TWI720660B - 光學圖像的殘影消除方法及利用其之電子裝置 - Google Patents
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Abstract
一種光學圖像的殘影消除方法，其包含：在一記憶單元中預存一殘影衰減係數 λ或一衰減曲線對照表，其中，0＜λ＜1，且該衰減曲線對照表包含複數組由在先幀圖像的平均值和在後幀圖像的平均值所組成的資料；對一採集對象進行連續兩次採圖操作以獲得一第一幀圖像和一第二幀圖像；以及依該殘影衰減係數 λ或該衰減曲線對照表對該第一幀圖像和該第二幀圖像進行一殘影消除計算以產生一輸出圖像。
Description
本發明係有關一種光學圖像的採集方法，尤指一種光學圖像的殘影消除方法。
光學圖像採集是利用光源（可見光、不可見光或X射線）照射到採集對象上產生反射光信號或者透射光信號，再通過圖像感測器(CMOS或CCD)轉換為電信號從而成像的一種資訊採集方法。比如屏下光學指紋採集需要借助螢幕(OLED或 TFT-LCD)提供光源，在螢幕下方放置圖像感測器接收反射光信號，從而得到指紋信號。為了擴大採圖面積或增加圖像品質，一般需要連續採集多幅圖像。
然而，由於圖像感測器(CMOS或CCD)的內部有等效電容，因此，當驅動電路進行連續採圖時會有圖像殘影產生。請參照圖1，其為圖像感測器所採集之圖像在無殘影時和有殘影時的對照示意圖。如圖1所示，第一幀無殘影圖像10a、第二幀無殘影圖像11a和第三幀無殘影圖像12a分別顯示A、B及C，而在有殘影時之第一幀圖像10b、第二幀圖像11b和第三幀圖像12b上則除了分別顯示了A、B及C外，第二幀圖像11b還留存上一次採集的殘影A，而第三幀圖像12b則還留存上一次採集的殘影B及上上次採集的殘影A。
為解決上述問題，本領域亟需一種新穎的光學圖像的殘影消除方法。
本發明之一目的在於提供一種光學圖像的殘影消除方法，其可在不須增加額外電路操作的情況下有效消除圖像的殘影。
本發明之另一目的在於提供一種電子裝置，其可在不須增加額外電路操作的情況下，有效消除其光學圖像採集裝置所採集到的圖像的殘影。
為達到前述之目的，一種光學圖像的殘影消除方法乃被提出，其係實現在一光學圖像採集裝置上，且其包含以下步驟：
在該光學圖像採集裝置之一記憶單元中預存一殘影衰減係數 λ或一衰減曲線對照表，其中，0＜λ＜1，且該衰減曲線對照表包含複數組由在先幀圖像的平均值和在後幀圖像的平均值所組成的資料；
對一採集對象進行連續兩次採圖操作以獲得一第一幀圖像和一第二幀圖像；以及
對該第一幀圖像和該第二幀圖像進行一殘影消除計算以產生一輸出圖像，其中，該殘影消除計算表示為C = C
2-λ*C
1，C代表該輸出圖像的各畫素灰階值，C
2代表該第二幀圖像的各畫素灰階值，C
1代表該第一幀圖像的各畫素灰階值；或該殘影消除計算表示為C = C
2-Map(C
1)，C代表該輸出圖像的各畫素灰階值，C
2代表該第二幀圖像的各畫素灰階值，Map(C
1)代表依該衰減曲線對照表對該第一幀圖像的各畫素灰階值C
1進行一內插計算所產生的畫素灰階值。
在可能的實施例中，該光學圖像採集裝置具有一CMOS圖像感測器或一 CCD 圖像感測器。
在一實施例中，該殘影衰減係數 λ或該衰減曲線對照表係經由一預先量測程式獲得，該預先量測程式包括：
將該光學圖像採集裝置置於一暗箱中，並受一光源照明一段時間；
關閉該光源，然後使該光學圖像採集裝置連續擷取複數幀圖像；以及
依所述複數幀圖像的至少一組相鄰的兩幀圖像產生至少兩個畫素灰階平均值，及依所述至少兩個畫素灰階平均值計算該殘影衰減係數 λ；或依所述複數幀圖像中的第2至第n幀圖像的畫素灰階平均值產生n-1個所述在後幀圖像的平均值，依所述複數幀圖像中的第1至第n-1幀圖像的畫素灰階平均值產生n-1個所述在先幀圖像的平均值，及依n-1個所述在後幀圖像的平均值和n-1個所述在先幀圖像的平均值產生該衰減曲線對照表，n為大於2的整數。
在可能的實施例中，該採集對象可為一指紋或一手掌。
