CN114845060B - 检测闪烁频率的系统和方法以及包括该系统的电子装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种检测闪烁频率的系统和方法，系统包括光传感器、序列产生器、第一计算电路和第二计算电路。光传感器根据取样频率，将入射光转换为数字序列，且取样频率大于至少2倍的闪烁频率。序列产生器根据闪烁频率和取样频率，产生具有周期性的第一参考序列和第二参考序列，且第二参考序列为第一参考序列延迟1/4周期的序列。第一计算电路用来计算数字序列和第一参考序列间的第一相关系数，并且计算数字序列和第二参考序列间的第二相关系数。第二计算电路根据第一相关系数和第二相关系数，计算组合相关系数，并且根据组合相关系数，计算检测分数表示闪烁频率存在的机率。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测系统和方法，特别涉及一种检测闪烁频率(FlickerFrequency)的系统和方法。
背景技术
在室内空间中，环境光源可能会闪烁。例如，家中日光灯可能会由于交流电源的频率为50或60赫兹(Hz)而具有100或120Hz的闪烁频率。在这种光照条件下，当使用相机捕获影像或视频时，就可能会由于滚动式快门机制而出现带状假影(Banding Artifact)。为了消除带状假影，一般会有检测闪烁频率的方法，并且通过了解闪烁频率的大小，相机可自动调整为适当的设置，例如将曝光/积分(Exposure/Integration)时间调整为光源周期的整数倍，以极少化带状假影。
然而，现有检测闪烁频率的方法通常是分析一帧或多帧的影像数据，这可能需要较大的内存空间来存储影像数据，特别是对于高分辨率相机，如果在集成电路(IntegratedCircuit，IC)中实现这种方法，则越大的内存空间意味着越大的硅晶面积(Silicon Area)并增加成本。另外，现有检测闪烁频率的方法可能会由于需处理的数据量较大而要求计算单元具有较大的计算能力，这可能会增加功耗和计算延迟。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种检测闪烁频率的系统和方法，其能够降低内存需求、降低计算复杂度和提高检测精度，对于实现硬件和功耗较少的IC非常有效。
为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是提供一种检测闪烁频率的系统，其包括光传感器、序列产生器、第一计算电路和第二计算电路。光传感器根据取样频率，将入射光转换为数字序列，且取样频率大于至少2倍的闪烁频率。序列产生器根据闪烁频率和取样频率，产生具有周期性的第一参考序列和第二参考序列，且第二参考序列为第一参考序列延迟1/4周期的序列。第一计算电路用来计算数字序列和第一参考序列间的第一相关系数，并且计算数字序列和第二参考序列间的第二相关系数。第二计算电路根据第一相关系数和第二相关系数，计算组合相关系数，并且根据组合相关系数，计算检测分数表示闪烁频率存在的机率。
为了解决上述的技术问题，本发明所采用的另一技术方案是提供一种检测闪烁频率的方法，其包括如下步骤。利用光传感器根据取样频率，将入射光转换为数字序列，且取样频率大于至少2倍的闪烁频率。根据闪烁频率和取样频率，产生具有周期性的第一参考序列和第二参考序列，且第二参考序列为第一参考序列延迟1/4周期的序列。计算数字序列和第一参考序列间的第一相关系数，并且计算数字序列和第二参考序列间的第二相关系数。根据第一相关系数和第二相关系数，计算组合相关系数，并且根据组合相关系数，计算检测分数表示闪烁频率存在的机率。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1是本发明实施例所提供检测闪烁频率的系统的方块图。
图2是本发明实施例在取样频率为2000Hz且要检测的闪烁频率为100Hz下所产生的第一参考序列和第二参考序列的示意图。
图3是本发明第一实施例在取样频率为2560Hz且要检测的闪烁频率为100Hz下所产生的数字序列、第一参考序列和第二参考序列的示意图。
图4是在图3的数字序列、第一参考序列和第二参考序列下所计算的检测分数的示意图。
图5是本发明第二实施例在取样频率为2560Hz且要检测的闪烁频率为100Hz下所产生的数字序列、第一参考序列和第二参考序列的示意图。
图6是在图5的数字序列、第一参考序列和第二参考序列下所计算的检测分数的示意图。
图7是本发明第三实施例在取样频率为2560Hz且要检测的闪烁频率为100Hz下所产生的数字序列、第一参考序列和第二参考序列的示意图。
