CN104184954A - 光学侦测装置及其同步调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学侦测装置的同步调整方法，用来将图像传感器的曝光时序同步参考光源的闪烁时序。所述方法包括依循预设周期获取连续图像组，分析所述连续图像组的亮度变化，以及根据所述亮度变化调整所述图像传感器的曝光时序，以使所述图像传感器的曝光时序同步所述参考光源的闪烁时序。本发明不需在参考光源设置额外的信号接收器，光学侦测装置的控制单元可依据所获取的参考点闪烁状态直接调整图像传感器的曝光时序，达到图像传感器和参考光源的时序同步，故可有效降低组件数量及制造成本，提高产品的市场竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学侦测装置，特别是有关一种成本低廉的光学侦测装置及其同步调整方法。
背景技术
为了抵抗背景光源噪声，传统的光学侦测装置通常会使用具特定闪烁频率的参考点，方便光学侦测装置滤除噪声。为了让图像传感器可获取所述特定闪烁频率的参考点，依据图像传感器的曝光时序与参考点的闪烁时序是否同步，可分为同步闪烁和异步闪烁两种侦测方法。传统的同步闪烁技术先由光学侦测装置发出信号，所述信号由参考点的收发端接收后，再依据信号接收时间调整参考点的闪烁时序，使其同步于图像传感器的曝光时序。然而此方法需在参考点设置信号收发器，具有成本昂贵的缺点。
发明内容
本发明提供一种成本低廉的光学侦测装置及其同步调整方法，以解决上述的问题。
本发明公开一种光学侦测装置的同步调整方法，用来将图像传感器的曝光时序同步于参考光源的闪烁时序。所述方法包括依循预设周期获取连续图像组，分析所述连续图像组的亮度变化，以及根据所述亮度变化调整所述图像传感器的曝光时序，以使所述图像传感器的曝光时序同步所述参考光源的闪烁时序。
本发明还公开一种光学侦测装置，用来读取参考光源以滤除噪声。所述光学侦测装置包括图像传感器以及控制单元。所述图像传感器依循预设周期获取连续图像组。所述控制单元电连接所述图像传感器。所述控制单元分析所述连续图像组的亮度变化，并根据所述亮度变化调整所述图像传感器的曝光时序，以调整所述图像传感器的曝光时序同步于所述参考光源的闪烁时序。
本发明还公开一种光学侦测装置，用来读取参考光源以滤除噪声。所述光学侦测装置包括图像传感器以及控制单元。图像传感器，具有第一、第二操作模式，其中第一操作模式的曝光时序大于所述第二操作模式的曝光时序。所述控制单元电连接所述图像传感器，并控制所述图像传感器操作在所述第一操作模式，以依循预设周期获取连续图像组。所述控制单元还分析所述连续图像组的亮度变化，根据所述亮度变化调整所述图像传感器的曝光时序，以使所述图像传感器的曝光时序同步所述参考光源的闪烁时序。其中，所述控制单元在所述图像传感器的曝光时序同步于所述参考光源的闪烁时序后，控制所述图像传感器操作在所述第二操作模式。
本发明不需在参考光源设置额外的信号接收器，光学侦测装置的控制单元可依据所获取的参考点闪烁状态直接调整图像传感器的曝光时序，达到图像传感器和参考光源的时序同步，故可有效降低组件数量及制造成本，提高产品的市场竞争力。
附图说明
图1为本发明实施例的光学侦测装置的功能方块示意图。
图2A、图2B、图2C分别为本发明实施例的图像传感器和参考光源的时序比
较图。
图3为本发明实施例的调整图像传感器与参考光源的时序同步的流程图。
其中，附图标记说明如下：
10 光学侦测装置 12 电子装置
14 参考光源 16 图像传感器
18 控制单元 20 数据库
R 参考值 R1 第一参数
R2 第二参数 T 时间单位
步骤300、302、304、306、308、310、312、314
具体实施方式
