CN1164073C - 一维cmos图象传感器中光集成过程的自适应定时控制 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种改进的图象感测模块，在诸如图象扫描仪，复印机和传真机之类的成象系统中有特定的用途，所述成象系统在进行其他处理过程之前，将一目标用光学方式转换成信号或图象。在一个实施例中，该图象感测模块应用被集成在一图象传感器中的控制信号电路。该控制信号电路接收用于图象传感器光集成过程的预定周期，并产生包含时间参数的传感器控制信号，该时间参数确保光集成过程准确地按预定时间持续，而不顾光照源保持接通多长时间。

Description

一维COMS图象传感器中光集成过程的自适应定时控制

技术领域

本发明一般涉及成象系统，更确切地说，涉及用于成象系统中一维CMOS图象传感器的光集成过程的自适应定时控制。

背景技术

有许多应用都需要成象系统，从而把目标转换成可连续地进行分析，打印，分布和存档的电子格式。该电子格式通常是目标的黑白或彩色象素图象。成象系统的典型实例是一台扫描仪，目标一般为来自论文的图片或一页纸。通过扫描仪生成图片或纸页的电子或数字图象，并可用以设计万维网页面。

成象系统包括用光学方式将目标转换成电子图象的感测模块、感测模块中的关键组件包括光照源，光学系统和图象传感器。光照源为待成象目标提供照度。光学系统被用于将来自目标的入射光，收集并聚焦到图象传感器上。包含大量光电检测器的图象传感器响应入射光而产生成正比例的电子信号。众所周知，为再现目标的色彩，至少需要一般为红，绿和蓝三种基色。类推地，感测模块的光照源中使用了例如红，绿和蓝光的彩色光。所述三种彩色光被独立地和逐次地接通，以便图象传感器生成三种各自相关于三种彩色光之一的亮度图象。

然而，图象传感器对彩色光的光敏度(光谱响应)并不一致。例如互补金属氧化物半导体(CMOS)  图象传感器对蓝光有一低的光敏度，但对红光却高度敏感。此外，绿光的光通量强度比其他两种彩色光要强得多。因此，很少设想将相同的照度参数加到所有三种彩色光上的，因为，换句话说那将会导致色偏的图象。

己有过许多尝试来控制照度参数。典型的方法是指定一组不同的光照定时参数。例如，使蓝光比绿光的光照时间更长些，以便图象传感器得以暴露在蓝光照射下比在绿光照射下更长些，从而产生等强的亮度信号。另一种典型的方法是将一组不同的电压(功率)加到所述三种彩色光上。例如，将较弱的电压加到绿光上，使其产生的光会让图象传感器有与蓝光相同的光敏度。除应用不同的照度参数外，有些成象系统由于图象传感器不一律的光敏度，还插入一补偿电路或处理方法，以平衡最终的图象。

授予Suggs和Moayer的美国专利第5,729,361号公了如下组合，首先，通过既改变加到光发射器上的功率又改变发射器/检测器的持续曝光时间提供一粗调，然后，通过为每一个光电检测器元件存储一校正值提供一微调。该方法主要是应用一组控制良好的不同照度参数，来补偿图象传感器不一律的光敏度。

持有一组受控的不同照度参数，一般要求一支持电路，以产生若干具有不同特性的光照控制信号用以控制各自光之一。所述支持电路可能是复杂的，取决于光和其他控制因素，此外，成组受控的不同照度参数往往需要图象传感器随着光精确地运行，这在共享总线的场合下可能是困难的。所述总线，例如在主机中的PCI总线，是一共享资源(总线)，有许多组件和外围设备连接于其上，供与主机通信用。于是，这些组件和外围设备必须判断作为该总线的主权，这不可避免地会引起涉及图象数据被传送通过总线的等待时间。在受控的不同照度参数的情况下，由于总线迟延而造成的过量照射，该等待时间能引起图象传感器的过度曝光。因此，对光的简单控制的方法有极大的需要，而且，更为重要的是，需要在图象传感器中光集成过程的自适应定时控制，以便在任何情况下产生平衡的图象。

发明内容

本发明是已考虑到上述问题和需要而完成的，在诸如图象扫描仪，复印机，以及传真机之类的成象系统中具有特殊的应用，它们能在进行其他处理过程之前将目标用光学方式转换成信号或图象。

成象系统包括用光学方式将目标转换成电子图象的感测模块。感测模块中的关键组件包括光照源，光学系统和图象传感器。按照本发明的一个方面，该光照源包含一高亮度光源，它可以是荧光灯或由一个或多个发光二极管激活的光导管，而且对高速成象的应用为稳定光时一般始终都是接通的。为避免图象传感器受到过度曝光，通常是控制图象传感器运行的传感器控制信号，包括附加的可调定时参数，它们确保在图象传感器中的光集成过程只按预定时间进行，而不顾图象传感器被暴露到光照源的时间有多长。上述保证使所生成的图象不会由于成象系统中各种各样的迟延，而受到不规则的成象周期的影响。

