專利名稱：影像感測裝置偵測閃頻光的方法及其影像感測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種閃頻光(flicker)的偵測方法，尤其涉及影像感測裝置所感測到 的影像中的閃頻光的偵測方法。
背景技術：
許多影像感測裝置感測影像后，根據影像中所顯示的光線明暗對比的變化進行運 算處理；然而，在周期性發光的光源下進行影像的擷取時，因光源的發光周期與影像擷取的 周期不同，而發生擷取到的影像隨著發光周期而產生閃爍的現象，這種周期性的閃爍光線 稱為閃頻光(flicker)。閃頻光所造成的光線明暗變化易使影像感測裝置產生誤判，因此多數影像感測裝 置都具有偵測出閃頻光的需求。現有的作法當中，包括在影像感測裝置中額外設置頻率辨 i只元件(frequency identifier)以通過'決速傅立卩十變換(fast fourier transform)等算 法，計算出光線強度的極值，以便偵測閃頻光的存在與否。

發明內容
本發明的目的是為了提供一種影像感測裝置偵測閃頻光的方法，用以將偵測出影 像感測裝置所感測到的影像中所包含的閃頻光。為達到上述目的，根據本發明其中一種方案，提供一種影像感測裝置偵測閃頻 光的方法，包括由影像感測裝置的感測單元依據一圖框擷取率(frame rate)連續感測 多個圖框(frame)，所述的圖框分別包括光信號，并根據光信號產生連續的一光強對比信 息；接著依據至少一預定偵測頻率及圖框擷取率計算出一圖框窗口寬度(samplingwindow width)；將光強對比信息依據圖框窗口寬度依序劃分為多個光強群組；辨識每一個光強群 組中的一特征點，并記錄特征點于該光強群組中的一索引位置；分別計算時間相鄰的光強 群組中的特征點的索引位置的一差異值；及判斷差異值的變化是否具有規律性，以根據判 斷結果辨別該光強對比信息是否為所欲偵測的閃頻光。根據本發明另一種方案，提供一種影像感測裝置偵測閃頻光的方法，連續感測及 接收光信號，并根據光的強度變化產生一光強對比信息；根據一預定偵測頻率劃分該光強 對比信息為多個光強群組，每一該等光強群組中包括一特征點；記錄每一該等特征點于所 在的該等光強群組中的一索引位置；分別計算時間相鄰的該等光強群組的該等索引位置的 一差異值；判斷該等差異值的變化是否具規律性，以辨別該光強對比信息是否為符合該預 定偵測頻率的該閃頻光。此外，本發明還提供一種可偵測閃頻光的影像感測裝置，所述裝置包括一感測單 元及一處理單元，感測單元依據一圖框擷取率連續感測多個圖框，所述圖框分別包括不同 強度的光信號，感測單元根據光信號產生一光強對比信息；處理單元依序劃分光強對比信 息為多個光強群組，辨識每一光強群組中的一特征點的索引位置，并分別計算相鄰的光強 群組的索引位置的一差異值；處理單元根據差異值的變化是否具規律性判斷所述光強對比信息是否為符合一預定偵測頻率的閃頻光。借助本發明所提供的偵測閃頻光的方法，可將影像感測裝置所感測到的影像的光 強信息當中，屬于閃頻光的光強濾出，以利影像感測裝置正確辨識屬于影像內容的光強信 息，進行后續影像畫面的運算。關于本發明的的技術手段的詳細說明，請參閱以下的實施方式，并配合所附附圖
一并參照。


圖1為本發明所提供一種可偵測閃頻光的影像感測裝置實施例方塊圖；圖2為本發明所提供一種電流量及光強變化量關系的示意圖；圖3為本發明所提供一種影像感測裝置偵測閃頻光的方法實施例流程圖；圖4為本發明所提供光強對比信息與圖框窗口寬度的關系圖(閃頻光頻率與圖框 擷取率同步)；圖5為本發明所提供光強對比信息與圖框窗口寬度的關系圖(閃頻光頻率較 低)；圖6為本發明所提供光強對比信息與圖框窗口寬度的關系圖(圖框擷取率較 高)；圖7為本發明所提供光強對比信息與圖框窗口寬度的關系圖(閃頻光頻率較 高)；圖8為本發明所提供光強對比信息與圖框窗口寬度的關系圖(圖框擷取率較 低)；圖9為本發明所提供的方法實施例中特征點索引位置與時間關系圖；及圖10為本發明所提供的方法實施例中索引位置差異值與時間關系圖。附圖標記說明10交流電供電單元12發光單元20影像感測裝置200感測單元202模擬數字轉換單元204處理單元30 電流量301周期時間32 多個圖框34,34a-b光強對比信息342光強平均值344,346,348 圖框窗口G1-G3光強群組I1-I15 特征點ara15索引位置