图8是在图7的数字序列、第一参考序列和第二参考序列下所计算的检测分数的示意图。
图9是本发明实施例所提供检测闪烁频率的方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所提供的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所提供的内容并非用以限制本发明的保护范围。
应当理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种组件或者信号，但这些组件或者信号不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一组件与另一组件，或者一信号与另一信号。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
需说明的是，本发明实施例所提供检测闪烁频率的系统和方法可以适用于任何电子装置中，并请先参阅图1。图1是本发明实施例所提供检测闪烁频率的系统的方块图。如图1所示，检测闪烁频率Fbin的系统1包括光传感器10、序列产生器12和计算电路14。光传感器10、序列产生器12和计算电路14可以是透过纯硬件来实现，或者是透过硬件搭配固件或软件来实现。另外，光传感器10、序列产生器12和计算电路14可以是整合或分开设置，总而言之，本发明不限制它们的具体实现方式。
在本实施例中，计算电路14耦接光传感器10和序列产生器12，并且依据功能被区分为第一计算电路142和第二计算电路144。光传感器10根据取样频率Fs，将入射光L转换为数字序列X，且取样频率Fs大于至少2倍的闪烁频率Fbin。实务上，光传感器10可为环境光传感器(Ambient Light Sensor)，且输出的数字序列X为一系列的数字码，以作为第一计算电路142的输入信号。另外，本实施例还可假定一抗混叠滤波器(Anti-aliasing Filter)已经应用在光传感器10进行取样之前，但本发明不以此为限制。
序列产生器12根据所要检测的闪烁频率Fbin和取样频率Fs，产生具有周期性的第一参考序列A0和第二参考序列A1，且第二参考序列A1为第一参考序列A0延迟1/4周期的序列。理论上，第一参考序列A0可为余弦函数序列，且第二参考序列A1则相对为正弦函数序列，使得第二参考序列A1相对于第一参考序列A0具有1/4周期的延迟，或者说相对于第一参考序列A0具有90度的相位偏移，但本发明不以此为限制。
另外，为了能够具有低的内存需求和低的计算复杂度，第一参考序列A0和第二参考序列A1都只包含1、0和-1，且数字序列X、第一参考序列A0和第二参考序列A1的索引都是从0开始编号。因此，序列产生器12产生第一参考序列A0和第二参考序列A1的公式为：
应当理解的是，A0(n)为第一参考序列A0中索引为n的元素，且A1(n)则为第二参考序列A1中索引为n的元素。举例来说，可请一并参阅图2，图2是本发明实施例在取样频率Fs为2000Hz且要检测的闪烁频率Fbin为100Hz下所产生的第一参考序列A0和第二参考序列A1的示意图。如图2所示，在取样频率Fs为2000Hz且闪烁频率Fbin为100Hz下，序列产生器12可由上述公式得到第一参考序列A0中索引为0到19的元素是1、1、1、1、0、0、0、-1、-1、-1、-1、-1、-1、-1、0、0、0、1、1和1，以此类推，第一参考序列A0中索引为20到39的元素则重复是1、1、1、1、0、0、0、-1、-1、-1、-1、-1、-1、-1、0、0、0、1、1和1。
类似地，在取样频率Fs为2000Hz且闪烁频率Fbin为100Hz下，序列产生器12可由上述公式得到第二参考序列A1中索引为0到19的元素是0、0、1、1、1、1、1、1、1、0、0、0、-1、-1、-1、-1、-1、-1、-1和0，以此类推，第二参考序列A1中索引为20到39的元素则重复是0、0、1、1、1、1、1、1、1、0、0、0、-1、-1、-1、-1、-1、-1、-1和0。换句话说，图2的第一参考序列A0和第二参考序列A1都是在经过周期为10毫秒(ms)之后元素均能重复的周期函数序列，这也意味着第一参考序列A0和第二参考序列A1的频率都被设置为100Hz，即系统1要检测的闪烁频率Fbin。因此，当系统1改成要检测200Hz的闪烁频率Fbin时，序列产生器12则将第一参考序列A0和第二参考序列A1的频率都改成设置为200Hz，使得第一参考序列A0和第二参考序列A1都是在经过周期为20ms之后元素均能重复的周期函数序列。
