CN112135009B - 一种多通道cis图像校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道CIS图像校准方法，S1，暗场采集，调整偏置：采集所有通道的暗场原始数据并进行均值计算，通过调整输入偏置与增益的方式，使暗场矫正值固定在预设范围内，达到多通道暗场基准统一，并采集暗场数据；S2，亮场采集，调整曝光时间：在多通道暗场基准统一的标准下，调整不同光的曝光时间，使CIS在不同曝光条件下的亮场值均处于要求范围内，调整曝光时间后采集亮场数据；S3，计算校准系数：根据采集到的亮场数据和暗场数据进行数学计算，得到校准系数。使用此方法校准后，暗场值将处于较低水平，各通道亮场最大值将呈平滑状态，且处于较高水平。校准后的图像，动态范围较高，图像内信息边缘锐利，易于进行后续图像识别算法。

Description

一种多通道CIS图像校准方法

技术领域

本发明属于金融票据处理设备领域，尤其涉及一种多通道CIS图像校准方法。

背景技术

在票据收发设备中，对票据图像质量指标有着严格的要求，图像质量太差，会影响票据鉴伪，提高票据的拒票率。在保证图像采集硬件良好的情况下，其中一项比较关键步骤的是对接触式图像传感器（Contact Image Sensor，CIS）的校准。完备的校准流程和良好的校准方法不仅能够在直观上提高图像的质量，同时也能在很大程度上降低算法的复杂度，提高票据的识别效率。

常见的CIS校准是直接采集CIS的亮场数据和暗场数据，然后根据两组数据计算出CIS的校准数据系数。针对多通道CIS，这种方法对通道一致性比较好的CIS作用明显，但是针对通道一致性比较差，或者是本身采集电路通道一致性比较差的情况下，作用不是很明显，校准出的数据通道之间存在亮度和颜色的差异。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的缺陷，而提出的一种多通道CIS图像校准方法，为解决多通道之间亮度和颜色存在差异的问题。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种多通道CIS图像校准方法，包括如下步骤：

S1，暗场采集，调整偏置：采集所有通道的暗场原始数据，通过调整输入偏置的方式，使添加偏置后的暗场值处于预设范围内，并采集暗场数据；

S2，亮场采集，调整曝光时间：调整不同光的曝光时间，使CIS在不同曝光条件下的亮场值均处于要求范围内，调整曝光时间后采集亮场数据；

S3，计算校准系数：根据采集到的亮场数据和暗场数据进行计算，得到校准系数。

作为优选的，S1中，根据采集到的暗场原始数据，调整输入的偏置，确保采集到的每个点的暗场数据都大于零，且小于最大暗场值。

作为优选的，S2中，调整不同光的曝光时间，确保采集到的亮场数据都处于最小亮场值与最大亮场值之间。

作为优选的，S3中，校准系数的计算公式如下：

index=(b-a)/Vlmax

其中，index是校准系数，Vlmax是理想状态下的最大亮场值，a是暗场数据，b是亮场数据。

本发明的有益效果在于：

校准的意义在于将同一条件下不同通道参差不齐的采集结果经过计算得到数值相近、趋势相同、动态范围处于可接受范围内的，再进行下一步信号处理。未校准的原始数据无法进行图像识别的算法计算，故校准优劣直接影响算法结果进而影响整机性能。使用此方法校准后，暗场值将处于较低水平，各通道亮场最大值将呈平滑状态，且处于较高水平。校准后的图像，动态范围较高，图像内信息边缘锐利，易于进行后续图像识别算法。

附图说明

图1是在不调通道偏置的情况下采集的暗场数据。

图2是调整偏置后采集的暗场数据。

图3是调整曝光时间前采集的亮场数据。

图4是调整曝光时间后采集的亮场数据。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

首先对亮场、暗场进行说明，亮场即CIS内发光元件工作时感光元件输出的感光结果，暗场即CIS内发光元件完全不工作时感光元件输出的感光结果。

一种多通道CIS图像校准方法，包括如下步骤：

S1，暗场采集，调整偏置：采集所有通道的暗场原始数据，通过调整输入偏置与增益的方式，使添加偏置后的暗场值处于预设范围内，预设范围指的是可接受的范围内且添加偏置后的暗场值相近，并采集暗场数据。

一根CIS含有多组光学传感器（也是本方案中指的多组通道），不同通道在同一条件下输出的感光值并不相同，加偏置即在相同条件下对每通道的输出值分别进行加减运算，使所有通道的计算结果在近似范围内。根据采集到的暗场数据，调整每个通道芯片输入的偏置，确保采集到的每个点的暗场数据都大于零，且每个点的值都小于可接受的最大的暗场值。此步即为调整暗场的一部分，在S1中计算暗场偏置后将此偏置添加至通道芯片偏置中，使通道芯片输出的数字信号已进行过一次校正，此时的暗场数据均为正数且不大于最大的暗场值Vdmax。

S2，亮场采集，调整曝光时间：在上述S1的多通道暗场基准统一的标准下，调整不同光的曝光时间，使CIS在不同曝光条件下的亮场值均处于要求范围内，调整曝光时间后采集亮场数据；多通道暗场基准统一的标准是指：添加偏置后的暗场值处于可接受的范围内且添加偏置后的暗场值处于相近范围内。

