TW201824068A - 影像感測之曝光時間決定方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提出一種影像感測之曝光時間決定方法，包含：提供一第一階段曝光條件，其中該第一階段曝光條件，包括一第一曝光時間；根據該第一階段曝光條件，感測一影像，以產生一第一直方亮度極大值、一第一直方亮度極小值、與一第一直方寬度；增加或減少該第一曝光時間為一第二曝光時間，以作為一第二階段曝光條件，而感測該影像，進而產生一第二直方亮度極大值、一第二直方亮度極小值、與一第二直方寬度；比較該第一直方寬度與該第二直方寬度，並根據比較結果，而決定一第三曝光時間；以及根據該第三階段曝光條件，感測該影像。

Description

影像感測之曝光時間決定方法
本發明係有關一種影像感測之曝光時間決定方法，特別是指一種根據影像亮度訊號之直方圖以決定曝光時間的影像感測之曝光時間決定方法。
一般而言，在光學式指紋辨識系統中，常會發生所擷取的指紋影像亮度太高或太低的問題，造成指紋影像不清楚，進而影響了指紋辨識的正確性。而擷取的指紋影像亮度太高或太低的問題，通常是影像感測的曝光時間太長或太短所造成。因此，決定影像感測的曝光時間會影響指紋辨識的正確性。
有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種根據影像亮度訊號之直方圖以決定曝光時間的影像感測之曝光時間決定方法。
就其中一個觀點言，本發明提供了一種影像感測之曝光時間決定方法，包含：S1：提供一第一階段曝光條件，其中該第一階段曝光條件，包括一第一曝光時間；S2：根據該第一階段曝光條件，感測一影像，並根據所感測影像的亮度分布與對應於各亮度之像素數目，產生一直方統計圖(histogram)，且在該直方統計圖中決定一第一直方亮度極大值、一第一直方亮度極小值、與一第一直方寬度，其中該第一直方寬度為該第一直方亮度極大值與該第一直方亮度極小值之間，像素數目超過一數目閾值的亮度之總數；S3：增加或減少該第一曝光時間為一第二曝光時間，以作為一第二階段曝光條件，而感測該影像，進而產生一第二直方亮度極大值、一第二直方亮度極小值、與一第二直方寬度；S4：比較該第一直方寬度與該第二直方寬度，並根據比較結果，而決定一第三曝光時間；以及S5：根據該第三階段曝光條件，感測該影像。
在其中一種較佳的實施例中，當減少該第一曝光時間為該第二曝光時間，以作為該第二階段曝光條件，而感測該影像，進而產生該第二直方亮度極大值、該第二直方亮度極小值、與該第二直方寬度，且該第二直方寬度不小於該第一直方寬度時，產生一第三曝光時間，以作為一第三階段曝光條件，而感測該影像；其中該第三曝光時間正相關於：將一目標直方值減去該第二直方亮度極小值後，將結果除以該目標直方值，再乘以該第二曝光時間。
在其中一種較佳的實施例中，當減少該第一曝光時間為該第二曝光時間，以作為該第二階段曝光條件，而感測該影像，進而產生該第二直方亮度極大值、該第二直方亮度極小值、與該第二直方寬度，且該第二直方寬度小於該第一直方寬度，且該第二直方亮度極大值不大於一目標直方值時，產生一第三曝光時間，以作為一第三階段曝光條件，而感測該影像；其中該第三曝光時間正相關於：將該目標直方值除以該第二直方亮度極大值，再乘以該第二曝光時間。
在其中一種較佳的實施例中，當減少該第一曝光時間為該第二曝光時間，以作為該第二階段曝光條件，而感測該影像，進而產生該第二直方亮度極大值、該第二直方亮度極小值、與該第二直方寬度，且該第二直方寬度小於該第一直方寬度，且該第二直方亮度極大值大於一目標直方值時，產生一第三曝光時間，以作為一第三階段曝光條件，而感測該影像；其中該第三曝光時間正相關於：將該目標直方值除以該第二直方亮度極小值與該第二直方寬度的和，再乘以該第二曝光時間。
在其中一種較佳的實施例中，當增加該第一曝光時間為該第二曝光時間，以作為該第二階段曝光條件，而感測該影像，進而產生該第二直方亮度極大值、該第二直方亮度極小值、與該第二直方寬度，且該第二直方寬度小於該第一直方寬度時，產生一第三曝光時間，以作為一第三階段曝光條件，而感測該影像；其中該第三曝光時間正相關於：將一目標直方值減去該第二直方亮度極小值後，將結果除以該目標直方值，再乘以該第二曝光時間。
在其中一種較佳的實施例中，當增加該第一曝光時間為該第二曝光時間，以作為該第二階段曝光條件，而感測該影像，進而產生該第二直方亮度極大值、該第二直方亮度極小值、與該第二直方寬度，且該第二直方寬度不小於該第一直方寬度，且該第二直方亮度極大值不大於一目標直方值時，產生一第三曝光時間，以作為一第三階段曝光條件，而感測該影像；其中該第三曝光時間正相關於：將該目標直方值除以該第二直方亮度極大值，再乘以該第二曝光時間。
在前述的實施例中，當增加該第一曝光時間為該第二曝光時間，以作為該第二階段曝光條件，而感測該影像，進而產生該第二直方亮度極大值、該第二直方亮度極小值、與該第二直方寬度，且該第二直方寬度不小於該第一直方寬度，且該第二直方亮度極大值大於一目標直方值時，產生一第三曝光時間，以作為一第三階段曝光條件，而感測該影像；其中該第三曝光時間正相關於：將該目標直方值除以該第二直方亮度極小值與該第二直方寬度的和，再乘以該第二曝光時間。
