CN113364992B - 影像感测装置及其曝光时间调整方法 - Google Patents

影像感测装置及其曝光时间调整方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种影像感测装置及其曝光时间调整方法。渐进地缩减传感器的曝光时间调整量，并依据传感器的曝光时间调整量是否收敛至预设范围内来判断是否完成传感器的曝光时间调整。

Description

影像感测装置及其曝光时间调整方法
技术领域
本发明涉及一种感测装置，尤其涉及一种影像感测装置及其曝光时间调整方法。
背景技术
在光学式指纹辨识系统中，若所撷取的指纹影像亮度太高或太低的问题，皆会造成指纹影像不清楚，进而影响了指纹辨识的正确性。撷取的指纹影像亮度太高或太低的问题，通常是传感器的曝光时间太长或太短所造成，因此如何将传感器的曝光时间调整至适当的曝光时间为十分重要的课题。
发明内容
本发明提供一种影像感测装置及其曝光时间调整方法，可准确地将传感器的曝光时间调整至适当的曝光时间，而大幅提高影像感测质量。
本发明的影像感测装置包括传感器以及控制电路。传感器感测包括影像信息的光信号，以产生感测影像。控制电路耦接传感器，调整传感器的曝光时间以使感测影像的影像亮度趋近目标亮度，其中控制电路渐进地缩减传感器的曝光时间调整量，并依据传感器的曝光时间调整量是否收敛至预设范围内判断是否完成传感器的曝光时间调整。
在本发明的一实施例中，上述的控制电路于传感器的曝光时间调整量落于预设范围内的次数等于预设次数且感测影像的影像亮度与目标亮度的差值落于预设亮度差范围内时，完成传感器的曝光时间调整。
在本发明的一实施例中，上述的控制电路在调整曝光时间前后感测影像的影像亮度与目标亮度的差值的正负号改变时，缩减一半传感器的曝光时间调整量。
在本发明的一实施例中，上述的控制电路撷取感测影像的中心区域影像以得到撷取影像，并依据撷取影像的影像亮度与目标亮度调整传感器的曝光时间。
在本发明的一实施例中，上述的控制电路调整传感器的曝光时间以使感测影像的影像亮度略大于目标亮度。
在本发明的一实施例中，上述的感测影像为指纹影像及掌纹影像中的至少一者。
在本发明的一实施例中，上述的控制电路撷取感测影像上第一区域以及第二区域的影像以得到第一撷取影像与第二撷取影像，并依据第一撷取影像与第二撷取影像的影像亮度与目标亮度调整传感器的曝光时间。
在本发明的一实施例中，上述的控制电路计算第一撷取影像与第二撷取影像的加权平均影像亮度，并依据加权平均影像亮度与目标亮度调整传感器的曝光时间。
在本发明的一实施例中，上述的第一区域部分重叠于第二区域。
本发明还提供一种影像感测装置的曝光时间调整方法，其中影像感测装置包括传感器，传感器感测影像信息的光信号，以产生感测影像。影像感测装置的曝光时间调整方法包括下列步骤。调整传感器的曝光时间以使感测影像的影像亮度趋近目标亮度。判断感测影像的影像亮度与目标亮度的差值是否落于预设亮度差范围内。若感测影像的影像亮度与目标亮度的差值未落于预设亮度差范围内，判断调整传感器的曝光时间前后感测影像的影像亮度与目标亮度的差值的正负号是否改变。若调整传感器的曝光时间前后感测影像的影像亮度与目标亮度的差值的正负号改变，缩减传感器的曝光时间调整量并调整传感器的曝光时间以使感测影像的影像亮度趋近目标亮度。若感测影像的影像亮度与目标亮度的差值落于预设亮度差范围内，依据传感器的曝光时间调整量是否收敛至预设范围内判断是否完成传感器的曝光时间调整。
在本发明的一实施例中，上述的影像感测装置的曝光时间调整方法包括，于传感器的曝光时间调整量落于预设范围内的次数等于预设次数且感测影像的影像亮度与目标亮度的差值落于预设亮度差范围内时，完成传感器的曝光时间调整。