S2中，在固定CIS驱动电流和通道芯片增益的情况下，采集亮场数据，并根据采集到的亮场数据，调整每种光的曝光时间，确保采集到的亮场数据都处于可接受的最小亮场值与最大亮场值之间。

CIS内部一般含有多种不同的发光元件，感光元件对不同光的敏感度并不相同；采集不同种光所需的感光时间并不相同。为使最终采集图像各种光的亮度接近，则需调整感光元件对每种光的曝光时间，即不同发光原件各自的工作时间。

S3，根据调整过的暗场数据和亮场数据计算校准系数；计算校准后图像。

公式如下：

index=(b-a)/Vlmax

其中，index是校准系数，Vlmax是理想状态下的最大亮场值，a是暗场数据，b是亮场数据。

精度要求高时最小校准单位为像素点，会对应每个像素点计算偏置和校准系数，index对应像素点，精度要求不高时最小校准单位为CIS通道，则变为对每通道进行计算，此时index对应通道；最大最小亮、暗场为相对于整张图像的最大最小。

以像素点为例：针对单一像素点为单位，计算校准系数，此时Vlmax是理想状态下该像素点的最大亮场值，a是采集到的该像素点的暗场数据，b是采集到的该像素点的亮场数据。

在实际使用中，在采集数据上代入对应校准单位的系数index，得到校准后的数据，使用此数据生成校准后的图像。

具体校准过程如下：

1.校准时CIS表面放置特殊纸张，在ADC增益固定的情况下，关闭所有发光元件，采集得到暗场数据，在不调整偏置的情况下采集的暗场数据如图1。

2.根据采集到的数据，调整每个通道ADC输入的偏置，确保采集到的每个点的值都大于零，且每个点的数据都小于最大暗场值。调整偏置后采集的暗场数据如图2。

3.在固定CIS驱动电流和ADC增益的情况下，采集亮场数据，并根据采集到的亮场数据，调整每种光的曝光时间，确保采集到的值都处于可接受的最小亮场值与最大亮场值之间。这两个值可以根据实际需求和CIS的品质进行灵活的调整。图3是调整曝光时间前采集的亮场数据，图4是调整曝光时间后采集的亮场数据。曝光时间是经过数次修改的，图3和4仅为未调整时的采集结果及调整完成后的结果。

4.根据采集到的亮场数据和暗场数据计算校准系数，index=(b-a)/Vlmax，把index和暗场数据分别写入SPI flash。

SPI flash为一种数据存储芯片，使用SPI总线进行通信，保存的数据用于实际使用时的数据计算。写入SPI flash这个步骤，是为了CIS再次上电后可以继续使用校准结果，若不使用存储芯片则每次上电后都必须重复校准流程。

文中暗场数据即为通过暗场采集数据进行计算后的偏置；采集的亮场数据用于计算曝光时间和系数index，由于index为使用亮场数据进行计算的结果，故系数index中已包含亮场数据。

5.计算校准后图像。

在S1过程中完成了暗场的采集，实际使用中需要计算每通道所需的偏置，使所有通道的暗场值计算后的结果接近；在S2过程中完成了不同种曝光条件下的亮场采集，实际使用中需要对每通道的不同光的采集结果进行数学运算使采集结果接近。校准时CIS表面放置特殊纸张，采集暗场亮场的原始数据，使用暗场原始值计算每像素点的偏置；在各亮场原始数据上添加偏置，计算每像素点的所需的不同系数。校准后的均光纸采集图像理论应为颜色均匀无突变的对应曝光原色的纯色图像。

需要说明的是，通道芯片为ADC芯片，负责将模拟电信号转换为数字信号以便后期处理。

下面对本方案如何实现暗场和亮场的采集进行进一步说明：CIS的采集过程为按照CIS的要求与CIS进行通信，在时钟信号和同步信号的激励下，CIS便会通过对应通道的输出引脚输出感光后的模拟电信号。采集何种光，何时感光可由用户控制，按照CIS要求在感光阶段打对应光，采集阶段采集输出的电信号即完成一次对应光的采集。暗场采集时CIS感光阶段不进行曝光；亮场采集时CIS感光阶段打所需对应的光即可。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种多通道CIS图像校准方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，暗场采集，调整偏置：采集所有通道的暗场原始数据，通过调整输入偏置的方式，使添加偏置后的暗场值处于预设范围内，并采集暗场数据；

其中所述预设范围指的是：根据采集到的暗场原始数据，调整输入的偏置，确保采集到的每个点的暗场数据都大于零，且小于最大暗场值；

S2，亮场采集，调整曝光时间：调整不同光的曝光时间，使CIS在不同曝光条件下的亮场值均处于要求范围内，调整曝光时间后采集亮场数据；

其中所述要求范围指的是：调整不同光的曝光时间，确保采集到的亮场数据都处于最小亮场值与最大亮场值之间；

S3，计算校准系数：根据采集到的亮场数据和暗场数据进行计算，得到校准系数。

2.根据权利要求1所述的一种多通道CIS图像校准方法，其特征在于，S3中，校准系数的计算公式如下：

index=(b-a)/Vlmax

其中，index是校准系数，Vlmax是理想状态下的最大亮场值，a是暗场数据，b是亮场数据。

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