，积分时间3T可作为适合的积分时间，从而被选择用于指纹图像的取得。
值得注意的是，用来决定积分时间的各组感测像素可任意选择。举例来说，一行感测像素可视为一组，以设定一特定积分时间。请参考图9，图9为一感测区域中三行R1～R3感测像素被选择用来决定适合的积分时间的示意图。如上所述，由于感测电路的特性，发光二极管中的电子数量在读出后将下降或甚至被清除，因此，行R1～R3中的感测像素被预先采样且电子信号被读出，其无法用于取得指纹图像数据。在此情况下，当决定了选定积分时间之后，感测装置仅扫描行R1～R3以外的感测像素来取得最终指纹图像。举例来说，感测集成电路可通过选定积分时间3T开始扫描第一行至最后一行但除了行R1～R3以外的感测像素，并取得具有适合亮度的指纹图像。因行R1～R3未取得图像数据，当扫描完成之后，行R1～R3感测像素的图像数据可根据相邻于行R1～R3的感测像素的图像数据，通过内插方式进行估算。举例来说，行R1的图像数据可由行(R1-1)及(R1+1)的图像数据通过内插法取得。因为感测像素的尺寸极小且相邻感测像素的图像数据应不存在明显差异，使用内插方法应不致降低图像的质量。
为实现内插机制，用来判断积分时间的感测像素行不应是相邻的两行，如图9所示，行R1～R3彼此都不相邻。否则，若相邻的任两行或多行感测像素被采用以决定积分时间时，这些行的图像数据可能无法正确地通过内插法来取得。
根据互补式金属氧化物半导体图像传感器中感测像素的运作，每一列感测像素连接至一条共同输出线(如图2所示的列输出线)，而像素数据是以一行一行的方式输出。换句话说，一整行的感测像素是在同一时间接收相同的水平控制信号来进行控制，即每一个控制信号ΦSEL、ΦRS及ΦTG都输出至整行感测像素。因此，针对一行感测像素的扫描是在同一时间执行。若一感测像素被扫描且其对应像素数据被读出以用来决定积分时间，则同一行其它感测像素中的发光二极管的电子也必然输出至其相应的列输出线。因此，优选地，可选择一行感测像素作为一组，以根据从部分或完整一行的感测像素取得的感测信号作为基准，来产生直方图分布，此时不需要牺牲其它非选择行的感测像素。举例来说，在图9的实施例中，行R1～R3中部分较靠近感测区域中心的感测像素被选择用来产生感测结果以决定积分时间。本领域技术人员应当了解，用来决定积分时间的一组感测像素也可通过其它方法来选择，而不限于此。
值得注意的是，本发明的主要目的之一在于提供一种可通过预先扫描几组感测像素以取得适合的积分时间，从而取得图像数据的方法，可提高决定积分时间的速度。本领域技术人员当可据此进行修饰或变化，而不限于此。举例来说，图2所示的感测像素的电路结构仅为本发明感测像素的众多实现方式当中的一种，只要发光二极管的载子可被传送到一感测节点并读出，感测像素也可采用其它电路结构来实现。在另一实施例中，选定的积分时间也可能不是3T，其可以是2T、4T(可包括另一组感测像素以积分时间4T来进行预扫描)、或其它可行的时间长。除此之外，在上述实施例中，感测信号的直方图分布可作为感测结果，用来选择适合的积分时间。在另一实施例中，也可采用一组或一行的感测信号或像素数据的对比度作为感测结果。当主机端取得一组感测像素的感测信号或像素数据之后，可找出分别对应于指纹波峰和波谷的较亮数据及较暗数据。此时，对比度代表较亮数据与较暗数据之间的差异，可用来选择适合的积分时间。
上述关于预扫描多组感测像素以判断适合的积分时间，接着扫描其它感测像素的运作可归纳为一流程100，如图10所示。流程100可实现于图像感测系统70，其包括以下步骤：
步骤1000：开始。
步骤1002：感测集成电路704以一预设积分时间预扫描一行感测像素，以取得一感测结果。
步骤1004：主机端706判断该积分时间是否合适。若是，则执行步骤1008；若否，则执行步骤1006。
步骤1006：以较长积分时间对另一行进行预扫描。
步骤1008：感测集成电路704以选定积分时间扫描感测区域中除了预扫描行感测像素以外的感测像素，以取得图像数据。
步骤1010：主机端706从感测集成电路704接收图像数据，以产生指纹图像。
步骤1012：结束。
关于流程100的详细运作及变化方式可参考前述段落的说明，在此不赘述。
综上所述，本发明提供了一种取得图像数据的方法及其相关图像感测系统(例如指纹识别系统)。在图像感测系统的感测区域中，可针对多组感测像素设定不同积分时间，并通过所设定的积分时间来进行预扫描，通过预扫描操作的感测结果可决定适合的积分时间。当决定了适合的积分时间之后，感测装置可通过选定积分时间来扫描除了用于预扫描的感测像素以外的感测像素，以取得指纹数据。进行预扫描的各组感测像素可同时执行预扫描，从而提高决定积分时间的速度。
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 (20)

1.一种取得图像数据的方法，用于一图像感测系统，该图像感测系统包括一感测区域，该感测区域具有多个感测像素，该方法包括：
分别以至少两段积分时间扫描该多个感测像素中的至少两组感测像素，
以取得多个感测结果；根据该多个感测结果，从该至少两段积分时间中选出一选定积分时间；以及
以该选定积分时间扫描该多个感测像素中该至少两组感测像素以外的感测像素，以取得该图像数据。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该多个感测像素中每一感测像素包括一感光组件，而分别以该至少两段积分时间扫描该多个感测像素中的该至少两组感测像素的步骤包括：
对该至少两组感测像素中的一第一感测像素进行采样以读出一电子信号，该电子信号对应于该第一感测像素中的该感光组件进行感测而取得的载子。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该多个感测像素中每一感测像素包括一感光组件，而分别以该至少两段积分时间扫描该多个感测像素中的该至少两组感测像素的步骤包括：
重置位于该至少两组感测像素的一感测像素中耦接于该感光组件的一感测节点；以及
