TWI430155B - 校正影像感測器之感測亮度的方法 - Google Patents

Description

校正影像感測器之感測亮度的方法

本發明係揭露一種校正影像感測器之感測亮度的方法，尤指一種在進行遮白程序以校正影像感測器後再次進行校正以補償外界因素造成之誤差的方法。

一般配備有光學觸控面板的觸控裝置中，會在光學觸控面板上設置至少一組影像感測器，以偵測使用者對光學觸控面板所做的任何有效觸碰行為，並使觸控裝置可據以回應使用者對光學觸控面板所發出的觸控指令。

請參閱第1圖，其為一般具有影像感測器之光學觸控面板的內部簡略示意圖。如第1圖所示，光學觸控面板100具有一本體150及影像感測器120、130。本體150內部具有複數光源模組102、104、106、108、110、112，影像感測器120、130向該觸控面板擷取光源模組102-112投射該觸控面板所產生的影像，光學觸控面板100內控制模組(未圖示)根據所產生的影像得到該些像素區間上的亮度分布。

影像感測器在運作時，會先由光學觸控面板上擷取光線作為類比訊號，再經由觸控裝置之控制模組上包含的類比前端(Analog Front End，AFE)與類比至數位轉換器將該類比訊號轉為數位訊號，以得到目前光學觸控面板上各像素位置的亮度。然而，影像偵測器偵測光學觸控面板上之像素時所得到的訊號強度極易被光學觸控面板週遭的光源、溫度、或是其他難以控制的外界因素所影響，因此需要隨時校正影像偵測器上所偵測之每一像素的感測亮度，並據此確保光學觸控面板可持續正確運作。

細部來說，在校正影像感測器上所偵測之像素的感測亮度時，包含有至少四個步驟，第一個步驟是擷取一關燈像素/亮度分布資料。第二個步驟是擷取一開燈像素/亮度分布資料。第三個步驟是根據該關燈像素/亮度分布資料及該開燈像素/亮度分布資料來決定一像素/亮度分布差異資料。第四個步驟是根據影像感測器之解析度的不同，針對每一影像感測器在光學觸控面板上所偵測涵蓋之所有像素分段記錄其在該像素/亮度分布差異資料上的亮度相對於一亮度基準資料所決定之基準亮度的一組共複數個亮度放大倍率，以在之後的校正過程中根據該組被記錄的亮度放大倍率進行影像感測器之感測亮度的校正。

請參閱第2圖，其為一般執行上述四步驟以校正第1圖所示光學觸控面板100內部設置之影像感測器時，光學觸控面板上像素與對應亮度之間關係的分布示意圖，其中第2圖所示之像素區間D1、D2、D3係各自對應於第1圖所示之像素區間102、104、106所涵蓋的區域以作為示例。在第一個步驟中，會先行將觸控裝置週遭的光源(例如背光光源)關閉，並使用影像感測器來量測光源關閉時，光學觸控面板上每一像素的亮度，而產生如第2圖所示之一關燈像素/亮度分布資料曲線S1。在第二個步驟中，會將先前關閉的光源開啟，並再次使用影像感測器來量測光源開啟時，光學觸控面板上每一像素的亮度，而產生如第2圖所示之一開燈像素/亮度分布資料曲線S2。關燈像素/亮度分布資料曲線S1中具有非零亮度的像素代表了開燈像素/亮度分布資料曲線S2中對應像素的周圍亮度誤差，因此在第三個步驟中產生了一像素/亮度分布資料差異曲線S3，其中像素/亮度分布資料差異曲線S3上每一像素的亮度即為該像素在開燈像素/亮度分布資料曲線S2上的對應亮度減去該像素在關燈像素/亮度分布資料曲線S1上的對應亮度，以將光學觸控面板之周圍亮度對影像感測器的影響去除；此一過程一般被稱為遮黑(Black Shading)。觀察像素/亮度分布資料差異曲線S3可知，在一般狀況下，像素/亮度分布資料差異曲線S3的整體亮度較不平均；因此理想狀況下會盡量將所有像素的基準亮度提升至同一亮度，以使影像感測器的感光均勻；然而，由於光學觸控面板上的影像感測器會根據各自的解析度來偵測不同區域的像素週邊的亮度，因此上述將所有像素的基準亮度提升至同一亮度的動作也同樣的會以影像感測器為單位來進行。第2圖所示之三個像素區間D1、D2、D3便是用來代表三個不同感測器各自偵測的像素區間。為了使該些感測器各自偵測到的亮度均勻且彼此接近，在第四個步驟中會設定如第2圖所示固定值之一亮度基準線S_TARGET，並記錄光學觸控面板上每一像素在像素/亮度分布資料差異曲線S3的亮度相對於亮度基準線S_TARGET上對應亮度的亮度放大倍率(亦即針對每一像素記錄對應的之值)；以第2圖來說，直線M1與像素/亮度分布資料差異曲線S3及亮度基準線S_TARGET的兩個交點所對應之值便會被記錄下來，以將所記錄之值當作未來校正像素區間D1上像素P1之亮度值時所使用之亮度放大倍率；同理，第2圖所示之直線M2、M3亦各自用來取像素P2、P3所對應之亮度放大倍率。該第四個步驟一般被稱為遮白(White Shading)。經由上述四個步驟，影像感測器可校正對應於光學觸控面板上每一像素亮度之亮度放大倍率，以藉此校正影像感測器對應之至少一個像素之感測亮度，並維持其正確的運作。

