TWI476381B - 環境光偵測裝置與方法、及使用此環境光偵測裝置之互動式裝置 - Google Patents

Description

環境光偵測裝置與方法、及使用此環境光偵測裝置之互動式裝置

本發明有關於一種環境光偵測裝置與方法，特別是指利用分割一可見光影像為複數個影像區塊，並在影像區塊內分別採樣進行分析以獲得分析輸出訊號之一種環境光偵測裝置與方法。本發明也有關於使用此種環境光偵測裝置的互動式裝置。

環境光感測器(Ambient Light Sensor)係用於感測周圍環境光並分析環境光之狀態；為產生與人類肉眼視覺所感受相類似的波長頻譜效應，環境光感測器的結構通常包含鍍膜、數位類比轉換器、以及功率放大器等。又，近接感測器(Proximity Sensor)亦用於感測光，但其作用則主要是用於感測距離；近接感測器通常須外加一紅外光源，以偵測該光源照射到物體後之反射光線，藉以判斷距離。在互動式裝置中，通常會根據不同的需求，而使用不同種類功能或不同感測範圍的感測裝置。參照第1圖，其中顯示一習知互動式裝置10，例如手機、個人數位助理器(PDA)、筆記型電腦、平板電腦等。此類互動式裝置通常具備攝影功能，因此包含影像感測元件11。而除影像感測元件11外，因需求功能不同，會增加不同之感測器12、13以及14，其中可包含近接感測器或不同偵測規格之環境光感測器等。

然而，在互動式裝置中設置多個感測器，且若設置近 接感測器尚須外加一紅外光源，其無論是成本、耗能、複雜度等都較高。此外，當互動式裝置為攜帶式電子裝置時，如能提供攜帶式電子裝置更多操控的方式，例如搖擺攜帶式電子裝置代表特定操控指令等，且不需增加元件數量與複雜度，將使產品更為便利而具競爭力。

因此，如何改善上述問題及滿足上述需求，實為相關領域之人員所重視的議題之一。

本發明之目的在提供一種環境光偵測裝置與方法、以及使用此種環境光偵測裝置的互動式裝置，可降低產品的成本與複雜度，並提供更多操控的方式。

為達上述之目的，本發明提供了一種環境光偵測裝置，接收來自一影像感測元件所產生之至少一可見光影像，此環境光偵測裝置包含一影像取樣元件以及一分析元件。影像取樣元件，分割可見光影像為複數個影像區塊，在影像區塊內分別擷取至少一採樣資訊，並根據前後擷取之採樣資訊產生一對照資訊。分析元件進行對照資訊之分析而產生一分析輸出訊號。

本發明也提供了一種互動式裝置，包含：一提供該互動式裝置攝影功能之影像感測元件，該影像感測元件用以根據環境光產生一影像；以及一環境光偵測裝置，用以在該影像內擷取至少一採樣資訊，並根據前後擷取之採樣資訊產生一對照資訊，以及分析該對照資訊而產生一分析輸 出訊號。

本發明也提供了一種環境光偵測方法，包含：以一互動裝置中供攝影用之影像取樣元件，根據環境光而取得一影像；在該影像內擷取至少一採樣資訊；根據前後擷取之該些採樣資訊產生一對照資訊；以及分析該對照資訊而產生一分析輸出訊號。

在本發明之一實施例中，可將該影像平均分割或比例分割為複數個影像區塊。

本發明之一實施例中，該影像包括複數像素資訊且每一像素資訊包括複數次像素資訊，該採樣資訊係根據亮度、色溫、對比、影像紋理、特定顏色或符合特定條件之像素或次像素的數目或形狀等影像特徵而產生。該特定顏色之次像素例如為綠色次像素。

本發明之一實施例中，可根據對照資訊並參照互動式裝置的使用狀態，而產生分析輸出訊號。該分析輸出訊號例如包括以下之一或多者：翻轉輸出訊號、近接輸出訊號、環境亮度輸出訊號、手勢輸出訊號、裝置運動輸出訊號、或裝置搖擺輸出訊號。

