專利名稱：影像感測裝置的曝光控制系統及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種影像感測的技術領域，特別是涉及一種影像感測裝置的曝光控制系統及方法。
背景技術：
在使用影像感測裝置(image sensor)時，常在其前面加裝一快門，以控制影像感測裝置的曝光量及曝光時間。該快門可區(qū)分為機械式快門(mechanical shutter)與電子式快門(electronic shutter)。在體積小及質輕價廉的產品要求下，電子式快門已成為一般影像感測裝置常用的快門。
電子式快門是指曝光時間由該影像感測裝置內的電子信號來控制整個曝光時間及流程?，F有的互補金屬氧化半導體(CMOS)影像感測裝置以一列一列(row-by-row)方式來處理影像感測裝置的重置、曝光及讀取。如圖1所示，為對一像素列進行曝光，該像素列先被重置。為讓每一列的曝光時間相同，連續(xù)列的重置是依一定速度進行。再依序開啟/關閉每一列的電子快門，使每一列依序曝光。這種一列一列(row-by-row)的開啟/關閉電子快門方式稱為滾動電子快門(rolling electronic shutter)。
在這種曝光方式下，一照光裝置需在所有列的曝光過程中均處于開啟狀態(tài)，以提供曝光過程中所需的光源。由于曝光時間長，該照光裝置無法使用高功率的光源，以免該照光裝置燒毀。也就是說，該照光裝置在時間T3至T4中會耗費比較小的電流，例如150mA的電流。雖然該照光裝置耗費比較小的電流，然而由于曝光時間長，整個功率消耗卻頗為可觀。而為降低耗電，通常減少該照光裝置的亮度。然而，此會造成該照光裝置與物體表面距離需要更近，因此角度無法有效增加，或是將CMOS影像感測裝置每一列的電子快門開啟的時間變長以期達到足夠的照度，但是曝光時間長，容易形成影像模糊的現象，如果要讓時間縮短，則CMOS影像感測裝置的感光面積需加大，才能獲得足夠的光。
為避免上述的問題，于美國第US 2003/0007088 A1號專利公開案中，是在影像感測裝置曝光過程中使用多次閃光，以使影像感測裝置的每一像素列平均受到相同的曝光量。如圖2所示，第一次閃光會影響到列0至列11，但是不影響列12至列31。第二次閃光會影響到列12至列23，但是不影響列24至列31，亦不影響列0至列11。雖然對列0至列31的每一像素列而言，其曝光時僅有一次的閃光，因而每一像素列受到相同的曝光量。然而，在時間T1至T2中，若目標物體在移動中，則影像會出現斷裂的現象。因此，現有影像感測裝置的曝光控制系統及方法仍有諸多缺失而有予以改進的必要。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的系在提供一種影像感測裝置的曝光控制系統及方法，以避免現有技術曝光時各像素列曝光量不平均問題，同時增加所擷取影像的品質。
為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種影像感測裝置的曝光控制系統，該系統主要包括一影像感測裝置、一照光裝置、一控制裝置及一光分隔裝置。該影像感測裝置具有以二維矩陣排列的多個光感應像素，當曝光時是曝光在該多個光感應像素的一子區(qū)域中，該子區(qū)域中的每一像素列具有一可曝光狀態(tài)；該照光裝置產生一閃光，作為曝光時的光源；該控制裝置耦合至該影像感測裝置及照光裝置，控制該影像感測裝置曝光時序及該照光裝置產生光源時序；該光分隔裝置耦合至該影像感測裝置，以減低該照光之外的光線的干擾，僅讓該照光傳送至該影像感測裝置；其中，該控制裝置依序開啟該子區(qū)域中的每一像素列，當該子區(qū)域中的每一像素列均在該可曝光狀態(tài)時，該控制裝置驅動該照光裝置以產生該閃光，并控制該閃光的閃光期間。
