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CN111064910B - 影像感测方法与影像感测系统 - Google Patents

影像感测方法与影像感测系统 Download PDF

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CN111064910B CN201910697718.3A CN201910697718A CN111064910B CN 111064910 B CN111064910 B CN 111064910B CN 201910697718 A CN201910697718 A CN 201910697718A CN 111064910 B CN111064910 B CN 111064910B
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Abstract

本发明公开了一种影像感测方法，包括：(a)使影像传感器来使用第一图框率在第一图框期间感测第一图框；(b)在该第一图框期间内判断曝光变化；以及(c)若该步骤(b)判断该曝光变化超过临界等级，在该第一图框期间或该第一图框期间后的第二图框期间其中之一将该影像传感器切换成使用和该第一图框率不同的第二图框率来感测第三图框。本发明也公开了相关的影像感测系统。通过这样的影像感测方法，可改善现有技术中的图框率切换延迟的问题。

Description

影像感测方法与影像感测系统
技术领域
本发明涉及一种影像感测方法和影像感测系统，特别有关于可降低切换帧速率(frame rate)的延迟的影像感测方法与影像感测系统。
背景技术
现有的影像传感器常须要在不同帧速率间切换。举例来说，影像传感器以低帧速率在待机模式感测帧，并以高帧速率在运作模式感测帧。
图1绘示了现有技术中帧切换动作的示意图。每个帧时间可让影像传感器撷取一帧，且影像传感器不会在单帧时间内撷取多于一帧。每个帧时间的时间长度可根据影像传感器的帧速率而变化。
如图1所示，影像传感器最初使用低画面每秒传输帧数(帧速率)(即低FPS，framerate per second)以分别在相同帧时间FT_a中感测第一帧和第二帧，即第一/第二帧期间具有相同的时间长度(即第一帧时间FT_a)。
在一例子中，在第一帧期间的时间点TP_C处发生曝光变化，并且曝光变化在位于第二帧期间内且比时间点TP_C晚的时间点TP_D被判断出来。曝光变化可以表示亮度变化。例如，如果有生物之类的物体接近影像传感器，则影像传感器感测的亮度会因而改变，因此发生曝光变化。
因此，帧速率切换将在第二帧期间的时间点TP_St处被触发。从TP_D到TP_St的延迟可能是由帧数据的读出动作或帧数据的放大动作或任何其他原因引起的。结果，在第二帧期间之后的时间点TP_Sr处，影像传感器的帧速率会切换到高帧速率(即高FPS)。然后，影像传感器能够在第二帧时间FT_b中撷取后续帧。也就是说，在发生曝光变化之后，帧速率切换动作可能会被延迟了几乎整个第二帧期间的时间。
这样的延迟会导致一些缺点。例如，影像传感器若应用在监视器，并且影像传感器在监视器处于待机模式时使用低帧速率。当发生曝光变化时，因为曝光变化可能意味着某些人出现在影像传感器撷取的场景中或者需要一些需要被注意的事件发生，监视器被会启动且切换到高帧速率。
然而，由于上述帧速率切换的延迟，影像传感器会较慢的切换到高帧速率，因此可能无法及时清楚地感测到一些关键影像。
发明内容
因此，本发明一目的为公开一种可降低帧切换延迟的影像感测方法。
本发明另一目的为公开一种可降低帧切换延迟的影像感测系统。
本发明一实施例公开一种影像感测方法，包括：(a)使影像传感器来使用第一帧速率在第一帧期间感测第一帧；(b)在该第一帧期间内判断曝光变化；以及(c)若该步骤(b)判断该曝光变化超过临界等级，在该第一帧期间或该第一帧期间后的第二帧期间其中之一将该影像传感器切换成使用和该第一帧速率不同的第二帧速率来感测第三帧。