在彩色成象的情况下，该光照源至少包含最好各自具有一种基色光的三种彩色光组。按照本发明，控制信号电路提供具有与图象传感器光敏度无关且各自控制一个彩色光组的照度参数给光照控制信号。所述照度参数可包括预定的曝光时间间隔和功率。每一预定的曝光时间周期(间隔)控制着由一种功率连续加给一彩色光组的曝光时间。熟悉本技术领域的人士会懂得，应用带预定的但非受控照度参数的光照控制信号，与先有技术系统应用受控照度参数来补偿图象传感器的非均匀光谱响应，是一种根本性的改变。应用预定的但非受控的照度参数显著地简化了与光照控制相关联的设计。

按照本发明的另一个方面，本发明应用一种传感器控制信号来控制图象传感器的运行，以及特别是控制其每个光集成过程，以便补偿图象传感器的非均匀光谱响应。这是通过应用包含各自在一种彩色光组情况下，对一种光集成过程响应的连续读出信号的传感器控制信号来完成的。另外，每个所述读出信号在一特定彩色光照情况下，有一适应于图象传感器光谱响应的动态可调定时参数，从而使各自的光集成过程总是按一预先限定的时间进行。

按照本发明的再一方面，供传感器控制信号中读出信号用的定时参数，是通过将一组测试信号与各自的光集成过程中用调整定时参数为基准递归比较而确定或获得的。用这种方法，可使在彩色成象方面通常见到的色偏问题减少到最低限度。

用传感器控制信号来控制传感器的光集成过程和带预定参数的光照控制信号，有许多的优点和效益。因此，本发明的一个目的是提供一种简单控制光照源的方法，而且，更为重要的是，提供一种在图象传感器中光集成过程的自适应定时控制，以便在许多不规则状态下产生均衡的图象。

其他的优点和效益，和以上所述一起在下面介绍本发明的实践中都己达到，并结果形成在附图说明的实施例中。

附图说明：本发明的这些和其他特点，状况，以及优点，通过以下说明，所附权利要求书，以及附图将更为清晰，附图中：

图1描述示出一成象系统的示意图，该系统应用包含一图象传感器，一光照源和一光学系统的图象感测模块与其他电路一道连续产生数字图象；

图2举例说明使用本发明的扫描仪的应用与一主机系统连同工作的示意图；

图3为便于描述本发明，用图解说明可用于图2扫描仪中的图象感测模块的剖面图；

图4A和4B分别描绘带有可调定时参数的传感器控制信号，所述定时参数可调整到确保每一光集成过程准确地维持某一预先限定的时间间隔；

图4C显示一CMOS光电检测器，其描述成一光电二极管并可简单地以一电阻和一电容器形式模拟；

图5显示可在图4中所述控制信号条件下运行的感测模块的内部功能图；

图6显示生成传感器控制信号和光照控制信号的控制信号电路的一个实施例；

图7显示一处理过程的程序框图，可执行此处理过程从而将可调定时参数提供给图象传感器中芯片上控制电路以生成传感器控制信号；

图8A说明应用来自图7的输出，芯片上控制电路控制图象传感器运行的可能性实现；以及。

图8B显示用于芯片上控制电路中的一组定时图。

具体实施方式

现参照这些图，其中相同标号指的是遍及各图中的相同部件。图1显示可将本发明应用于其上的成象系统100的示意图。取决于应用需要，成象系统100可以是彩色或黑白成象系统，所述系统包括，但不局限于，扫描仪，复印机，或传真机，其中，目标110可用光学方法连续扫描以生成电子图象120。

在单色扫描情况下，图象120包含许多象素，由一数字值表示的每一象素，代表入射光从目标110中某一相应点照射到成象系统100中图象传感器上的亮度。例如，目标110是8.5英寸乘11英寸的纸页，合成图象有容量850乘1100象素，并按8比特格式由从0到255数字值来加以表示。这意味着扫描目标110的每平方英寸是由100乘100象素来表示的。倘若在该平方英寸中的全部象素为255，则目标110中相应的平方英寸是白色的。反之倘若在该平方英寸中的全部象素为0，则目标110中相应的平方英寸是黑色的。可以理解任何象素都有一在0与255之间的值，即灰度等级，表示在目标110中亮度的变量。

当成象系统100能再现彩色时，来自成象系统100的图象120一般最好是分别在三基色照射下各自产生的三亮度图象120，每一亮度图象若以8比特精度表示，是有一在0到255之间的值的象素阵列或矩阵。说得明确些，彩色图象120中每一彩色象素C(i，j)可按下式表示的矢量象素：