在本发明的一实施例中，上述的影像感测装置的曝光时间调整方法包括，若调整传感器的曝光时间前后感测影像的影像亮度与目标亮度的差值的正负号改变，缩减一半传感器的曝光时间调整量并调整传感器的曝光时间以使感测影像的影像亮度趋近目标亮度。
在本发明的一实施例中，上述的影像感测装置的曝光时间调整方法包括，撷取感测影像的中心区域影像以得到撷取影像，并依据撷取影像的影像亮度与目标亮度调整传感器的曝光时间。
在本发明的一实施例中，上述的影像感测装置的曝光时间调整方法包括，调整传感器的曝光时间以使感测影像的影像亮度略大于目标亮度。
在本发明的一实施例中，上述的感测影像为指纹影像及掌纹影像中的至少一者。
在本发明的一实施例中，上述的影像感测装置的曝光时间调整方法包括，撷取感测影像上第一区域以及第二区域的影像以得到第一撷取影像与第二撷取影像，并依据第一撷取影像与第二撷取影像的影像亮度与目标亮度调整传感器的曝光时间。
在本发明的一实施例中，上述的影像感测装置的曝光时间调整方法包括，计算第一撷取影像与第二撷取影像的加权平均影像亮度，并依据加权平均影像亮度与目标亮度调整传感器的曝光时间。
在本发明的一实施例中，上述的第一区域部分重叠于第二区域，或上述的第一区域完全不重叠于第二区域。
基于上述，本发明的实施例渐进地缩减传感器的曝光时间调整量，并依据传感器的曝光时间调整量是否收敛至预设范围内来判断是否完成传感器的曝光时间调整，如此可准确地将传感器的曝光时间调整至适当的曝光时间，而大幅提高影像感测质量。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的实施例的一种影像感测装置的示意图。
图2是依照本发明一实施例的感测影像的示意图。
图3是依照本发明一实施例的影像感测装置的曝光时间调整方法的示意图。
图4是依照本发明另一实施例的感测影像的示意图。
图5是依照本发明的实施例的一种影像感测装置的曝光时间调整方法流程图。
图6是依照本发明另一实施例的影像感测装置的曝光时间调整方法流程图。
图7是依照本发明另一实施例的影像感测装置的曝光时间调整方法流程图。
具体实施方式
图1是依照本发明的实施例的一种影像感测装置的示意图，请参照图1。影像感测装置可例如为具有指纹感测功能的电子装置，例如手机、计算机等，然不以此为限。影像感测装置可包括传感器102以及控制电路104，传感器102耦接控制电路104。传感器102可感测包括生物特征影像信息的光信号S1，例如包括指纹信息或掌纹信息的光信号S1。控制电路104可调整传感器的曝光时间以使感测影像I1的影像亮度趋近目标亮度，感测影像I1可例如为为指纹影像及掌纹影像中的至少一者。进一步来说，控制电路104可渐进地缩减传感器102的曝光时间调整量，并依据传感器102的曝光时间调整量是否收敛至预设范围内判断是否完成传感器102的曝光时间调整。如此可准确地将传感器的曝光时间调整至适当的曝光时间，而大幅提高影像感测质量，其中默认范围可例如为控制电路104调整曝光时间时所能执行的最小调整量，例如0.1秒，然不以此为限。
图2是依照本发明一实施例的感测影像的示意图。在部份实施例中，控制电路104也可不利用整个感测影像I1而仅撷取一部份的感测影像I1来进行曝光时间的调整。例如在图2实施例中，控制电路104可撷取感测影像I1的中心区域影像以得到撷取影像I2，并依据撷取影像I2的影像亮度与目标亮度调整传感器102的曝光时间，其中依据撷取影像I2进行曝光时间调整的方式与依据整个感测影像I1进行曝光时间调整的方式相同，惟利用撷取影像I2进行曝光时间调整可减少计算量，提高调整校正的效率。