本发明另一实施例公开一种影像感测系统，包括：影像传感器：以及控制电路，用以施行以下步骤；(a)使该影像传感器来使用第一帧速率在第一帧期间感测第一帧；(b)在该第一帧期间内判断曝光变化；以及(c)若该步骤(b)判断该曝光变化超过临界等级，在该第一帧期间或该第一帧期间后的第二帧期间其中之一将该影像传感器切换成使用和该第一帧速率不同的第二帧速率来感测第三帧。
根据上述实施例，可以降低帧速率切换延迟。而且，还可以减少以高帧速率感测的每一帧的帧资料量。然而，还请留意，本发明不限在解决这样的问题。
附图说明
图1为现有技术中帧切换动作的示意图。
图2为根据本发明一实施例的影像感测系统的方块图。
图3和图4为根据本发明不同实施例的影像感测方法的示意图。
图5和图6为当影像传感器使用高帧速率时，可降低每一帧的帧资料量的例子的示意图。
图7、图8和图9为根据本发明不同实施例的影像感测方法的示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
200 影像感测系统 203 控制电路
201 影像传感器 205 读取电路
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
在以下描述中，公开了不同实施例来说明本发明的概念。还请留意，以下实施例中每一元件可由硬件来实施(例如：电路、装置和系统)或是具有软件的硬件(例如：安装至少一程序的处理器)。此外，每一元件可分割为更多元件，或是整合为较少元件。此外，以下描述中的第一、第二仅用以定义相同种类但不同的元件，并非用以限定其次序或排列。
此外，以下描述公开了将影像传感器从低帧速率切换成高帧速率的实施例。然而，本发明也可用以将影像传感器从高帧速率切换成低帧速率。
图2绘示了根据本发明一实施例的影像感测系统的方块图。影像感测系统可通过IC，模块或装置实施。如图2所示，影像感测系统200包括影像传感器201，控制电路203和读取电路205。影像传感器201用以感测帧，读取电路205用以从影像传感器201读取感测的帧。控制电路203用以控制影像传感器201在特定条件下动作，例如特定帧速率，或控制影像传感器201执行曝光动作，并控制读取电路205读出感测到的具有特定增益值的帧和控制影像传感器201的单元(cell)被读出。稍后将更详细地描述影像感测系统200的动作。
在以下描述中，使用了两个术语“帧时间”和“帧期间”。“帧时间”表示帧的感测和读取占用的时间，帧期间表示帧应被感测的期间。帧时间可以小于或等于帧期间。在一些实施例中，如果帧时间小于帧期间，则影像传感器在帧期间结束之前不感测下一帧。
在图3和图4的实施例中，帧时间等于帧期间。图3绘示了根据本发明的一个实施例的影像感测方法的示意图。影像传感器201使用第一帧速率(在这实施例中为低帧速率且帧时间是FT_1)以在第一帧期间(由实线标记的帧时段)感测第一帧。在图3的实施例中，曝光变化发生在第一帧期间的时间点TP_C。
若在第一帧期间和第二帧期间没有发生曝光变化，影像传感器201应以第一帧时间FT_1在第二帧期间感测第二帧(由虚线标记的帧时间FT_1)。然而，如果判断出曝光变化(例如，曝光变化值超过临界等级)，则控制电路203控制影像传感器201停止感测第二帧并从低帧速率切换到高帧速率，并使用第二帧时间FT_2撷取下一帧。
更详细来说，如果发生曝光变化并且其值在时间点TP_C处大于临界等级并且控制电路203得知在第二帧期间内的时间点TP_St处发生这样的曝光变化，则会在时间点TP_St触发帧速率切换。在重置动作Re之后，影像传感器201立即在时间点TP_Sr切换到高帧速率，而不等待第二帧期间结束。因此，控制电路203停止影像传感器201撷取第二帧的动作，以便切换影像传感器201以使用高帧速率撷取第三帧。
还请留意，只要时间点TP_St位在第一帧期间内，也可以在第一帧期间结束之前切换帧速率。在这样的实施例中，第一帧将不会被成功撷取，且影像传感器201将使用高帧速率来撷取第二帧，因此第二帧期间将占用小于第一帧时间FT_1的第二帧时间FT_2。稍后将更详细地描述相关实施例。