S401-S417 流程步驟
具體實施例方式圖1顯示本發明提供的一種可以偵測閃頻光的影像感測裝置實施例的方塊圖。影 像感測裝置20包括一感測單元200、一模擬數字轉換單元202及一處理單元204。本例的影像感測裝置20設置在由發光單元12照射的環境之中，所述的發光單元 12例如日光燈源(fluorescent light)，由交流電供電單元10提供電力。受到交流電供電 單元10所輸出的交流電(AC)周期性改變電流方向及大小的影響，發光單元12發出光線的 強度亦會周期性地產生明暗變化；常見的交流電供電單元10的切換頻率為50赫茲(Hz)或 60赫茲，使得發光單元12產生兩倍頻率，分別為100赫茲及120赫茲的閃頻光，詳細的說明 如后述。感測單元200例如為線型傳感器(linear sensor)或面型傳感器(areasensor)， 用于依據一預定的圖框擷取率(frame rate)，連續擷取圖框(frames)，以供處理單元204 比對圖框中所具有的光線的強度信息而執行影像數據的運算和處理。例如若影像感測裝 置20為一數字相機，處理單元204(如一微處理器或一數字信號處理器)可根據感測單元 200(如電荷耦合元件)所感測到的光強信息自動調整擷取影像時的曝光量、或利用光強的 信息輔助執行自動對焦。如上所述，由于影像感測裝置20設置在每秒產生100次或120次 閃爍的發光單元12照射的環境之下，即使影像感測裝置20并未移動，感測單元200仍會周 期性地感測到上述的光線明暗變化。影像感測裝置20必須將此類型的光強信息與一般影 像所產生的光強信息加以區隔，以避免造成影像感測裝置20的誤判。模擬數字轉換單元202將感測單元200所接收的模擬式光電信號轉換成數字的光 強信號，以傳送到處理單元204供其依據光強信號的周期性變化偵測出閃頻光。當然，由于 感測單元200的技術發展日趨成熟，本領域技術人員可輕易根據圖1所提供的影像感測裝 置20進行修改，在硬件架構上省略模擬數字轉換器202的設置，由感測單元200 —并完成 接收模擬的光電信號及信號轉換的工作，使得處理單元204直接由感測單元200接收數字 化后的光強信息進行運算處理。影像感測裝置20所使用的感測單元200可由一到多個傳感器組成(如同時使用 二個線型傳感器來感測)，若使用多個傳感器感測光強信息，可先將各個傳感器的光強信息 加以平均后，再進行后續的處理。圖2為影像感測裝置20在所述的發光單元12照射環境下所產生的光強信息示意 圖。首先，電流量30為交流電供電單元10供電時的電流變化，橫軸代表時間，縱軸為 電流大小。本實施例以60赫茲的切換頻率為例進行說明，交流電每次切換的周期時間301 長度即為1/60秒。在周期時間301當中，電流從ο點A上升到峰值P，再降低到ο點τγ后 切換電流方向，使電流往相反極性方向增加，到達谷值V后再朝0點\減少，完成一次切換 電源的動作。當電流到達峰值P或谷值V時，交流電供電單元10供應了最大的電流量給發 光單元12，使得發光單元12發出的光強度最大；相反的，當電流到達0點(4或4)時，發 光單元12未接收到驅動光源的電流而未發出光源。因此，工作頻率60赫茲的交流電供電 單元10每秒鐘進行60次的電流方向切換動作，每一個切換周期時間301內分別有兩次最大電流及最小電流的產生，亦即發光單元12所產生的光強變化的頻率為120赫茲，使得每 秒發生120次的光線閃爍。50赫茲的工作頻率產生100赫茲的明暗變化的原理相同，即不