$C(i,j)=\left[\begin{array}{c}R(i,j)\\ G(i,j)\\ B(i,j)\end{array}\right]$

此处(i，j)是一图象象素的座标，C指的是彩色图象120，而R，G和B则分别是彩色图象120中的三亮度图象。  如果在每个三亮度图象中相对应象素的光束(cluster)S为恒等值，即R(i，j)＝G(i，j)＝B(i，j)，此处(i，j)是在S范围之内，那么，目标110中与上述光束S相对的某一点，必定是无色的，在视觉上介于黑到白之间。相反地，如果在每个三亮度图象中象素的光束S有不同的值，即R(i，j)≠G(i，j)≠B(i，j)，目标110中与光束S相对应的上述点，用肉眼看应当是彩色的。例如，纯红，绿或蓝的矢量象素分别被表示为C(j，j)＝[25500]^T，C(j，j)＝[025500]^T或C(j，j)＝[00255]^T。为确保将目标110准确地按彩色图象再现，彩色成象系统必须精心地加以控制，以便产生在合成的彩色图象中能结合而再现目标110色彩的各亮度图象。

一般理解，不考虑实际用途，成象系统100包含一维CMOS图象传感器130，光照源132和光学系统134。当成象系统100供黑白扫描用途时，光照源132一般包含一全白荧光灯或高亮绿灯，而且在整个扫描周期自始至终都是保持接通的。当成象系统100供彩色成象应用时，光照源132至少包含三种色彩光，一般为三种基色光，这可以用一个或多个红，绿和蓝发光二极管(LEDs)，或带有分离彩色滤光器的全白光源加以实现，所述分离彩色滤光器，例如，为红，绿和蓝色滤光器，以便等效地产生三种色彩光。目标110在一成象周期内，被所述三种色彩光的每一种光，单独并逐次地照射。所述三种色彩光的每一种光分别由来自控制电路136的光照控制信号加以控制。光学系统134从目标110收集图象光，并把所述图象光聚焦到图象传感器130上。如本发明所应用的，图象光或入射光意味着，或是由一正向光照源照射的从(不透明)目标110反射的光，或是由一反向光照源照射的从(透明)目标110传输的光。除非另作说明，正向光照源和反向光照源两者总起来说都被认为是光照源。

包含许多光电检测器的图象传感器130是用互补金属氧化物半导体(CMOS)制造的，并使之成形为一维阵列，称为一维或者线性传感器。该光电检测器对光有高度敏感性，各自相对于入射光的强度产生一成正比例的电子信号。光学系统134收集来自目标110的图象光，同时把所述图象光聚焦在图象传感器130上。由此，图象光被印入到图象传感器130上产生一关于它的信号。

图象传感器130的运作包含两个过程，首先是光集成过程，其次是读出过程，各自持续一受控时间间隔。在光集成过程中，每个光电检测器被激发来积聚图象光的入射光子，同时将所述积聚折映成一电子(放电)信号。在光集成过程之后，光电检测器开始读出过程，在此期间，每一光电检测器中电子信号连续读出作为模拟信号，借助于读出电路传到数据总线或视频总线。应当理解，光集成过程对每一色彩光都发生，因此，如果光照源132有三种彩色光组，则形成三个读出过程的三个光集成过程，在每一成象周期内产生三个模拟图象信号。

结合到数据总线，有一模数(A/D)转换器，使模拟信号数字化而产生可适当并连续地存储于存储器150中的数字信号。一般，成象系统100还包含一数字信号处理电路160，取决于成象系统100的用途，上述电路可调节，校正，预处理和压缩数字信号，最后输出一数字图象。

按照一种结构形式，数字图象通常经由公共总线传送到主机，那是一种共享资源，其他组件和外围设备都连接其上，供与主机通信用。这些组件和外围设备往往判断作为该总线的主权，这不可避免地会导致关联的图象数据通过总线被传送给主机的等待时间。因此，在图象传感器中的光集成过程未必能如期望那样周期地发生。一般，由于上述等待时间，读出过程有可能严重迟延，而直至当前的读出过程完成为止不能开始下一个成象周期。假如使图象传感器开始光集成过程的定时不能适当地加以控制，而继续周期性地进行，则在以下成象周期中，有可能过量的照射会导致图象传感器过度曝光。与先有技术制式不同，本发明应用采用单一传感器控制信号的图象传感器的光集成过程的自适应定时控制。

为便于介绍本发明，以下说明主要基于彩色扫描仪的应用。熟悉本技术领域的人士会理解到，可将本文说明同样很好地应用于其他成象系统，所述系统中，用光照源产生与光照源中的每一色彩光一致的亮度图象。