本發(fā)明還提供一種影像感測裝置的曝光控制系統，該系統主要包括一影像感測裝置、一照光裝置、一控制裝置及一光分隔裝置。該影像感測裝置具有以二維矩陣排列的多個光感應像素，當曝光時系曝光在該多個光感應像素的一子區(qū)域中，該子區(qū)域中的每一像素列具有一可曝光狀態(tài)；該照光裝置產生一閃光，作為曝光時的光源；該控制裝置耦合至該影像感測裝置及照光裝置，控制該影像感測裝置曝光時序及該照光裝置產生光源時序；該光分隔裝置由一上蓋及一底座所組合而成，該影像感測裝置、照光裝置及控制裝置固設于該光阻隔裝置內，以減低該照光之外的光線的干擾，讓該照光傳送至該影像感測裝置；其中，該控制裝置依序開啟該子區(qū)域中的每一像素列，當該子區(qū)域中的每一像素列均在該可曝光狀態(tài)時，該控制裝置驅動該照光裝置以產生該閃光，并控制該閃光的閃光期間。
本發(fā)明再提供一種影像感測裝置的曝光控制方法，是對一影像感測裝置進行曝光，該影像感測裝置具有以二維矩陣排列的多個光感應像素，當曝光時是曝光在該多個光感應像素的一子區(qū)域中，該影像感測裝置并設置一光分隔裝置，以減低一閃光之外的光線的干擾，該方法包括下列步驟一重置步驟，同時對該子區(qū)域中的每一像素列進行重置，以讓每一像素列進入一初始狀態(tài)；一激活曝光步驟，依序激活該子區(qū)域中的每一像素列進入一曝光狀態(tài)；一照光步驟，用以產生該閃光，作為曝光時的光源；一處理步驟，依序對該子區(qū)域中的每一像素列進行取樣，獲得一物體的曝光影像；其中，當該子區(qū)域中的每一像素列均在曝光狀態(tài)時產生該閃光，并控制該閃光的閃光期間。
本發(fā)明又提供一種影像感測裝置的曝光控制方法，是對一影像感測裝置進行曝光，該影像感測裝置具有以二維矩陣排列的多個光感應像素，當曝光時是曝光在該多個光感應像素的一子區(qū)域中，該影像感測裝置并設置一光分隔裝置，以減低一閃光之外的光線的干擾，該方法包括下列步驟一重置步驟，同時對該子區(qū)域中的每一像素列進行重置，以讓每一像素列進入一初始狀態(tài)；一激活曝光步驟，同時激活該子區(qū)域中的每一像素列進入一曝光狀態(tài)；一照光步驟，用以產生該閃光，作為曝光時的光源；一處理步驟，依序對該子區(qū)域中的每一像素列進行取樣，獲得一物體的曝光影像；其中，當該子區(qū)域中的每一像素列均在曝光狀態(tài)時產生該閃光，并控制該閃光的閃光期間。


圖1是現有使用滾動電子快門的曝光示意圖。
圖2是現有使用多次閃光的曝光示意圖。
圖3是本發(fā)明一種具有影像感測裝置的曝光控制系統的一實施例方塊圖。
圖4是本發(fā)明的具有影像感測裝置的曝光控制方法的示意圖。
圖5是本發(fā)明的曝光控制方法另一實施例的示意圖。
圖6是本發(fā)明的曝光控制方法再一實施例的示意圖。
圖7是本發(fā)明一種具有影像感測裝置的曝光控制系統的另一實施例的立體分解圖。
圖號說明影像感測裝置310凸鏡組 320照光裝置330控制裝置340光分隔裝置 350物體360影像感測裝置710凸鏡組 720照光裝置730控制裝置740光阻隔裝置 750延伸臂 770電路板 760上蓋751底座具體實施方式
圖3是本發(fā)明具有影像感測裝置的曝光控制系統的一實施例方塊圖，該系統主要包括一影像感測裝置310、一凸鏡組320、一照光裝置330、一控制裝置340及一光分隔裝置350。
影像感測裝置310是一種互補金屬氧化半導體(CMOS)影像感測裝置。其具有以二維矩陣排列的多個光感應像素。該CMOS影像感測裝置可具有640×480、659×494、752×480個及其它各種不同數目的光感應像素。為符合不同的應用，該CMOS影像感測裝置可設定其工作區(qū)(active region)的大小。例如，對640×480的CMOS影像感測裝置設定其工作區(qū)為320×240。于本實施例中，當曝光時系曝光在該多個光感應像素的一子區(qū)域中，該子區(qū)域大小可為320×240或是96×96或是全區(qū)域。
該照光裝置330產生一閃光，作為影像感測裝置310曝光時的光源。該照光裝置330可為非熱光源(non-thermal light source)。該等非熱光源包括雷射光源、發(fā)光二極管(LED)。該照光裝置330也可為紅外線。
該凸鏡組320包括一凸鏡及一光圈，該凸鏡組320的一面是與該CMOS影像感測裝置310呈相對應的狀態(tài)，以聚集光線，而增強進入該影像感測裝置310的光線。該凸鏡為透明材質所構成，該透明材質為玻璃或透明塑料。當該照光裝置330產生的閃光經由一物體360反射，該反射光經由該凸鏡組320而更加聚焦，而后傳導至該影像感測裝置310上成像，該光圈可在光線亮度高時調整小，以獲得較大的景深，使聚焦更為容易。
