TWI229541B - Image signal processing system - Google Patents

Description

1229541 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種影像信號處理车 出資訊最大介八A At λα '、、、’先’特別是具備將輸 出貝汛敢大化为政功能的影像信號處理系 【先前技術】 ”' 第1圖所示為-種傳統影像信號處理系統的方塊圖。

出的反Γ統影像信號處理系統設計為，當光源發 ::土 =物體反射亚投射於一個影像感測器"，由N X N Γ: t陣列構成的影像感測器上每個畫素產生-個盥所對 應影像區域亮度相當的類比信號。 生U對

•I a士 P,此處a 4個&門控制裝置1 4控制影像感測1111的曝光 才間’以使投射於影像感測器uji光的強度不致飽和。 由影像感測器11產生的類比信號被一個類比/數位轉 換益12轉換成數位信號並傳遞給一個影像資料處理器13。 影像資料處理器丨3處理由類比/數位轉換器丨2產生的的數 位彳5號’然後產生各種不同的控制信號。 以此方式運作的傳統影像信號處理系統被廣泛應用於 捕捉物體的一系列影像以計算位移值。 然而’傳統的影像信號處理系統僅能在物體反射光的 分散寬時捕捉其準確影像，當物體反射光的分散窄時則 能捕捉其準確影像。 光的分散窄的概念指物體各個影像區域的亮度差小， 從而使與各個影像區域亮度相應的輸出信號的電壓差小。 而光的分散寬的概念指物體各個影像區域的亮度對比大， 從而使與各個影像區域亮度相應的輸出信號的電壓差大。

第7頁 12763pif.ptd 1229541 五、發明說明（2) 換言之，對於由影像資料處理器接收到的輪出信號而 獲传物體圖形的情況而言，當得到的輸出信號分散小時， 各個影像區域間的亮度差不能被準確的區分，而使物體圖 形的準確辨認變得困難。 °

因此，傳統的影像信號處理系統存在一個問題，合物 體反射光的分散窄時，物體圖形不能被準確辨認，S 致錯誤操作。 【發明内容】 本發明的目的是提供一種能夠通過最大化輸出芦號分 ，的方法來保證準確性及系統操作可靠性的影像信^理 系統。 $達成此該目的’本發明一方面提供一種影像信號處 f系統，該系統由以下部分組成：一個影像感測器，用來 像^以光的形式表達的影像’並產生類比信號，影 $接收過程受控於一個快門控制信號；一個可變增益放大 二：來放大影像感測器的輸出信號以使類比信號的最大 刀政，此過程叉控於一個增益控制信號；一個第一類比 將盆位韓轉換換/么叙用來接收可變増益放大器的輸出信號，並 :接號；一個第二類比/數位轉換器，用 泸.一：ίί:的輸出信號’並將其轉換成為數位信 號，-個衫像資料處理器1來接 ^ ^ ^ 號及快門控制信號。 1〇 為達成該目的，本發明另一方面提供一種影像信號處 12763pif.ptd 第8頁

I 1229541 五、發明說明（3) 理系統，該系 接收物體的以 像接收過程受 器’用來控制 控於一個偏移 直流偏 控於一 來接收 信號； 的輸出 理器， 信號， 快門控 此 位轉換 此 放大器 列或電 此 為多個 【實施 移控制 個增益 可變增 一個第 信號， 用來接 得出位 制信號 影像資 器的輸 影像資 ，此放 阻陣列 影像資 類比比 方式】 統由以下部分組成：一個影像感測器，用來 光的形式表達的影像，並產生類比信號，影 控於一個快門控制信號；一個直流偏移控制 影像感測器輸出信號的直流偏移，此過程受 控制信號；一個可變增益放大器，用來放大 器的輸出k號以使其最大化分散，此過程受 控制#號；一個第一類比/數位轉換器，用 益放大器的輸出信號，並將其轉換成為數位 二類比/數位轉換器，用來接收影像感測器 並將其轉換成為數位信號；一個影像資料處 收一個第一、第二類比/數位轉換器的輸出 移值’產生增益控制信號、偏移控制信號及 〇 訊控制系統的快門控制信號由第二類比/數 出信號經處理而產生。 訊控制系統的可變增益放大器為一取樣保持 大器具備一組控制增益值的增益控制電容陣 〇 訊控制系統的第二類比/數位轉換器被設置 較器。 明以上所列及其他特徵和 實施例詳細說明如後： 明進行詳細介紹，圖式中 為了能夠更清楚得瞭解本發 優勢，可請參閱所附圖式對較佳 現將請參閱所附圖式對本發

