TW201419852A - 曝光調整裝置、影像均化裝置及影像均化方法 - Google Patents

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Abstract

一種曝光調整裝置，包含：一影像感測器，依據一曝光參數擷取一影像；一計算裝置，用以計算該影像的曝光量並判斷該曝光量是否位於一預定曝光區；以及一曝光更新裝置，若該曝光量位於該預定曝光區，則不調整該曝光量，若該曝光量不位於該預定曝光區，則根據該預定曝光區、該曝光量以及該曝光參數至少其一產生至少一調整量，並以該調整量增加或減少該曝光參數以產生一新的曝光參數。

Description

曝光調整裝置、影像均化裝置及影像均化方法
本發明有關於曝光調整裝置、影像均化裝置及影像均化方法，特有關於可以不固定調整量調整曝光參數的曝光調整裝置、影像均化裝置及影像均化方法。
隨著影像數位化技術的進步，使用數位影像的電子裝置如數位相機、數位攝影機以及光學滑鼠等逐漸被發展出來並普及。此類產品中通常會具有一影像感測器，其可以擷取影像以供電子裝置使用。而且，影像感測器可根據影像的曝光量來設定影像感測器內部的曝光參數，以調整影像的曝光量使影像不會曝光過度或是曝光不足(過亮或過暗)。
第1圖繪示了習知技術中的影像感測器100的電路圖。如第1圖所示，影像感測器100包含了像素陣列101、訊號讀取電路103、放大器111以及類比數位轉換器113。像素陣列101包含了多個像素單元PIX11-PIXnm，當影像感測晶片100讀取一影像時，會以訊號讀取電路103存取像素陣列101中的像素信號，然後再以放大器111放大像素訊號，之後以類比數位轉換器113將像素訊號轉換成數位的格式，以給後續的數位訊號處理器115處理。訊號讀取電路103包含了多個訊號讀出單元SR1、SR2、SR3，用以自像素單元PIX11-PIXnm讀取像素訊號。
第2圖為第1圖中的像素陣列101的詳細電路示意圖。當重置訊號RES控制NMOS M2導通時，光二極體PD的跨壓將充電至Vrst。訊號讀取電路103中的訊號讀出單元SR1、SR2、SR3均具有一儲能元件，當像素選取訊號RSEL1或RSEL1控制NMOS M3導通時，光二極體PD上的跨壓將經由NMOS M1轉換成電流，並儲存於訊號讀出單元SR1、SR2、SR3的儲能元件中。因此，訊號讀出單元SR1、SR2、SR3的儲能元件所儲存的電荷即為相對應像素單元所感測之受光量。光二極體PD的照光強度與照光時間可視為像素單元的曝光強度與曝光時間。像素單元的曝光量由曝光強度*曝光時間所形成，而所有像素單元曝光量的平均值，則可視為整個影像的曝光量。所以要使影像的曝光量落於一預定曝光區間時，則可調整光二極體PD的照光強度或照光時間(即曝光參數)，來改變影像的曝光強度與曝光時間。
習知技術中調整曝光參數通常是增加或遞減一固定值，例如若曝光參數為100單位，若偵測到影像曝光量太大，則會使曝光參數減少10單位，並以新的曝光參數來擷取一影像。然而，若曝光參數為1000單位，但每次仍只減少10單位，如此曝光參數增減值過小，須多次調整才能使影像的曝光量落入所須的範圍，會需要較長的調整時間。反之若曝光參數為100單位，但每次曝光參數增減值為40單位或更大，如此曝光參數增減值過大，會一直無法使影像的曝光量落入所須的範圍。
本發明一目的為提供一種曝光調整裝置，其會根據不同狀況來改變曝光參數的調整量，以將影像的曝光量調整至預定的曝光區間。
本發明一目的為提供一種影像均化裝置及影像均化方法，其會根據不同狀況來改變曝光參數的調整量，以兩影像的曝光量調整實質上一致。
本發明的實施例提供了一種曝光調整裝置，包含：一影像感測器，依據一曝光參數擷取一影像；一計算裝置，用以計算該影像的曝光量並判斷該曝光量是否位於一預定曝光區；以及一曝光更新裝置，若該曝光量位於該預定曝光區，則不調整該曝光量，若該曝光量不位於該預定曝光區，則根據該預定曝光區、該曝光量以及該曝光參數至少其一產生至少一調整量，並以該調整量增加或減少該曝光參數以產生一新的曝光參數。