再重述。雖然就人眼而言，這樣的明暗變化速度已足以使人眼感覺不到閃爍，但由于影像 感測裝置20擷取影像的頻率遠高于電流切換的頻率，因此從影像感測裝置20感測影像時， 即會持續感測到影像中光線的明暗不同，形同畫面的噪聲，容易在圖像處理時產生誤差。對照感測單元200以一預定的圖框擷取率所連續感測到的多個圖框32中顯示出 來的光強變化，可以發現當電流量30中的電流位于峰值P或谷值V時，圖框中相對應位置 f2及f4的光強度最大；而當電流位于ο點ZciJ1或4時，圖框中對應位置f\、f3和f5的光強 度最小。由此可發現，由交流電供電單元10切換電流方向所造成的光源閃爍具有規律性， 如能從多個圖框中找出具規律性的光強信息，即可幫助處理單元204在運算時預先確認是 否為閃頻光，以便處理單元204準確地根據屬于影像畫面所產生的光強信息來處理影像。光強對比信息34為對應于電流量30及圖框32所示的光強變化的示意圖。光強 對比信息34的橫軸代表時間及圖框數，縱軸則代表光強大小(intensity of light)。光 強對比信息34中，每一個光強變化的周期時間340僅為電流切換周期時間301的一半，每 個光強變化周期內的最大光強值Imax即對應于電流量30的峰值P或谷值V，而最小光強值 Imin則對應于電流量30中的各個0點Z0、Z1及&。根據上述圖1所述的影像感測裝置20的架構，以及配合圖2所說明的電流切換及 光強變化關系，圖3顯示本發明所提供的一種影像感測裝置偵測閃頻光的方法實施例的流 程圖。首先由感測單元200以一預定的圖框擷取率連續感測多個圖框，所述的每個圖框中 包括有光強信息(S401)，其中，圖框擷取率可默認于影像感測裝置20，使感測單元200自動 依據所述頻率感測圖框，例如以每秒一萬張圖框的速度感測影像中的光強信息。根據連續圖框中的光強信息，產生一連續的光強對比信息(S403)，如圖2中的光 強對比信息34，依據時間經過的先后顯示出光強大小的變化。接著，處理單元204根據預定的圖框擷取率和欲定要偵測的閃頻光頻率，計算出 一個圖框窗口寬度(sampling window width) (S405)。常見的閃頻光頻率如上述為1/100秒 或1/120秒發生一次，而每張圖框只感測1/10000秒的光強信息(以圖框擷取率每秒10000 張為例)，因此，為了偵測多個圖框32的光強信息是否為特定頻率的閃頻光，則根據預定要 偵測的閃頻光頻率，將多個圖框32劃分為適當的寬度。請參照圖4，若預定偵測頻率為120 赫茲，且圖框擷取率為每秒10000張，則以10000除以120后，計算出約每83張圖框的寬度 為一圖框窗口 344，也就是以1/120秒為一周期，用以偵測光強對比信息34是否為規律性發 生的閃頻光。預定偵測頻率若為100赫茲，在相同圖框擷取率的條件下，則可平均以100個 圖框的寬度劃分出圖框窗口，以便進行接下來的偵測與運算。接著將光強對比信息34根據圖框窗口寬度依序劃分為數個光強群組(S407)，如 圖4的G1W2及G3。圖4為光強對比信息34根據圖框窗口 344的寬度劃分為連續數個光強 群組的示意圖。其中，橫軸代表時間及圖框數，縱軸則為光強大小。處理單元204可產生多 個圖框窗口緩存器(圖未示)，以存放經劃分后的光強群組G1到( 的光強信息進行運算。若光強對比信息34為120赫茲的閃頻光，則每1/120秒劃分為一個光強群組后， 即會在每個光強群組G1到( 中規律性地出現最大光強值或最小光強值。因此，處理單元204即在每一光強群組G1到( 中分別找出最大光強值或最小光強值為特征點，并且將每一 個特征點于其所在的光強群組中的索引位置加以記錄(S409)。