有多种方式可以判断曝光变化。例如，如果自读取电路205读出的至少一部分亮度值的总和或平均值超过特定值(在这例中，特定值为临界值等级)，则判断存在曝光变化，或者如果至少一部分自读取电路205读出的亮度值有特定数量超过特定值(在这例中，特定数量和特定值的组合为临界值等级)，则判断有曝光变化。
另外，上述重置动作Re表示重置影像传感器201的参数或重置影像传感器201相关的元件的参数。例如，影像传感器201的定时器从0开始重新计时，其中定时器可以帮助影像传感器201判断每一帧期间的长度。另外，如果曝光动作已经开始，则停止下一帧的曝光动作，并清除由读取电路产生的下一帧的感测电荷。此外，与影像传感器201相关的模拟电路和数字电路被切换到高帧速率的设定并且相对应地立即动作。之后，开始新的曝光动作。在一实施例中，低帧速率和高帧速率所需的曝光值是相同的。在这例中，不停止下一帧的曝光动作。与影像传感器相关的模拟电路和数字电路可以切换到高帧速率的设定并相对应地立即动作。
在一实施例中，重置动作Re可以在几乎为零的非常短的时间内执行，或者由于电路设计可以忽略或移除重置动作Re。在这样的例子中，触发帧速率切换的时间点TP_St和执行帧速率切换的时间点TP_Sr是相同的，如图4所示。
由于硬件极限或其他限制，处理帧数据的速度是有限的。因此，在图5和图6中还公开了用于减少以高帧速率感测的每个帧的帧数据量的实施例。
在一实施例中，可以调整影像传感器的感测数组以减少高帧速率动作中的处理负荷。请参考图5，控制电路203控制影像传感器201使用第一感测区域SR_1来以低帧速率感测第一帧并使用小于第一感测区域SR_1的第二感测区域SR_2来以高帧速率感测帧。由于第一感测区域SR_1的像素密度和第二感测区域SR_2的像素密度相同，因此影像传感器201可以通过这种机制，以在使用高帧速率的同时减少每一帧的帧数据量。
在另一实施例中，可以使用降取样(down sample)来降低高帧速率动作中的处理负荷。请参考图6，控制电路203控制影像传感器201在以低帧速率感测第一帧的同时不执行降取样，并在以高帧速率感测第三帧的同时执行降取样。通过这种方式，也可以减少以高帧速率感测的每一帧的帧资料量。
请参考图2和图7。在一实施例中，影像传感器201感测上述第一帧以产生第一感测单元SU(例如，感测电荷)，且读取电路205用以读取第一感测单元SU。影像传感器201执行曝光动作(例如，图7中的曝光动作EX)以感测第一帧来相对应产生第一感测单元。然后，读取电路205可以执行读取动作(例如，图7中的读取动作RO)来从影像传感器201读取第一感测单元SU，使得控制电路203可根据感测单元判断是否在第一帧期间发生曝光变化。请注意，可以对任何其他帧执行这类动作，而不限于第一帧。
曝光操作表示影像传感器接收光以产生帧。曝光时间可被控制，例如，通过影像传感器的启动或不启动，或光源的开/关，或控制包括影像传感器的相机的快门/光圈来控制。
在图7的实施例中，第一帧时间小于帧期间。在图7中如果在第一帧期间和第二帧期间中没有发生帧变化，则影像传感器201应会在第一帧期间(由实线标记的帧时间FT_1)和第二帧期间(由虚线标记的帧时间FT_1)期间分别感测第一帧和第二帧。另外，本实施例中的曝光变化发生在时间点TP_C，这时间点在执行曝光动作EX的时间内。此外，在读取动作RO之后，在时间点TP_St处触发帧速率切换。然后，在重置动作Re之后，在第一帧期间中的时间点TP_Sr处执行帧速率切换。
如上所述，如果没有执行重置动作Re或者重置动作Re的时间非常短并且可以忽略，则时间点TP_St和时间点TP_Sr可视为相同。请注意，在图7的实施例中，曝光动作EX的曝光时间小于第一帧期间，并且还在第一帧期间中执行读取动作RO。因此，图7所示的实施例可简示为：在第一帧期间结束之前完全感测第一帧(即，执行曝光动作EX和读取动作)，并且在第一帧期间和完全感测到第一帧之后执行帧速率切换。