在其中一種較佳的實施例中，該提供一第一階段曝光條件之步驟，包括：S101: 以預設之一前置曝光條件(preceding exposure condition)，感測該影像，以產生一前置直方亮度極大值、一前置直方亮度極小值、與一前置直方寬度；S102: 當該前置直方亮度極大值小於一第一預設亮度，且一光源電流尚未增加達到一光源電流上限，增加該前置曝光條件之該光源電流，作為更新之該前置曝光條件，而感測該影像，以產生更新之該前置直方亮度極大值、該前置直方亮度極小值、與該前置直方寬度；S103: 重複前述步驟S102，直到該前置直方亮度極大值不小於該第一預設亮度，或該光源電流增加達到該光源電流上限；S104: 當增加該光源電流達到該光源電流上限，且該前置直方亮度極大值小於該第一預設亮度，且該曝光時間級距尚未提高達到一曝光時間級距上限，提高該前置曝光條件之一曝光時間級距，作為更新之該前置曝光條件，而感測該影像，以產生更新之該前置直方亮度極大值、該前置直方亮度極小值、與該前置直方寬度；S105: 重複前述步驟S104，直到該前置直方亮度極大值不小於該第一預設亮度，或該曝光時間級距提高達到該曝光時間級距上限；S106: 當該前置直方亮度極小值大於一第二預設亮度，且該曝光時間級距尚未降低達到一曝光時間級距下限，降低該前置曝光條件之該曝光時間級距，作為更新之該前置曝光條件，而感測該影像，以產生更新之該前置直方亮度極大值、該前置直方亮度極小值、與該前置直方寬度；S107: 重複前述步驟S106，直到該前置直方亮度極小值不大於該第二預設亮度，或該曝光時間級距降低達到該曝光時間級距下限；S108: 當降低該曝光時間級距達到該曝光時間級距下限，且該前置直方亮度極小值大於該第二預設亮度，且該光源電流尚未減少達到一光源電流下限，減少該前置曝光條件之該光源電流，作為更新之該前置曝光條件，而感測該影像，以產生更新之該前置直方亮度極大值、該前置直方亮度極小值、與該前置直方寬度；S109: 重複前述步驟S108，直到該前置直方亮度極小值不大於該第二預設亮度，或該光源電流減少達到該光源電流下限；以及當前述步驟S103、S105、與S109完成，以更新之該前置曝光條件，作為該第一階段曝光條件。
在其中一種較佳的實施例中，影像感測之曝光時間決定方法較佳地更包含：以該第三階段曝光條件，於一第一時間點，以一感測元件之至少一移動檢查像素感測該影像，以取得該至少一移動檢查像素之至少一第一亮度；以該第三階段曝光條件，於該第一時間點後之一第二時間點，以該至少一移動檢查像素感測該影像，以取得該至少一移動檢查像素之至少一第二亮度；以及根據該至少一第一亮度與該至少一第二亮度，決定一移動穩定度。
在前述的實施例中，影像感測之曝光時間決定方法較佳地更包含：根據複數該第一亮度與複數該第二亮度之一絕對差和(sum of absolute difference)，決定該移動穩定度。
在其中一種較佳的實施例中，該第一預設亮度與該第二預設亮度相同，皆為一預設中間亮度。
在其中一種較佳的實施例中，影像感測之曝光時間決定方法更包含：根據該第一直方亮度極大值與一目標直方值，決定於該步驟S3中，增加或減少該第一曝光時間。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各電路間之耦接關係，以及各訊號波形之間之關係，至於電路、訊號波形與頻率則並未依照比例繪製。
第1圖顯示根據本發明之影像感測之曝光時間決定方法之流程圖。如圖所示，根據本發明之影像感測之曝光時間決定方法，包含：提供一第一階段曝光條件，其中該第一階段曝光條件，包括一第一曝光時間(S1)；根據該第一階段曝光條件，感測一影像，並根據所感測影像的亮度分布與對應於各亮度之像素數目，產生一直方統計圖(histogram)，且在該直方統計圖中決定一第一直方亮度極大值、一第一直方亮度極小值、與一第一直方寬度，其中該第一直方寬度為該第一直方亮度極大值與該第一直方亮度極小值之間，像素數目超過一數目閾值的亮度之總數(S2)；增加或減少該第一曝光時間為一第二曝光時間，以作為一第二階段曝光條件，而感測該影像，進而產生一第二直方亮度極大值、一第二直方亮度極小值、與一第二直方寬度(S3)；比較該第一直方寬度與該第二直方寬度，並根據比較結果，而決定一第三曝光時間，以作為一第三階段曝光條件(S4)；以及根據該第三階段曝光條件，感測該影像(S5)。
根據本發明之影像感測之曝光時間決定方法，首先提供第一階段曝光條件，其中第一階段曝光條件包括第一曝光時間。第一曝光時間的決定方式，例如可由一前置流程決定，前置流程將於後詳述。接下來，根據第一階段曝光條件，感測影像，並據以產生一影像亮度之一第一直方圖。從第一直方圖中，取得第一直方亮度極大值、第一直方亮度極小值、與第一直方寬度 。接下來，增加或減少第一曝光時間為第二曝光時間，以作為第二階段曝光條件，而感測該影像，並據以產生影像亮度之第二直方圖。從第二直方圖中，取得第二直方亮度極大值、第二直方亮度極小值、與第二直方寬度。接下來，比較第一直方寬度與第二直方寬度，並根據比較結果，而決定第三曝光時間，以作為第三階段曝光條件，感測該影像。