详细来说，控制电路104调整传感器102的曝光时间的方式可如图3所示。在图3实施例中，控制电路104调整传感器102的曝光时间以使感测影像的影像亮度趋近目标亮度IT，其中目标亮度IT可例如为传感器102所能感测的最大亮度值的70％的亮度，然不以此为限，在其它实施例中，目标亮度IT也可例如为传感器102所能感测的最大亮度值的50％～70％之间的任意亮度值。
假设一开始传感器102的曝光时间为T1，控制电路104判断曝光时间T1所对应的感测影像的亮度F1(在本实施例中亮度F1为传感器102所能感测的最大亮度值的95％)与目标亮度IT的差值(F1-IT)并未落于预设亮度差范围内，此时控制电路104可将传感器102的曝光时间缩减为T2，此时曝光时间T2所对应的感测影像的亮度为F2(在本实施例中亮度F2为传感器102所能感测的最大亮度值的55％)。与曝光时间T1所对应的感测影像的亮度F1与目标亮度IT的差值(F1-IT)相比，曝光时间T2所对应的感测影像的亮度F1与目标亮度IT的差值(F2-IT)变为负号，此时控制电路104可将传感器102的曝光时间的调整量TA缩减为TB，举例来说，可将传感器102的曝光时间的调整量缩减为一半，亦即将传感器102的曝光时间调整为(T1-T2)/2，然不以此为限。控制电路104可依据调整后的曝光时间的调整量将传感器102的曝光时间调整为T3，以使感测影像的影像亮度趋近目标亮度IT。
如图3所示，调整后的曝光时间T3所对应的感测影像的影像亮度F3(在本实施例中亮度F3为传感器102所能感测的最大亮度值的75％)相较于影像亮度F1、F2更接近目标亮度IT。控制电路104可判断感测影像的影像亮度F3与目标亮度IT的差值是否落于预设亮度差范围内。若感测影像的影像亮度F3与目标亮度IT的差值落于预设亮度差范围内，可接着判断传感器的曝光时间调整量是否落于预设范围内。若传感器的曝光时间调整量落于预设范围内，则可完成传感器的曝光时间调整。
而若感测影像的影像亮度F3与目标亮度IT的差值未落于预设亮度差范围内或传感器的曝光时间调整量未落于预设范围内，则可再次缩减传感器102的曝光时间的调整量，并据以调整传感器102的曝光时间直到感测影像的影像亮度F3与目标亮度IT的差值落于预设亮度差范围内且传感器的曝光时间调整量收敛至预设范围内。其中预设亮度差范围可例如为传感器102所能感测的最大亮度值的5％，然不以此为限。
在部份实施例中，为避免误判的情形发生，控制电路104也可持续地进行曝光时间的调整，直到传感器的曝光时间调整量落于预设范围内的次数等于预设次数时才结束曝光时间的调整。此外，控制电路104还可设定最终调整出的感测影像的影像亮度须略大于目标亮度IT，以得到质量较佳的感测影像。
值得注意的是，在部分实施例中，控制电路104也可撷取感测影像I1中不同区域的影像，例如在图4实施例中，控制电路104可撷取感测影像I1中靠近左上区域以及右下区域的影像以得到撷取影像I3、I4，然不此以为限，例如撷取影像I3、I4可分别为位于感测影像I1中的中心位置与外围位置。在其他实施例中，控制电路104可依据传感器102的感测面的受光情形撷取感测影像I1。例如可依据传感器102的感测面上受光强度的区域对应地选择撷取感测影像I1中灰阶度较高的区域的影像来产生撷取影像I3、I4。
控制电路104可计算撷取影像I3、I4的加权平均影像亮度，其中撷取影像I3、I4的权重可例如依据撷取影像I3、I4的灰阶值决定，例如灰阶值越高权重越大，亦或是使撷取影像I3、I4具有相同的权重。此外，本实施例撷取影像I3、I4在感测影像I1中所对应的区域虽部分重叠，然在其他实施例中，也可互不重叠。另外，在其他实施例中，撷取影像I3、I4在感测影像I1中所对应的区域也可具有不同大小或不同形状，而不以本实施例为限，在此情形下，撷取影像I3、I4的权重也可例如依据撷取影像I3、I4在感测影像I1中所对应的区域的大小或形状决定。