本發明的另一實施例提供了一種影像均化裝置，包含：一影像感測器，依據一第一曝光參數擷取一第一影像，且依據一第二曝光參數擷取一第二影像；一計算裝置，用以計算該第一影像的一第一曝光量以及一第二曝光量，並計算該第一曝光量和該第二曝光量之一曝光量差異；以及一曝光更新裝置，若該曝光量差異小於或等於一預定值，則不調整該第一曝光量和該第二曝光量，若該曝光量差異大於該預定值，則根據該第一曝光量、該第二曝光量以及該曝光參數至少其一決定至少一調整量，並以該調整量增加或減少該第二曝光參數以產生一第三曝光參數，該影像感測器更依據該第三曝光參數進行後續的影像擷取動作。
本發明的另一實施例提供了一種電腦可讀取媒體，具有至少一 程式碼紀錄於其上，當該些程式碼被讀取並執行時，可進行一影像均化方法，包含下列之步驟：(a)依據一第一曝光參數擷取一第一影像，且依據一第二曝光參數擷取一第二影像；(b)計算該第一影像的一第一曝光量以及一第二曝光量，並計算該第一曝光量和該第二曝光量之一曝光量差異；(c)若該曝光量差異小於或等於一預定值，則不調整該第一曝光量和該第二曝光量，若該曝光量差異大於該預定值，則根據該第一曝光量、該第二曝光量以及該曝光參數至少其一決定至少一調整量，並以該調整量增加或減少該第二曝光參數以產生一第三曝光參數；以及(d)依據該第三曝光參數進行後續的影像擷取動作。
根據前述的實施例，本發明不以固定的調整量來調整曝光參數，可以快速且精確的將曝光量調整成所須的值或落於所須的範圍。而且，本發明更提供了以不同的參數來決定調整量的機制，可使此類裝置的設計更有彈性。
第3圖繪示了根據本發明實施例的曝光調整裝置300的方塊圖。第4圖則繪示了曝光調整裝置300用以調整影像的曝光量的流程圖。請交互參著第3圖與第4圖來更為了解本發明調整曝光量的流程。如第3圖所示，其包含了影像感測器301、計算裝置303以及曝光更新裝置305。影像感測器301可採用第1圖和第2圖所示的結構，但並不限定，亦可採用其他的結構。首先先設定一曝光參數值給影像感測器301(步驟401)，影像感測器301會依據一曝光參數 擷取一影像Img1(步驟403)。計算裝置303用以計算影像Img1的曝光量(步驟405)。若影像感測器301使用如第1圖和第2圖的結構，可如第2圖所述，單獨計算每個像素單元的曝光量，然後求得整個影像感測器的所有像素單元的曝光量，來做為影像Img1的曝光量。但請留意曝光量的計算可以有許多種方式，熟知此項技藝者當可了解，故於此不再贅述。
接著，判斷此曝光量是否位於一預定曝光區(步驟407)，亦即判斷此曝光量的值是否介於一預定範圍。若是，則回到步驟403以原來的曝光參數繼續擷取影像。若否，則根據預定曝光區、曝光量以及曝光參數其中至少其一來決定一調整量(步驟409)，然後到步驟411以調整量更新曝光參數(亦可視為產生新的曝光參數)，之後回到步驟403以更新過的曝光參數來擷取影像。
於一實施例中，曝光量位於較預定曝光區小的曝光區時，曝光更新裝置305以調整量增加曝光參數以產生新的曝光參數，若曝光量位於較預定曝光區大的曝光區時，曝光更新裝置305則以調整量減少曝光參數以產生新的曝光參數。調整量可由多種方式來決定，在一實施例中，曝光更新裝置305根據影像的曝光量與預定曝光區的差異來決定調整量。舉例來說，若預定曝光區的區間為100-120，但曝光量為220，曝光參數為512單位，則曝光更新裝置305可計算出當曝光參數為256單位時，影像曝光量為110，可落在預定曝光區內，因此會決定調整量為256單位，以將曝光參數更新成256單位。請留意此處的曝光參數之計量以”單位”來表示，此單位可能是指如第2圖的光二極體的照光強度或照光時間，也有可能指照光 強度或照光時間的綜合，或者其他可改變影像曝光量之參數或其組合，會因為影像感測器的結構而有所不同。