然而，在光學觸控面板剛開機、或是光學觸控面板由睡眠模式中剛被叫醒時，由於光學觸控面板內部的發光二極體負載尚未穩定，且溫度也正要上升，因此發光二極體的亮度會出現極端不穩定的狀況；即使在這個時間點使用了上述四個步驟進行各像素區間對應之亮度放大倍率的校正，所校正之亮度放大倍率仍然會在上述不穩定因素回復穩定後，產生過度校正或校正不足的問題。以第3圖及第4圖舉例，其中第3圖係為像素區間D3因為在遮白過程中受到外界因素干擾(例如在光學觸控面板上出現手指等遮蔽光線的物體)，使得平均亮度在被遮白後所產生之遮白亮度分布較其他像素區間高的示意圖，而第4圖係為像素區間D3因為在遮白過程中受到外界因素干擾(例如光學觸控面板偵測到外界的光源)，而使得平均亮度在遮白後所產生之遮白亮度分布較其他像素區間低的示意圖。當某些影像感測器對應的像素區間在進行遮白過程後發生如第3圖及第4圖所示像素區間D3之平均亮度(或亮度分布)與其他像素區間不一致的現象時，將會持續影響到光學觸控面板之感測亮度而產生誤差，並降低觸控操作的精準度。

本發明揭露一種校正影像感測器之感測亮度的方法，以改善先前技術中對影像感測器負責偵測之像素亮度進行遮白後，所產生的亮度分布因為受到其他外界因素干擾而偏離基準亮度的現象。實施本發明所揭露之方法後，將可解決影像感測器偵測範圍間所產生亮度分布差距較大所導致的亮度不均勻現象。

本發明所揭露之方法包含提供一第一遮白亮度分布，及調整該第一遮白亮度分布中複數個第一像素之亮度值，以使該複數個第一像素之亮度值實質接近一基準亮度。該複數個第一像素之亮度值在被調整前係偏離該基準亮度於一預定亮度範圍。

請參閱第5圖及第6圖。第5圖係為針對第3圖所示像素區間D3之平均亮度較其他像素區間為高時，實施本發明所揭露之方法以改善亮度不均勻現象的簡略示意圖。第6圖係為針對第4圖所示像素區間D3之平均亮度較其他像素區間為低時，實施本發明所揭露之方法以改善亮度不均勻現象的簡略示意圖。

如第5圖所示，於一實施例中，像素區間D3係影像感測器根據光源108產生影像，當像素區間D3目前的平均亮度S_R1高於基準亮度S_TARGET，表示像素區間D3在遮白過程中過度被校正，但仍小於一上限亮度S_UB時，根據本發明之方法，可將像素區間D3的平均亮度S_R1乘以一亮度倍率以使其校正至基準亮度S_TARGET，其中該亮度倍率之值即為。