當該照光裝置330為使用雷射光源時，由于雷射光源所產生的光線亮度較高，可使景深增加，聚焦更為容易。
該光分隔裝置350設置于與該CMOS影像感測裝置310呈相對應的位置，以減低該照光裝置330所產生該閃光之外的光線的干擾，讓該閃光傳送至該影像感測裝置310。當該照光裝置330為一紅外線時，該光分隔裝置350為一紅外線濾波裝置(IR filter)或是外部光線的阻隔裝置。
該控制裝置340耦合至該影像感測裝置310及照光裝置330，以控制該影像感測裝置310曝光時序及該照光裝置330產生光源時序。當曝光時，該控制裝置340在曝光時間中驅動該照光裝置330以產生該閃光及控制該閃光的閃光期間，以使該閃光經由一物體360(object)的反射光對該子區(qū)域中的光感應像素具有相同光感應效果。該控制裝置330可動態(tài)調整閃光的閃光期間及其閃光亮度，以達到影像畫質及照光能量耗損的最佳化。
圖4是本發(fā)明曝光方法的示意圖。其中，列0的曝光時間由T1至T2改變?yōu)門1至T4，且列0的曝光結束時間(T4)是在列n-1的曝光開始時間(T3)之后。也就是在時間T3至T4中，列0至列n-1的快門均處于開啟狀態(tài)。然而由于該光分隔裝置350，列0在時間T1至T4也不易產生噪聲。該照光裝置330在時間T5至T6產生一閃光，由于曝光時間短，該照光裝置可使用高功率的光源，以讓列0至列n-1能均勻感光。由于曝光時間短及使用高功率的光源，該照光裝置330所產生的光會有類似閃光的效果。
圖5是本發(fā)明曝光方法的另一示意圖。于時間T0時，該控制裝置340產生一重置信號，以對該影像感測裝置310的子區(qū)域內的像素列進行重置，以讓每一像素列進入一初始狀態(tài)。于時間T1時，各像素列進行曝光。由于該光分隔裝置350僅讓該閃光傳送至該影像感測裝置310，故即使存在周圍的光線，也無法進入該影像感測裝置310中。該控制裝置340在列0曝光結束前(T2)驅動該照光裝置330產生一閃光，以作為該影像感測裝置310曝光的光源。該照光裝置330是在時間T4及T5產生一會耗費比較大的電流的閃光，如300mA的電流的閃光。然而由于曝光時間短，整個功率消耗可較現有技術少。于時間T2時，該控制裝置340依序產生一取樣信號，以對列0至列n-1進行數據取樣。
圖6是本發(fā)明曝光方法的再一示意圖。其主要與圖5曝光方法相類似。只是在時間T2后，該控制裝置340提高該影像感測裝置310的時序(clock)，以加速對列0至列n-1進行數據取樣。
圖7是本發(fā)明具有影像感測裝置的曝光控制系統另一實施例的立體分解圖，該系統主要包括一影像感測裝置710、一凸鏡720、一照光裝置730、一控制裝置740、一光分隔裝置750、一延伸臂770及一電路板760。其與圖3實施例主要差別是該光分隔裝置750由一上蓋751及一底座752所組合而成。該電路板760是固定設于上述的光分隔裝置750內，該電路板760設有一控制裝置740。該控制裝置740的一側具有延伸臂770，該延伸臂770上設有照光裝置730，以提供該影像感測裝置710曝光時的照光。
該影像感測裝置710、凸鏡720、照光裝置730及控制裝置740系固設于該光分隔裝置750內。該光分隔裝置750的外的光會被濾除，僅讓該照光裝置730所產生的光傳送至該影像感測裝置710。此時該照光裝置730可為非熱光源。該等非熱光源包括雷射光源、發(fā)光二極管。該照光裝置730亦可為紅外線或是具有多種波長的白光。
本發(fā)明的影像感測裝置(310、710)的曝光方式雖為一列一列(row-by-row)曝光方式，但是也可為一行一行(column-by-column)曝光的方式。其熟悉該技術者所能輕易完成。