接着，第一计算电路142耦接光传感器10和序列产生器12，用来计算数字序列X和第一参考序列A0间的第一相关系数Rreal，并且计算数字序列X和第二参考序列A1间的第二相关系数Rimg。如前所述，由于第一参考序列A0和第二参考序列A1都只包含1、0和-1，因此本实施例能够具有低的计算复杂度，使得计算第一相关系数Rreal和第二相关系数Rimg就非常容易在IC中实现，而且第一参考序列A0和第二参考序列A1中都只有这3种独特的值，使得本实施例只需要2位存储器就可将这些值存储在IC中，即能够还具有低的内存需求。至于有关第一计算电路142计算第一相关系数Rreal和第二相关系数Rimg的公式为：
以及
由此可见，X(n)为数字序列X中索引为n的元素，且N为数字序列X中的元素总个数。然后，第二计算电路144耦接第一计算电路142，根据第一相关系数Rreal和第二相关系数Rimg，计算组合相关系数Rcorr，并且根据组合相关系数Rcorr，计算检测分数Score表示闪烁频率Fbin存在的机率。在本实施例中，第二计算电路144计算组合相关系数Rcorr的公式为：
换句话说，如果只通过数字序列X和第一参考序列A0的相关性来检测闪烁频率Fbin，则可能会有漏判闪烁频率Fbin的缺失，所以本发明产生相对于第一参考序列A0延迟1/4周期的第二参考序列A1，并且综合考虑数字序列X和每一参考序列的相关性。至于有关第二计算电路144计算检测分数Score的公式为：
需说明的是，Xrange为数字序列X中的最大元素与最小元素之间的差距，即最大元素减最小元素后所得的数值，又称为全距或极差。因此，第二计算电路144可由上述公式得到检测分数Score表示闪烁频率Fbin存在的机率。检测分数Score越高表示闪烁频率Fbin存在的机率越高，而且理论上大多数的机率值都是介于0到1之间的数。因此，为了有效使检测分数Score介于0到1之间，第二计算电路144计算检测分数Score的公式还能够为：
由此可见，上述公式中的1.21和0.25只是用来能够使检测分数Score介于0到1之间，但本发明不以此为限制。另外，为了方便观察检测结果，检测闪烁频率Fbin的系统1还可包括判断电路16，耦接第二计算电路144，用来判断检测分数Score是否大于门槛值TH，以确定是否检测到闪烁频率Fbin。当检测分数Score不大于门槛值TH时，判断电路16则确定没检测到闪烁频率Fbin，而当检测分数Score大于门槛值TH时，判断电路16则确定检测到闪烁频率Fbin。
在本实施例中，判断电路16可由比较器来实现，且比较器的正相输入端和反相输入端分别接收检测分数Score和门槛值TH。因此，当检测分数Score不大于门槛值TH时，比较器则输出0表示没检测到闪烁频率Fbin，而当检测分数Score大于门槛值TH时，比较器则输出1表示检测到闪烁频率Fbin，但本发明不限制判断电路16的具体实现方式。本发明亦不限制门槛值TH的具体数值，系统用户可依据实际需求或应用来设置门槛值TH输入至判断电路16。换句话说，系统1可通过用户设置门槛值TH，以确定是否检测到闪烁频率Fbin。因此，系统1也可藉由使用者设置门槛值TH而在检测灵敏度和检测精度之间进行调整。
如前所述，既然系统1可以是适用于任何电子装置中，所以本实施例还可将系统1包含在电子装置2中，且电子装置2例如为智能型手机或者单纯提供照相/摄影功能的电子装置，总而言之，本发明不限制电子装置2的具体实现方式，但为了捕获影像或视频，电子装置2除了包含系统1外，还必须包括相机模块20。至于相机模块20捕获影像或视频的运作原理已为本技术领域中具有通常知识者所习知，因此其细节就不再多加赘述。需说明的是，相机模块20可耦接系统1的判断电路16，并且接收判断电路16所输出确定是否检测到闪烁频率Fbin的结果，使得相机模块20可自动调整曝光或积分时间。例如，在系统1确定检测到100Hz的闪烁频率Fbin的后，相机模块20就可将曝光或积分时间调整为100Hz(即闪烁频率Fbin)的整数倍，以极少化带状假影。
更进一步，可请一并参阅图3和图4，图3是本发明第一实施例在取样频率Fs为2560Hz且要检测的闪烁频率Fbin为100Hz下所产生的数字序列X、第一参考序列A0和第二参考序列A1的示意图，且图4是在图3的数字序列X、第一参考序列A0和第二参考序列A1下所计算的检测分数Score的示意图。如图3和图4所示，假设数字序列X为无噪声的理想单调讯号(Single-tone Signal)，当环境具有100Hz的闪烁频率且系统1要检测的闪烁频率Fbin也为100Hz时，系统1就可藉由上述公式得到检测分数Score为0.999。另外，如果这时候门槛值TH被设置为0.3的话，系统1就可因判断检测分数Score大于门槛值TH而确定检测到100Hz的闪烁频率Fbin。