同理，在第6圖中，於一實施例中，像素區間D3係影像感測器根據光源108產生影像，當像素區間D3目前的平均亮度S_R2低於基準亮度S_TARGET，表示像素區間D3在遮白過程中校正不足，但仍高於一下限亮度S_LB時，根據本發明之方法，可將像素區間D3的平均亮度S_R2乘以一亮度倍率以使其校正至基準亮度S_TARGET，其中該亮度倍率之值即為。

在第5圖及第6圖中，由於像素區間D3之平均亮度(或遮白亮度分布)被修正至與基準亮度S_TARGET接近或相同，而與其他像素區間的平均亮度接近或相同，光學觸控面板上之亮度分布便會呈現均勻的現象，而改善了先前技術中實施了遮白程序後因為外界因素干擾而造成光學觸控面板上之亮度分布更不均勻，並降低光學觸控面板之操作精準度的現象。需注意，本實施例以像素區間D3偏離基準亮度S_TARGET為一實施例做說明，像素區間D1、D2亦可根據上述方法做調整，且區間的數量並非限制。

在本發明之一較佳實施例中，上限亮度S_UB之值係為基準亮度S_TARGET加上一單位時間最大亮度變化量，且下限亮度S_LB之值係為基準亮度S_TARGET減去該單位時間最大亮度變化量。該單位時間最大亮度變化量主要是根據執行本發明所揭露之方法的頻率而定。舉例來說，假設本發明之方法是以每秒一次的頻率在光學觸控面板上執行，則該單位時間的最大亮度變化量即為一秒之內，影像感測器所偵測到之亮度的最大可能變化量。

若在實施第5圖或第6圖所示之方法時，光學觸控面板上的部份像素區域仍然受到外界因素的干擾，則上述方法的實施效果仍然可能會承受如先前技術所述之缺點。舉例來說，使用者在光學觸控面板剛開機或由睡眠模式被叫醒的數分鐘內，試圖以手指對光學觸控面板進行觸控操作，且第5圖或第6圖之方法正在光學觸控面板上運作以校正各影像感測器所偵測到之亮度時，會發生如第7圖或第8圖所示像素區間D2上大量像素之亮度大幅降低至下限亮度S_LB以下的現象。為了避免這個問題，本發明另外針對第7圖或第8圖所示大量像素之亮度降低至下限亮度S_LB以下的現象提供了解決方式。

以第7圖或第8圖所示像素區間D2所涵蓋之像素區間D2_B內對應的像素亮度皆低於下限亮度S_LB的狀況來說，執行本發明之方法的光學觸控面板會先行偵測像素區間D2_B佔去像素區間D2的像素比例。當該像素比例尚未超過一預定比例時(例如使用者僅以單一手指觸碰光學觸控面板的情況)，本發明之方法會將像素區間D2_B的所有像素排除於像素區間D2。以第7圖所示之情況來說，由於像素區間D2內不包含於像素區間D2_B的像素皆接近於基準亮度S_TARGET，故僅需將像素區間D2_B的所有像素排除於像素區間D2即可。然以第8圖所示之情況來說，因為像素區間D2內不包含於像素區間D2_B的像素皆高於基準亮度S_TARGET但未高於上限亮度S_UB，故僅需將該些像素取其亮度平均值，再將該些像素乘以一亮度倍率，以將該些像素之亮度分布調整至接近基準亮度S_TARGET，其中該亮度倍率之值係等於基準亮度S_TARGET除以像素區間D2內未被排除的其他像素之亮度平均值。

反之，當像素區間D2_B佔像素區間D2的像素比例超過該預定比例時(例如有大面積的物件遮蓋了光學觸控面板上大部分的區域)，本發明之方法會直接停止遮白之校正程序的進行，以避免各影像感測器對應之像素的遮白亮度分布受到嚴重的影響。