请参阅图1，图1为本发明实施例的光学侦测装置10的功能方块示意图。光学侦测装置10通过光学信号控制电子装置12。为了有效抵抗环境中的背景噪声，电子装置12具有参考光源14，以方便光学侦测装置10滤除噪声。光学侦测装置10包括图像传感器16、控制单元18以及数据库20，控制单元18电连接图像传感器16和数据库20。
本发明的光学侦测装置10可利用图像传感器16侦测参考光源14所得到的图像亮度变化得知参考光源14的占空比，进而判断图像传感器16的曝光时序和参考光源14的闪烁时序是否同步；接着，再读取预设参考值比较图像的亮度变化，找出图像传感器16的曝光时序和参考光源14的闪烁时序的相位差，以供进行同步调整。
详细来说，图像传感器16可依循预设周期获取连续图像组，所述连续图像组包括参考光源14的亮度变化信息。控制单元18接着可比较一个参考值R与所述连续图像组的亮度变化，并依据比较结果移动图像传感器16的曝光时序，借此将图像传感器16的曝光时序调整为同步于参考光源14的闪烁时序，其中参考值R可以是储存在数据库20之中，或者储存在一个缓存器(register)或其它储存组件之中。
由于所述连续图像组的每一张图像都具有多个亮度参数，为了便于计算，本发明优选地可针对每张图像预作处理，从每张图像取得一个或多个代表亮度。再将所述连续图像组简化后的多组代表亮度相对于参考值R进行比较，以从多组代表亮度的强度或顺序变化来判断曝光时序和闪烁时序是否同步。
对图像预作处理的方式例如可通过控制单元18先设定图像传感器16的像素数组的局部区域或全部区域，例如最上方的数条像素列，把此局部区域的所有像素的亮度值加总，即得到每张图像的代表亮度。在尚未进行时序同步调整前，图像传感器16的曝光时序可能同步或不同步于参考光源14的闪烁时序，因此连续图像组的多组代表亮度会有数种不同的亮度值变化或亮度排列变化，控制单元18再根据连续图像组的亮暗来延迟或提前图像传感器16的曝光时序，以同步于参考光源14的闪烁时序。
参考值R依据图像传感器16的曝光时序与参考光源14的闪烁时序的倍率差而设计，并在进行同步调整前需先进行参考值R的设定与存储。请参阅图2，图2为本发明实施例的图像传感器16和参考光源14的时序比较图。图像传感器16的曝光时序优选地可为参考光源14的闪烁时序的整数倍。举例来说，如图2A所示，图像传感器16的曝光时序可在每两个时间单位(T)曝光一次，其占空比等于百分之五十；参考光源14的闪烁时序可为曝光时序的三倍，并且闪烁时序的占空比优选地略大于百分之五十。
参考值R可包括一个第一参数R1与多个第二参数R2，用以代表所获取图像在不同同步状态下的亮度标准。举例来说，第一参数R1为曝光时序同步闪烁时序的亮度变化，图像传感器16每次的曝光周期皆会完整落在参考光源14的致能区或非致能区，因此第一参数R1由全亮图像和全暗图像的排列组成。另一方面，第二参数R2为曝光时序不同步闪烁时序的亮度变化，图像传感器16会有一次以上的曝光周期座落在参考光源14的致能区与非致能区中间，故第二参数R2由全亮图像、全暗图像、和非全亮全暗图像的排列所组成。由于图像传感器16的曝光时序在初启动时可能快于或慢于参考光源14的闪烁时序，故光学侦测装置10先将多种可能的时序差(意即第一参数R1和第二参数R2)预设在数据库20内以供后续的比对验证。
如图2A所示，图像传感器16的曝光时序同步于参考光源14的闪烁时序，因此图像传感器16在前两个曝光时区才可获取到参考光源14，第一参数R1即为全亮图像、全亮图像及全暗图像的排列。如图2B所示，图像传感器16的曝光时序快于参考光源14的闪烁时序，因此图像传感器16每连续图像组的第二个曝光时区仅获取部分的参考光源14，第三个曝光时区无法获取到参考光源14，可预设其中一组第二参数R2为全亮图像、半亮图像及全暗图像的排列。如图2C所示，图像传感器16的曝光时序慢于参考光源14的闪烁时序，因此图像传感器16每连续图像组的第一个曝光时区仅获取部分的参考光源14，第三个曝光时区无法获取到参考光源14，故另一组第二参数R2预设为半亮图像、全亮图像及全暗图像的排列。