图2显示能使用本发明的扫描仪应用。与图1的成象系统100相当的扫描仪200通过通信电缆212连接到计算装置202，所述计算装置可以是一IBM个人电脑或PC兼容的，在Windows操作系统，例如，微软Window 98下操作的记事本电脑。

最好是由在计算装置202中执行的由控制处理程序控制的扫描仪200，扫描一扫描资料210，例如，其上带有文本和图形的一页纸或薄膜。如以下将予以说明的，控制处理程序使扫描结果，经由与计算装置202中共享总线连接的通信电缆212被传输到计算装置202上。该扫描结果通常为一包含数字信号行数的数字图象，可以通过一应用程序处理出预期的视频效果，例如，由Adobe Systems公司生产的Photo-Shop 5.0程序。该数字图象或所处理的数字图象可以被显示在显示监控器204上。

计算装置202还提供一存储器和一存储装置，两者都未在图中示出，分别用于存储控制处理程序，存储图象文件和应用程序文件，键盘206用于允许输入例如扫描图象文件的标题和名称之类的文本数据，以及一定位设备208，例如，鼠标器或类似物，该定位设备也提供用以允许执行各种命令，例如，把扫描和处理的图象显示在显示监控器204上。

现参照图3，图中示出可用于图2扫描仪200的典型感测模块300的剖面图。光照源302在供黑白扫描用时，一般包含一全白或单色光源，或在供彩色扫描用时，至少包含三种不同的彩色光组，光照源对在覆盖玻璃316上面的扫描目标304提供光照。扫描目标304可以是一页面朝下置放在覆盖玻璃316上面的纸页，这样就使扫描的一面得以被光照源302照射到。覆盖玻璃316是透明的，同时还为扫描目标304受到完全的扫描提供一聚焦装置。

当光照源302如标号308所指示那样将光发射到扫描目标304上时，从扫描目标304经由覆盖玻璃316反射的光指向一光学透镜310，该光学透镜通常是一对一直立排列的陡度折射率的微型(圆柱体或棒式)透镜。应予理解的是，本发明不取决于光学透镜和光照源302中光源的特性。在上述配置中所述特定光源和透镜阵列的应用是为了便于说明本发明，而并不意味着对其限定。

在光学透镜310下面，有一包含CMOS光电检测器阵列的图象传感器312。光学透镜310把反射光收集到图象传感器312(光电检测器)上，该图象传感器312将所述反射光按比例转换成足以代表反射光亮度的电子信号。然后又将该电子信号传送到一数据总线，图上未示出，从而开始读出过程。

为了在覆盖玻璃316上面的扫描目标304得以完全地进行扫描，扫描目标304与图象传感器312必须彼此相对地移动。在平台扫描仪中，当图象传感器由运动机构驱动按某一固定速度沿着扫描目标304移动时，扫描目标304要保持静止。在馈纸扫描仪中，感测模块300保持静止，而扫描目标304则由运动机构按某一固定速度沿着感测模块300滚动。要使移动速度与合成图象中的图象垂直分辨率一致，因而用一系统时钟信号使之同步。

两种情况都是正在扫描一行扫描目标304。在扫描一行之后，扫描目标304就由运动机构将其推进一个扫描行。实际移动距离取决于所述垂直分辨率。当生成一彩色图象时，光照源302最好是包含三种各自为红，绿或蓝色的LEDs光组，发射三种不同的彩色光。该三组LEDs的光组，分别由来自控制信号电路330的光照控制信号加以控制，每一光组分别并逐次地被接通。例如，将红光射向扫描目标304，同时由光学透镜310将反射光聚焦到图象传感器312上。图象传感器312集成所述反射光而生成各自代表一象素值的电子信号的序列。接着所述象素被连续读出到数据总线。在完成上述红光扫描过程之后，分别为绿光和蓝光重复相同的过程。

按照本发明的原理，图4A显示传感器控制信号402，以及来自图3控制信号电路330的一组光照控制信号(R)404，(G)406和(B)408。按照一个实施例，目的是使光照控制信号404，406和408具有与图象传感器运作完全同步的照度参数。例如，对每一光照控制信号404，406和408的曝光时间t与光的颜色和图象传感器的光谱光敏度不相干，而且加到关联LEDs上的接通量值(功率)分别保持不变。简单照度参数的简单性导致控制信号电路的简单设计和光照源的简易控制。说得更明确些，和许多先有技术系统不同，本文光照控制信号404，406和408其控制与光照亮度和/或图象传感器的光谱响应无关。熟悉本技术领域的人士会理解到，在一图象感测模块中使用不受控制的光照控制信号实在是很不平凡的。