控制电路104还可依据计算出的加权平均影像亮度与目标亮度来进行传感器102曝光时间调整，其调整方式与上述实施例依据撷取影像I1的影像亮度与目标亮度来进行传感器102曝光时间调整的方式相同，因此在此不再赘述。
图5是依照本发明的实施例的一种影像感测装置的曝光时间调整方法流程图。由上述实施例可知，影像感测装置的曝光时间调整方法可包括下列步骤。首先，调整传感器的曝光时间以使感测影像的影像亮度趋近目标亮度(步骤S502)，其中感测影像可例如为指纹影像及掌纹影像中的至少一者。接着，判断感测影像的影像亮度与目标亮度的差值是否落于预设亮度差范围内(步骤S504)。若感测影像的影像亮度与目标亮度的差值未落于预设亮度差范围内，则判断调整传感器的曝光时间前后感测影像的影像亮度与目标亮度的差值的正负号是否改变(步骤S506)。
若调整传感器的曝光时间前后感测影像的影像亮度与目标亮度的差值的正负号未改变，则回到步骤S502，继续调整传感器的曝光时间以使感测影像的影像亮度趋近目标亮度。若调整传感器的曝光时间前后感测影像的影像亮度与目标亮度的差值的正负号改变，则可缩减传感器的曝光时间调整量(步骤S508)，并回到步骤S502调整传感器的曝光时间，以使感测影像的影像亮度趋近目标亮度。
此外，在步骤S504中，若感测影像的影像亮度与目标亮度的差值落于预设亮度差范围内，可依据传感器的曝光时间调整量是否收敛至预设范围内来判断是否完成传感器的曝光时间调整(步骤S510)。若传感器的曝光时间调整量收敛至预设范围内，即可完成传感器的曝光时间调整，而若传感器的曝光时间调整量未收敛至预设范围内，则进入步骤S506继续进行曝光时间的调整。
图6是依照本发明另一实施例的影像感测装置的曝光时间调整方法流程图。详细来说，影像感测装置的曝光时间调整方法可先使传感器曝光(步骤S602)，以得到感测影像。接着，撷取感测影像的中心区域影像以得到撷取影像(步骤S604)，如图2的实施例所述，也可依据撷取影像I2的影像亮度与目标亮度调整传感器的曝光时间。
在步骤S606中，可判断撷取影像的影像亮度是否大于目标亮度。若撷取影像的影像亮度未大于目标亮度，可判断上一次曝光的影像亮度是否大于目标亮度(步骤S608)，例如可依据调整传感器的曝光时间前后撷取影像的影像亮度与目标亮度的差值的正负号是否改变来判断上一次曝光的影像亮度是否大于目标亮度。若上一次曝光的影像亮度大于目标亮度，将曝光时间调整量减半(步骤S610)，将曝光时间设定为原曝光时间加上经调整后的曝光时间调整量(步骤S612)，并回到步骤S602再次进行传感器的曝光。而若上一次曝光的影像亮度未大于目标亮度，则直接进入步骤S612，将曝光时间设定为原曝光时间加上未经调整的曝光时间调整量。
此外，在步骤S606中，若撷取影像的影像亮度大于目标亮度，则接着判断曝光时间调整量是否小于最低的曝光时间的调整量(步骤S614)，亦即曝光时间调整量是否已落于预设范围内，其中预设范围可例如为调整曝光时间时所能执行的最小调整量。若曝光时间调整量未小于最低的曝光时间的调整量，接着判断上一次曝光的撷取影像的影像亮度是否小于目标亮度(步骤S616)，例如可依据调整传感器的曝光时间前后撷取影像的影像亮度与目标亮度的差值的正负号是否改变来判断上一次曝光的影像亮度是否小于目标亮度。若上一次曝光的撷取影像的影像亮度未小于目标亮度，将曝光时间设定为原曝光时间减去未经调整的曝光时间调整量(步骤S618)，并回到步骤S602进行传感器的曝光。而若上一次曝光的撷取影像的影像亮度小于目标亮度，将曝光时间调整量减半(步骤S620)后，进入步骤S618，将曝光时间设定为原曝光时间减去经调整后的曝光时间调整量，并回到步骤S602进行传感器的曝光。