請參閱第9圖，其為根據第5圖及第6圖之敘述所彙整本發明用來校正影像感測器之感測亮度的方法流程圖。如第9圖所示，本發明之方法包含步驟如下：步驟702：在一光學觸控面板開機後一第一時間內或是由一睡眠模式被叫醒後一第二時間內，於關燈時使用一光學觸控面板所包含之一影像感測器感測一第一亮度分布，及於開燈時使用該影像感測器感測一第二亮度分布；步驟704：根據該第一亮度分布及該第二亮度分布產生一亮度分布差異；步驟706：根據該亮度分布差異及一基準亮度產生一第一倍數分布；步驟708：根據該亮度分布差異及該第一倍數分布產生一第一遮白亮度分布；步驟710：將該第一遮白亮度分布上之所有亮度值乘以一亮度倍率，以產生一第二遮白亮度分布，其中該亮度倍率之值係等於該基準亮度除以該第一遮白亮度分布之該平均亮度值。

請另參閱第10圖，其為根據第7圖及第8圖之敘述所彙整本發明用來校正影像感測器之感測亮度的方法流程圖。如第10圖所示，除了包含與第9圖中重複之步驟702-708以外，另包含步驟如下：步驟802：偵測該第一遮白亮度分布中亮度界於一預定範圍內之一組像素佔該第一遮白亮度分布之所有像素的比例；當該比例大於一預定值時，執行步驟804，否則執行步驟806；步驟804：將該組像素在該第一遮白亮度分布中對應之一組亮度值取平均值，以產生一平均亮度值；步驟806：將該組像素在該第一遮白亮度分布中對應之該組亮度值乘以一亮度倍率，其中該亮度倍率係等於該基準亮度除以該平均亮度值；步驟808：停止校正程序。

本發明揭露一種校正影像感測器之亮度的方法。該方法將進行光學觸控面板上各影像感測器對所涵蓋之像素偵測到的亮度分布，進行再次的校正，以期該像素分布接近或相等於光學觸控面板所設定之一基準亮度，而避免先前技術中進行遮白程序後所得到的亮度分布仍然被外界因素所影響的問題。本發明之方法另外針對光學觸控面板上出現大量像素被物件所遮蔽光線，而使得對應之亮度分布大幅降低的情況進行處理；當亮度低於一下限亮度的像素數量在所處影像感測器內未高過一預定比例，則將該些亮度低於下限亮度的像素排除，並計算該影像感測器內未被排除之其他像素的亮度分布，以根據所得到的亮度分布調整至接近或等於該基準亮度。反之，若亮度低於下限亮度的像素數量在所處影像感測器內高過該預定比例，則直接停止該校正程序，以避免大量像素之對應亮度被降低而對整體亮度分布造成顯著影響。

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。

S1．．．關燈像素/亮度分布資料曲線

S2．．．開燈像素/亮度分布資料曲線

S3．．．像素/亮度分布資料差異曲線

P1、P2、P3．．．像素

D1、D2、D3、D2_B．．．像素區間

102、104、106、108、110、112．．．光源模組

M1、M2、M3．．．直線

S_TARGET．．．基準亮度

S_R1、S_R2．．．平均亮度

S_UB．．．上限亮度

S_LB．．．下限亮度

100．．．光學觸控面板

120、130．．．影像感測器

150．．．本體

702、704、706、708、710、802、804、806、808．．．步驟

第1圖為一般具有影像感測器之光學觸控面板的內部簡略示意圖。

第2圖為一般校正影像感測器時，光學觸控面板上像素與對應亮度之間關係的分布示意圖。

第3圖係為像素區間因為在遮白過程中受到外界因素干擾，使得平均亮度在被遮白後所產生之遮白亮度分布較其他像素區間高的示意圖。

第4圖係為像素區間因為在遮白過程中受到外界因素干擾，而使得平均亮度在遮白後所產生之遮白亮度分布較其他像素區間低的示意圖。

第5圖係為針對第3圖所示像素區間之平均亮度較其他像素區間為高時，實施本發明所揭露之方法以改善亮度不均勻現象的簡略示意圖。

第6圖係為針對第4圖所示像素區間之平均亮度較其他像素區間為低時，實施本發明所揭露之方法以改善亮度不均勻現象的簡略示意圖。

第7圖與第8圖係為第3圖或第4圖所示像素區間出現部份像素之亮度低於下限亮度時的簡略示意圖。

第9圖為根據第5圖及第6圖之敘述所彙整本發明用來校正影像感測器之感測亮度的方法流程圖。

第10圖為根據第7圖或第8圖之敘述所彙整本發明用來校正影像感測器之感測亮度的方法流程圖。

D1、D2、D3．．．像素區間

S_TARGET．．．基準亮度

S_R1．．．平均亮度

S_UB．．．上限亮度

S_LB．．．下限亮度

Claims (6)