如图1与图2所示，控制单元18用来分析连续图像组各图像(如前述的三个曝光时区)的部分像素的总亮度值或平均亮度值的变化，例如可先设定图像中的欲获取区域，再把所述区域内所有像素的亮度值加总或平均以得到一个数值。再者，控制单元18进一步还可分析连续图像组的各图像的亮度排列变化，意即全亮图像、半亮图像及全暗图像的交错排列变化，用来比对其是否符合参考值R的第一参数R1或第二参数R2。其中，图像传感器16的曝光时序与参考光源14的闪烁时序的倍率差端视设定需求而定，不限于前述实施例所述的三倍时序差，并且参考值R的第一参数R1与第二参数R2也根据图像传感器16和参考光源14的时序倍率差而有相应变化，故此不再详加一一叙明。
请参阅图2与图3，图3为本发明实施例的调整图像传感器16的曝光时序同步于参考光源14的闪烁时序的流程图。图3所示的同步调整方法适用在图1所示的光学侦测装置10。首先，执行步骤300，图像传感器16获取具参考光源14的连续图像组。接着，执行步骤302至步骤304，控制单元18分析连续图像组的亮度变化，并联机到数据库20读取参考值R。接着，执行步骤306，控制单元18可先比较连续图像组的亮度变化是否符合第一参数R1，若两者相符，表示图像传感器16的曝光时序已经同步于参考光源14的闪烁时序，如图2A所示。故执行步骤308，不调整图像传感器16的曝光时序。其中，第一参数R1可以是连续图像组的最大亮度值或最均匀亮度值，或是依据图像传感器16与参考光源14的时序倍率差所预设的亮度排列。
另一方面，若连续图像组的亮度变化不符合第一参数R1，则执行步骤310，比对第二参数R2与连续图像组的亮度排列。由于参考值R可包括多个第二参数R2，并且不同第二参数R2具有不同的图像明暗排列变化，因此控制单元18将依据连续图像组的亮度排列找出相符的第二参数R2。接着，执行步骤312及步骤314，控制单元18选取具相同亮度排列变化的第二参数R2，并根据此第二参数R2决定是要提前或延迟图像传感器16的曝光时序。如图2B所示，当辨识出连续图像组的亮度排列为全亮图像、半亮图像和全暗图像的顺序组合时，控制单元18可延迟图像传感器16的曝光时序，直至图像传感器16获取到两个全亮图像，即表示已将图像传感器16的曝光时序调整为同步于参考光源14的闪烁时序。如图2C所示，当辨识出连续图像组的亮度排列为半亮图像、全亮图像和全暗图像的顺序组合时，控制单元18可提前图像传感器16的曝光时序，使得图像传感器16可获取到两个全亮图像，而同步于参考光源14的闪烁时序。
这样一来，本发明的光学侦测装置10在已知参考光源14的闪烁时序与占空比的情形下，可依据图像传感器16所获取连续图像组的亮度值及亮度排列变化调整图像传感器16的曝光时序。每次的时序调整可为三分之一或四分之一个时间单位，然后再次执行图3所示的流程，逐步移动图像传感器16的曝光时序以同步于参考光源14的闪烁时序。为了加速同步调整的效率，本发明还可通过控制单元18驱动图像传感器16拉高其曝光时序。详细来说，图像传感器16可具有第一操作模式及第二操作模式，并且第一操作模式的曝光时序大于第二操作模式的曝光时序。光学侦测装置10刚启动时，控制单元18控制图像传感器16操作在第一操作模式，以快速进行图像传感器16和参考光源14的时序同步调整。在图像传感器16的曝光时序同步参考光源14的闪烁时序后，控制单元18在控制图像传感器16操作第二操作模式，借此兼顾快速同步调整与节约能源消耗的目的。
若光学侦测装置10为手持式指向装置，参考光源14为显示屏幕的参考点，本发明不需在显示屏幕装设额外的信号接收器去处理同步信号反馈，光学侦测装置10可直接依据图像传感器16获取到的参考光源14的闪烁状态，调整图像传感器16的曝光时序以达到同步效果。除此之外，若光学侦测装置10为触控屏幕的光学传感器，参考光源14为触控笔的主动光源，触控笔也不需具有额外的信号接收器。光学侦测装置10在进行时序同步调整时，首先将图像传感器16操作在第一操作模式以高频方式进行侦测扫瞄，此时光学侦测装置10仅确认图像中是否有超过亮度门坎的像素，而不去计算超过亮度门坎的像素重心(意即不计算触控笔的位置)，直到光学侦测装置10完成相对参考光源14的时序同步调整后，才控制图像传感器16操作在第二操作模式进行后续的重心计算。