第2A-2C圖顯示根據本發明之第一個實施例。本實施例以實際應用的方式，舉例說明本發明的實施方式。如第2A圖所示，提供感測元件，以感測手指影像。在本實施例中，光源鄰置於感測元件之外側。光源例如但不限於為LED元件，發射光線至手指內部，光線在手指中散射、折射、反射後產生之影像為指紋影像，即以｢光手指｣(light finger)的方式產生指紋影像。感測元件用以感測該指紋影像，而加以應用，例如驗證身分等。需說明的是，在實際的實施方式中，手指例如可直接或隔著透光物質緊貼感測元件，在本圖中，為方便理解，並未將手指繪製於緊貼感測元件。當然，手指亦可以不緊貼感測元件。感測元件感測該指紋影像後，產生影像亮度之第一直方圖，如第2B圖所示意。
需說明的是，第2B圖所示的直方統計圖(histogram)，是用來說明如何從直方圖中，取得直方亮度極大值、直方亮度極小值、與直方寬度 的方法，而不限於為第一直方圖、第二直方圖、或第三直方圖。在直方圖中，橫軸代表亮度，縱軸代表像素數目。而從直方圖中，取得直方亮度極大值、直方亮度極小值、與直方寬度的方法，例如先提供一預設的數目閾值，像素數目超過數目閾值的最高亮度，即為直方亮度極大值；像素數目超過數目閾值的最低亮度，即為直方亮度極小值；而像素數目超過數目閾值，且介於直方亮度極小值與直方亮度極大值的每一亮度，即被計算為直方寬度的累計單元。例如，像素數目超過數目閾值，且介於直方亮度極小值與直方亮度極大值的亮度，無論像素數目超過數目閾值多少數目，都被計以一累計單元；而直方寬度即累計此累計單元的結果；也就是說，所謂的直方寬度，係指直方亮度極大值與直方亮度極小值之間，像素數目超過數目閾值的亮度之總數。而亮度的定義，為像素從最暗到最亮的數位計量方式，舉例而言，8位元可以將像素的亮度分為0到255之256級亮度。此外，在直方圖中，例如可預設一亮度閾值，低於此亮度閾值的亮度，不予列入計算，即不被用以取得直方亮度極大值、直方亮度極小值、與直方寬度。第2C圖舉例顯示亮度與曝光時間的關係，在實際的應用上，亮度與曝光時間可以視為線性關係，以方便利用例如但不限於外插法、內插法等線性方式計算。
根據本發明，例如利用第2A圖所示的裝置與方法，根據第一曝光時間與第二曝光時間，取得第一直方圖與第二直方圖，進而得到第一直方寬度與第二直方寬度，再由第一直方寬度與第二直方寬度，得到第三曝光時間。接著根據第三曝光時間，感測指紋影像，以得到較佳的指紋影像。
第3圖顯示根據本發明之第二個實施例。本實施例舉例說明在步驟S3中，如何決定增加或減少第一曝光時間。如圖所示，當該第一直方亮度極大值1st Histogram Brightness Maximum (1st Hist. Brt. Max.) 小於一目標直方值 Histogram Target (Hist. Target)，決定於該步驟S3中，增加該第一曝光時間，而產生該第二曝光時間。也就是說，當該第一直方亮度極大值 1st Hist. Brt. Max. 小於該目標直方值 Hist. Target，則判斷為第一次影像感測的結果所產生的影像亮度資訊中，亮度數目超過數目閾值的最高亮度太低，需要以增加曝光時間來提高最高亮度。
另一方面，當該第一直方亮度極大值 1st Hist. Brt. Max. 不小於該目標直方值 Hist. Target，則決定於該步驟S3中，減少該第一曝光時間，而產生該第二曝光時間 Tint2。也就是說，當該第一直方亮度極大值 1st Hist. Brt. Max. 不小於該目標直方值 Hist. Target，則判斷為第一次影像感測的結果所產生的影像亮度資訊中，亮度數目超過數目閾值的最高亮度太高，需要以減少曝光時間來降低最高亮度。至於在第二次影像感測中，第二階段曝光條件的第二曝光時間 Tint2 係由第一次影像感測中之第一階段曝光條件的第一曝光時間 Tint1增加或減少多少時間而得到，有各種不同的決定方式，其中之一例如但不限於為增加或減少一預設單位時間。
第4圖顯示根據本發明之第三個實施例。如圖所示，當在步驟S3中，當決定減少該第一曝光時間 Tint1 為該第二曝光時間 Tint2，以作為該第二階段曝光條件，而執行第二次影像感測，進而產生該第二直方亮度極大值、該第二直方亮度極小值、與該第二直方寬度，且該第二直方寬度 2nd Histogram Width (2nd Hist. Width) 不小於該第一直方寬度 1st Hist. Width 時，產生一第三曝光時間 Tint3，以作為一第三階段曝光條件，而感測該影像；其中該第三曝光時間 Tint 3正相關於(例如但不限於等於)：將一目標直方值 Hist. Target 減去該第二直方亮度極小值 2nd Hist. Brt. Min. 後，將結果除以該目標直方值 Hist. Target，再乘以該第二曝光時間 Tint2。 也就是說，例如在第一次感測影像的結果中，該第一直方亮度極大值 1st Hist. Brt. Max. 不小於該目標直方值 Hist. Target，則判斷為影像感測的結果所產生的影像亮度資訊中，數量超過數量閾值的最高亮度太高，需要以減少曝光時間來降低亮度；因此，先減少第一曝光時間Tint1，得到第二曝光時間Tint2，並以其作為第二階段曝光條件，而據以執行第二次影像感測，以產生感測影像結果。在第二次影像感測中，該第二直方寬度 2nd Hist. Width 不小於該第一直方寬度 1st Hist. Width 時，則再進一步以在步驟S3中，將目標直方值 Hist. Target 減去該第二直方亮度極小值 2nd Hist. Brt. Min. 後，將結果除以該目標直方值 Hist. Target，再乘以該第二曝光時間 Tint2，而得到第三曝光時間Tint3。