本發明之一實施例中，可根據該分析輸出訊號而執行該互動裝置之一功能。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各裝置以及各元件之間之功能作用關係，至於形狀、厚度與寬度則並未依照比例繪製。

本發明之環境光偵測裝置可應用於各種互動式裝置如觸控板、觸控螢幕、手機、個人數位助理器(PDA)、筆記型電腦、平板電腦等、或其他用途中。

參照第2圖，其中為本發明一實施例之環境光偵測裝置20之示意圖，其接收來自一影像感測元件S所產生之至少一影像。環境光偵測裝置20例如可與影像感測元件S整合在一互動式裝置內，當互動式裝置本身已設有影像感測元件S時，環境光偵測裝置20即可利用該影像感測元件S所擷取的畫面，而不需要另外設置感測器。目前許多攜帶式電子裝置(如前述手機、個人數位助理器(PDA)、筆記型電腦、平板電腦等)皆已設置影像感測元件S，因此相較於習知環境光感測器，本發明可更具成本優勢且電路複雜度也較低。

本發明之環境光偵測裝置20包含一影像取樣元件21以及一分析元件22。當影像感測元件S並非專為配合環境光偵測裝置20而設置時，影像感測元件S通常是為了提供攝影(照相或錄影)功能，因此影像感測元件S將會產生 可見光影像(但本發明並不侷限於此；影像感測元件S亦可產生非可見光影像，例如紅外線影像)。影像取樣元件21將影像感測元件S所擷取之可見光影像(參考第3圖，符號S2)分割為複數個影像區塊(第3圖，符號S2B1)，在影像區塊內分別擷取至少一採樣資訊，並根據前後擷取之採樣資訊產生一對照資訊。分析元件進行對照資訊之分析而產生一分析輸出訊號。

影像感測元件S包括複數個像素感測單元S1，而圖式中複數個像素感測單元S1之數量僅為示意目的，實施時不受限於圖式中複數個像素感測單元S1之數量。當影像感測元件S是為偵測可見光而設時，第2A圖舉例說明像素感測單元S1可包含紅R、綠G、以及藍B三種次像素感測單元，分別對接收之可見光產生對應之紅次像素資訊、綠次像素資訊、以及藍次像素資訊。在此例中，因綠次像素資訊與人類肉眼視覺較接近，所以環境光亮度之判斷可依綠次像素資訊為主要依據。但本發明並不侷限於此；像素感測單元S1亦可使用其他次像素組合如CMYK〔青(Cyan)、洋紅(Magenta)、黃(Yellow)、黑(Black)〕，或是不同於圖示的RGB次像素排列方式，環境光亮度之判斷可依其他次像素資訊來作為主要依據、或根據平均值、加權值來計算，等等。

參照第3圖，其中為本發明一實施例之影像S2(例如但不限於為可見光影像)之影像區塊分割示意圖。可見光影像S2係產生自影像感測元件S，可見光影像S2中具有 複數個像素成像單元S21，而影像取樣元件21可分割可見光影像S2為複數個影像區塊S2B1。分割為複數個影像區塊的方式不限於為第3圖中所顯示之平均分割，舉一應用例，請參閱第3A圖，可見光影像S2可能會依鏡頭徑向透光率之差異而產生成像效果上差異，故可依鏡頭之規格而比例分割可見光影像S2上之複數個像素成像單元S21，其分割方式可如第3A圖中複數個影像區塊S2B2所示。影像取樣元件21可分別對不同影像區塊S2B2之採樣資訊進行不同調整，或者分析元件22可對不同影像區塊S2B2內之對照資訊進行不同調整，如此可因應不同影像區塊內之基準差異而進行調整以減少誤差。

各影像區塊可依取中心、平均值、加權重心、最大值等各種方式，來取得一代表值，此即前述的採樣資訊。而對照資訊例如可為前後採樣資訊的函數運算值，其最簡單的形式就是差值。運算的基礎值例如可以是亮度值，但也可以是其他可取得的值。

