TWI612283B - 偵測發光二極體之方法及系統 - Google Patents

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Abstract

一種偵測發光二極體(LED)燈之方法以如下操作開始：一控制電路產生傳輸至一像素陣列以控制由該像素陣列進行之影像獲取且確立一所設定曝光時間之一快門信號。讀出電路然後可自該像素陣列讀出影像資料，包含自具有該所設定曝光時間之複數個連續且重疊圖框讀出該影像資料。針對該等圖框中之每一者，該所設定曝光時間可相同。該等連續且重疊圖框可為交錯圖框。本發明亦闡述其他實施例。

Description

偵測發光二極體之方法及系統
本發明之一實例一般而言係關於影像感測器。更具體而言，本發明之實例係關於用以偵測一發光二極體(LED)使得可執行一無閃爍影像擷取之方法及系統。
高速影像感測器已廣泛地用於包含汽車領域、機器視覺領域及專業視訊攝影領域之不同領域中之諸多應用中。此等領域中之某些應用要求LED燈之偵測及擷取，已證明此操作係困難的。假定LED脈衝係窄的(例如，1毫秒(ms))，習用高速影像感測器可能錯過LED燈或擷取包含一閃爍之一影像。
100‧‧‧實例性成像系統/成像系統
105‧‧‧像素陣列
108‧‧‧邏輯控制件/邏輯電路
109‧‧‧讀出行位元線
110‧‧‧讀出電路
115‧‧‧功能邏輯
120‧‧‧控制電路
210‧‧‧掃描電路
220‧‧‧類比轉數位轉換電路
510‧‧‧標頭位元
520‧‧‧資料位元
530‧‧‧註腳位元
C1-Cx‧‧‧行
P1-Pn‧‧‧像素單元
R1-Ry‧‧‧列
Tft‧‧‧圖框傳送時間/高圖框傳送時間
Tled‧‧‧發光二極體脈衝寬度
在其中貫穿各種視圖相似元件符號指示類似元件之附圖之各圖中，以實例方式而不以限制方式圖解說明本發明之實施例，除非另有規定。應注意，在此揭示內容中對本發明之「一」或「一項」實施例之提及未必針對同一實施例，且其意指至少一項實施例。在圖式中：圖1係根據本發明之一項實施例之圖解說明偵測一LED之一實例性成像系統之一方塊圖。
圖2係根據本發明之一項實施例之圖解說明圖1中之讀出電路之細節之一方塊圖。
圖3係根據本發明之一項實施例之圖解說明擷取LED燈之一時序圖。
圖4係根據本發明之一項實施例之圖解說明使視訊頻率與一路燈LED頻率同步之一時序圖。
圖5係根據本發明之一項實施例之圖解說明汽車之間的LED通信之一時序圖。
圖6係根據本發明之一項實施例之圖解說明偵測一LED之一方法之一流程表。
貫穿圖式之數個視圖，對應元件符號指示對應組件。熟習此項技術者將瞭解，圖中之元件係為簡單及清晰起見而圖解說明的，且未必按比例繪製。舉例而言，為幫助改良對本發明之各種實施例之理解，各圖中之元件中之某些元件之尺寸可能相對於其他元件被放大。此外，通常不繪示一商業上可行之實施例中有用或必需之常見而眾所周知之元件以便促進對本發明之此等各種實施例之一較不受阻礙之觀看。
在以下說明中，陳述眾多特定細節以便提供對本發明之一透徹理解。然而，應理解，可在沒有此等特定細節之情況下實踐本發明之實施例。在其他例項中，尚未展示眾所周知之電路、結構及技術以避免使對此說明之理解模糊。
貫穿本說明書對「一項實施例」或「一實施例」之提及意指結合該實施例所闡述之一特定特徵、結構或特性包含於本發明之至少一項實施例中。因此，貫穿本說明書在各個地方中出現之片語「在一項實施例中」或「在一實施例中」未必全部係指同一實施例。此外，特定特徵、結構或特性可以任何適合方式組合於一或多個實施例中。特定特徵、結構或特性可包含於一積體電路、一電子電路、一組合邏輯 電路或提供所闡述功能性之其他適合組件中。