繼續參閱第4圖，如圖所示，當在步驟S3中，當決定減少該第一曝光時間 Tint1 為該第二曝光時間 Tint2，以作為該第二階段曝光條件，而執行第二次影像感測，進而產生該第二直方亮度極大值、該第二直方亮度極小值、與該第二直方寬度，且該第二直方寬度 2nd Histogram Width (2nd Hist. Width)小於該第一直方寬度 1st Hist. Width ，且該第二直方亮度極大值 2nd Hist. Max. 不大於該目標直方值 Hist. Target 時，產生一第三曝光時間 Tint3，以作為第三階段曝光條件，而感測該影像；其中該第三曝光時間 Tint 3正相關於(例如但不限於等於)：將目標直方值 Hist. Target 除以該第二直方亮度極大值 2nd Hist. Brt. Max. 後，將結果再乘以該第二曝光時間 Tint2。 也就是說，例如在第一次感測影像的結果中，該第一直方亮度極大值 1st Hist. Brt. Max. 不小於該目標直方值 Hist. Target，則判斷為影像感測的結果所產生的影像亮度資訊中，數量超過數量閾值的最高亮度太高，需要以減少曝光時間來降低亮度；因此，先減少第一曝光時間Tint1，得到第二曝光時間Tint2，並以其作為第二階段曝光條件，而據以執行第二次影像感測，以產生感測影像結果。在第二次影像感測中，該第二直方寬度 2nd Hist. Width小於該第一直方寬度 1st Hist. Width 時，且該第二直方亮度極大值 2nd Hist. Brt. Max. 不大於該目標直方值 Hist. Target 時，則再進一步以在步驟S3中，將目標直方值 Hist. Target 除以該第二直方亮度極大值 2nd Hist. Brt. Max. 後，將結果乘以該第二曝光時間 Tint2，而得到第三曝光時間Tint3。
繼續參閱第4圖，如圖所示，當在步驟S3中，當決定減少該第一曝光時間 Tint1 為該第二曝光時間 Tint2，以作為該第二階段曝光條件，而執行第二次影像感測，進而產生該第二直方亮度極大值、該第二直方亮度極小值、與該第二直方寬度，且該第二直方寬度 2nd Hist. Width小於該第一直方寬度 1st Hist. Width ，且該第二直方亮度極大值 2nd Hist. Max. 大於該目標直方值 Hist. Target 時，產生一第三曝光時間 Tint3，以作為第三階段曝光條件，而感測該影像；其中該第三曝光時間 Tint 3正相關於(例如但不限於等於)：將目標直方值 Hist. Target 除以該第二直方亮度極小值 2nd Hist. Brt. Min. 與該第二直方寬度 2nd Hist. Width 的和，將結果再乘以該第二曝光時間 Tint2。 也就是說，例如在第一次感測影像的結果中，該第一直方亮度極大值 1st Hist. Brt. Max. 不小於該目標直方值 Hist. Target，則判斷為影像感測的結果所產生的影像亮度資訊中，數量超過數量閾值的最高亮度太高，需要以減少曝光時間來降低亮度；因此，先減少第一曝光時間Tint1，得到第二曝光時間Tint2，並以其作為第二階段曝光條件，而據以執行第二次影像感測，以產生感測影像結果。在第二次影像感測中，該第二直方寬度 2nd Hist. Width小於該第一直方寬度 1st Hist. Width 時，且該第二直方亮度極大值 2nd Hist. Max. 大於該目標直方值 Hist. Target 時，則再進一步以在步驟S3中，將目標直方值 Hist. Target 除以該第二直方亮度極小值 2nd Hist. Brt. Min. 與該第二直方寬度 2nd Hist. Width 的和，將結果再乘以該第二曝光時間 Tint2，而得到第三曝光時間Tint3。
第5圖顯示根據本發明之第四個實施例。如圖所示，當在步驟S3中，當決定增加該第一曝光時間 Tint1 為該第二曝光時間 Tint2，以作為該第二階段曝光條件，而執行第二次影像感測，進而產生該第二直方亮度極大值、該第二直方亮度極小值、與該第二直方寬度，且該第二直方寬度 2nd Histogram Width (2nd Hist. Width) 小於該第一直方寬度 1st Hist. Width 時，產生一第三曝光時間 Tint3，以作為一第三階段曝光條件，而感測該影像；其中該第三曝光時間 Tint 3正相關於(例如但不限於等於)：將目標直方值 Hist. Target 減去該第二直方亮度極小值 2nd Hist. Min. 後，將結果除以該目標直方值 Hist. Target，再乘以該第二曝光時間 Tint2。也就是說，例如在第一次感測影像的結果中，該第一直方亮度極大值 1st Hist. Brt. Max. 小於該目標直方值 Hist. Target，則判斷為影像感測的結果所產生的影像亮度資訊中，數量超過數量閾值的最高亮度太低，需要以增加曝光時間來提高亮度；因此，先增加第一曝光時間Tint1，得到第二曝光時間Tint2，並以其作為第二階段曝光條件，而據以執行第二次影像感測，以產生感測影像結果。在第二次影像感測中，該第二直方寬度 2nd Hist. Width 小於該第一直方寬度 1st Hist. Width 時，則再進一步以在步驟S3中，將目標直方值 Hist. Target 減去該第二直方亮度極小值 2nd Hist. Brt. Min. 後，將結果除以該目標直方值 Hist. Target，再乘以該第二曝光時間 Tint2，而得到第三曝光時間Tint3。