本發明所提出之環境光偵測裝置20中，分析元件22分析對照資訊而產生一分析輸出訊號，或除了分析對照資訊之外，尚可參酌互動式裝置所能提供的其他資訊(例如但不限於互動式裝置目前使用狀態、時間、重力、加速度、角速度等)，而產生分析輸出訊號。分析輸出訊號例如但不限於可包括一翻轉輸出訊號、一近接輸出訊號、一環境亮度輸出訊號、一手勢輸出訊號、一裝置運動輸出訊號、或一裝置搖擺輸出訊號等，且可根據互動式裝置目前使用狀 態而選擇性決定。所謂翻轉輸出訊號是表示裝設環境光偵測裝置20的互動式裝置是否翻轉；近接輸出訊號是表示是否有物體靠近該互動式裝置；環境亮度輸出訊號是表示對環境亮度的偵測結果；手勢輸出訊號是表示使用者是否相對於該互動式裝置而做了特定的手勢；裝置運動輸出訊號是表示該互動式裝置的移動方向及/或移動量；裝置搖擺輸出訊號是表示該互動式裝置是否搖擺。這些訊號都可運用來提供使用者資訊或對互動式裝置的操控功能。

詳言之，分析元件22自影像取樣元件21接收對照資訊並判斷對照資訊之動態範圍(Dynamic Range)是否改變，例如由一亮範圍進入一暗範圍或反之，其中亮範圍與暗範圍之臨界值設定可根據應用需求而設定。舉例而言，當互動式裝置為手機或平板電腦，而分析元件22分析對照資訊的目的是判斷手機或平板電腦是否翻轉(亦即分析輸出訊號是翻轉輸出訊號)時，因手機翻轉後可能無法完全遮光，而平板電腦之遮光效果較佳，如此則判斷是否翻轉之暗範圍設定，手機應較平板電腦為寬鬆。再舉例而言，當互動式裝置為手機，而分析元件22分析對照資訊的目的是判斷手機是否翻轉或貼近人耳時(亦即分析輸出訊號是翻轉輸出訊號或近接輸出訊號)時，因手機貼近人耳後可能無法完全遮光，而翻轉遮光效果較佳，如此則判斷是否貼近人耳之暗範圍設定，應較判斷是否翻轉之暗範圍設定為寬鬆。所以亮範圍與暗範圍的臨界值設定宜隨實際應用而調整，通常暗範圍之敏感度需求較高，亮範圍之敏感度 需求相對較低，實際應用時可利用對數函數等方式來刻度化亮範圍與暗範圍。

分析元件22所輸出的分析輸出訊號，如何便利使用者來操控互動式裝置，舉例說明如下。請參考第4圖，顯示互動式裝置翻轉操作之示意圖，其中顯示出互動式裝置D之裝置翻轉方向F。當分析元件22判斷對照資訊由一亮範圍進入一暗範圍，且更可參酌其他資訊(例如時間：可判斷由亮範圍進入暗範圍是否逾一預定時間後，以及使用狀態：可判斷互動式裝置D的位置狀態或目前正在執行的功能)，於是產生對應於互動式裝置D之狀態的分析輸出訊號，在本例中例如但不限於可根據互動式裝置D之狀態而選擇性為翻轉輸出訊號、近接輸出訊號、或環境亮度輸出訊號。

更詳言之，例如互動式裝置D為一手機，當其使用狀態例如為手機鈴聲響時，分析輸出訊號可選擇性為翻轉輸出訊號，而此例如表示使用者意欲將手機鈴聲轉為靜音模式，或手機拒絕接聽等。而當手機使用狀態在通話模式時，分析輸出訊號可選擇性為近接輸出訊號，以偵測例如使用者臉部是否緊貼手機，若判斷為是便可將顯示幕亮度降低或關閉顯示幕，節省不必要電能浪費。又例如當使用狀態為顯示幕操作中，分析輸出訊號可選擇性為環境亮度輸出訊號，此環境亮度輸出訊號根據對照資訊的變化而顯示出環境亮度的改變，顯示幕便可根據環境亮度輸出訊號而調整顯示亮度，例如高亮度環境中降低顯示幕亮度以節省電 能，低亮度環境中提昇顯示幕亮度以增加可識別性等。