圖1係根據本發明之一項實施例之圖解說明偵測及擷取一LED之一實例性成像系統100之一方塊圖。成像系統100可為一互補金屬氧化物半導體(「CMOS」)影像感測器。由於LED脈衝係窄的(例如，1ms)，因此習用成像系統可能錯過LED燈或擷取包含歸因於LED燈之一閃爍之一影像。在一項實施例中，成像系統100藉由使用連續且重疊圖框而非一單個圖框來偵測LED以確保成像系統100連續地擷取圖框。舉例而言，連續且重疊圖框可為交錯圖框。在一項實施例中，連續且重疊圖框中之每一者可具有相同曝光時間且該等圖框之最小重疊時間係LED脈衝寬度(Tled)與一圖框傳送時間(Tft)之一總和。LED脈衝寬度(Tled)可為1ms且圖框傳送時間(Tft)可為1ms。在一項實施例中，一高圖框傳送時間(Tft)係較佳的以最小化背景之影響。在此實施例中，可使用一混合堆疊晶片。該混合堆疊晶片可具有1000個圖框/秒(fps)之一圖框傳送時間(Tft)、一60fps輸入輸出(IO)及1個圖框緩衝器。
如圖1中之所繪示實例中所展示，成像系統100包含耦合至控制電路120及讀出電路110(其耦合至功能邏輯115及邏輯控制件108)之像素陣列105。
像素陣列105之所圖解說明實施例係成像感測器或像素單元(例如，像素單元P1、P2、...、Pn)之一個二維(「2D」)陣列。在一項實例中，每一像素單元係一CMOS成像像素。如所圖解說明，每一像素單元配置成一列(例如，列R1至Ry)及一行(例如，行C1至Cx)以獲取一人、地方或物件等之影像資料，然後可使用該影像資料來再現該人、地方或物件等之一影像。
在一項實例中，在每一像素已獲取其影像資料或影像電荷之後，影像資料由讀出電路110透過讀出行位元線109讀出且然後傳送至 功能邏輯115。在一項實施例中，一邏輯電路108可控制讀出電路110且將影像資料輸出至功能邏輯115。在各種實例中，讀出電路110可包含放大電路(未圖解說明)、類比轉數位轉換(ADC)電路220或其他。功能邏輯115可僅僅儲存該影像資料或甚至藉由應用後影像效應(例如，裁剪、旋轉、移除紅眼、調整亮度、調整對比度或其他)來操縱該影像資料。在一項實例中，讀出電路110可沿著讀出行線一次讀出一列影像資料(所圖解說明)或可使用各種其他技術(未圖解說明)讀出該影像資料，諸如一串列讀出或同時對所有像素之一全並列讀出。
在一項實例中，控制電路120耦合至像素陣列105以控制像素陣列105之操作特性。舉例而言，控制電路120可產生用於控制影像獲取之一快門信號。在一項實例中，快門信號係用於同時啟用像素陣列105內之所有像素以在一單個獲取窗期間同時擷取其各別影像資料之一全域快門信號。在另一實例中，快門信號係一滾動快門信號使得在連續獲取窗期間順序地啟用像素之每一列、行或群組。快門信號亦可確立一曝光時間，該曝光時間係快門保持敞開之時間長度。在一項實施例中，針對圖框中之每一者，曝光時間設定為相同的。
圖2係根據本發明之一項實施例之圖解說明圖1中之一成像系統100之讀出電路110之細節之一方塊圖。如圖2中所展示，讀出電路110可包含掃描電路210及一ADC電路220。掃描電路210可包含放大電路、選擇電路(例如，多工器)等以沿著讀出行位元線109一次讀出一列影像資料或可使用各種其他技術讀出該影像資料，諸如一串列讀出或同時對所有像素之一全並列讀出。ADC電路220可將來自掃描電路210之影像資料中之每一者自類比轉換為數位。