繼續參閱第5圖，如圖所示，當在步驟S3中，當決定增加該第一曝光時間 Tint1 為該第二曝光時間 Tint2，以作為該第二階段曝光條件，而執行第二次影像感測，進而產生該第二直方亮度極大值、該第二直方亮度極小值、與該第二直方寬度，且該第二直方寬度 2nd Histogram Width (2nd Hist. Width)不小於該第一直方寬度 1st Hist. Width ，且該第二直方亮度極大值 2nd Hist. Brt. Max. 不大於該目標直方值 Hist. Target 時，產生第三曝光時間 Tint3，以作為第三階段曝光條件，而感測該影像；其中該第三曝光時間 Tint 3正相關於(例如但不限於等於)：將目標直方值 Hist. Target 除以該第二直方亮度極大值 2nd Hist. Brt. Max. 後，將結果再乘以該第二曝光時間 Tint2。 也就是說，例如在第一次感測影像的結果中，該第一直方亮度極大值 1st Hist. Brt. Max. 小於該目標直方值 Hist. Target，則判斷為影像感測的結果所產生的影像亮度資訊中，數量超過數量閾值的最高亮度太低，需要以增加曝光時間來提高亮度；因此，先增加第一曝光時間Tint1，得到第二曝光時間Tint2，並以其作為第二階段曝光條件，而據以執行第二次影像感測，以產生感測影像結果。在第二次影像感測中，該第二直方寬度 2nd Hist. Width不小於該第一直方寬度 1st Hist. Width 時，則再進一步以在步驟S3中，將目標直方值 Hist. Target 除以該第二直方亮度極大值 2nd Hist. Brt. Max. 後，將結果乘以該第二曝光時間 Tint2，而得到第三曝光時間Tint3。
繼續參閱第5圖，如圖所示，當在步驟S3中，當決定增加該第一曝光時間 Tint1 為該第二曝光時間 Tint2，以作為該第二階段曝光條件，而執行第二次影像感測，進而產生該第二直方亮度極大值、該第二直方亮度極小值、與該第二直方寬度，且該第二直方寬度 2nd Hist. Width不小於該第一直方寬度 1st Hist. Width ，且該第二直方亮度極大值 2nd Hist. Brt. Max. 大於該目標直方值 Hist. Target 時，產生一第三曝光時間 Tint3，以作為第三階段曝光條件，而感測該影像；其中該第三曝光時間 Tint 3正相關於(例如但不限於等於)：將目標直方值 Hist. Target 除以該第二直方亮度極小值 2nd Hist. Brt. Min. 與該第二直方寬度 2nd Hist. Width 的和，將結果再乘以該第二曝光時間 Tint2。 也就是說，例如在第一次感測影像的結果中，該第一直方亮度極大值 1st Hist. Brt. Max. 小於該目標直方值 Hist. Target，則判斷為影像感測的結果所產生的影像亮度資訊中，數量超過數量閾值的最高亮度太低，需要以增加曝光時間來提高亮度；因此，先增加第一曝光時間Tint1，得到第二曝光時間Tint2，並以其作為第二階段曝光條件，而據以執行第二次影像感測，以產生感測影像結果。在第二次影像感測中，該第二直方寬度 2nd Hist. Width不小於該第一直方寬度 1st Hist. Width 時，則再進一步以在步驟S3中，將目標直方值 Hist. Target 除以該第二直方亮度極小值 2nd Hist. Brt. Min. 與該第二直方寬度 2nd Hist. Width 的和，將結果再乘以該第二曝光時間 Tint2，而得到第三曝光時間Tint3。
第6圖顯示根據本發明之第五個實施例。本實施例舉例說明前置流程如何決定第一曝光時間。如圖所示，提供第一階段曝光條件中的第一曝光時間之步驟，包括： S101：以預設之一前置曝光條件(preceding exposure condition)，感測該影像，以產生一前置直方亮度極大值Proceeding Hist. Brt. Max. (Prc. Hist. Brt. Max.)、一前置直方亮度極小值Proceeding Hist. Brt. Min. (Prc. Hist. Brt. Min.)、與一前置直方寬度； S102：當該前置直方亮度極大值 Prc. Hist. Brt. Max. 小於一第一預設亮度 1st Predetermined Brightness (1st Pred. Brt.)，且一光源電流尚未增加達到一光源電流上限，增加該前置曝光條件之該光源電流，作為更新之該前置曝光條件，而感測該影像，以產生更新之該前置直方亮度極大值 Prc. Hist. Brt. Max.、該前置直方亮度極小值、與該前置直方寬度； S103：重複前述步驟S102，直到該前置直方亮度極大值 Prc. Hist. Brt. Max.不小於該第一預設亮度1st Pred. Brt.