在可能的實施例中，該光學圖像採集裝置可利用可見光或不可見光進行所述的採圖操作。
為達到前述之目的，本發明進一步提出一種電子裝置，其包括一中央處理單元及一觸控屏，其中，該觸控屏具有如前述之光學圖像採集裝置以實現所述之光學圖像的殘影消除方法，且該中央處理單元係用以與該觸控屏通信。
在可能的實施例中，該觸控屏可為一光學式觸控屏或一電容式觸控屏。
在可能的實施例中，該觸控屏可包括一液晶顯示陣列、一有機發光二極體顯示陣列、一微發光二極體顯示陣列或一量子點發光二極體顯示陣列。
在可能的實施例中，該電子裝置可為一智慧型手機或一可攜式電腦。
本發明之原理在於：圖像感測器( CMOS 或 CCD )的內部等效電容 C 與等效電阻 R 構成 RC 等效電路，在一光學圖像採集裝置對採集對象進行連續採圖操作時，設第 n 幀的採集圖像 為a
n，第 n 幀的指紋信號為 s
n，則由於等效電容 C 的電壓不能突變，導致第 n-1 幀的採集圖像a
n-1沒有完全清空，特別地，當該等效電路為一階 RC 電路時，電壓呈指數衰減，即衰減比例恒為一定值。一般情况下的公式表示為：
s
n= a
n– f(a
n-1)，其中，f為一衰減函數。
也就是說，本發明在獲得衰減函數f後，即可計算出第 n-1 幀圖像在第 n 幀圖像上的殘影值f(a
n-1)，然後再依第 n 幀圖像(a
n)和殘影值f(a
n-1)的差值得出第 n 幀的信號(s
n)。
在一實施例中，殘影值f(a
n-1) =λa
n-1，λ為殘影衰減係數，0＜λ＜1。
在另一實施例中，殘影值f(a
n-1) = Map(a
n-1)，代表其係依一衰減曲線對照表對第 n-1 幀的採集圖像a
n-1進行一內插計算而產生。
衰減函數f可預存在一記憶單元中，且其可依一預先量測程式獲得。該預先量測程式(請一併參照圖2a及圖2b)包括：
(一)將一光學圖像採集裝置22置於一暗箱20中，並受一光源21照明一段時間；
(二)關閉光源21，然後使光學圖像採集裝置22擷取複數幀圖像；以及
(三)依所述複數幀圖像的至少一組相鄰的兩幀圖像產生至少兩個畫素灰階平均值，及依所述至少兩個畫素灰階平均值計算該殘影衰減係數 λ；或依所述複數幀圖像中的第2至第n幀圖像的畫素灰階平均值產生n-1個在後幀圖像的平均值，依所述複數幀圖像中的第1至第n-1幀圖像的畫素灰階平均值產生n-1個在先幀圖像的平均值，及依n-1個所述在後幀圖像的平均值和n-1個所述在先幀圖像的平均值產生該衰減曲線對照表，n為大於2的整數。
請一併參照圖3a及圖3b，其中，圖3a繪示15幀圖像的畫素灰階平均值的變化圖；以及圖3b繪示由圖3a所示之前8幀圖像的畫素灰階平均值的任兩相鄰平均值的比值所產生的殘影衰減係數 λ的變化圖。由圖3b可知，λ約等於0.6。
另外，請一併參照圖4a及圖4b，其中，圖4a繪示所述衰減曲線之一實施例，其具有19個二維資料點，各所述二維資料點均對應一所述在先幀圖像的平均值和一所述在後幀圖像的平均值，也就是說，所述19個二維資料點係由20幀圖像中的第2至第20幀圖像的畫素灰階平均值及20幀圖像中的第1至第19幀圖像的畫素灰階平均值所構成；以及圖4b為以一輸入圖像之平均值做為一所述在先幀圖像的平均值，而在圖4a所示之衰減曲線上對應到一所述在後幀圖像的平均值之示意圖。
依上述的說明，本發明提出一種光學圖像的殘影消除方法。請參照圖5，其繪示本發明之光學圖像的殘影消除方法之一實施例流程圖。如圖5所示，本發明之光學圖像的殘影消除方法係實現在一光學圖像採集裝置上，其中，該光學圖像採集裝置具有一CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor；互補式金氧半)圖像感測器或一 CCD (charge coupled device；電荷耦合元件)圖像感測器，且該方法包含以下步驟：在該光學圖像裝置之一記憶單元中預存一殘影衰減係數 λ或一衰減曲線對照表，其中，0＜λ＜1，且該衰減曲線對照表包含複數組由在先幀圖像的平均值和在後幀圖像的平均值所組成的資料(步驟a1)；對一採集对象進行連續兩次採圖操作以獲得一第一幀圖像和一第二幀圖像(步驟b1)；以及對該第一幀圖像和該第二幀圖像進行一殘影消除計算以產生一輸出圖像，其中，該殘影消除計算表示為C = C