在一項實施例中，讀出電路110自像素陣列讀出影像資料，包含自具有一所設定曝光時間之兩個或兩個以上連續且重疊圖框讀出影像資料。換言之，針對圖框中之每一者，所設定曝光時間相同。在一項實施例中，該兩個或兩個 以上連續且重疊圖框係交錯圖框。對於該等交錯圖框，讀出電路110可讀出偶數列奇數編號之交錯圖框且讀出奇數列偶數編號之交錯圖框。類似地，讀出電路110亦可讀出奇數列奇數編號之交錯圖框且讀出偶數列偶數編號之交錯圖框。如圖3中所展示，時序圖圖解說明根據本發明之一項實施例之LED燈之擷取。在圖3中，LED燈由(Frame_n，1)及(Frame_n+1，0)完全地擷取，其中讀出(Frame_n，1)之奇數列且讀出(Frame_n+1，0)之偶數列。在一項實施例中，連續且重疊圖框中之每一者可具有相同曝光時間且兩個或兩個以上連續且重疊圖框之間的最小曝光時間重疊係LED脈衝寬度(Tled)與一圖框傳送時間(Tft)之一總和。LED脈衝寬度(Tled)可為1ms且圖框傳送時間(Tft)可為1ms。在一項實施例中，一高圖框傳送時間(Tft)係較佳的。
如上文所論述，功能邏輯115可僅僅儲存影像資料或甚至藉由應用後影像效應來操縱該影像資料。在一項實施例中，功能邏輯115進一步自讀出電路110接收影像資料讀出且基於該影像資料讀出而判定是否擷取LED燈。為擷取一無閃爍影像，功能邏輯115可基於對擷取LED燈之次數之一判定及在其中擷取LED燈之圖框之一識別而計算LED燈之一頻率。功能邏輯115然後可使成像系統100與LED燈之所計算頻率同步。在一項實施例中，較佳地，影像圖框/秒(fps)及LED頻率具有一小偏斜。圖4係根據本發明之一項實施例之圖解說明使視訊頻率與一路燈LED頻率同步之一時序圖。在圖4中之時序圖之左側，一視訊避開LED燈脈衝，因為圖框不與路燈LED頻率同步。舉例而言，在一滾動快門影像感測器中，燈可在一影像感測器之列中之任一者之非曝光時間期間閃爍。在圖4中之時序圖之右側，一旦功能邏輯115計算LED頻率且使視訊頻率與路燈LED同步，視訊圖框便能夠擷取路燈LED燈之一無閃爍影像。在一項實施例中，路燈LED可以某一偏移與AC電力同步。在一項實施例中，成像系統100中之功能邏輯 115可週期性地執行LED偵測。
成像系統100亦可用於汽車之間的LED通信。圖5係根據本發明之一項實施例之圖解說明汽車之間的LED通信之一時序圖。如圖5中所展示，一個事務中之LED時序圖可包含複數個標頭位元510、資料位元520及複數個註腳位元530。在一項實施例中，功能邏輯可基於所偵測LED而依據影像資料識別多個汽車，且執行所識別汽車之LED通信。在此實施例中，可執行多對一(M：1)通信。
此外，本發明之以下實施例可闡述為通常繪示為一流程表、一流程圖、一結構圖或一方塊圖之一處理程序。雖然一流程表可將操作闡述為一順序處理程序，但可並行或同時執行操作中之諸多操作。另外，可重新配置操作之次序。在完成一處理程序之操作時終止該處理程序。一處理程序可對應於一方法、一程序等。
圖6係根據本發明之一項實施例之圖解說明偵測一LED之一方法600之一流程圖。方法或處理程序600在方塊601處以如下操作開始：控制電路120產生傳輸至像素陣列105以控制由像素陣列105進行之影像獲取且確立一所設定曝光時間之一快門信號。快門信號可為同時啟用像素陣列105中之所有像素之一全域快門信號。快門信號亦可啟用像素陣列105中之所有像素以在一單個獲取窗期間同時擷取影像資料。在方塊602處，讀出電路110自像素陣列105讀出影像資料，包含自具有所設定曝光時間之複數個連續且重疊圖框讀出影像資料。