或者，調整量可為曝光參數的一比例，例如若將調整量定為25%，則在曝光參數為100單位時，則調整量為25單位，而若曝光參數為1000單位時，則調整量為250單位。此比例可以是固定的，亦即曝光更新裝置305每次都以相同的比例來產生調整量，也可以是變動的，亦即每次調整時，曝光更新裝置305根據預定曝光區、曝光量以及曝光參數至少其一決定比例。於一實施例中，曝光更新裝置305依據曝光參數的大小來決定比例，例如曝光參數越大，比例越大，或曝光參數越大，比例越小。於另一實施例中，曝光更新裝置305依據預定曝光區來決定比例，例如預定曝光區越大，比例越大，或預定曝光區越大，比例越小。於另一實施例中，曝光更新裝置305依據曝光量與預定曝光區的差異來決定比例。舉例來說，當曝光量與預定曝光區的差異較大時，則以較大的比例來粗調，使曝光量快速的接近預定曝光區。而當曝光量與預定曝光區的差異較小時，則以較小的比例來粗調，使曝光量能精確的落入預定曝光區。
影像感測器301即使以相同的曝光參數來擷取影像，仍有可能因為環境光或是影像本質的不同而使影像有不同的曝光量，因此可能需要影像均化(normalizing)的動作。曝光調整裝置300亦可用以均化影像，亦使兩影像的曝光量相同。於此狀況下，曝光調整裝置300可視為一影像均化裝置。第5圖繪示了根據第3圖所示的曝光調整裝置用以均化影像的流程圖。請交互參著第3圖與第5圖來更為了 解本發明的內容。
首先先設定一第一曝光參數以及一第二曝光參數給影像感測器301(步驟501)，第一曝光參數以及第二曝光參數可以相同也可以不同。影像感測器301會依據第一曝光參數擷取第一影像Img1(步驟503)，並依據第二曝光參數擷取第二影像Img2(步驟505)。計算裝置305計算第一影像Img1的第一曝光量和第二影像Img2的第二曝光量，並計算出第一曝光量和第二曝光量的曝光量差異(步驟507)。計算曝光量的方式已詳述於前述實施例中，故於此不再贅述。
接著，判斷此曝光量差異是否小於或等於一預定值(步驟509)。若是，則回到步驟503以原來的第一曝光參數和第二曝光參數繼續擷取影像。若否，則根據第一曝光量、第二曝光量以及曝光參數至少其一決定至少一調整量(步驟511)，然後到步驟513以調整量更新第一曝光參數或第二曝光參數其中之一(此例為更新第二曝光參數)來產生一第三曝光參數，之後回到步驟503以第一曝光參數和更新過的第一曝光參數來擷取影像。
於一實施例中，第二曝光量小於第一曝光量時，曝光更新裝置305以調整量增加第二曝光參數以產生第三曝光參數，若第二曝光量大於第一曝光量時，曝光更新裝置305以調整量減少第二曝光參數以產生第三曝光參數。調整量可由多種方式來決定，在一實施例中，曝光更新裝置305根據曝光量差異來直接決定調整量。舉例來說，若第一曝光量為110，但第二曝光量為220，第二曝光參數為512單位，則曝光更新裝置305可計算出當第二曝光參數為256單位時，第二影像曝光量為110，與第一曝光量一致，因此會決定調 整量為256單位，以將第二曝光參數更新成256單位。
或者，調整量可為第二曝光參數的一比例。此比例可以是固定的，亦即曝光更新裝置305每次都以相同的比例來產生調整量，也可以是變動的，亦即每次調整時，曝光更新裝置305根據第一曝光量、第二曝光量以及曝光參數至少其一決定比例。於一實施例中，曝光更新裝置305依據第一曝光參數以及第二曝光參數至少其一的值來決定比例。例如，第一曝光參數或第二曝光參數的值越大，則比例越大，或第一曝光參數或第二曝光參數的值越大，則比例越小。於另一實施例中，該曝光更新裝置305依據曝光量差異來決定比例。舉例來說，當曝光量差異較大時，則以較大的比例來粗調，使第二曝光量快速的接近第一曝光量。而當曝光量差異較小時，則以較小的比例來粗調，以精確的將第二曝光量調整成第一曝光量。
根據第5圖的實施例，可得到一影像均化方法，此影像均化方法可藉由寫入在一電腦可讀取媒體中的程式來施行。此影像均化方法包含下列步驟：依據一第一曝光參數擷取一第一影像，且依據一第二曝光參數擷取一第二影像；計算該第一影像的一第一曝光量以及一第二曝光量，並計算該第一曝光量和該第二曝光量之一曝光量差異；若該曝光量差異小於或等於一預定值，則不調整該第一曝光量和該第二曝光量，若該曝光量差異大於該預定值，則根據該第一曝光量、該第二曝光量以及該曝光參數至少其一決定至少一調整量，並以該調整量增加或減少該第二曝光參數以產生一第三曝光參數；以及依據該第三曝光參數進行後續的影像擷取動作。
前述的曝光調整裝置(或影像均化裝置)可運用於各種不同的裝 置中，舉例來說，可運用於前述的數位照相機或數位錄影機中，來改善影像的曝光狀況。或者，亦可運用於使用者輸入介面，如光學觸控裝置或光學滑鼠中。