相较现有技术，本发明不需在参考光源设置额外的信号接收器，光学侦测装置的控制单元可依据所获取的参考点闪烁状态直接调整图像传感器的曝光时序，达到图像传感器和参考光源的时序同步，故可有效降低组件数量及制造成本，提高产品的市场竞争力。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (30)
1.一种光学侦测装置的同步调整方法，用来将图像传感器的曝光时序同步于参考光源的闪烁时序，其特征在于，所述方法包括：
依循预设周期获取连续图像组；
分析所述连续图像组的亮度变化；以及
根据所述亮度变化调整所述图像传感器的曝光时序，以使所述图像传感器的曝光时序同步所述参考光源的闪烁时序。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
设定所述图像传感器的像素数组的局部区域；
加总所述局部区域所有像素的亮度值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述亮度变化包括所述连续图像组的各图像的部分像素的总亮度值或平均亮度值的亮度变化，及/或所述连续图像组的各图像的亮度排列变化。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述亮度变化调整所述图像传感器的曝光时序包括：
联机到数据库以读取参考值；
比较所述参考值与所述亮度变化；以及
依据比较结果来移动所述图像传感器的曝光时序。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述参考值具有第一参数，所述第一参数为全亮图像和全暗图像的排列变化。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述参考值进一步具有第二参数，所述第二参数为全亮图像、全暗图像、和非全亮全暗图像的排列变化。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述连续图像组的亮度值符合所述第一参数，不位移所述图像传感器的曝光时序。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述连续图像组的亮度排列符合所述第一参数，不位移所述图像传感器的曝光时序。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述连续图像组的亮度变化不符合所述第一参数，分析所述连续图像组的亮度排列以比对所述第二参数；以及
根据分析结果来位移所述图像传感器的曝光时序。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述参考值包括多个第二参数，所述方法还包括：
由所述多个第二参数中选取相同所述连续图像组的所述亮度排列的其中一个第二参数；以及
根据所述选取第二参数决定要提前或延迟所述图像传感器的曝光时序。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
依据所述图像传感器的曝光时序与所述参考光源的闪烁时序的倍率差而设计所述参考值；以及
将所述参考值在进行同步调整前存储在所述数据库中。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述图像传感器的曝光时序为所述参考光源的闪烁时序的整数倍。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述闪烁时序的占空比大于百分之五十。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