由上述說明可知，本發(fā)明中該子區(qū)域中的所有像素列同時感光，由于感光時間短，故所擷取影像品質穩(wěn)定度高。因為在此一短時間內，物體360移動距離相對變小，故所擷取的影像感不會有片段的現象。該照光裝置330以類似閃光照明形式產生照光，雖然該照光亮度高，由于曝光時間短，故整體平均下來，平均功率消耗比現有技術低。同時因該照光亮度高，因此該影像感測裝置310的感光像素的面積可以較小。因該照光亮度高，故該照光裝置330和物體360的距離可以增加，該影像感測裝置310的感應角度因此可以提升。又，本發(fā)明與現有技術相較，本發(fā)明感測裝置310的感光像素的面積可以較小，更可降低成本。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種影像感測裝置的曝光控制系統，其特征在于，該系統包括一影像感測裝置，其具有以二維矩陣排列的多個光感應像素，當曝光時是曝光在該多個光感應像素的一子區(qū)域中，該子區(qū)域中的每一像素列具有一可曝光狀態(tài)；一照光裝置，其產生一閃光，作為曝光時的光源；一控制裝置，耦合至該影像感測裝置及照光裝置，控制該影像感測裝置曝光時序及該照光裝置產生光源時序；以及一光分隔裝置，耦合至該影像感測裝置，以減低該照光之外的光線的干擾，讓該照光傳送至該影像感測裝置；其中，該控制裝置依序開啟該子區(qū)域中的每一像素列，當該子區(qū)域中的每一像素列均在該可曝光狀態(tài)時，該控制裝置驅動該照光裝置以產生該閃光，并控制該閃光的閃光期間。
2根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統還包括一凸鏡，凸鏡的一面是與該影像感測裝置呈相對應的狀態(tài)，以聚焦后進入該影像感測裝置的光線。
3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述系統還包括一光圈，依據該影像感測接收曝光的亮度，調整光圈大小。
4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，該影像感測裝置是一種互補金屬氧化半導體影像感測裝置。
5.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，該照光裝置為雷射光源裝置。
6.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，該照光裝置為發(fā)光二極管裝置。
7.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，該照光裝置為紅外線裝置。
8.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，該光分隔裝置為紅外線濾波裝置。
9.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，該控制裝置可動態(tài)調整閃光的閃光期間及其閃光亮度，以達到影像畫質及照光能量耗損的最佳化。
10.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，該子區(qū)域可為該多個光感應像素的一部份或全部。
11.一種影像感測裝置的曝光控制系統，其特征在于，該系統主要包括一影像感測裝置，其具有以二維矩陣排列的多個光感應像素，當曝光時是曝光在該多個光感應像素的一子區(qū)域中，該子區(qū)域中的每一像素列具有一可曝光狀態(tài)；一照光裝置，其產生一閃光，作為曝光時的光源；一控制裝置，耦合至該影像感測裝置及照光裝置，控制該影像感測裝置曝光時序及該照光裝置產生光源時序；一光分隔裝置，是由一上蓋及一底座所組合而成，該影像感測裝置、照光裝置及控制裝置系固設于該光阻隔裝置內，以減低該照光之外的光線的干擾，讓該照光傳送至該影像感測裝置；其中，該控制裝置依序開啟該子區(qū)域中的每一像素列，當該子區(qū)域中的每一像素列均在該可曝光狀態(tài)時，該控制裝置驅動該照光裝置以產生該閃光，并控制該閃光的閃光期間。
12.根據權利要求11所述的系統，其特征在于，所述系統還包括一凸鏡，凸鏡的一面是與該影像感測裝置呈相對應的狀態(tài)，以聚焦后進入該影像感測裝置的光線。
13.根據權利要求12所述的系統，其特征在于，所述系統還包括一光圈，依據該影像感測接收曝光的亮度，調整光圈大小。