針對圖框中之每一者，該所設定曝光時間可相同。在一項實施例中，該等連續且重疊圖框係交錯圖框。在此實施例中，自該等圖框讀出影像資料包含讀出電路110讀出偶數列奇數編號之圖框且讀出奇數列偶數編號之圖框，或反之亦然。該等連續且重疊圖框可重疊達一最小曝光重疊時間。此最小重疊時間可為(a)一LED脈衝寬度(Tled)與(b)一圖框傳送時間(Tft)之總和。在一項實施例中，控制電路120、像素陣列105及 讀出電路110包含於係具有一較高圖框傳送時間之一混合堆疊晶片之一成像系統中。在方塊603處，功能邏輯115基於來自讀出電路110之讀出而判定是否擷取LED。為擷取LED之一無閃爍影像，在方塊604處，功能邏輯115基於擷取LED之一次數及在其中擷取LED之圖框之一識別而計算LED之頻率且在方塊605處，功能邏輯115使成像系統100與LED之頻率同步。為實現LED通信，在方塊606處，功能邏輯115基於所偵測LED而識別多個汽車以執行汽車之LED通信。
就電腦軟體及硬體方面來闡述上文所闡釋之處理程序。所闡述之技術可構成體現於一機器(例如，電腦)可讀儲存媒體內之機器可執行指令，該等機器可執行指令在由一機器執行時將致使該機器執行所闡述之操作。另外，該等處理程序可體現於諸如一特殊應用積體電路(「ASIC」)或諸如此類之硬體內。
包含發明摘要中所闡述內容之本發明之所圖解說明實例之以上說明並不意欲係窮盡性的或限於所揭示之精確形式。儘管出於說明性目的而在本文中闡述本發明之特定實施例及實例，但可在不背離本發明之較寬廣精神及範疇之情況下做出各種等效修改。
鑒於上文詳細說明，可對本發明之實例做出此等修改。以下申請專利範圍中使用之術語不應解釋為將本發明限於說明書及申請專利範圍中所揭示之特定實施例。而是，該範疇將完全由以下申請專利範圍來判定，申請專利範圍將根據申請專利範圍解釋之既定原則加以理解。因此，本說明書及各圖應視為說明性的而非限制性的。

Claims (23)

  1. 一種由一成像系統偵測一發光二極體(LED)之方法，其包括：由一控制電路產生一快門信號(shutter signal)，其傳輸至一像素陣列以控制由該像素陣列進行之影像獲取(image acquisition)且確立一設定曝光時間；及由一讀出電路自該像素陣列讀出影像資料，包含自具有該設定曝光時間之複數個連續且重疊圖框讀出該影像資料，其中針對該等圖框中之每一者，該設定曝光時間相同，其中該等連續且重疊圖框重疊達一最小重疊時間，其中該最小重疊時間係(i)一發光二極體(LED)脈衝寬度與(ii)一圖框傳送時間之一總和。
  2. 如請求項1之方法，其中該快門信號係同時啟用該像素陣列中之所有像素之一全域快門信號。
  3. 如請求項1之方法，其中該複數個連續且重疊圖框係交錯圖框。
  4. 如請求項3之方法，其中由該讀出電路自該等圖框讀出影像資料包括：由該讀出電路讀出偶數列奇數編號之圖框；及由該讀出電路讀出奇數列偶數編號之圖框。
  5. 如請求項3之方法，其中由該讀出電路自該等圖框讀出影像資料包括：由該讀出電路讀出奇數列奇數編號之圖框；及由該讀出電路讀出偶數列偶數編號之圖框。
  6. 如請求項1之方法，其中該成像系統係一混合堆疊晶片(hybrid，其中該混合堆疊晶片具有較一非混合堆疊晶片hybrid stack chip)更高之一圖框傳送速率(frame transfer rate)。
  7. 如請求項1之方法，其進一步包括：由一功能邏輯基於來自該讀出電路之該讀出而判定是否擷取該LED。