在步骤S614中，若曝光时间调整量小于最低的曝光时间的调整量，判断撷取影像的影像亮度与目标亮度的差值是否落于预设亮度差范围内(步骤S622)。若撷取影像的影像亮度与目标亮度的差值未落于预设亮度差范围内，回到步骤S602进行传感器的曝光。而若撷取影像的影像亮度与目标亮度的差值落于预设亮度差范围内，可接着判断曝光时间调整量落于预设范围内的次数是否等于预设次数(步骤S624)。若曝光时间调整量落于预设范围内的次数未等于预设次数，回到步骤S602进行传感器的曝光。而若曝光时间调整量落于预设范围内的次数等于预设次数，即完成曝光时间的调整。
经由执行本实施例的步骤S602～S622可准确地将传感器的曝光时间调整至适当的曝光时间，而大幅提高影像感测质量。其中步骤S606、S614、S622、S624可使最终撷取影像的影像亮度略大于目标亮度，而可得到质量较佳的撷取影像。
图7是依照本发明另一实施例的影像感测装置的曝光时间调整方法流程图。本实施例与图6实施例的不同之处在于，在本实施例中，于步骤S602后，可撷取感测影像上第一区域以及第二区域的影像以得到第一撷取影像与第二撷取影像(步骤S702)，其中第一区域可部分重叠于第二区域，然不以此为限。然后计算第一撷取影像与第二撷取影像的加权平均影像亮度(步骤S704)，其中第一撷取影像与第二撷取影像的权重可例如依据第一撷取影像与第二撷取影像的灰阶值或对比值决定，或依据第一撷取影像与第二撷取影像在感测影像中所对应的区域的大小或形状决定。之后可依照步骤S706～S724的方式进行曝光时间调整，由于其调整方式与图6实施例的步骤S606～S624的调整方式类似，因此在此不再赘述。
综上所述，本发明的实施例渐进地缩减传感器的曝光时间调整量，并依据传感器的曝光时间调整量是否收敛至预设范围内来判断是否完成传感器的曝光时间调整，如此可准确地将传感器的曝光时间调整至适当的曝光时间，而大幅提高影像感测质量。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (20)

1.一种影像感测装置，其特征在于，包括：
传感器，感测包括影像信息的光信号，以产生感测影像；以及
控制电路，耦接所述传感器，调整所述传感器的曝光时间以使所述感测影像的影像亮度趋近目标亮度，其中所述控制电路在调整曝光时间前后所述感测影像的影像亮度与所述目标亮度的差值的正负号改变时，缩减所述传感器的曝光时间调整量，并依据所述传感器的曝光时间调整量是否收敛至预设范围内判断是否完成所述传感器的曝光时间调整。
2.根据权利要求1所述的影像感测装置，其特征在于，所述控制电路于所述传感器的曝光时间调整量落于所述预设范围内的次数等于预设次数且所述感测影像的影像亮度与所述目标亮度的差值落于预设亮度差范围内时，完成所述传感器的曝光时间调整。
3.根据权利要求1所述的影像感测装置，其特征在于，所述控制电路在调整曝光时间前后所述感测影像的影像亮度与所述目标亮度的差值的正负号改变时，缩减一半所述传感器的曝光时间调整量。
4.根据权利要求1所述的影像感测装置，其特征在于，所述控制电路撷取所述感测影像的中心区域影像以得到撷取影像，并依据所述撷取影像的影像亮度与所述目标亮度调整所述传感器的曝光时间。
5.根据权利要求1所述的影像感测装置，其特征在于，所述控制电路调整所述传感器的曝光时间以使所述感测影像的影像亮度略大于所述目标亮度。
6.根据权利要求1所述的影像感测装置，其特征在于，所述感测影像为指纹影像及掌纹影像中的至少一者。
7.根据权利要求1所述的影像感测装置，其特征在于，所述控制电路撷取所述感测影像上第一区域以及第二区域的影像以得到第一撷取影像与第二撷取影像，并依据所述第一撷取影像与所述第二撷取影像的影像亮度与所述目标亮度调整所述传感器的曝光时间。
8.根据权利要求7所述的影像感测装置，其特征在于，所述控制电路计算所述第一撷取影像与所述第二撷取影像的加权平均影像亮度，并依据所述加权平均影像亮度与所述目标亮度调整所述传感器的曝光时间。