重要的和主要的与先有技术的区别是，传感器控制信号402包含许多参数。按照一种实现，传感器控制信号402在每一成象周期中包含三个按序读出的信号413，415和417。在彩色成象过程中一个成象周期指的是，在每种色彩光照射下分别生成一组亮度信号。特别是，第一读出信号413的上升边缘412启动一新的成象周期。RLED控制信号404接通红色LEDs首先照射扫描目标，但在下降边缘414到达之前，图象传感器并不着手开始光集成过程410，而且光集成过程410持续一预定的时间间隔t_red。光集成过程410的所述定时控制是很重要的，因为这使光集成过程与(红色光)照射的曝光时间无关。换句话说，无论照射触发接通多长时间都无关紧要，因为所述光集成过程410仅按预定时间间隔持续，所以图象传感器永远不会受到过度曝光。接着，当下一个第二读出信号415的上升边缘416到达时，红色光集成过程410终止。上升边缘416启动GLED控制信号406，接通绿色LEDs照射扫描目标。其间便可进行在红光照射启动情况下生成的图象信号的读出过程。在下降边缘418处，绿光集成过程412开始。再一次当上升边缘420到达时，绿光集成过程412终止，便可进行在绿光照射启动情况下生成的图象信号的读出过程，绿色LEDs被断开，同时接通蓝色LEDs。在下降边缘422到达之前，图象传感器并不启动蓝光集成过程414。

应当指出，在传感器控制信号402中读出信号413，415和417的顺序并不影响本发明的运行，但是，在每个读出信号中可调的定时参数却是本发明的关键特征之一。换句话说，每一可调的定时参数控制定时启动各自的光集成过程，从而确保光集成过程按一预定的时间间隔例如t_red，t_green和t_blue持续。万一，由于各种原因使图象传感器不能启动下一个光集成过程，如在第二成象周期430中所示出的，读出信号之一将受相应定时可调参数驱使而迟延所述光集成过程。在传感器控制信号402中t_p被如此延展，以使红色光集成过程在另一彩色光被接通前，保证仅按t_red持续的情况下才予以启动。

图4B显示另一种可能的传感器控制信号402，其中，光集成过程首先按一预定的时间间隔例如t_red，t_green和t_blue启动。在预定的时间间隔以后，无论光照源持续接通多长时间，光集成过程就会终止。以上对图4A的说明，可同样地应用于此来理解图4B。

当然，CMOS传感器的操作与其他类型的传感器有所不同。图4C显示一CMOS光电检测器它描述成一光电二极管并可简单以一电阻452和一电容器454形式模拟。当将一复位信号加到“RESET”端时，电容器454借助Vcc通过晶体管458充分充电，这意味着光电检测器450已准备好光集成(通过Vcc对电容器454的充电已予终止)。一结束复位信号，就开始光集成过程。随着越来越多来自光406的入射光子到达光电检测器450，电阻器452的电阻随之减小。电容器454通过电阻器452开始放电。一般，光子密度愈高，则一光电检测器收集到的光子愈多，因此电阻器452的电阻也愈小，必然衍生出一较快的放电信号Vout。换言之，从Vout输出的信号与到达光电检测器的光子成正比例，于此处也指为电子信号。

可将图4A或图4B的传感器信号402集中地加到所有光电检测器的“Reset”456端上。只要顺序读出信号413，415和417之一接通，所述光集成过程就不会开始。一旦顺序读出信号413，415和417之一结束，光集成过程就开始。

熟悉本技术领域的人士会理解到，应用传感器信号402控制图象传感器的运行和相应的光集成过程，以便补偿图象传感器非均衡的光敏度和彩色光源不均匀的亮度，是不同于先有技术的基本的变动。除了光照源更易于控制外，上述设计还有许多的优点和效益。即使在黑白成象，其照射一般在全时间接通的情况下，当图象传感器由于延迟读出过程而中止时，传感器控制信号中光集成过程的定时控制也会避免图象传感器受到过度曝光。

图5显示按照本发明的一个实施例，可在图4A或图4B中所述控制信号的条件下运行的感测模块500的内部功能图。由光照源505激励光导管502，所述光照源可包含各自分别由控制信号GLED，RLED或BLED控制的红色LED，绿色LED和蓝色LED。上述LED控制信号GLED，RLED或BLED分别相当于图4A中光照控制信号404，406和408。