在该至少两段积分时间的其中一段积分时间的期间，通过该感测节点从该感光组件接收载子。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该至少两组感测像素中的每一感测像素的该感测节点同时进行重置。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，分别以该至少两段积分时间扫描该多个感测像素中的该至少两组感测像素的步骤还包括：
以该至少两段积分时间中的一第一积分时间，通过位于该至少两组感测像素的一第一组感测像素中的该感测节点接收其相应感光组件的载子；以及
以该至少两段积分时间中的一第二积分时间，通过位于该至少两组感测像素的一第二组感测像素中的该感测节点接收其相应感光组件的载子；
其中，该第一积分时间与该第二积分时间部分重叠。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该至少两组感测像素为非相邻行的感测像素。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该多个感测结果包括该至少两组感测像素中一组感测像素的感测信号的一直方图分布。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，当通过一第一积分时间取得的感测信号的该直方图分布符合一模拟数字转换器的一操作范围时，该第一积分时间被选为该选定积分时间，该模拟数字转换器用来根据从该多个感测像素接收到的感测信号来输出像素数据。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该多个感测结果包括该至少两组感测像素中一组感测像素的感测信号的对比度。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在以该选定积分时间扫描该多个感测像素中该至少两组感测像素以外的感测像素的步骤之后，根据该至少两组感测像素的相邻感测像素的图像数据，通过内插方式取得该至少两组感测像素的图像数据。
11.一种图像感测系统，包括：
一感测区域，包括多个感测像素；以及
一感测装置，耦接于该感测区域，用来执行以下步骤以取得图像数据：
分别以至少两段积分时间扫描该多个感测像素中的至少两组感测像素，以取得多个感测结果；
根据该多个感测结果，从该至少两段积分时间中选出一选定积分时间；以及
以该选定积分时间扫描该多个感测像素中该至少两组感测像素以外的感测像素，以取得该图像数据。
12.如权利要求11所述的图像感测系统，其特征在于，该多个感测像素中每一感测像素包括一感光组件，而该感测装置用来执行以下步骤以分别以该至少两段积分时间扫描该多个感测像素中的该至少两组感测像素：
对该至少两组感测像素中的一第一感测像素进行采样以读出一电子信号，该电子信号对应于该第一感测像素中的该感光组件进行感测而取得的载子。
13.如权利要求11所述的图像感测系统，其特征在于，该多个感测像素中每一感测像素包括一感光组件，而该感测装置用来执行以下步骤以分别以该至少两段积分时间扫描该多个感测像素中的该至少两组感测像素：
重置位于该至少两组感测像素的一感测像素中耦接于该感光组件的一感测节点；以及
在该至少两段积分时间的其中一段积分时间的期间，控制该感测节点以从该感光组件接收载子。
14.如权利要求13所述的图像感测系统，其特征在于，该至少两组感测像素中的每一感测像素的该感测节点同时进行重置。
15.如权利要求13所述的图像感测系统，其特征在于，该感测装置还执行以下步骤，以分别以该至少两段积分时间扫描该多个感测像素中的该至少两组感测像素：
以该至少两段积分时间中的一第一积分时间，控制位于该至少两组感测像素的一第一组感测像素中的该感测节点以接收其相应感光组件的载子；以及
以该至少两段积分时间中的一第二积分时间，控制位于该至少两组感测像素的一第二组感测像素中的该感测节点以接收其相应感光组件的载子；
其中，该第一积分时间与该第二积分时间部分重叠。
16.如权利要求11所述的图像感测系统，其特征在于，该至少两组感测像素为非相邻行的感测像素。
17.如权利要求11所述的图像感测系统，其特征在于，该多个感测结果包括该至少两组感测像素中一组感测像素的感测信号的一直方图分布。
18.如权利要求17所述的图像感测系统，其特征在于，还包括：
一模拟数字转换器，用来根据从该多个感测像素接收到的感测信号来输出像素数据；以及
一主机端，耦接于该感测装置，用来当通过一第一积分时间取得的感测信号的该直方图分布符合该模拟数字转换器的一操作范围时，选择该第一积分时间为该选定积分时间。
19.如权利要求11所述的图像感测系统，其特征在于，该多个感测结果包括该至少两组感测像素中一组感测像素的感测信号的对比度。
20.如权利要求11所述的图像感测系统，其特征在于，当该感测装置以该选定积分时间扫描该多个感测像素中该至少两组感测像素以外的感测像素之后，根据该至少两组感测像素的相邻感测像素的图像数据，通过内插方式取得该至少两组感测像素的图像数据。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021031612A1 (zh) * 2019-08-16 2021-02-25 神盾股份有限公司 指纹感测装置
TWI781653B (zh) * 2020-11-03 2022-10-21 神盾股份有限公司 電子裝置以及指紋影像校正方法
US11372501B1 (en) * 2021-05-10 2022-06-28 Novatek Microelectronics Corp. Control method and control circuit for fingerprint sensing

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10304238A (ja) * 1997-04-22 1998-11-13 Toshiba Corp 固体撮像素子を備えたカメラの自動露光時間設定装置
US6498576B1 (en) * 2000-05-09 2002-12-24 Pixim, Inc. Selective analog-to-digital conversion for a digital pixel sensor