2-λ*C
1，C代表該輸出圖像的各畫素灰階值，C
2代表該第二幀圖像的各畫素灰階值，C
1代表該第一幀圖像的各畫素灰階值；或該殘影消除計算表示為C = C
2-Map(C
1)，C代表該輸出圖像的各畫素灰階值，C
2代表該第二幀圖像的各畫素灰階值，Map(C
1)代表依該衰減曲線對照表對該第一幀圖像的各畫素灰階值C
1進行一內插計算所產生的畫素灰階值(步驟c1)。另外，在上述的方法中，所述的採集對象可為指紋或掌紋，且該光學圖像採集裝置可利用可見光或不可見光進行所述的採圖操作。
依上述的說明，本發明進一步提出一種電子裝置。請參照圖6，其為本發明之電子裝置之一實施例的方塊圖。如圖6所示，一電子裝置100包括一中央處理單元110及一觸控屏120，其中，觸控屏120可具有一液晶顯示陣列、一有機發光二極體顯示陣列、一微發光二極體顯示陣列或一量子點發光二極體顯示陣列，且其具有一光學圖像採集裝置120a。
中央處理單元110係用以與觸控屏120通信以提供一觸控顯示功能。
光學圖像採集裝置120a具有一CMOS圖像感測器或一 CCD 圖像感測器，且係用以執行如前述之光學圖像的殘影消除方法。
另外，在可能的實施例中，電子裝置100可為一智慧型手機或一可攜式電腦。
依上述的說明可知，本發明可提供以下的優點：
1.本發明之光學圖像殘影消除方法可在不須增加額外電路操作的情況下有效消除圖像的殘影。
2.本發明之電子裝置可在不須增加額外電路操作的情況下，有效消除其光學圖像採集裝置所採集到的圖像的殘影。
本發明所揭示者，乃較佳實施例之一種，舉凡局部之變更或修飾而源於本發明之技術思想而為熟習該項技藝知人所易於推知者，俱不脫本發明之專利權範疇。
綜上所陳，本案無論目的、手段與功效，皆顯示其迥異於習知技術，且其首先發明合於實用，確實符合發明之專利要件，懇請 貴審查委員明察，並早日賜予專利俾嘉惠社會，是為至禱。
10a:第一幀無殘影圖像
11a:第二幀無殘影圖像
12a:第三幀無殘影圖像
10b:第一幀圖像
11b:第二幀圖像
12b:第三幀圖像
20:暗箱
21:光源
22:光學圖像採集裝置
100:電子裝置
110:中央處理單元
120:觸控屏
120a:光學圖像採集裝置
步驟a1:在該光學圖像採集裝置之一記憶單元中預存一殘影衰減係數 λ或一衰減曲線對照表，其中，0＜λ＜1，且該衰減曲線對照表包含複數組由在先幀圖像的平均值和在後幀圖像的平均值所組成的資料
步驟b1:對一採集對象進行連續兩次採圖操作以獲得一第一幀圖像和一第二幀圖像
步驟c1:對該第一幀圖像和該第二幀圖像進行一殘影消除計算以產生一輸出圖像，其中，該殘影消除計算表示為C = C
2-λ*C
1，C代表該輸出圖像的各畫素灰階值，C
2代表該第二幀圖像的各畫素灰階值，C
1代表該第一幀圖像的各畫素灰階值；或該殘影消除計算表示為C = C
2-Map(C
1)，C代表該輸出圖像的各畫素灰階值，C
2代表該第二幀圖像的各畫素灰階值，Map(C
1)代表依該衰減曲線對照表對該第一幀圖像的各畫素灰階值C
1進行一內插計算所產生的畫素灰階值
圖1為圖像感測器所採集之圖像在無殘影時和有殘影時的對照示意圖。
圖2a為將一光學圖像採集裝置置於一暗箱中以並受一光源照明一段時間之示意圖。
圖2b為關閉圖2a所示之光源，然後使光學圖像採集裝置擷取複數幀圖像以 計算出一殘影衰減係數或一衰減曲線之示意圖。
圖3a繪示15幀圖像的畫素灰階平均值的變化圖。
圖3b繪示由圖3a所示之前8幀圖像的畫素灰階平均值的任兩相鄰平均值的比值所產生的殘影衰減係數的變化圖。
圖4a為本發明所采之衰減曲線之一實施例的示意圖。
圖4b為以一輸入圖像之平均值做為一在先幀圖像的平均值，而在圖4a所示之衰減曲線上對應到一在後幀圖像的平均值之示意圖。
圖5繪示本發明之光學圖像的殘影消除方法之一實施例的流程圖。
圖6為本發明之電子裝置之一實施例的方塊圖。