透镜510，一般为一棒式透镜阵列，收集来自通过光照源505照射的扫描目标的图象光，并把入射光聚焦到下面的图象传感器阵列512上。图象传感器阵列512包含各自具有大量光电检测器的若干独立线性传感器512-1、512-2、512-3、……、512-(n-1)、512-n。例如，将图象感测模块500设计成能以每英寸600点(dpi)映象扫描目标，并且一个线性传感器包含512个光电检测器，那么在图象传感器阵列512中有10个这样的线性传感器。在每个由一传感器控制信号SPI控制的光集成过程中，每个光检测器收集射在其上的入射光，并接着生成一电子信号。当完成每一光集成过程时，所述电子信号借助读出开关阵列516作为扫描信号被顺序地读出到视频总线514。开关阵列516最好包含与图象传感器阵列512中光电检测器数量相同的读出开关数量。熟悉本技术领域的人士会明白，每个读出开关可由一二极管来实现，当一信号(来自传感器控制信号)跨接于其上时，二极管就变成接通或“通过”。如图中所示，扫描信号连接到一顺序产生视频信号输出Vout 520的预处理控制电路518上。该扫描信号在所述预处理控制电路518中，根据需要的图象灰度控制522和补偿/增益524调整进行处理，包括放大和补偿处理。

图6显示生成各种控制信号的一个实施例600。时钟602提供一时钟信号，从它微控制器604导出一组控制信号，以便控制所有部件工作一致。微控制器604可以是Motorola公司生产的微处理器68HC320，或专用集成电路(ASIC)，一般使之与整个系统性能控制信号协调。例如，倘若检测到由于主机内部原因使读出过程迟延，微控制器604将相应地响应而改变控制信号，例如，增大成象周期，以确保图象感测模块300工作一致。结合到微控制器604的控制信号电路606生成传感器控制信号402和光照控制信号RLED 404，GLED 406和BLED 408。

按照一个实施例，微控制器604一开始接收来自图象感测模块300中图象传感器的一组测试信号。该组测试信号可能呈现出扫描目标的一行。一般扫描目标的边缘区是统一且往往是白色的，因此可容易地用来调整传感器控制信号中读出信号的定时参数。因为光照控制信号RLED 404，GLED 406和BLED 408是预先确定的，例如，是如图4A或4B中所示那样同步的，所以可容易地获得所述读出信号的定时参数(例如，相应的曝光时间和电压)。

当接通一种彩色光时，从图象传感器生成相应的一个测试信号。因此，当光照源中有三种彩色光时，可获得三个测试信号。为获得白均衡，如前面所述，合成彩色象素各项数据必须都是相同的。倘若微控制器604检测到在测试信号之间有差异，一般，在蓝光照射下的测试信号是较弱的，所述差异微控制器604会导致控制电路606为传感器信号中各读出信号调整相应的定时参数。因此与传感器信号一起得到一组新的测试信号，接着确定在该新测试信号组之中的差异，并再次为各读出信号调整相应的定时参数。该校准过程被递归反复进行，直到测试信号之间的差异小于一预定阈值，其后才导出一组相应的定时参数，同时产生象图4A或4B示出的SPI 402这样的传感器信号。

图7显示按照另一实施例，通过读出信号导出一组相应定时参数的信号测量模块的处理过程700的程序框图。最好将处理过程700装入一存储器内，并由一计算机系统的微处理机予以执行。通常都知道，许多成象系统是用一计算机系统操纵的，例如，如图2中所示，扫描仪一般和一计算机一起运行。计算机操纵控制扫描仪运作的扫描驱动器，并把扫描图象数据下载到一存储装置内。处理过程700最好包含在所述扫描驱动器内，同时给控制电路提供一组相应的定时参数以生成适当的传感器信号。

处理过程700从一组测试信号着手，在704借助每种彩色光逐次而单独地接通，分别得到这些测试信号。为避免可能由图象传感器中不良性能的光电检测器引起的不良信号，在706，取得一或多行扫描信号以检测在所取得的扫描信号中是否有任何不良信号。一般，如果有任何数字信号其值为整行数字信号平均值的土50％的话，则这些象素被标记为“不良”，且可能用周围象素信号的平均值加以替代。在708将所述测试信号组与一基准进行比较，该基准在一定条件下就每一测试信号而言可有一特定的值。在710，所述测试信号和基准之间各自的差异，被用于调整其后影响各自光集成过程的一组相应的定时参数。在712，用所述相应的定时参数在各自的光集成过程中得到一新的测试信号组。新的测试信号组和基准之间的差异最终递归小于阈值。在714，将相应的定时参数输出到控制电路，依照校正过程建立一传感器控制信号，以便产生用相同照度参数的彩色光照射的平衡的彩色图象。

图8A说明通过与一扫描仪一起运行的计算机系统来接收测量结果的控制电路的一种实现的可能性。控制电路从用其操纵扫描仪的一台主机接收所述相应的定时参数。以这些相应的定时参数为基准，控制电路产生一适当的传感器控制信号，它确保所有相应的光集成过程，分别按图7校正过程中确定的周期持续。