提高所述图像传感器的曝光时序以获取所述多个图像。
15.一种光学侦测装置，用来读取参考光源以滤除噪声，其特征在于，所述光学侦测装置包括：
图像传感器，所述图像传感器依循预设周期获取连续图像组；以及
控制单元，电连接所述图像传感器，所述控制单元分析所述连续图像组的亮度变化，并根据所述亮度变化调整所述图像传感器的曝光时序，以调整所述图像传感器的曝光时序同步于所述参考光源的闪烁时序。
16.如权利要求15所述的光学侦测装置，其特征在于，所述控制单元设定所述图像传感器的像素数组的局部区域，并加总所述局部区域所有像素以得到亮度值。
17.如权利要求16所述的光学侦测装置，其特征在于，所述控制单元分析所述连续图像组各图像的部分像素的总亮度值或平均亮度值的亮度变化，及/或所述连续图像组的各图像的亮度排列变化。
18.如权利要求15所述的光学侦测装置，其特征在于，所述光学侦测装置还包括：
数据库，用以储存所述参考值。
19.如权利要求18所述的光学侦测装置，其特征在于，所述控制单元联机到所述数据库读取所述参考值，接着比较所述参考值与所述亮度变化，以根据比较结果来移动所述图像传感器的曝光时序。
20.如权利要求18所述的光学侦测装置，其特征在于，所述参考值具有第一参数，所述第一参数为全亮图像和全暗图像的排列变化。
21.如权利要求20所述的光学侦测装置，其特征在于，所述参考值进一步具有第二参数，所述第二参数为全亮图像、全暗图像、和非全亮全暗图像的排列变化。
22.如权利要求20所述的光学侦测装置，其特征在于，所述控制单元在所述连续图像组的亮度值符合所述第一参数时，不位移所述图像传感器的曝光时序。
23.如权利要求20所述的光学侦测装置，其特征在于，所述控制单元在所述连续图像组的亮度排列符合所述第一参数时，不位移所述图像传感器的曝光时序。
24.如权利要求21所述的光学侦测装置，其特征在于，所述控制单元在当所述连续图像组的亮度变化不符合所述第一参数时，分析所述连续图像组的亮度排列以比对所述第二参数，并根据分析结果来位移所述图像传感器的曝光时序。
25.如权利要求24所述的光学侦测装置，其特征在于，所述参考值包括多个第二参数，所述控制单元由所述多个第二参数中选取相同于所述连续图像组的所述亮度排列的其中一个第二参数，再根据所述选取第二参数来提前或延迟所述图像传感器的曝光时序。
26.如权利要求15所述的光学侦测装置，其特征在于，所述参考值依据所述图像传感器的曝光时序与所述参考光源的闪烁时序的倍率差而设计，并且在进行同步调整前存储在所述数据库中。
27.如权利要求26所述的光学侦测装置，其特征在于，所述图像传感器的曝光时序为所述参考光源的闪烁时序的整数倍。
28.如权利要求15所述的光学侦测装置，其特征在于，所述闪烁时序的占空比大于百分之五十。
29.如权利要求15所述的光学侦测装置，其特征在于，所述控制单元驱动所述图像传感器提高曝光时序以获取所述多个图像。
30.一种光学侦测装置，用来读取参考光源以滤除噪声，其特征在于，所述光学侦测装置包括：
图像传感器，具有第一操作模式及第二操作模式，其中第一操作模式的曝光时序大于所述第二操作模式的曝光时序；以及
控制单元，电连接所述图像传感器，并控制所述图像传感器操作在所述第一操作模式，依循预设周期获取连续图像组，所述控制单元分析所述连续图像组的亮度变化，根据所述亮度变化调整所述图像传感器的曝光时序，以使所述图像传感器的曝光时序同步所述参考光源的闪烁时序；
其中，所述控制单元在所述图像传感器的曝光时序同步所述参考光源的闪烁时序后，控制所述图像传感器操作在所述第二操作模式。
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