JP2003101871A (ja) * 2001-09-21 2003-04-04 Konica Corp 撮影装置
US20040228508A1 (en) * 2003-05-16 2004-11-18 Canon Kabushiki Kaisha Signal processing apparatus and controlling method
US20070164115A1 (en) * 2006-01-17 2007-07-19 Symboltechnologies, Inc. Automatic exposure system for imaging-based bar code reader
CN102833488A (zh) * 2011-06-13 2012-12-19 索尼公司 图像摄取装置、图像摄取装置控制方法和程序
US20130293752A1 (en) * 2012-05-02 2013-11-07 Aptina Imaging Corporation Exposure time selection using stacked-chip image sensors
US20140293102A1 (en) * 2011-11-08 2014-10-02 Rambus Inc. Conditional-reset, temporally oversampled image sensor
US20150244923A1 (en) * 2014-02-21 2015-08-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Method for acquiring image and electronic device thereof
US20150326771A1 (en) * 2014-05-07 2015-11-12 Go Maruyama Imaging device and exposure adjusting method
CN108353140A (zh) * 2015-11-16 2018-07-31 微软技术许可有限责任公司 图像传感器系统
WO2019042890A1 (fr) * 2017-09-01 2019-03-07 Teledyne E2V Semiconductors Sas Procede d'acquisition d'image par un capteur d'image de type cmos pour la reconnaissance de code lisible optiquement

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10304238A (ja) * 1997-04-22 1998-11-13 Toshiba Corp 固体撮像素子を備えたカメラの自動露光時間設定装置
US6498576B1 (en) * 2000-05-09 2002-12-24 Pixim, Inc. Selective analog-to-digital conversion for a digital pixel sensor
JP2003101871A (ja) * 2001-09-21 2003-04-04 Konica Corp 撮影装置
US20040228508A1 (en) * 2003-05-16 2004-11-18 Canon Kabushiki Kaisha Signal processing apparatus and controlling method
US20070164115A1 (en) * 2006-01-17 2007-07-19 Symboltechnologies, Inc. Automatic exposure system for imaging-based bar code reader
CN102833488A (zh) * 2011-06-13 2012-12-19 索尼公司 图像摄取装置、图像摄取装置控制方法和程序
US20140293102A1 (en) * 2011-11-08 2014-10-02 Rambus Inc. Conditional-reset, temporally oversampled image sensor
US20130293752A1 (en) * 2012-05-02 2013-11-07 Aptina Imaging Corporation Exposure time selection using stacked-chip image sensors
US20150244923A1 (en) * 2014-02-21 2015-08-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Method for acquiring image and electronic device thereof
US20150326771A1 (en) * 2014-05-07 2015-11-12 Go Maruyama Imaging device and exposure adjusting method
CN108353140A (zh) * 2015-11-16 2018-07-31 微软技术许可有限责任公司 图像传感器系统
WO2019042890A1 (fr) * 2017-09-01 2019-03-07 Teledyne E2V Semiconductors Sas Procede d'acquisition d'image par un capteur d'image de type cmos pour la reconnaissance de code lisible optiquement

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