连同图8B移位寄存器802从图7中校正过程接收预定的周期(数据)信息，例如，10微秒，在二进制中呈现为00001011。计数器804被结合到一时钟信号(CLK)源上，并为它的脉冲计数。启动脉冲(SP)代表成象周期到达，同时使计数器804和RS电路806两者复位。在一个实施例中，当启动脉冲(SP)到达时，来自RS电路806的输出SPI转为高电平。其间，计数器804对时钟信号(CLK)计数，计数器804一达到相当于移位寄存器802中数据的某一数值，比较电路808就输出一信号。来自比较电路808的所述信号导致RS电路806改变状态，例如，从高转为低。就这样生成传感器控制信号，并可把它应用于图象传感器。应当指出，最好将控制电路同时制造在图象传感器中。

本发明己以一定的准确度充分详细地进行了说明。熟悉本技术领域的人士会懂得，构成当前公开的实施例仅仅作为实例，在不脱离如权利要求书中所述本发明的精神和范围的前提下，可以在布局和部件组合方面采取许多的变化。例如，单一传感器控制信号被用于本发明的一个实施例中，也可有多种实施例，其中，可以把几个控制信号功能联合起来等效于单一传感器控制信号。因此，本发明的范围由所附权利要求书加以限定，而不是上述实施例的描述。

Claims (23)

1.一种用于保持图象传感器相应于光照源的光集成过程的时间为一预定周期的方法，其特征是，所述方法包括：

从一控制信号电路生成一传感器控制信号；

所述控制信号电路还产生一带有预先指定曝光时间和预先指定功率的光照控制信号，该信号加到所述光照源上，以便所述光照源的启动与所述图象传感器和所述光照源的特性无关；

所述传感器控制信号中包含一在所述图象传感器的成象周期内适当地调整的定时参数；以及

通过所述传感器控制信号在所述成象周期内激活所述光集成过程，从而使用所述定时参数确保所述光集成过程的时间按所述预定周期持续，映象一扫描目标。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征是，所述控制信号电路连接到微控制器上，该微控制器为所述控制信号电路产生需要的信息用以生成所述传感器控制信号，其中所述需要的信息是由所述微控制器根据所述图象传感器实行的校正过程得到的。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征是，所述的由所述传感器控制信号激活所述光集成过程包括：

在所述成象周期一开始就启动所述光集成过程；以及

在所述预定周期一结束不管所述光照源是否仍然接通就终止所述光集成过程。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征是，所述控制信号电路被嵌入并结合到所述图象传感器内，并且所述控制信号电路包含：

一寄存器，它接收在一主机内得到的所述预定周期的数据；

一计数器，它接收时钟信号；所述计数器在所述图象周期开始时被复位，并开始对所述时钟信号进行计数；以及

一结合到所述寄存器和所述计数器的比较电路，它接收来自所述寄存器的所述数据和来自所述计数器的计数值，所述比较电路在来自所述计数器的所述计数值达到所述数据时产生一触发信号。

5.按照权利要求4所述的方法，其特征是，所述控制信号电路还包含：一结合到所述比较电路并保持其输出为一第一状态的门电路，所述门电路在接收到来自所述比较电路的所述触发信号时其输出改变成第二状态，所述门电路的输出构成所述传感器控制信号。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征是，所述的由所述传感器控制信号激活所述光集成过程包括：

所述门电路的输出为第一状态时立即启动所述光集成过程；以及

当所述门电路的输出改变为第二状态时立即终止所述光集成过程。

7.按照权利要求5所述的方法，其特征是，所述的由所述传感器控制信号激活所述光集成过程包括：

所述门电路的输出为第一状态时等待一时间间隔；以及

当所述门电路的输出改变为第二状态时立即启动所述光集成过程。

8.一种改进的图象感测模块，其特征是，它包括：

一包含多个光组的光照源，所述多个光组中每一个产生单色光；以及

一包含多个光电检测器的图象传感器和一提供一传感器控制信号和数量与光组数相同的光照控制信号的控制信号电路，应用到所述光电检测器的所述传感器控制信号包含数量与光组数相同的读出信号，所述数量与光组数相同的读出信号中每一个有一可调的定时参数，所述定时参数在所述图象传感器中根据对应的所述多个光组之一确保一相应的光集成过程，从而按预定时间间隔映象一扫描目标。

9.按照权利要求8所述的感测模块，其特征是，对应于所述多个光组之一、供每一所述读出信号用的所述预定时间间隔，是由信号测量模块生成的，所述信号测量模块通过所述图象传感器接收一测试信号、并递归调整所述预定时间直至所述测试信号与一基准值的差异小于规定的阀值为止。

10.按照权利要求9所述的感测模块，其特征是，所述控制信号电路从所述信号测量模块接收所述预定时间间隔数据，其中所述控制信号电路包含：

一寄存器，它从所述信号测量模块接收所述预定时间数据；

一计数器，它接收一时钟信号，所述计数器在所述图象周期开始时被复位，并立即开始对所述时钟信号进行计数；以及

一结合到所述寄存器和所述计数器的比较电路，它接收来自所述寄存器的所述数据和来自所述计数器的计数值，其中，所述比较电路在来自所述计数器的所述计数值达到所述数据时产生一触发信号。