1. 一種校正影像感測器之感測亮度的方法，包含：提供一第一遮白亮度分布，其中該第一遮白亮度分布中複數個第一像素之亮度值係偏離該基準亮度於一預定亮度範圍；及將該第一遮白亮度分布乘以一亮度倍率，以產生一第二遮白亮度分布，以使該複數個第一像素之亮度值實質接近該基準亮度，該第二遮白亮度分布之一平均亮度係實質接近該基準亮度，該亮度倍率之值係等於該基準亮度除以該第一遮白亮度分布之一平均亮度；其中該複數個第一像素被涵蓋於對應一觸控操作所產生之一低亮度區域內，其中當該低亮度區域之一平均亮度落於該預定亮度範圍之外，且該低亮度區域所涵蓋之複數個連續像素個數大於一預定像素個數時，不調整該低亮度區域的亮度。
2. 一種校正影像感測器之感測亮度的方法，包含：提供一第一遮白亮度分布，其中該第一遮白亮度分布中複數個第一像素之亮度值係偏離該基準亮度於一預定亮度範圍；及將該第一遮白亮度分布乘以一亮度倍率，以產生一第二遮白亮度分布，以使該複數個第一像素之亮度值實質接近該基準 亮度，該第二遮白亮度分布之一平均亮度係實質接近該基準亮度，該亮度倍率之值係等於該基準亮度除以該第一遮白亮度分布之一平均亮度；其中該複數個第一像素被涵蓋於對應一觸控操作所產生之一低亮度區域內，其中當該低亮度區域之一平均亮度落於該預定亮度範圍內，且該低亮度區域所涵蓋之複數個連續像素範圍小於一預定像素個數時，只調整該低亮度區域以外區域之亮度，以使該低亮度區域以外區域之亮度實質接近該基準亮度。
3. 如請求項1或2所述之方法，其中該方法用於一光學觸控系統；其中該光學觸控系統包含一光源模組、一影像感測器與一觸控面板，該影像感測器向該觸控面板擷取該光源模組投射該觸控面板所產生的影像；其中提供該第一遮白亮度分布包含：在一光學觸控面板開機後或由一待機模式被叫醒後，關閉該光源模組，以使該影像感測器對應產生一第一亮度分布；開啟該光源模組，以使該影像感測器對應產生一第二亮度分布；根據該第一亮度分布及該第二亮度分布產生一亮度分布差異；根據該亮度分布差異及一基準亮度產生一倍數分布；以及 根據該亮度分布差異及該倍數分布產生該第一遮白亮度分布。
4. 如請求項1或2所述之方法，其中該預定亮度範圍之上限係為該基準亮度加上一單位時間最大亮度變化量，且該預定亮度範圍之下限係為該基準亮度減去該單位時間最大亮度變化量。
5. 如請求項1或2所述之方法，其中該方法用於一光學觸控系統；其中該光學觸控系統包含一第一光源模組、一第二光源模組、一影像感測器與一觸控面板，該影像感測器向該觸控面板分別擷取該第一、第二光源模組投射該觸控面板所產生的影像；其中該方法更包含；調整該第一遮白亮度分布中複數個第二像素之亮度值，以使該複數個第二像素之亮度值實質接近該基準亮度，其中該複數個第二像素之亮度值在被調整前係偏離該基準亮度於一預定亮度範圍；其中該複數個第一像素與該複數個第二像素係分別根據該第一光源模組與該第二光源模組產生。
6. 如請求項2所述之方法，其中只調整該低亮度區域以外區域之亮度，以使該低亮度區域以外區域之亮度實質接近該基準亮度包含： 將該低亮度區域以外區域之亮度乘以一亮度倍率，以產生一第二遮白亮度分布；其中該第二遮白亮度分布之一平均亮度值係實質接近該基準亮度；其中該亮度倍率係等於該基準亮度除以該低亮度區域以外區域之一平均亮度值。