第9頁 1229541 五、發明說明（4) ί ί:明的較佳實施例。本發明可以以不同樣例實施，而 ^意^ ^限於所列實施例。此處各實施例僅為使本說明書 Ζ而列，各實施例可使任何熟悉本專業的技術人員 ^ f明所囊括範圍。圖式中，各標號所代表部件在整 個說明書中是唯一且不變的。 第2圖疋說明依照本發明實施例1的影像信號處理系統 的方塊圖。 清^閱第2圖所示，本發明所指影像信號處理系統包 個衫像感測器2 1、一個增益放大器2 2、一個第一類比 /數位轉換器23、一個影像資料處理器24及一個第二類比/ 數位轉換器2 5。 〜像感測器2 1在快門控制信號SSc的控制下通過多個 晝素獲得物體的2維影像，其中每個晝素產生一個類比信 號，j電壓值與對應影像區域亮度相當。 心後’景> 像感測器21輸出由多個畫素產生的多個類比 信號至外界。 、可隻増益放大器22通過一個由影像資料處理器24產生 的增益控制信號SGC來控制增益，用此增益來放大從影像 感測，21處得來的多個類比信號，並將放大結果輸出。由 此，實現影像感測器2 1輸出信號最大化分散。 此例中，可變增益放大器2 2可以採用一個包含一組增 益控制電容陣列或電阻陣列的取樣保持放大器，用此來控 制增益值以使其與增益控制信號相應。 第一類比/數位轉換器23接收由可變增益放大器22放 1229541 五、發明說明（5) 大後的類比信號，將其轉換成與放大後類比信號電壓值相 應的m位元數位信號，並將轉換結果送至影像資料處理器 24 處。 " 第二類比/數位轉換器2 5接收影像感測器2 1輸出的類 比信號’將其轉換成與所接收類比信號電壓值相應的η位 元數位信號，並將轉換結果送至影像資料處理器24處。 〇此處第二類比/數位轉換器25相對第一類比/數位轉換 器23獨立運作，其原因為影像資料處理器24需未經處理的 於像感測器2 1輸出信號以產生快門控制信號％c。 、、因為第二類比/數位轉換器25僅需提供與投射到影像 感測器2 1上光的量相當的資料給影像資料處理器24，此第 一類=/數位轉換器不需很高性能，因此，第二類比/數位 轉換器25可用由多個類比比較器構成的類比/數位轉換器 影像 信號來檢 比較，計 進一 以檢測第 其可在任 變增益放 再進 換器2 5的 至影像感 貝料處理器24用第一類比/數位轉換器23的輸出 =當前輸入的物體影像，將其與前一刻得到影像 算出物體位移值，並將此值輸出至外界。 步，影像資料處理器24產生增益控制信號沉^用 一類比/數位轉換器23的輸出信號的分散，以使 何時候實現最大化，並將此控制信號SGC送至 大器22處。 一步，影像資料處理器24通過第二類比/數位轉 輸出信號產生快門控制信號SSC，並將此信號送 測器2 1處。 1229541 五、發明說明（6) 此快門控制信號SSC控制影像感測器21的曝光時間以 使其得到物體的準確影像。 以下為第2圖所示按如上方式配置的影像信號處理系 統運作過程： -影像資料處理器24根據前一刻第一類比/數位轉換器 23 f出的m位元數位信號產生增益控制信號SG(：，並將此控 制信號SGC提供給可變增益放大器22，同時根據第二類比/ 數位轉換器2 5輸出的n位元數位信號產生快門控制信號 ssc ’並將此控制信號提供給影像感測器21。 “ 由此’影像感測器2 1回應快門控制信號SSC來控制曝 光時間，而可變增益放大器22則回應增益控制信號SGC來 控制增益。 當快門依照受控曝光時間曝光時，影像感測器2丨上每 個晝素單位接收到投射於物體上光線的反射光，並產生類 比“號，其電壓值與接收到光的量成比例。 影像感測器2 1藉由多個晝素產生多個類比信號並將此 信號提供給可變增益放大器22及第二類比/數位轉換器 25 〇 可變增盈放大器2 2依照受控制的增益放大各個類比信 號’並將放大結果輸出至第一類比/數位轉換器2 3。如 此’影像感測器2 1輸出的類比信號具備了最大化的分散。 第一類比/數位轉換器23接收最大化分散的多個類比 信號’並將各個類比信號轉換成m位元數位信號。影像資 料處理器2 4處理從第一類比/數位轉換器2 3接收到得多個m