在图8的实施例中，帧时间小于帧期间。图8为根据本发明另一实施例的影像感测方法的示意图。在这实施例中，如果在第一帧期间和第二帧期间中没有发生曝光变化，则影像传感器201应会使用第一帧时间FT_1来在第一帧期间感测第一帧(实线)并且使用第一帧时间FT_1在第二帧期间感测第二帧(虚线)。
在图8的实施例中，曝光变化发生在时间点TP_C，而第一帧的读取动作RO在第一帧期间中执行。因此，控制电路203无法判断发生这种曝光变化，直到在随后的第二帧期间中感测到第二帧为止。因此，会在第二帧期间或之后的时间点TP_Sr切换帧速率。
在图8的实施例中，是在完成第二帧期间中曝光动作EX和读取动作RO之后切换帧速率。因此，帧速率切换在时间点TP_St处触发，并且在第二帧期间的第一帧时间FT_1结束前的时间点TP_Sr处执行帧速率切换。简单来说，在图8的实施例中，曝光变化发生在第一帧期间内，且帧速率切换在第二帧期间结束之前执行。如上所述，如果重置动作Re的时间非常短或者不需要重置动作Re，则时间点TP_St和时间点TP_Sr相同。
图9实施例中的帧时间和帧期间也是相同的。图9绘示了根据本发明另一实施例的影像感测方法的示意图。在本实施例中，第一帧期间内的曝光动作被分成第一曝光动作EX_1，第二曝光动作EX_2，第三曝光动作EX_3和第四曝光动作EX_4，但是图9的实施例不限于有四次非连续曝光动作。读取动作RO在完成所有曝光动作之后才被执行。
在图9实施例中，只要在执行读取动作RO之前发生曝光变化，控制电路203就可以判断发生曝光变化。因此，可以在第一帧期间后的第二帧期间中执行帧速率切换，并且不会延迟帧速率切换。非连续曝光动作延长了可以判断曝光变化的时间。因此，图9所示的实施例也有助于减少帧速率切换的延迟。简单来说，在图9的实施例中，由于长曝光动作(例如，图8中的曝光动作EX)被分成多个短曝光动作并且在更长的期间内分布(例如曝光动作EX_1-EX_4)，因而延长了可以侦测到曝光变化的期间。因此，在图9的实施例中较不容易错过曝光变化。
根据上述实施例，可以降低帧速率切换延迟。而且，还可以减少以高帧速率感测的每一帧的帧资料量。然而，还请留意，本发明不限在解决这样的问题。
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，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种影像感测方法，其特征在于，包括：
(a)使影像传感器来使用第一帧速率在第一帧期间感测第一帧；
(b)在该第一帧期间内判断曝光变化；以及
(c)若该(b)中判断出该曝光变化超过临界等级，若曝光时间点发生在该第一帧期间时，停止撷取第一帧且将影像传感器切换成使用和该第一帧速率不同的第二帧速率来感测第二帧；
若曝光时间点发生在该第二帧期间时，停止撷取第二帧且将影像传感器切换成使用和该第一帧速率不同的第二帧速率来感测第三帧；
所述方法还包括：
使该影像传感器来使用该第一帧速率在该第二帧期间感测第二帧；
其中该(c)在该第二帧被完全感测前被施行。
2.如权利要求1所述的影像感测方法，其特征在于，其中该第二帧速率高于该第一帧速率。
3.如权利要求2所述的影像感测方法，其特征在于，所述方法还包括：
使该影像传感器使用第一感测区来感测该第一帧并使用小于该第一感测区的第二感测区来感测该第三帧。
4.如权利要求2所述的影像感测方法，其特征在于，所述方法还包括：
使该影像传感器在感测该第一帧时不施行降取样，且在感测该第三帧时施行降取样。
5.如权利要求1所述的影像感测方法，其特征在于，其中该第一帧在该第一帧期间结束前被完全感测，其中该(c)在该第一帧期间内且在该第一帧被完全感测后施行。
6.如权利要求5所述的影像感测方法，其特征在于，
其中该(a)包括：使该影像传感器感测该第一帧来产生第一感测单元；
其中该影像感测方法还包括：
(d)在小于该第一帧期间的曝光时间内施行该第一帧的曝光动作；以及
(e)在该曝光动作结束后，在该第一帧期间内从该影像传感器读取该第一感测单元；
其中该(c)在该第一帧期间内以及该(e)后被施行。
7.如权利要求5所述的影像感测方法，其特征在于，