，或該光源電流增加達到該光源電流上限； S104：當增加該光源電流達到該光源電流上限，且該前置直方亮度極大值Prc. Hist. Brt. Max. 小於該第一預設亮度1st Pred. Brt.，且該曝光時間級距尚未提高達到一曝光時間級距上限，提高該前置曝光條件之一曝光時間級距，作為更新之該前置曝光條件，而感測該影像，以產生更新之該前置直方亮度極大值 Prc. Hist. Brt. Max.、該前置直方亮度極小值、與該前置直方寬度； S105：重複前述步驟S104，直到該前置直方亮度極大值 Prc. Hist. Brt. Max.不小於該第一預設亮度 1st Pred. Brt.，或該曝光時間級距提高達到該曝光時間級距上限； S106：當該前置直方亮度極小值 Prc. Hist. Brt. Min.大於一第二預設亮度 2nd Pred. Brt.，且該曝光時間級距尚未降低達到一曝光時間級距下限，降低該前置曝光條件之該曝光時間級距，作為更新之該前置曝光條件，而感測該影像，以產生更新之該前置直方亮度極大值 Prc. Hist. Brt. Max.、該前置直方亮度極小值 Prc. Hist. Brt. Min.、與該前置直方寬度； S107：重複前述步驟S106，直到該前置直方亮度極小值 Prc. Hist. Brt. Min.不大於該第二預設亮度 2nd Pred. Brt.，或該曝光時間級距降低達到該曝光時間級距下限； S108：當降低該曝光時間級距達到該曝光時間級距下限，且該前置直方亮度極小值 Prc. Hist. Brt. Min.大於該第二預設亮度 2nd Pred. Brt.，且該光源電流尚未減少達到一光源電流下限，減少該前置曝光條件之該光源電流，作為更新之該前置曝光條件，而感測該影像，以產生更新之該前置直方亮度極大值 Prc. Hist. Brt. Max.、該前置直方亮度極小值 Prc. Hist. Brt. Min.、與該前置直方寬度； S109：重複前述步驟S108，直到該前置直方亮度極小值 Prc. Hist. Brt. Min.不大於該第二預設亮度 2nd Pred. Brt.，或該光源電流減少達到該光源電流下限；以及 當前述步驟S103、S105、與S109完成，以更新之該前置曝光條件，作為該第一階段曝光條件。
其中，光源電流指供應一光源的電流，該光源用以發射光線照亮例如但不限於前述第一個實施例中的手指。而光源例如但不限於為前述LED元件。如第6圖所示，前置流程旨在提供第一階段曝光條件，包含光源電流與第一曝光時間。前置流程的目標，在於使感測影像所取得之影像亮度直方圖中，前置直方亮度極大值 Prc. Hist. Brt. Max. 達到第一預設亮度1st Pred. Brt.，且前置直方亮度極小值 Prc. Hist. Brt. Min.不大於第二預設亮度 2nd Pred. Brt.。其中，曝光時間級距調整的幅度相較於前述該第一曝光時間增加/減少為該第二曝光時間高，例如但不限於2倍到10倍或以上的幅度。
第7圖顯示根據本發明之第六個實施例，本實施例旨在說明，根據本發明，影像感測之曝光時間決定方法，可更包含：以第三階段曝光條件，於第一時間點，以一感測元件之至少一移動檢查像素感測該影像，以取得該至少一移動檢查像素之至少一第一亮度；以該第三階段曝光條件，於該第一時間點後之一第二時間點，以該至少一移動檢查像素感測該影像，以取得該至少一移動檢查像素之至少一第二亮度；以及根據該至少一第一亮度與該至少一第二亮度，決定一移動穩定度。也就是說，在感測元件中，選擇至少一個移動檢查像素；如第7圖所示，在本實施例中，選擇n個複數移動檢查像素，於第一時間點，以該第三階段曝光條件，感測該影像以取得這n個複數移動檢查像素的亮度，也就是n個第一亮度；接著，在之後的第二時間點，同樣的以該第三階段曝光條件，感測該影像以取得這n個複數移動檢查像素的亮度，也就是n個第二亮度；接著，對應比較該些n個第一亮度與n個第二亮度，而得到移動穩定度的相關資訊，而決定該移動穩定度。可以設定一移動穩定度閾值，當移動穩定度低於此移動穩定度閾值，例如決定以該第三階段曝光條件，感測該影像；當移動穩定度低於此移動穩定度閾值，例如決定回到步驟S1或步驟101，重新尋求該第三階段曝光條件。
移動穩定度的計算方式可以有不同的方式，只要是根據該至少一第一亮度與該至少一第二亮度而得到，都屬於本發明的範圍。舉例而言，可以對應比較該至少一第一亮度與該至少一第二亮度，對所有該至少一第一亮度與該至少一第二亮度絕對值的差值，皆小於一閾值，則代表移動穩定度低於移動穩定度閾值，則決定以該第三階段曝光條件，感測該影像；如果有任何一第一亮度與對應之第二亮度絕對值的差值，不小於該閾值，則代表移動穩定度高於移動穩定度閾值，則決定不以該第三階段曝光條件，感測該影像。又如，將複數該第一亮度與複數該第二亮度之一絕對差和(sum of absolute difference)，作為該移動穩定度；當此移動穩定度低於移動穩定度閾值，則決定以該第三階段曝光條件，感測該影像；而當此移動穩定度高於移動穩定度閾值，則決定不以該第三階段曝光條件，感測該影像。該移動差和的計算方式，如下所示：其中，d為移動差和，i代表第i個移動檢查像素，P為亮度，t代表第一時間，t+1代表第二時間。