以上根據使用狀態而動態選擇產生對應的分析輸出訊號，此係較佳而非必須；分析元件22所輸出的分析輸出訊號亦可與互動式裝置D之使用狀態無關。

又，以上所舉例為根據亮度進行判斷，但採樣資訊不限於必須與影像整體或區塊亮度有關。在另一實施例中，影像取樣元件21可在可見光影像中擷取至少一影像指標作為採樣資訊，並根據前後擷取之影像指標產生對照資訊。影像指標可根據色溫、對比、影像紋理、特定顏色或符合特定條件之像素或次像素的數目或形狀等影像特徵來產生，當然也可以仍根據亮度來產生；基本上，可使用任何方式，在整體或一部份影像中，取一或多個像素或次像素作為代表，而該一或多個像素或次像素、或其經某種運算的結果，即為影像指標。分析元件22亦可根據從影像指標產生的對照資訊來產生分析輸出訊號，操作原理可由前述類推，在此不贅述。

參考第5圖，第5圖為顯示手勢操作之示意圖，其中顯示一手部H以及一預設指令手勢T。當手部H在影像感測元件S的影像擷取範圍內移動時，影像感測元件S所擷取的影像將會改變，亦即影像指標會改變。分析元件22判斷影像指標之移動向量或移動軌跡是否符合一預設指令手勢T，據之所產生之分析輸出訊號可為一手勢輸出訊號。例如預設圓形手勢代表為手機靜音之指令，在手機之影像感測元件前方如圖示手勢比劃一圓，當分析元件22 根據對照資訊(即多個採樣資訊的相互關聯性，在本例中為多個影像指標的軌跡)判斷手勢符合預設之圓形手勢時，便產生對應之分析輸出訊號(在本例中為手勢輸出訊號)，而手機即可根據該分析輸出訊號而關閉鈴聲轉為靜音。當然，實際應用時也不限於靜音而可為任何設定的功能，例如開啟手機電話通訊錄、或鎖定觸控式螢幕避免誤按啟動等，可視需要來設定。

參考第6圖，第6圖為顯示裝置運動操作之示意圖，其中顯示一互動式裝置D以及一裝置運動方向M。當互動式裝置D運動時，影像感測元件S所擷取的影像隨之改變，亦即影像指標會改變。分析元件22判斷影像指標之移動向量或移動軌跡是否符合一裝置運動指令，據之所產生之分析輸出訊號可為一裝置運動輸出訊號。當裝置依一特定方向運動(例如但不受限於第6圖所示之方向)，互動式裝置D內之影像感測器S所擷取之影像指標會隨裝置移動而反方向移動，分析元件22可依此判斷而產生對應的裝置運動輸出訊號。此裝置運動輸出訊號之應用可例如為換頁、啟動相機、或特定功能開啟等，可視需要來設定。裝置運動輸出訊號和手勢輸出訊號都是根據影像指標的改變而產生，但裝置運動輸出訊號是根因於互動式裝置D本身的移動，而手勢輸出訊號是根因於所擷取的影像中物體的移動。如果互動式裝置D本已另設有其他感測器而能區分互動式裝置D本身是否移動，如重力、加速度、或角速度感測器等，則分析元件22可根據這些感測器所提供的資 訊，來判斷是互動式裝置D本身的移動、或是所擷取的影像中物體的移動，以便利區分應產生裝置運動輸出訊號或手勢輸出訊號。但如互動式裝置D並未能提供此種資訊，則亦不影響本發明，僅需將手勢輸出訊號和裝置運動輸出訊號的對應影像指標變化軌跡設為不同而易於分辨，即可。