步驟a1:在該光學圖像採集裝置之一記憶單元中預存一殘影衰減係數λ或一衰減曲線對照表，其中，0<λ<1，且該衰減曲線對照表包含複數組由在先幀圖像的平均值和在後幀圖像的平均值所組成的資料
步驟b1:對一採集對象進行連續兩次採圖操作以獲得一第一幀圖像和一第二幀圖像
步驟c1:對該第一幀圖像和該第二幀圖像進行一殘影消除計算以產生一輸出圖像，其中，該殘影消除計算表示為C=C2-λ *C1，C代表該輸出圖像的各畫素灰階值，C2代表該第二幀圖像的各畫素灰階值，C1代表該第一幀圖像的各畫素灰階值；或該殘影消除計算表示為C=C2-Map(C1)，C代表該輸出圖像的各畫素灰階值，C2代表該第二幀圖像的各畫素灰階值，Map(C1)代表依該衰減曲線對照表對該第一幀圖像的各畫素灰階值C1進行一內插計算所產生的畫素灰階值
Claims (8)
- 一種光學圖像的殘影消除方法，係實現在一光學圖像採集裝置上，其包含以下步驟：在該光學圖像採集裝置之一記憶單元中預存一殘影衰減係數λ或一衰減曲線對照表，其中，0<λ<1，且該衰減曲線對照表包含複數組由在先幀圖像的平均值和在後幀圖像的平均值所組成的資料；對一採集對象進行連續兩次採圖操作以獲得一第一幀圖像和一第二幀圖像；以及對該第一幀圖像和該第二幀圖像進行一殘影消除計算以產生一輸出圖像，其中，該殘影消除計算表示為C=C2-λ *C1，C代表該輸出圖像的各畫素灰階值，C2代表該第二幀圖像的各畫素灰階值，C1代表該第一幀圖像的各畫素灰階值；或該殘影消除計算表示為C=C2-Map(C1)，C代表該輸出圖像的各畫素灰階值，C2代表該第二幀圖像的各畫素灰階值，Map(C1)代表依該衰減曲線對照表對該第一幀圖像的各畫素灰階值C1進行一內插計算所產生的畫素灰階值；其中該殘影衰減係數λ或該衰減曲線對照表係經由一預先量測程式獲得，該預先量測程式包括：將該光學圖像採集裝置置於一暗箱中，並受一光源照明一段時間；關閉該光源，然後使該光學圖像採集裝置擷取複數幀圖像；以及依所述複數幀圖像的至少一組相鄰的兩幀圖像產生至少兩個畫素灰階平均值，及依所述至少兩個畫素灰階平均值計算該殘影衰減係數λ；或依所述複數幀圖像中的第2至第n幀圖像的畫素灰階平均值產生n-1個所述在後幀圖像的平均值，依所述複數幀圖像中的第1至第n-1幀圖像的畫素灰階平均值產生n-1個所述在先幀圖像的平均值，及依n-1個所述在後幀圖像的平均值和n-1個所述在先幀圖像的平均值產生該衰減曲線對照表，n為大於2的整數。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學圖像的殘影消除方法，其中該光學圖像採集裝置具有一CMOS圖像感測器或一CCD圖像感測器。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學圖像的殘影消除方法，其中該採集對象係一指紋或一掌紋。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學圖像的殘影消除方法，其中該光學圖像採集裝置係利用可見光或不可見光進行所述的採圖操作。
- 一種電子裝置，包括一中央處理單元及一觸控屏，其中，該觸控屏具有如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之光學圖像採集裝置以實現所述之光學圖像的殘影消除方法，且該中央處理單元係用以與該觸控屏通信。
- 如申請專利範圍第5項所述之電子裝置，其中該觸控屏係一光學式觸控屏或一電容式觸控屏。
- 如申請專利範圍第5項所述之電子裝置，其中該觸控屏包括由一液晶顯示陣列、一有機發光二極體顯示陣列、一微發光二極體顯示陣列和一量子點發光二極體顯示陣列所組成群組所選擇的一種顯示陣列。
- 如申請專利範圍第5項所述之電子裝置，其係一智慧型手機或一可攜式電腦。
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2019
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