在本實施例中以每個光強群 組中的最大光強值做為所述的特征點，在光強群組G1到( 中分別為Ip 12及I3，并分別記 錄I1到I3在光強群組G1到( 中的索引位置％、 及 到緩存器中。例如=I1的索引位置 B1為光強群組G1的起始點起算第10個圖框的位置(或為第1/12秒的位置)。接著，處理單元204更分別計算相鄰的光強群組的特征點的索引位置的差異值， 用以判斷分別計算出來的差異值是否具有規律性(S411)。以圖4的光強群組&到(；3為 例所述的差異值包括將相鄰光強群組間的特征點的索引位置相減以獲得差值，如(B2-B1) 及( - )，或將索引位置進行對時間的一次微分以獲得一微分值；根據計算的結果再判斷 該等差值或微分值是否具有規律性(S4i;3)若相減或微分的結果并未獲得相同的常數，則 表示各個光強群組的特征點在其所屬光強群組中出現的位置不同，最大光強值(或最小光 強值)并非規律性地依據默認的偵測頻率出現，則得到該光強對比信息34并非默認偵測頻 率(如120赫茲)的閃頻光(S415)的偵測結果；反之，若將各個相鄰差異值相減或微分而 獲得一常數，亦即各索引位置的差異值具有線性規律，則可確認每個光強群組中的特征點 在所屬光強群組中的索引位置具有規律性，因此可得到光強對比信息34確是符合默認偵 測頻率的閃頻光的偵測結果(S417)。為了方便說明，圖4中光強對比信息34由其光強平均值342為起點，而非以最大 光強值或最小光強值為起點，使得一個圖框窗口中可同時顯示出最大光強值及最小光強 值，但該技術領域的人士自然可視理解的需要，調整光強對比信息34的起始點。根據圖4及上述說明可知，若光強對比信息34中的閃頻光與圖框擷取率皆準確 地按照預定的頻率運作，圖框窗口寬度所包含的時間會與閃頻光的周期時間完全同步，每 個光強群組(^1到&中的特征點的索引位置即會相同。當從記錄特征點的索引位置的步驟 (圖3中S409)中即已發現每個光強群組中所找出的特征點的索引位置皆相同時，便已經可 判斷出特征點的出現具有規律性，而得知光強對比信息34為符合預定偵測頻率的閃頻光。但在實際的偵測環境當中，無論是影像感測裝置20的感測單元200或交流電供電 單元10，皆可能受到硬件元件中振蕩器的振蕩頻率飄移(crystal offset)的影響，使得感 測單元200的圖框擷取率或交流電供電單元10切換的頻率稍快或稍慢于默認的工作頻率， 因此，閃頻光的周期時間與依照預定的圖框窗口所包含的時間長度即無法完全同步，此時 即無法在圖3的步驟S409完成后直接判斷出光強對比信息34是否為所欲偵測的閃頻光， 而必須再比較各個索引位置的差異值，以便根據差異值是否具有規律性來判斷光強對比信 息；34是否為閃頻光(圖3S411)。參閱圖5，并同時與圖4做比較，當圖框擷取率與默認偵測頻率不變，但交流電供 電單元10的切換頻率因飄移而降低，例如默認切換頻率為60赫茲，但實際上只有55赫茲， 則圖5中的光強對比信息34a的光強變化頻率也隨之變慢，每一周期時間與圖框窗口 344 所包括的時間即不同步。但由于光強對比信息3 為閃頻光，仍具有周期性產生光強變化 的特點，因此光強群組G1到( 的特征點14、I5及I6的索引位置a4、a5及％雖然不相等，但 其數值仍規律性地逐漸增加，亦即％數值大于a5，a5數值大于 。相對來說，請參閱圖6，若光強對比信息34的光強變化頻率不變，但圖框擷取率增 加，例如預定圖框擷取率為每秒10000張，而實際速度為每秒12000張，當圖框窗口 346仍以83個圖框的寬度劃分時，所包括的時間長度(即短于閃頻光的閃爍周期時間的長度，使 得光強群組G1到( 的特征點17、18及I9的索引位置&7、％及％不同，但其數值亦規律性地 逐漸增加。