11.按照权利要求10所述的感测模块，其特征是，所述控制信号电路还包含：

一结合到所述比较电路并保持其输出为一第一状态的门电路，在接收到来自所述比较电路的所述触发信号时所述门电路的输出改变成一第二状态。

12.按照权利要求11所述的感测模块；其特征是，所述门电路的输出为第一状态时立即启动所述光集成过程；以及当所述门电路的输出改变为第二状态时停止所述光集成过程。

13.按照权利要求11所述的感测模块，其特征是，当所述门电路的输出在经过一段长达所述第一状态持续的时间间隔以后改变为第二状态时，开始所述光集成过程。

14.按照权利要求9所述的感测模块，其特征是，所述信号测量模块是存储在存储器中的程序，一处理机结合到所述存储器，执行所述程序从而导致所述信号测量模块进行如下功能：

反复接收在所述预定时间内得到的所述测试信号；

将所述测试信号与所述基准共同进行比较；

递归调整所述预定时间，直到所述测试信号与所述基准值的差异小于规定的阀值为止；以及

把所述预定时间输出到所述控制信号电路。

15.按照权利要求8所述的感测模块，其特征是，所述数量与光组数相同的光照控制信号中每一个具有预定的参数，这些参数包括加到所述光照源中所述多个光组之一的曝光时间和功率。

16.按照权利要求15所述的感测模块，其特征是，所述多个光组是三个光组，并且所述光照源包括三种基色光，各自产生一种色彩光照。

17.按照权利要求16所述的感测模块，其特征是，所述三种基色光至少包含一种红色发光二极管，一种绿色发光二极管和一种蓝色发光二极管；所述至少一种红色发光二极管，一种绿色发光二极管和一种蓝色发光二极管中的每一种，分别受控于所述光照控制信号之一，  以便在所述至少一种红色发光二极管，一种绿色发光二极管和一种蓝色发光二极管中的每一种上加上所述功率并接通所述曝光时间。

18.一种用于保持图像传感器的相应于光照源的光集成过程的时间为一预定周期的方法，其特征是，所述方法包括：

在一信号测量模块中确定所述预定周期；

在一控制信号电路中接收所述预定周期；

根据所述预定周期，从所述控制信号电路生成一传感器控制信号；

所述控制信号电路还产生一带有预先指定曝光时间和预先指定功率的光照控制信号加到所述光照源上，以便所述光照源的启动与所述图象传感器和所述光照源的特性无关；

所述传感器控制信号中具有一定时参数，所述定时参数可适当地加以调整，以便使所述光集成过程的时间可按预定周期持续，而无论所述光照源保持接通多长时间；以及

在所述光集成过程中激活所述图象传感器，以在一成象周期的期间映象出一扫描目标。

19.按照权利要求18所述的方法，其特征是，所述在一信号测量模块中确定所述预定周期包括：

反复从所述图象传感器接收在所述预定时间内得到的某一测试信号；

将所述测试信号与某一基准值进行比较；

递归调整所述预定时间，直到所述测试信号与所述基准的差小于预定值为止；以及

把所述预定时间输出到所述控制信号电路。

20.按照权利要求19所述的方法，其特征是，所述控制信号电路嵌入并结合到所述图象传感器内，而且所述控制信号电路包含：

一寄存器，它接收在一主机内得到的所述预定周期的数据；

一计数器，它接收时钟信号；所述计数器在所述图象周期开始时被复位，并开始对所述时钟信号进行计数；以及

一结合到所述寄存器和所述计数器的比较电路，它接收来自所述寄存器的所述数据和来自所述计数器的计数值，所述比较电路在来自所述计数器的所述计数值达到所述数据时产生一触发信号。

21.按照权利要求20所述的方法，其特征是，所述控制信号电路还包含：

一结合到所述比较电路并保持其输出为一第一状态的门电路，在接收到来自所述比较电路的所述触发信号时所述门电路的输出改变成一第二状态，所述传感器控制信号是从所述门电路输出的。

22.按照权利要求21所述的方法，其特征是，所述的在所述光集成过程中激活所述图象传感器包括：

所述门电路的输出为第一状态时立即启动所述光集成过程；以及

当所述门电路的输出改变为第二状态时终止所述光集成过程。

23.按照权利要求21所述的方法，其特征是，所述的在所述光集成过程中激活所述图象传感器，从而映象出一扫描目标，包括：

根据所述门电路的输出为第一状态经过一时间间隔；以及

当所述门电路的输出改变为第二状态时立即启动所述光集成过程。

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