參考第7圖，第7圖為顯示裝置搖擺操作之示意圖，其中顯示互動式裝置D以及一裝置搖擺方向S；「搖擺」意指互動式裝置相對於一平面而轉動。分析元件22判斷影像指標之移動向量或移動軌跡是否符合一裝置搖擺指令，據之所產生之分析輸出訊號可為一裝置搖擺輸出訊號。當互動式裝置D搖擺時，影像感測器S所擷取之影像指標會隨裝置搖擺而反方向搖擺，分析元件22可依此判斷是否產生裝置搖擺指令，或也可綜合互動式裝置D所能提供的其他資訊來綜合判斷。此裝置搖擺輸出訊號之應用可例如為換頁、啟動相機、顯示特定字元、或特定功能開啟等，可視需要來設定。類似於前述，裝置搖擺輸出訊號、裝置運動輸出訊號和手勢輸出訊號都與影像指標的改變有關，也都與互動式裝置D本身是否移動有關；因此，若互動式裝置D能提供其他資訊以協助判斷，則分析元件22可將這些資訊考慮在內，但如互動式裝置D並未能提供此種資訊，則亦不影響本發明，僅需將裝置搖擺輸出訊號、裝置運動輸出訊號和手勢輸出訊號的對應影像指標變化軌跡設為不同而易於分辨，即可。

以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述 者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。對於熟悉本技術者，當可在本發明精神內，立即思及各種等效變化。舉例而言，分析元件對對照資訊進行分析時，可能因影像之曝光時間而影響分析結果，而設計人員應依使用需要在設定曝光時間上取得最佳值。又例如，應用於低解析度影像感測元件時，所需之影像之採樣數量須增加，以提昇分析元件進行對照資訊分析之可靠度。而本發明除所應用於所舉例揭示的裝置外，當然亦可應用於其他小型攜帶式電子裝置上、或大尺寸的其他裝置上。故凡依本發明之概念與精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10‧‧‧習知環境光偵測裝置

11‧‧‧影像感測元件

12、13、14‧‧‧感測器

20‧‧‧環境光偵測裝置

21‧‧‧影像取樣元件

22‧‧‧分析元件

D‧‧‧互動式裝置

F‧‧‧裝置翻轉方向

H‧‧‧手部

M‧‧‧裝置運動方向

S‧‧‧影像感測元件

S1‧‧‧像素感測單元

S2‧‧‧可見光影像

S21‧‧‧像素

R、G、B‧‧‧次像素

S‧‧‧裝置搖擺方向

S2B1、S2B2‧‧‧影像區塊

T‧‧‧預設指令手勢

第1圖顯示習知互動式裝置。

第2圖為本發明之環境光偵測裝置一實施例之示意圖。

第2A圖為像素感測單元一實施例之示意圖

第3圖為本發明之影像區塊分割示意圖。

第3A圖為本發明之另一影像區塊分割示意圖。

第4圖為顯示裝置翻轉操作之示意圖。

第5圖為顯示手勢操作之示意圖。

第6圖為顯示裝置運動操作之示意圖。

第7圖為顯示裝置搖擺操作之示意圖。

20‧‧‧環境光偵測裝置

21‧‧‧影像取樣元件

22‧‧‧分析元件

S‧‧‧影像感測元件

S1‧‧‧像素感測單元

Claims (17)