再參照圖7，說明其他條件不變，而光強對比信息34b中的光強變化頻率增快時， 圖框窗口 344所包括的時間將長于光強變化的周期時間，使得光強群組G1到( 的特征點 I10> I11及I12的索引位置 %、an及a12規律性地逐漸減少。同樣地，在其他條件不變，而圖框擷取率降低的情形下，如圖8所示，相同圖框數 所產生的圖框窗口 348所包括的時間長度長于光強對比信息34的一個光強變化周期時間， 因此光強群組G1到( 的特征點113、I14及I15的索引位置 3、a14及a15數值規律性地逐漸 減少。參照圖9，顯示各個光強群組的特征點的索引位置關系圖，其中，橫軸代表時間，縱 軸代表特征點的索引位置。虛線501代表各個光強群組中的特征點的索引位置皆相同，對 應的是圖4中各個特征點的的索引位置；虛線503代表特征點的索引位置數值逐漸增加，對 應到圖5及圖6的情況下所計算出的索引位置；而虛線505則代表特征點的索引位置數值 隨時間經過逐漸降低，對應到圖7及圖8的情況下所計算出的索引位置。而為了判斷各特征點的索引位置的變化是否具有規律性，可將相鄰的索引位置數 值相減，或將索引位置數值進行對時間的微分，根據相減后的差值或微分后的微分值是否 維持相同常數而得知索引位置的差異是否具規律性。圖9所示數據經微分后得到的結果如 圖10所示，其中，虛線601為虛線501微分后所得到的結果，由于虛線501的數值為一常數， 經微分后的結果即為0 ；虛線603為虛線503微分后的結果，計算出為正數的一常數；虛線 605則為虛線505微分后所得到的結果，為負數的一常數。在另一個實施例中，判斷索引位置的差異值是否具規律性的方法，可對相減或微 分后的索引位置差異值再次相減或再次微分，以獲得二次差值或二次微分值，若受偵測的 光強對比信息確為閃頻光，計算出來的二次差值或二次微分值應為0，處理單元即可依二次 相減或二次微分的結果，判斷受測的光強對比信息是否為閃頻光。由此可知，即使在圖框擷取率或閃頻光的閃爍速率有飄移的情形，使得閃頻光的 光強變化周期時間與圖框窗口所包括的時間不同步時，仍可根據閃頻光的光強變化具有規 律性的特點，判斷感測單元所接收到的圖框中的光強對比信息是否為特定頻率的閃頻光。線性傳感器或面型傳感器可同時感測多個像素，亦即每個由感測單元所感測到的 圖框里的各個像素都包含可用以供偵測和運算的光強信息。因此，采用本發明所揭示的偵 測手段來偵測閃頻光的影像感測裝置，在已知圖框擷取率的前提下，可同時設定多個不同 的預定偵測頻率，例如欲同時偵測光強對比信息是否為100赫茲或120赫茲的閃頻光時，即 可分別選定圖框中不同像素(如選取兩個像素、或將像素分為兩組)，根據多個圖框中同一 個像素位置所感測到的光強而產生的光強對比信息，分別根據100赫茲及120赫茲的圖框 窗口寬度，測試光強對比信息是否為符合100赫茲或120赫茲的閃頻光。綜上所述，本發明已揭示一種利用閃頻光的光強信息有周期性及規律性變化的特 點，無需在影像感測裝置額外設置任何頻率辨識元件，即可根據需求偵測任何頻率、甚至可 同時偵測多種頻率的閃頻光。并且，本發明用以判斷光強對比信息有無規律性的指標為光強最大值或最小值的“位置”，而非光強“值”本身，不易受到光強對比信息中的數值大小變化而影響判斷的結果。此外，采用本發明的技術手段偵測閃頻光時，對圖框擷取率及閃頻光的頻率有高 度容忍性。如上述圖4至圖7的示意圖與相關說明，即使影像感測裝置或供電單元擷取圖 框的速度或電流切換的頻率飄移，仍可通過偵測特征點的索引位置的規律性而正確判斷出 閃頻光的存在與否與其閃爍的頻率。但是，上述各實施例當中的項目及元件，僅為闡述本發明所舉的示例，并非限制所 請求保護的范圍的意圖。凡遵循本發明的精神及根據本發明所揭示的技術手段，而進行微 幅的修改或改變，亦屬本發明所保護的范疇。
權利要求