1229541 五、發明說明（7) 位元數位“號而得到物體的當前影像。 寸為f : : f :丨别影像的影像資料處理器24將發現物體當 刖〜二、=x影像之間的關連，計算出位移值V (κ )， 並輸出計算得出的位移值ν(κ)。 傻資力了能夠接收到最大化分散的輸出信號，影 sfT、7 ^產生一個具有新值的新增益控制信號 數位Λ Λ 第一類比/數位轉換器23得到的m位元 時與枓卢，並重新傳送至可變增益放大器22處。而同 理器24產生一個具有新值的快門控制信號 數#彳―#ϋ由第二類比/數位轉換器25得到的n位元 數位佗谠產生，並重新傳送至影像感測器21處。 理李：2 : ^味依照第2圖所配置的本發明的影像信號處 J系用時可以通過控制快門裝置及可變増益放大 器，從而K現輸出信號最大化分散。 -定==的角度來看’可變增益放大器通常局限於 摩㈣，僅在此範圍内，才可以檢測並放大。 如第2圖所配i的影像信號處王里系統存在一問 ΐ幹二=被用於高亮度或低亮度條件τ，影像感測器 大二電Ϊίί電壓值將超出可變增益放大器正常檢測及放 的】圍，以至可變增益放大器不能正常放大。 第3—圖所示影像信號處理系統為本發明第二種實施 例’此貫施例提供了解決此問題的方案。 的方Γ:是，明依照本發明實施例2的影像信號處理系統 的方兔圖。與第2圖所示影像信號處理系統相似，第3圖所

1229541 五、發明說明（8) 示影像信號處理系統也包括影像感測器2丨、可變辦只放大 器22、第一類比/數位轉換器23、影像資料處理器曰32^及第 二類比/數位轉換器25，不同的是，此系統引進^一個 流偏移控制器3 1。 因此，第3圖所示電路中，與第2圖中元件配置及操作 均相同的也採用與第2圖中相同標號，它們的具體介紹將 被略去。 ° 直流偏移控制器31回應影像資料處理器32提供的直流 偏移控制信號來控制影像感測器21各個輸出信號的直流偏 移。 由此，可變增益放大器23接收並放大具有受 移的影像感測器2 1的輸出信號。 位元理器32用第一類比/數位轉換器23輸出的m 位70數位佗唬檢測物體的當前輸入影像，發現其盘 間的關連’計算出物體的位移值，並將此值輸出^ 器2 3 ί: L ’位影Λ資'處理器3 2回應第—類比/數位轉換 ° 兩、 70數位k號產生增益控制信號SGC。 更進一步，影像資料處理器32產生一個偏移控制俨轳 S〇C，以使第一類比/數位 號· 個電壓區Μ，確伴此的輸出仏唬可以決定- · 、目丨“ t二 域在可變增益放大器以能夠正常檢 測及放大的電壓範圚內，廿 吊槐 控制器31處。 '將此控制仏號傳送至直流偏移 因此’影像感㈣器的輪出信號可以一直在可變增益放 12763pif.ptd 第14頁 1229541 五、發明說明（9) 大器能夠正 增益放大器 在此配 件下實現輸 由前述 大影像感測 用以將放大 器及直接接 號的第二類 理器的信號 統可保證獲 進一步 放大器處引 況下系統輸 以上所 發明作任何 露如上，然： 術人員，在 揭示的技術 施例，但凡 的技術實質 與修飾，均 12763pif.ptd 常檢測及放大的電壓範圍内，從而可保證可 能夠正常執行放大操作。 置下，本發明的影像信號處理系統可在任何 出信號的最大化分散。 〃 可見，本發明之影像信號處理系統包括用以放 其輸出信號的可變增益放大器，並進一步包括 後仏號轉換為數位信號的第一類比/數位轉換 收衫像感測器的輸出信號並將其轉換成數位信 比/數位轉換器，因此可以使輸入影像資料處 最大化分散。籍此，本發明之影像信號處理系 得物體的準確影像，並增加準確性及可靠性。 ，本發明之影像信號處理系統在前端可變增益 入^流偏移控制器，以實現高亮度及低亮度情 入信號的最大化分散。 述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本 形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭 而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技 離本發明技術方案範圍内，當可利用上述 日谷作出些許更動或修飾為等同變化的等效實 J未脫離本發明技術方案的内》，依據本發明< 對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化 仍屬於本發明技術方案的範圍内。 第15頁 1229541 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 第1圖是說明一個傳統影像信號處理系統的方塊圖。 第2圖是說明依照本發明實施例1的影像信號處理系統 的方塊圖。 第3圖是說明依照本發明實施例2的影像#號處理糸統 的方塊圖。 【圖式標示說明】 1 1、21 :影像感測器 1 2 :類比/數位轉換器