另一方面，如果环境只具有100Hz的闪烁频率，但如图4所示，当系统1改成要检测300Hz的闪烁频率Fbin时，系统1的序列产生器12就会产生新的第一参考序列A0和第二参考序列A1，即不同于图3的第一参考序列A0和第二参考序列A1，并且藉由上述公式得到检测分数Score为0.2。另外，如果这时候门槛值TH仍被设置为0.3的话，系统1就可因判断检测分数Score不大于门槛值TH而确定没检测到300Hz的闪烁频率Fbin。因此，本发明的系统1可藉由产生适当的第一参考序列A0和第二参考序列A1而用来检测任何大小的闪烁频率Fbin，或者说如果根据不同大小的闪烁频率Fbin所产生的第一参考序列A0和第二参考序列A1都输入至计算电路14的话，系统1就可用来检测不同大小的闪烁频率Fbin。
类似地，可请一并参阅图5和图6，图5是本发明第二实施例在取样频率Fs为2560Hz且要检测的闪烁频率Fbin为100Hz下所产生的数字序列X、第一参考序列A0和第二参考序列A1的示意图，且图6是在图5的数字序列X、第一参考序列A0和第二参考序列A1下所计算的检测分数Score的示意图。如图5和图6所示，假设数字序列X为有噪声的单调讯号，当环境具有100Hz的闪烁频率且系统1要检测的闪烁频率Fbin也为100Hz时，系统1就可藉由上述公式得到检测分数Score为0.528。另外，如果这时候门槛值TH仍被设置为0.3的话，系统1就可因判断检测分数Score大于门槛值TH而确定检测到100Hz的闪烁频率Fbin。
接着，可请一并参阅图7和图8，图7是本发明第三实施例在取样频率Fs为2560Hz且要检测的闪烁频率Fbin为100Hz下所产生的数字序列X、第一参考序列A0和第二参考序列A1的示意图，且图8是在图7的数字序列X、第一参考序列A0和第二参考序列A1下所计算的检测分数Score的示意图。如图7和图8所示，假设数字序列X为具有一些随机噪声的讯号，但当环境没有100Hz的闪烁频率且系统1要检测的闪烁频率Fbin也为100Hz时，系统1就可藉由上述公式得到检测分数Score为0.046。因为这时候门槛值TH仍被设置为0.3，所以系统1就可因判断检测分数Score不大于门槛值TH而确定没检测到100Hz的闪烁频率Fbin。最后，请一并参阅图9，图9是本发明实施例所提供检测闪烁频率Fbin的方法的步骤流程图。由于详细步骤流程已如同前述实施例所述，故于此仅作概述而不再多加冗述。
如图9所示，在步骤S910中，利用光传感器10根据取样频率Fs，将入射光L转换为数字序列X，且取样频率Fs大于至少2倍的闪烁频率Fbin。其次，在步骤S920中，根据闪烁频率Fbin和取样频率Fs，产生具有周期性的第一参考序列A0和第二参考序列A1，且第二参考序列A1为第一参考序列A0延迟1/4周期的序列。接着，在步骤S930中，计算数字序列X和第一参考序列A0间的第一相关系数Rreal，并且计算数字序列X和第二参考序列A1间的第二相关系数Rimg。然后，在步骤S940中，根据第一相关系数Rreal和第二相关系数Rimg，计算组合相关系数Rcorr，并且根据组合相关系数Rcorr，计算检测分数Score表示闪烁频率Fbin存在的机率。如前所述，为了方便观察检测结果，图7的方法还可包括步骤S950、S960和S970。在步骤S950中，判断检测分数Score是否大于门槛值TH。如果不是，则进入步骤S960，确定没检测到闪烁频率Fbin；如果是，则进入步骤S970，确定检测到闪烁频率Fbin。
综上所陈，本发明实施例所提供的系统和方法能以较低的内存需求、较低的计算复杂度和较高的检测精度来检测闪烁频率，以达到对于实现在硬件和功耗较少的IC中非常有效。例如，低的内存需求能够导致IC的尺寸和成本降低，且低的计算复杂度能够降低功耗和计算延迟。另外，高的检测精度则使得本发明的系统和方法能够在有噪声的情况下也检测得到闪烁频率，且本发明的系统和方法可藉由产生适当的第一参考序列和第二参考序列而用来检测任何大小的闪烁频率，或者说如果根据不同大小的闪烁频率所产生的第一参考序列和第二参考序列都输入至计算电路的话，系统和方法就可用来检测不同大小的闪烁频率。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的申请专利范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的申请专利范围内。