1.一種影像感測裝置偵測閃頻光的方法，該影像感測裝置包括一感測單元及一處理單 元，其特征在于，包括依據一圖框擷取率連續感測多個圖框，該等圖框分別包括光信號； 根據光信號產生一光強對比信息；依據一預定偵測頻率及該圖框擷取率計算一圖框窗口寬度；將該光強對比信息依據該圖框窗口寬度依序劃分為多個光強群組；辨識每一該等光強群組中的一特征點，并記錄該特征點于該光強群組中的一索引位置；分別計算相鄰的該等光強群組的該等索引位置的一差異值；及 判斷該等差異值的變化是否具有規律性，以根據判斷結果辨別該光強對比信息是否為 所欲偵測的該閃頻光。
2.如權利要求1所述的影像感測裝置偵測閃頻光的方法，其特征在于，判斷該等差異 值的變化是否具有規律性的步驟后，更包括當該等差異值的變化具有規律性時，該光強對比信息為符合該預定偵測頻率的該閃頻光。
3.如權利要求1所述的影像感測裝置偵測閃頻光的方法，其特征在于，判斷該等差異 值的變化是否具有規律性的步驟，為判斷該等差異值是否具有線性規律。
4.如權利要求1所述的影像感測裝置偵測閃頻光的方法，其特征在于，每一該等特征 點分別為每一該等群組中的一最大光強值或一最小光強值。
5.一種影像感測裝置偵測閃頻光的方法，其特征在于，該方法包括 連續感測及接收光信號，并根據光的強度變化產生一光強對比信息；根據一預定偵測頻率劃分該光強對比信息為多個光強群組，每一該等光強群組中包括 一特征點；記錄每一該等特征點于所在的該等光強群組中的一索引位置； 分別計算時間相鄰的該等光強群組的該等索引位置的一差異值； 判斷該等差異值的變化是否具規律性，以辨別該光強對比信息是否為符合該預定偵測 頻率的該閃頻光。
6.如權利要求5所述的影像感測裝置偵測閃頻光的方法，其特征在于，判斷該等差異 值的變化是否具規律性的步驟后包括當該等差異值的變化具線性規律，則判斷該光強對比信息是該閃頻光；及 當該等差異值的變化不具線性規律，則判斷該光強對比信息非該閃頻光。
7.如權利要求5所述的影像感測裝置偵測閃頻光的方法，其特征在于，該特征點為所 屬該光強群組中的一最大光強值或一最小光強值。
8.如權利要求5所述的影像感測裝置偵測閃頻光的方法，其特征在于，計算該等特征 點的該差異值的步驟中包括分別將時間相鄰的該等光強群組中該特征點的該索引位置相減，或分別將該等索引位 置進行對時間的微分。
9.一種可偵測閃頻光的影像感測裝置，其特征在于，包括一感測單元，依據一圖框擷取率連續感測多個圖框，該等圖框分別包括不同強度的光信號，該感測單元根據該等光信號產生一光強對比信息；及一處理單元，依序劃分該光強對比信息為多個光強群組，辨識每一該等光強群組中的 一特征點的一索引位置，并分別計算相鄰的該等光強群組的該等索引位置的一差異值；其中，該處理單元根據該等差異值的變化是否具規律性判斷該光強對比信息是否為符 合一預定偵測頻率的該閃頻光。
10.如權利要求9所述的可偵測閃頻光的影像感測裝置，其特征在于，該處理單元根據 該圖框擷取率及該預定偵測頻率計算一圖框窗口寬度，該光強對比信息依據該圖框窗口寬 度劃分為該等光強群組。
全文摘要
本發明涉及一種影像感測裝置偵測閃頻光的方法及其影像感測裝置，其中，所述方法包括影像感測裝置感測多個圖框，每個圖框中包括光信號；根據光信號產生連續的一光強對比信息；依據至少一預定偵測頻率及圖框擷取率計算出一圖框窗口寬度；將光強對比信息依據圖框窗口寬度依序劃分為多個光強群組；辨識每一光強群組中的一特征點并記錄該特征點于該光強群組中的一索引位置；根據該等索引位置分別計算時間相鄰的光強群組中的特征點的一差異值；及判斷該等差異值是否具有規律性，以根據判斷結果辨別該光強對比信息是否為所欲偵測的該閃頻光。
文檔編號H04N5/225GK102118549SQ20091021691
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者陳昭宇 申請人:敦南科技股份有限公司