1 3、2 4、3 2 :影像資料處理器 14 快門控制 器 22 可變增益 放 大 器 23 第1類比/ 數 位 轉換器 25 第2類比/ 數 位 轉換器 31 直流偏移 控 制 器

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Claims (1)

1229541 六、申請專利範圍 1二-種影像信號處理系統，其特徵在於該系統包括 一影像感測器’用來接收物體的以光的形式表達的影 J，並產生類比信號’影像接收過程受控於一快門控制信 就， ί增益放大器，用來放大該影像感測器的輸出信 唬以使其最大化为散，此過程受控於一增益控制信號； :第:類比/、數位轉換器’用來接收該可變增益放大 益的輸出佗號，並將其轉換成為數位信號； Φ 第一類比/數位轉換器，用來接收該影像感測器的 輸出信號，並將其轉換成為數位信號；以及 -影像資料處理器’用來接收一第一、第二類比/數 ::換器的輸出信號’ #出位移資料，產生增益控制 及快門控制信號。 2 ·如巾吻專利|巳圍第丨項所述的影像信號處理系統， ^特徵在於其中該快門控制信號由該第二類比/數位轉換 器的輸出信號經處理生成。 3 . #申凊專利範圍第i項所述的影像信號處理系統， 二特徵在於其中該可變增益放大器為取樣保持放大器結 構。 « 4·如申請專利範圍第1項所述的影像信號處理系統， 其特徵在於其中該第二類比/數位轉換器設置為多個 比較器。 5 · —種影像信號處理系統，包括·· 衫像感測器，用來接收物體的以光的形式表達的影

1229541 六、申請專利範圍 像’並產生類比彳S號’影像接收過程受控於一快門控制作 號； 一直流偏移控制器’用來控制該影像感測器輸出信號 的直流偏移，此過程受控於一偏移控制信號； 一可變增益放大器，用來放大該直流偏移控制器的輸 出信號以使其最大化分散，此過程受控於一增益控制信 號； 一第一類比/數位轉換器，用來接收該可變增益放大 器的輸出h號’並將其轉換成為數位信號； 一第二類比/數位轉換器，用來接收該影像感測器的 輸出信號，並將其轉換成為數位信號；以及 一影像資料處理器，用來接收一第一、第二類比/數 位轉換器的輸出信號，得出位移資料，產生增益控制信 號、偏移控制信號及快門控制信號。 6 ·如申請專利範圍第5項所述的影像信號處理系統， 其特徵在於其中該快門控制信號由該第二類比/數位轉換 器的輸出信號經處理生成。 7 ·如申請專利範圍第5項所述的影像信號處理系統， 其特徵在於其中該可變增益放大器為一取樣保持放大器結 構。 、口 8 ·如申請專利範圍第5項所述的影像信號處理系統， 其特徵在於其中該第二類比/數位轉換器設置為多個類比 比較器。

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