1. 一種環境光偵測裝置，接收來自一影像感測元件所產生之至少一可見光影像，該環境光偵測裝置包含：一影像取樣元件，用以分割單一該可見光影像為複數個影像區塊，在該些影像區塊內分別擷取至少一採樣資訊，並根據前後擷取之採樣資訊產生一對照資訊；以及一分析元件，用以分析該對照資訊之動態範圍變化，根據動態範圍變化以調整一臨界值，根據該臨界值判斷該對照資訊係處於一亮範圍或一暗範圍，而產生一分析輸出訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之環境光偵測裝置，其中該可見光影像係平均分割或比例分割為該些影像區塊。
3. 如申請專利範圍第1項所述之環境光偵測裝置，其中該採樣資訊包括至少一綠色次像素資訊，該影像取樣元件根據該綠色次像素資訊以產生該對照資訊。
4. 如申請專利範圍第1項所述之環境光偵測裝置，其中該採樣資訊係根據亮度而產生。
5. 如申請專利範圍第1項所述之環境光偵測裝置，其中該可見光影像包括複數像素資訊且每一像素資訊包括複數次像素資訊，該採樣資訊係根據亮度、色溫、對比、影像紋理、特定顏色或符合特定條件之像素或次像素的數目或形狀等影像特徵而產生。
6. 如申請專利範圍第1項所述之環境光偵測裝置，其中該環境光偵測裝置係裝設於一互動式裝置中，且該分析元件根據該對照資訊、及該互動式裝置之使用狀態而產生該 分析輸出訊號。
7. 如申請專利範圍第1項所述之環境光偵測裝置，其中該分析輸出訊號包括以下之一或多者：翻轉輸出訊號、近接輸出訊號、環境亮度輸出訊號、手勢輸出訊號、裝置運動輸出訊號、或裝置搖擺輸出訊號。
8. 一種互動式裝置，包含：一提供該互動式裝置攝影功能之影像感測元件，該影像感測元件用以根據環境光產生一影像；以及一環境光偵測裝置，用以在該影像內擷取至少一採樣資訊，並根據前後擷取之採樣資訊產生一對照資訊，以及分析該對照資訊之動態範圍變化調整一臨界值，根據該臨界值以判斷該對照資訊係處於一亮範圍或一暗範圍，而產生一分析輸出訊號；其中，該環境光偵測裝置分割單一該影像為複數個影像區塊，在該些影像區塊內分別擷取該至少一採樣資訊。
9. 如申請專利範圍第8項所述之互動式裝置，其中該影像包括複數像素資訊且每一像素資訊包括複數次像素資訊，該採樣資訊係根據亮度、色溫、對比、影像紋理、特定顏色或符合特定條件之像素或次像素的數目或形狀等影像特徵而產生。
10. 如申請專利範圍第8項所述之互動式裝置，其中該影像感測元件包括複數像素感測單元且每一像素感測單元包括複數次像素感測單元，用以感測可見光而產生一可見光影像，且其中該採樣資訊包括至少一次像素資訊。
11. 如申請專利範圍第8項所述之互動式裝置，其中該環境光偵測裝置根據該對照資訊、及該互動式裝置之使用狀態而產生該分析輸出訊號。
12. 如申請專利範圍第8項所述之互動式裝置，其中該分析輸出訊號包括以下之一或多者：翻轉輸出訊號、近接輸出訊號、環境亮度輸出訊號、手勢輸出訊號、裝置運動輸出訊號、或裝置搖擺輸出訊號。
13. 一種環境光偵測方法，包含：以一互動式裝置中供攝影用之影像取樣元件，根據環境光而取得一影像；在該影像內擷取至少一採樣資訊；根據前後擷取之該些採樣資訊產生一對照資訊；以及分析該對照資訊之動態範圍變化以調整一臨界值，根據該臨界值判斷該對照資訊係處於一亮範圍或一暗範圍，而產生一分析輸出訊號，其中該在該影像內擷取至少一採樣資訊之步驟包括：分割單一該影像為複數個影像區塊，並在該些影像區塊內分別擷取至少一採樣資訊。
14. 如申請專利範圍第13項所述之環境光偵測方法，其中該影像包括複數像素資訊且每一像素資訊包括複數次像素資訊，該採樣資訊係根據亮度、色溫、對比、影像紋理、特定顏色或符合特定條件之像素或次像素的數目或形狀等影像特徵而產生。
15. 如申請專利範圍第13項所述之環境光偵測方法，其 中該分析該對照資訊而產生一分析輸出訊號之步驟包括：根據該對照資訊、及該互動式裝置之使用狀態而產生該分析輸出訊號。
16. 如申請專利範圍第13項所述之環境光偵測方法，其中該分析輸出訊號包括以下之一或多者：翻轉輸出訊號、近接輸出訊號、環境亮度輸出訊號、手勢輸出訊號、裝置運動輸出訊號、或裝置搖擺輸出訊號。
17. 如申請專利範圍第13項所述之環境光偵測方法，更包含：根據該分析輸出訊號而執行該互動式裝置之一功能。