14.根據權利要求11所述的系統，其特征在于，該影像感測裝置是一種互補金屬氧化半導體影像感測裝置。
15.根據權利要求11所述的系統，其特征在于，該照光裝置為雷射光源裝置。
16.根據權利要求11所述的系統，其特征在于，該照光裝置為發(fā)光二極管裝置。
17.根據權利要求16所述的系統，其特征在于，該照光裝置為紅外線裝置。
18.根據權利要求11所述的系統，其特征在于，該照光裝置為白光產生裝置。
19.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，該控制裝置可動態(tài)調整閃光的閃光期間及其閃光亮度，以達到影像畫質及照光能量耗損的最佳化。
20.根據權利要求11所述的系統，其特征在于，該子區(qū)域可為該多個光感應像素的一部份或全部。
21.一種影像感測裝置的曝光控制方法，系是對一影像感測裝置進行曝光，該影像感測裝置具有以二維矩陣排列的多個光感應像素，當曝光時是曝光在該多個光感應像素的一子區(qū)域中，該影像感測裝置并設置一光分隔裝置，以減低一閃光之外的光線的干擾，其特征在于，該方法包括下列步驟一重置步驟，同時對該子區(qū)域中的每一像素列進行重置，以讓每一像素列進入一初始狀態(tài)；一激活曝光步驟，依序激活該子區(qū)域中的每一像素列進入一可曝光狀態(tài)；一照光步驟，用以產生該閃光，作為曝光時的光源；以及一處理步驟，依序對該子區(qū)域中的每一像素列進行取樣，獲得一物體的曝光影像；其中，當該子區(qū)域中的每一像素列均在可曝光狀態(tài)時產生該閃光，并控制該閃光的閃光期間。
22.根據權利要求21所述的方法，其特征在于，該影像感測裝置是一種互補金屬氧化半導體影像感測裝置。
23.根據權利要求21所述的方法，其特征在于，該影像感測裝置的曝光方式是一列一列曝光的方式。
24.根據權利要求21所述的方法，其特征在于，該影像感測裝置的曝光方式是一行一行曝光的方式。
25.一種影像感測裝置的曝光控制方法，是對一影像感測裝置進行曝光，該影像感測裝置具有以二維矩陣排列的多個光感應像素，當曝光時是曝光在該多個光感應像素的一子區(qū)域中，該影像感測裝置并設置一光分隔裝置，以減低一閃光之外的光線的干擾，該方法包括下列步驟一重置步驟，同時對該子區(qū)域中的每一像素列進行重置，以讓每一像素列進入一初始狀態(tài)；一激活曝光步驟，同時激活該子區(qū)域中的每一像素列進入一可曝光狀態(tài)；一照光步驟，用以產生該閃光，作為曝光時的光源；以及一處理步驟，依序對該子區(qū)域中的每一像素列進行取樣，俾獲得一物體的曝光影像；其中，當該子區(qū)域中的每一像素列均在該可曝光狀態(tài)時產生該閃光，并控制該閃光的閃光期間。
26.根據權利要求25所述的方法，其特征在于，該處理步驟還包括一時序提升步驟，用以提高該影像感測裝置的時序，俾減少該子區(qū)域中的每一像素列進行取樣的時間。
27.根據權利要求25項所述的方法，其特征在于，該影像感測裝置是一種互補金屬氧化半導體影像感測裝置。
28.根據權利要求25所述的方法，其特征在于，該影像感測裝置的曝光方式系一列一列曝光的方式。
29.根據權利要求25所述的方法，其特征在于，該影像感測裝置的曝光方式是一行一行曝光的方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種影像感測裝置的曝光控制系統及方法，其包括一影像感測裝置、一照光裝置、一控制裝置及一光分隔裝置。影像感測裝置具有以二維矩陣排列的多個光感應像素，當曝光時是曝光在多個光感應像素的一子區(qū)域中，照光裝置產生一閃光，作為曝光時的光源，光分隔裝置濾除該閃光之外的光，控制裝置依序開啟子區(qū)域中的每一像素列，當子區(qū)域中的每一像素列均在一曝光狀態(tài)時，控制裝置驅動照光裝置以產生該閃光。
文檔編號G03B9/08GK1854878SQ200510069010
公開日2006年11月1日 申請日期2005年4月29日 優(yōu)先權日2005年4月29日
發(fā)明者廖棟才, 范國俊, 陳立明, 徐嘉康 申請人:凌陽科技股份有限公司