第6圖繪示了第3圖所示的曝光調整裝置使用於一光學觸控裝置600的示意圖。如第6圖所示，光學觸控裝置600包含了感測表面601、光源603以及影像感測器605。光源603用以照射感測表面601上的物體(如手指F)來產生物體影像，影像感測器605會根據連續的物體影像計算物體在感測表面601上的移動動作。影像感測器605若採用前述的曝光調整機制，可以快速的將物體影像的曝光量調整至適當的曝光區間，以更為精確的偵測物體的移動。
第7圖繪示了第3圖所示的曝光調整裝置使用於一光學滑鼠700的示意圖。如第7圖所示，光學滑鼠700包含一光源701以及一影像感測器703。光源701用以照射表面705以產生至少一表面影像，影像感測器703根據連續的表面影像來計算光學滑鼠700相較於表面705的移動動作。同樣的，若影像感測器703採用前述的曝光調整機制，可以快速的將表面影像的曝光量調整至適當的曝光區間，以更為精確的偵測光學滑鼠的移動。
根據前述的實施例，本發明不以固定的調整量來調整曝光參數，可以快速且精確的將曝光量調整成所須的值或落於所須的範圍。而且，本發明更提供了以不同的參數來決定調整量的機制，可使此類裝置的設計更有彈性。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100、301、605、703‧‧‧影像感測器
101‧‧‧像素陣列
103‧‧‧訊號讀取電路
111‧‧‧放大器
113‧‧‧類比數位轉換器
115‧‧‧數位訊號處理器
300‧‧‧曝光調整裝置
303‧‧‧計算裝置
305‧‧‧曝光更新裝置
SR1、SR2、SR3‧‧‧訊號讀出單元
PIX11-PIXnm‧‧‧像素單元
M1、M2、M3‧‧‧NMOS
600‧‧‧光學觸控裝置
601‧‧‧感測表面
603、701‧‧‧光源
700‧‧‧光學滑鼠
第1圖繪示了習知技術中的CMOS影像感測器的電路圖。
第2圖繪示了第1圖所示的像素陣列100的電路圖。
第3圖繪示了根據本發明實施例的曝光調整裝置的方塊圖。
第4圖繪示了根據第3圖所示的曝光調整裝置用以調整影像的曝光量的流程圖。
第5圖繪示了根據第3圖所示的曝光調整裝置用以均化影像的流程圖。
第6圖繪示了第3圖所示的曝光調整裝置使用於一光學觸控裝置的示意圖。
第7圖繪示了第3圖所示的曝光調整裝置使用於一光學滑鼠的示意圖。
300‧‧‧曝光調整裝置
301‧‧‧影像感測器
303‧‧‧計算裝置
305‧‧‧曝光更新裝置

Claims (19)

  1. 一種曝光調整裝置，包含：一影像感測器，依據一曝光參數擷取一影像；一計算裝置，用以計算該影像的曝光量並判斷該曝光量是否位於一預定曝光區；以及一曝光更新裝置，若該曝光量位於該預定曝光區，則不調整該曝光量，若該曝光量不位於該預定曝光區，則根據該預定曝光區、該曝光量以及該曝光參數至少其一產生至少一調整量，並以該調整量增加或減少該曝光參數以產生一新的曝光參數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之曝光調整裝置，其中該曝光更新裝置根據該曝光量與該預定曝光區的差異來直接產生該調整量。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之曝光調整裝置，其中該曝光量位於較該預定曝光區小的曝光區時，該曝光更新裝置以該調整量增加該曝光參數以產生該新的曝光參數，若該曝光量位於較該預定曝光區大的區間時，該曝光更新裝置則以該調整量減少該曝光參數以產生該新的曝光參數。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之曝光調整裝置，其中該調整量為該曝光參數之一比例。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之曝光調整裝置，其中該曝光更新裝 置依據該曝光參數來決定該比例。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之曝光調整裝置，其中該曝光更新裝置依據該預定曝光區來決定該比例。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之曝光調整裝置，該曝光更新裝置依據該曝光量與該預定曝光區的差異來決定該比例。