Claims (9)
1.一种检测一闪烁频率的系统，其特征在于，所述系统包括：
一光传感器，根据一取样频率，将一入射光转换为一数字序列，且所述取样频率大于至少2倍的所述闪烁频率；
一序列产生器，根据所述闪烁频率和所述取样频率，产生具有周期性的一第一参考序列和一第二参考序列，且所述第二参考序列为所述第一参考序列延迟1/4周期的序列；
一第一计算电路，耦接所述光传感器和所述序列产生器，用来计算所述数字序列和所述第一参考序列间的一第一相关系数，并且计算所述数字序列和所述第二参考序列间的一第二相关系数；
一第二计算电路，耦接所述第一计算电路，根据所述第一相关系数和所述第二相关系数，计算一组合相关系数，并且根据所述组合相关系数，计算一检测分数表示所述闪烁频率存在的机率；以及
一判断电路，耦接所述第二计算电路，用来判断所述检测分数是否大于一门槛值，以确定是否检测到所述闪烁频率。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字序列、所述第一参考序列和所述第二参考序列的索引都是从0开始编号，且所述序列产生器产生所述第一参考序列和所述第二参考序列的公式为：
以及
其中A0(n)为所述第一参考序列中索引为n的元素，A1(n)为所述第二参考序列中索引为n的元素，Fbin为所述闪烁频率，且Fs为所述取样频率。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一计算电路和所述第二计算电路计算所述第一相关系数、所述第二相关系数和所述组合相关系数的公式为：
以及
其中Rreal为所述第一相关系数，Rimg为所述第二相关系数，Rcorr为所述组合相关系数，X(n)为所述数字序列中索引为n的元素，且N为所述数字序列中的元素总个数。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述检测分数为Score，且所述第二计算电路计算所述检测分数的公式为：
其中Xrange为所述数字序列中的最大元素与最小元素之间的差距。
5.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括一相机模块与如权利要求1-4中任一项所述的系统，其中在所述系统确定检测到所述闪烁频率后，所述相机模块将调整曝光或积分时间为所述闪烁频率的整数倍。
6.一种检测闪烁频率的方法，其特征在于，所述方法包括：
利用一光传感器根据一取样频率，将一入射光转换为一数字序列，且所述取样频率大于至少2倍的所述闪烁频率；
根据所述闪烁频率和所述取样频率，产生具有周期性的一第一参考序列和一第二参考序列，且所述第二参考序列为所述第一参考序列延迟1/4周期的序列；
计算所述数字序列和所述第一参考序列间的一第一相关系数，并且计算所述数字序列和所述第二参考序列间的一第二相关系数；
根据所述第一相关系数和所述第二相关系数，计算一组合相关系数，并且根据所述组合相关系数，计算一检测分数表示所述闪烁频率存在的机率；以及
判断所述检测分数是否大于一门槛值，以确定是否检测到所述闪烁频率，其中当所述检测分数不大于所述门槛值时，则确定没检测到所述闪烁频率，而当所述检测分数大于所述门槛值时，则确定检测到所述闪烁频率。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述数字序列、所述第一参考序列和所述第二参考序列的索引都是从0开始编号，且产生所述第一参考序列和所述第二参考序列的公式为：
以及
其中A0(n)为所述第一参考序列中索引为n的元素，A1(n)为所述第二参考序列中索引为n的元素，Fbin为所述闪烁频率，且Fs为所述取样频率。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，计算所述第一相关系数、所述第二相关系数和所述组合相关系数的公式为：
以及
其中Rreal为所述第一相关系数，Rimg为所述第二相关系数，Rcorr为所述组合相关系数为，X(n)为所述数字序列中索引为n的元素，且N为所述数字序列中的元素总个数。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述检测分数为Score，且计算所述检测分数的公式为：
其中Xrange为所述数字序列中的最大元素与最小元素之间的差距。
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