需說明的是，在一種較佳的實施例中，該第一預設亮度與該第二預設亮度相同，皆為一預設中間亮度。舉例而言，像素的亮度分為0到255之256級亮度，則預設中間亮度例如但不限於為128，且第一預設亮度與該第二預設亮度相同，皆為128。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，各實施例中圖示直接連接的兩電路或元件間，可插置不影響主要功能的其他電路或元件，因此「耦接」應視為包括直接和間接連接。又如，所有實施例中的變化，可以交互採用，例如第3圖實施例中之如何決定在步驟S3中，增加或減少第一曝光時間，也可以應用於其他所有的實施例；第2、4、5、6、7圖實施例也可以應用在其他所有的實施例中，等等。凡此種種，皆可根據本發明的教示類推而得，因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。
Hist. Target‧‧‧目標直方值
Prc. Hist. Max.‧‧‧前置直方亮度極大值
Prc. Hist. Min.‧‧‧前置直方亮度極小值
S1~S5, S101~S108‧‧‧步驟
Tint1‧‧‧第一曝光時間
Tint2‧‧‧第二曝光時間
Tint3‧‧‧第三曝光時間
1stHist. Brt. Max.‧‧‧第一直方亮度極大值
1stHist. Width‧‧‧第一直方寬度
1stPred. Brt.‧‧‧第一預設亮度
2ndHist. Brt. Max.‧‧‧第二直方亮度極大值
2ndHist. Brt. Min.‧‧‧第二直方亮度極小值
2ndHist. Width‧‧‧第二直方寬度
2ndPred. Brt.‧‧‧第二預設亮度
［第1圖］顯示根據本發明之影像感測之曝光時間決定方法之流程圖； ［第2A-2C圖］顯示根據本發明之第一個實施例； ［第3圖］顯示根據本發明之第二個實施例； ［第4圖］顯示根據本發明之第三個實施例； ［第5圖］顯示根據本發明之第四個實施例； ［第6圖］顯示根據本發明之第五個實施例； ［第7圖］顯示根據本發明之第六個實施例；。

Claims (12)

  1. 一種影像感測之曝光時間決定方法，包含： S1：提供一第一階段曝光條件，其中該第一階段曝光條件，包括一第一曝光時間； S2：根據該第一階段曝光條件，感測一影像，並根據所感測影像的亮度分布與對應於各亮度之像素數目，產生一直方統計圖(histogram)，且在該直方統計圖中決定一第一直方亮度極大值、一第一直方亮度極小值、與一第一直方寬度，其中該第一直方寬度為該第一直方亮度極大值與該第一直方亮度極小值之間，像素數目超過一數目閾值的亮度之總數； S3：增加或減少該第一曝光時間為一第二曝光時間，以作為一第二階段曝光條件，而感測該影像，進而產生一第二直方亮度極大值、一第二直方亮度極小值、與一第二直方寬度； S4：比較該第一直方寬度與該第二直方寬度，並根據比較結果，而決定一第三曝光時間，以作為一第三階段曝光條件；以及 S5：根據該第三階段曝光條件，感測該影像。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測之曝光時間決定方法，其中當減少該第一曝光時間為該第二曝光時間，以作為該第二階段曝光條件，而感測該影像，進而產生該第二直方亮度極大值、該第二直方亮度極小值、與該第二直方寬度，且該第二直方寬度不小於該第一直方寬度時，產生一第三曝光時間，以作為一第三階段曝光條件，而感測該影像；其中該第三曝光時間正相關於：將一目標直方值減去該第二直方亮度極小值後，將結果除以該目標直方值，再乘以該第二曝光時間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之具有滾動曝光時間補償之影像感測方法，其中當減少該第一曝光時間為該第二曝光時間，以作為該第二階段曝光條件，而感測該影像，進而產生該第二直方亮度極大值、該第二直方亮度極小值、與該第二直方寬度，且該第二直方寬度小於該第一直方寬度，且該第二直方亮度極大值不大於一目標直方值時，產生一第三曝光時間，以作為一第三階段曝光條件，而感測該影像；其中該第三曝光時間正相關於：將該目標直方值除以該第二直方亮度極大值，再乘以該第二曝光時間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之具有滾動曝光時間補償之影像感測方法，其中當減少該第一曝光時間為該第二曝光時間，以作為該第二階段曝光條件，而感測該影像，進而產生該第二直方亮度極大值、該第二直方亮度極小值、與該第二直方寬度，且該第二直方寬度小於該第一直方寬度，且該第二直方亮度極大值大於一目標直方值時，產生一第三曝光時間，以作為一第三階段曝光條件，而感測該影像；其中該第三曝光時間正相關於：將該目標直方值除以該第二直方亮度極小值與該第二直方寬度的和，再乘以該第二曝光時間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測之曝光時間決定方法，其中當增加該第一曝光時間為該第二曝光時間，以作為該第二階段曝光條件，而感測該影像，進而產生該第二直方亮度極大值、該第二直方亮度極小值、與該第二直方寬度，且該第二直方寬度小於該第一直方寬度時，產生一第三曝光時間，以作為一第三階段曝光條件，而感測