其中该(a)包括：使该影像传感器感测该第一帧来产生第一感测单元；
其中该影像感测方法还包括：
(d)在小于该第一帧期间的曝光时间内施行该第一帧的曝光动作；
(e)在该曝光动作结束后，在该第一帧期间内从该影像传感器读取该第一感测单元；以及
(f)使该影像传感器在该第一帧期间后的第二帧期间使用第一帧速率感测第二帧；
其中该(c)在该第二帧期间结束前被施行。
8.如权利要求1所述的影像感测方法，其特征在于，
其中该(a)包括：使该影像传感器感测该第一帧来产生第一感测单元；
其中该影像感测方法还包括：
在第一曝光时间施行该第一帧的第一曝光动作，并在第二曝光时间施行第二曝光动作，其中该第一曝光动作以及该第二曝光动作不连续；以及
在该第一曝光动作以及该第二曝光动作结束后，在该第一帧期间从该影像传感器读取该第一感测单元。
9.如权利要求1所述的影像感测方法，其特征在于，其中该第二帧速率低于该第一帧速率。
10.一种影像感测系统，其特征在于，包括：
影像传感器：以及
控制电路，用以施行以下步骤；
(a)使该影像传感器来使用第一帧速率在第一帧期间感测第一帧；
(b)在该第一帧期间内判断曝光变化；以及
(c)若该(b)判断该曝光变化超过临界等级，若曝光时间点发生在该第一帧期间时，停止撷取第一帧且将影像传感器切换成使用和该第一帧速率不同的第二帧速率来感测第二帧；
若曝光时间点发生在该第二帧期间时，停止撷取第二帧且将影像传感器切换成使用和该第一帧速率不同的第二帧速率来感测第三帧；
该控制电路更用以执行以下步骤：
使该影像传感器来使用该第一帧速率在该第二帧期间感测第二帧；
其中该(c)在该第二帧被完全感测前被施行。
11.如权利要求10所述的影像感测系统，其特征在于，其中该第二帧速率高于该第一帧速率。
12.如权利要求11所述的影像感测系统，其特征在于，该控制电路更用以执行以下步骤：
使该影像传感器使用第一感测区来感测该第一帧并使用小于该第一感测区的第二感测区来感测该第三帧。
13.如权利要求11所述的影像感测系统，其特征在于，该控制电路更用以执行以下步骤：
使该影像传感器在感测该第一帧时不施行降取样，且在感测该第三帧时施行降取样。
14.如权利要求10所述的影像感测系统，其特征在于，其中该第一帧在该第一帧期间结束前被完全感测，其中该(c)在该第一帧期间内且在该第一帧被完全感测后施行。
15.如权利要求14所述的影像感测系统，其特征在于：
该影像感测系统还包括读取电路，其中该(a)包括：使该影像传感器感测该第一帧来产生第一感测单元；
其中该控制电路更用以执行以下步骤：
(d)在小于该第一帧期间的曝光时间内使该影像传感器施行该第一帧的曝光动作；以及
(e)在该曝光动作结束后，使该读取电路在该第一帧期间内从该影像传感器读取该第一感测单元；
其中该(c)在该第一帧期间内以及该(e)后被施行。
16.如权利要求14所述的影像感测系统，其特征在于：
该影像感测系统还包括读取电路，其中该(a)包括：使该影像传感器感测该第一帧来产生第一感测单元；
其中该控制电路更用以执行以下步骤：
(d)使该影像传感器在小于该第一帧期间的曝光时间内施行该第一帧的曝光动作；
(e)使该读取电路在该曝光动作结束后，在该第一帧期间内从该影像传感器读取该第一感测单元；以及
(f)使该影像传感器在该第一帧期间后的第二帧期间使用第一帧速率感测第二帧；
其中该(c)在该第二帧期间结束前被施行。
17.如权利要求10所述的影像感测系统，其特征在于，
该影像感测系统还包括读取电路，其中该(a)包括：使该影像传感器感测该第一帧来产生第一感测单元；
其中该控制电路更用以执行以下步骤：
使该影像传感器在第一曝光时间施行该第一帧的第一曝光动作，并在第二曝光时间施行第二曝光动作，其中该第一曝光动作以及该第二曝光动作不连续；以及
在该第一曝光动作以及该第二曝光动作结束后，使该读取电路在该第一帧期间从该影像传感器读取该第一感测单元。
18.如权利要求10所述的影像感测系统，其特征在于，其中该第二帧速率低于该第一帧速率。
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