  8. 如請求項7之方法，其進一步包括：基於擷取該LED之一次數及在其中擷取該LED之圖框之一識別而計算該LED之一頻率；及使影像感測器與該LED之該頻率同步。
  9. 如請求項7之方法，其進一步包括：基於該所偵測LED而識別多個汽車以執行汽車之LED通信。
  10. 一種由一成像系統偵測一發光二極體(LED)之方法，其包括：同時啟用(enabling)一像素陣列內之所有像素以在一單個獲取窗期間同時擷取影像資料；及自該像素陣列讀出該影像資料，包含自具有一相同曝光時間之複數個連續且交錯圖框讀出該影像資料，其中該等連續且交錯圖框重疊達一最小重疊時間，其中該最小重疊時間係(i)一發光二極體(LED)脈衝寬度與(ii)一圖框傳送時間之一總和。
  11. 如請求項10之方法，其進一步包括：由一控制電路產生傳輸至該像素陣列以控制由該像素陣列進行之影像獲取之一快門信號，其中該快門信號係一全域快門信號。
  12. 如請求項10之方法，其中自該等連續且交錯圖框讀出該影像資料包括：由一讀出電路讀出一第一圖框之偶數編號之列；及由該讀出電路讀出一第二圖框之奇數編號之列，其中該第一圖框及該第二圖框係連續且交錯的。
  13. 如請求項10之方法，其中該成像系統係一混合堆疊晶片，其中該混合堆疊晶片具有較一非混合堆疊晶片更高之一圖框傳送速率。
  14. 如請求項10之方法，其進一步包括：由一功能邏輯基於來自讀出電路之讀出而判定是否擷取該LED。
  15. 如請求項14之方法，其進一步包括：基於擷取該LED之一次數及在其中擷取該LED之圖框之一識別而計算該LED之一頻率；及使該成像系統與該LED之該頻率同步。
  16. 如請求項15之方法，其進一步包括：基於該所偵測LED而識別多個汽車以執行汽車之LED通信。
  17. 一種用以偵測一發光二極體(LED)之成像系統，其包括：一像素陣列，其用以獲取影像資料，該像素陣列包含複數個列及行；及一讀出電路，其耦合至該像素陣列以自該像素陣列讀出影像資料，包含自具有一相同曝光時間之複數個連續且交錯圖框讀出該影像資料，其中該等連續且交錯圖框重疊達一最小重疊時間，其中該最小重疊時間係(i)一發光二極體(LED)脈衝寬度與(ii)一圖框傳送時間之一總和。
  18. 如請求項17之成像系統，其進一步包括：一控制電路，其用以產生一快門信號且將該快門信號傳輸至一像素陣列以控制由該像素陣列進行之影像獲取且確立該曝光時間，其中該快門信號係一全域快門信號。
  19. 如請求項17之成像系統，其中自該等連續且交錯圖框讀出該影 像資料包括：讀出一第一圖框之偶數編號之列；及讀出一第二圖框之奇數編號之列，其中該第一圖框及該第二圖框係連續且交錯的。
  20. 如請求項17之成像系統，其進一步包括：一功能邏輯，其用以自該讀出電路接收該影像資料讀出且基於該影像資料讀出而判定是否擷取該LED。
  21. 如請求項20之成像系統，其中該功能邏輯進一步用以基於擷取該LED之一次數及在其中擷取該LED之圖框之一識別而計算該LED之一頻率，及使該成像系統與該LED之該頻率同步。
  22. 如請求項21之成像系統，其中該功能邏輯進一步用以基於該所偵測LED而識別多個汽車以執行汽車之LED通信。
  23. 如請求項17之成像系統，其進一步包括：一邏輯電路，其用以控制該讀出電路且將影像資料自該讀出電路輸出至功能邏輯，且其中該讀出電路包括：掃描電路，其用以自該像素陣列選擇待讀出之像素列；及類比轉數位轉換(ADC)電路，其用以將該影像資料中之每一者自類比轉換為數位。
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