該影像；其中該第三曝光時間正相關於：將一目標直方值減去該第二直方亮度極小值後，將結果除以該目標直方值，再乘以該第二曝光時間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測之曝光時間決定方法，其中當增加該第一曝光時間為該第二曝光時間，以作為該第二階段曝光條件，而感測該影像，進而產生該第二直方亮度極大值、該第二直方亮度極小值、與該第二直方寬度，且該第二直方寬度不小於該第一直方寬度，且該第二直方亮度極大值不大於一目標直方值時，產生一第三曝光時間，以作為一第三階段曝光條件，而感測該影像；其中該第三曝光時間正相關於：將該目標直方值除以該第二直方亮度極大值，再乘以該第二曝光時間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測之曝光時間決定方法，其中當增加該第一曝光時間為該第二曝光時間，以作為該第二階段曝光條件，而感測該影像，進而產生該第二直方亮度極大值、該第二直方亮度極小值、與該第二直方寬度，且該第二直方寬度不小於該第一直方寬度，且該第二直方亮度極大值大於一目標直方值時，產生一第三曝光時間，以作為一第三階段曝光條件，而感測該影像；其中該第三曝光時間正相關於：將該目標直方值除以該第二直方亮度極小值與該第二直方寬度的和，再乘以該第二曝光時間。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項所述之影像感測之曝光時間決定方法，其中該提供一第一階段曝光條件之步驟，包括： S101：以預設之一前置曝光條件(preceding exposure condition)，感測該影像，以產生一前置直方亮度極大值、一前置直方亮度極小值、與一前置直方寬度； S102：當該前置直方亮度極大值小於一第一預設亮度，且一光源電流尚未增加達到一光源電流上限，增加該前置曝光條件之該光源電流，作為更新之該前置曝光條件，而感測該影像，以產生更新之該前置直方亮度極大值、該前置直方亮度極小值、與該前置直方寬度； S103：重複前述步驟S102，直到該前置直方亮度極大值不小於該第一預設亮度，或該光源電流增加達到該光源電流上限； S104：當增加該光源電流達到該光源電流上限，且該前置直方亮度極大值小於該第一預設亮度，且該曝光時間級距尚未提高達到一曝光時間級距上限，提高該前置曝光條件之一曝光時間級距，作為更新之該前置曝光條件，而感測該影像，以產生更新之該前置直方亮度極大值、該前置直方亮度極小值、與該前置直方寬度； S105：重複前述步驟S104，直到該前置直方亮度極大值不小於該第一預設亮度，或該曝光時間級距提高達到該曝光時間級距上限； S106：當該前置直方亮度極小值大於一第二預設亮度，且該曝光時間級距尚未降低達到一曝光時間級距下限，降低該前置曝光條件之該曝光時間級距，作為更新之該前置曝光條件，而感測該影像，以產生更新之該前置直方亮度極大值、該前置直方亮度極小值、與該前置直方寬度； S107：重複前述步驟S106，直到該前置直方亮度極小值不大於該第二預設亮度，或該曝光時間級距降低達到該曝光時間級距下限； S108：當降低該曝光時間級距達到該曝光時間級距下限，且該前置直方亮度極小值大於該第二預設亮度，且該光源電流尚未減少達到一光源電流下限，減少該前置曝光條件之該光源電流，作為更新之該前置曝光條件，而感測該影像，以產生更新之該前置直方亮度極大值、該前置直方亮度極小值、與該前置直方寬度； S109：重複前述步驟S108，直到該前置直方亮度極小值不大於該第二預設亮度，或該光源電流減少達到該光源電流下限；以及 當前述步驟S103、S105、與S109完成，以更新之該前置曝光條件，作為該第一階段曝光條件。
  9. 申請專利範圍第1至7項中任一項所述之影像感測之曝光時間決定方法，更包含： 以該第三階段曝光條件，於一第一時間點，以一感測元件之至少一移動檢查像素感測該影像，以取得該至少一移動檢查像素之至少一第一亮度； 以該第三階段曝光條件，於該第一時間點後之一第二時間點，以該至少一移動檢查像素感測該影像，以取得該至少一移動檢查像素之至少一第二亮度；以及 根據該至少一第一亮度與該至少一第二亮度，決定一移動穩定度。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之影像感測之曝光時間決定方法，更包含：根據複數該第一亮度與複數該第二亮度之一絕對差和(sum of absolute difference)，決定該移動穩定度。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之影像感測之曝光時間決定方法，其中該第一預設亮度與該第二預設亮度相同，皆為一預設中間亮度。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測之曝光時間決定方法，更包含：根據該第一直方亮度極大值與一目標直方值，決定於該步驟S3中，增加或減少該第一曝光時間。
TW106129519A 2016-12-30 2017-08-30 影像感測之曝光時間決定方法 TWI629643B (zh)

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