9.根据权利要求8所述的影像感测装置，其特征在于，所述第一撷取影像与所述第二撷取影像的权重依据所述第一撷取影像与所述第二撷取影像的灰阶值或对比值决定，或依据所述第一撷取影像与所述第二撷取影像在所述感测影像中所对应的区域的大小或形状决定。
10.根据权利要求7所述的影像感测装置，其特征在于，所述第一区域部分重叠于所述第二区域，或所述第一区域完全不重叠于所述第二区域。
11.一种影像感测装置的曝光时间调整方法，所述影像感测装置包括传感器，所述传感器感测影像信息的光信号，以产生感测影像，其特征在于，包括：
调整所述传感器的曝光时间以使所述感测影像的影像亮度趋近目标亮度；
判断所述感测影像的影像亮度与目标亮度的差值是否落于预设亮度差范围内；
若所述感测影像的影像亮度与所述目标亮度的差值未落于所述预设亮度差范围内，判断调整所述传感器的曝光时间前后所述感测影像的影像亮度与所述目标亮度的差值的正负号是否改变；
若调整所述传感器的曝光时间前后所述感测影像的影像亮度与所述目标亮度的差值的正负号改变，缩减所述传感器的曝光时间调整量并调整所述传感器的曝光时间以使所述感测影像的影像亮度趋近所述目标亮度；以及
若所述感测影像的影像亮度与所述目标亮度的差值落于所述预设亮度差范围内，依据所述传感器的曝光时间调整量是否收敛至预设范围内判断是否完成所述传感器的曝光时间调整。
12.根据权利要求11所述的影像感测装置的曝光时间调整方法，其特征在于，包括：
于所述传感器的曝光时间调整量落于所述预设范围内的次数等于预设次数且所述感测影像的影像亮度与所述目标亮度的差值落于所述预设亮度差范围内时，完成所述传感器的曝光时间调整。
13.根据权利要求11所述的影像感测装置的曝光时间调整方法，其特征在于，包括：
若调整所述传感器的曝光时间前后所述感测影像的影像亮度与所述目标亮度的差值的正负号改变，缩减一半所述传感器的曝光时间调整量并调整所述传感器的曝光时间以使所述感测影像的影像亮度趋近所述目标亮度。
14.根据权利要求11所述的影像感测装置的曝光时间调整方法，其特征在于，包括：
撷取所述感测影像的中心区域影像以得到撷取影像，并依据所述撷取影像的影像亮度与所述目标亮度调整所述传感器的曝光时间。
15.根据权利要求11所述的影像感测装置的曝光时间调整方法，其特征在于，包括：
调整所述传感器的曝光时间以使所述感测影像的影像亮度略大于所述目标亮度。
16.根据权利要求11所述的影像感测装置的曝光时间调整方法，其特征在于，所述感测影像为指纹影像及掌纹影像中的至少一者。
17.根据权利要求11所述的影像感测装置的曝光时间调整方法，其特征在于，包括：
撷取所述感测影像上第一区域以及第二区域的影像以得到第一撷取影像与第二撷取影像，并依据所述第一撷取影像与所述第二撷取影像的影像亮度与所述目标亮度调整所述传感器的曝光时间。
18.根据权利要求17所述的影像感测装置的曝光时间调整方法，其特征在于，包括：
计算所述第一撷取影像与所述第二撷取影像的加权平均影像亮度，并依据所述加权平均影像亮度与所述目标亮度调整所述传感器的曝光时间。
19.根据权利要求17所述的影像感测装置的曝光时间调整方法，其特征在于，所述第一撷取影像与第二撷取影像的权重依据所述第一撷取影像与第二撷取影像的灰阶值或对比值决定，或依据所述第一撷取影像与所述第二撷取影像在所述感测影像中所对应的区域的大小或形状决定。
20.根据权利要求17所述的影像感测装置的曝光时间调整方法，其特征在于，所述第一区域部分重叠于所述第二区域，或所述第一区域完全不重叠于所述第二区域。
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