  8. 一種影像均化裝置，包含：一影像感測器，依據一第一曝光參數擷取一第一影像，且依據一第二曝光參數擷取一第二影像；一計算裝置，用以計算該第一影像的一第一曝光量以及一第二曝光量，並計算該第一曝光量和該第二曝光量之一曝光量差異；以及一曝光更新裝置，若該曝光量差異小於或等於一預定值，則不調整該第一曝光量和該第二曝光量，若該曝光量差異大於該預定值，則根據該第一曝光量、該第二曝光量以及該曝光參數至少其一決定至少一調整量，並以該調整量增加或減少該第二曝光參數以產生一第三曝光參數，該影像感測器更依據該第三曝光參數進行後續的影像擷取動作。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之影像均化裝置，該曝光更新裝置依據該曝光量差異來直接決定該調整量的值。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之影像均化裝置，其中該第二曝光量小於該第一曝光量時，該曝光更新裝置以該調整量增加該第二曝光參數以產生該第三曝光參數，若該第二曝光量大於該第一曝光量時，該曝光更新裝置以該調整量減少該第二曝光參數以產生該第三曝光參數。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之影像均化裝置，其中該調整量為該曝光參數之一比例。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之影像均化裝置，其中該曝光更新裝置依據該第一曝光參數以及該第二曝光參數至少其一的值來決定該比例。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之影像均化裝置，該曝光更新裝置依據該曝光量差異來決定該比例。
  14. 一種電腦可讀取媒體，具有至少一程式碼紀錄於其上，當該些程式碼被讀取並執行時，可進行一影像均化方法，包含下列之步驟：(a)依據一第一曝光參數擷取一第一影像，且依據一第二曝光參數擷取一第二影像；(b)計算該第一影像的一第一曝光量以及一第二曝光量，並計算該第一曝光量和該第二曝光量之一曝光量差異； (c)若該曝光量差異小於或等於一預定值，則不調整該第一曝光量和該第二曝光量，若該曝光量差異大於該預定值，則根據該第一曝光量、該第二曝光量以及該曝光參數至少其一決定至少一調整量，並以該調整量增加或減少該第二曝光參數以產生一第三曝光參數；以及(d)依據該第三曝光參數進行後續的影像擷取動作。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之電腦可讀取媒體，其中該步驟(c)依據該曝光量差異來直接決定該調整量的值。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之電腦可讀取媒體，其中該第二曝光量小於該第一曝光量時，該步驟(c)以該調整量增加該第二曝光參數以產生該第三曝光參數，若該第二曝光量大於該第一曝光量時，該步驟(c)以該調整量減少該第二曝光參數以產生該第三曝光參數。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之電腦可讀取媒體，其中該調整量為該曝光參數之一比例。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之電腦可讀取媒體，其中該步驟(c)依據該第一曝光參數以及該第二曝光參數至少其一的值來決定該比例。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之電腦可讀取媒體，該步驟(c)更依據該曝光量差異來決定該比例。
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