专利名称：失焦校正模块、含有该模块的光感测系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种失焦校正模块，更明确地说，涉及一种适用于光感测系统的失焦校正模块。
背景技术：
请参考图1。图1为公知技术的光感测系统100的示意图。光感测系统100用来感测待测物MO以产生一感测影像SIM，光感测系统100具有一发光组件110、一聚光组件 120，以及一影像传感器130。发光组件110发出一侦测光Ld至待测物M0，以使待测物MO产生一反射光LK。影像传感器130根据反射光LkW产生感测影像SIM。聚光组件120用来汇聚反射光Lk于影像传感器130。聚光组件120的放大系数为m。聚光组件120的前焦距与后焦距分别为D与mD，聚光组件120的前焦距平面与后焦距平面分别为SUf与SUK。影像传感器130设置于聚光组件120的后焦距平面SUK。聚光组件120的前焦距平面SUf设置有一基板101。若待测物MO贴合于基板101，则表示待测物MO与聚光组件120之间的已知距离等于聚光组件120的前焦距D。假设此时影像传感器130与聚光组件120之间的距离也等于聚光组件120的后焦距mD，则反射光Lk可汇聚于影像传感器130，而使影像传感器130 产生清晰的感测影像SIM。然而，由于在光感测系统100中可能有组装误差，因此造成影像传感器130与聚光组件120之间的距离不等于聚光组件120的后焦距mD，或是基板101与聚光组件120之间的距离不等于聚光组件120的前焦距D。此外待测物MO也可能于成像时没有贴合于基板101。如此一来，待测物MO所产生的反射光Lk会因失焦而无法汇聚于影像传感器130，而使影像传感器130产生模糊的感测影像SIM，带给使用者很大的不便。
发明内容
本发明提供一种失焦校正模块。该失焦校正模块应用于一光感测系统。该光感测系统用来感测一待测物以产生一感测影像。该光感测系统具有一发光组件、一聚光组件，以及一影像传感器。该发光组件用来发出一侦测光至该待测物，以使该待测物产生一反射光。 该聚光组件用来汇聚该反射光于该影像传感器。该影像传感器用来根据该反射光以产生该感测影像。该失焦校正模块用来校正该光感测系统的该感测影像。该失焦校正模块包含一校正物，以及一计算电路。该校正物位于该待测物与该聚光组件之间。该校正物用来遮蔽部分的该侦测光与部分的该反射光，以分别成像于该感测影像中的一第一校正成像位置与一第二校正成像位置。该计算电路用来根据该第一校正成像位置与该第二校正成像位置， 以校正该感测影像。本发明另提供一种具校正失焦功能的光感测系统。该光感测系统用来感测一待测物以产生一感测影像。该光感测系统包含一发光组件、一影像传感器、一聚光组件，以及一失焦校正模块。该发光组件用来发出一侦测光至该待测物，以使该待测物产生一反射光。该影像传感器用来根据该反射光以产生该感测影像。该聚光组件用来汇聚该反射光于该影像传感器。该失焦校正模块，用来校正该光感测系统的该感测影像。该失焦校正模块包含一校正物，以及一计算电路。该校正物位于该待测物与该聚光组件之间。该校正物用来遮蔽部分的该侦测光与部分的该反射光，以分别成像于该感测影像中的一第一校正成像位置与一第二校正成像位置。该计算电路用来根据该第一校正成像位置与该第二校正成像位置， 以校正该感测影像。 本发明另提供一种用来校正一光感测系统的方法。该光感测系统用来感测一待测物以产生一感测影像。该光感测系统具有一发光组件、一聚光组件，以及一影像传感器。该发光组件用来发出一侦测光至该待测物，以使该待测物产生一反射光。该聚光组件用来汇聚该反射光于该影像传感器。该影像传感器用来根据该反射光以产生该感测影像。该方法包含于该待测物与该聚光组件之间提供一校正物、该校正物遮蔽部分的该侦测光与部分的该反射光，以分别成像于该感测影像中的一第一校正成像位置与一第二校正成像位置，以及根据该第一校正成像位置、该第二校正成像位置，以校正该感测影像。
图1为公知技术的光感测系统的示意图。
图2为说明本发明的失焦校正模块的示意图。
图3为影像传感器所产生的感测影像的一部分的示意图。
图4为计算电路沿着图3中的切线所读取的信号的示意图。
图5为说明根据失焦参数以校正感测影像的方法的示意图。
图6为本发明的具校正失焦功能的光感测系统的示意图。
其中，附图标记说明如下
101,601基板
110,610发光组件
120,620聚光组件
130,630影像传感器
210,641校正物
220,642计算电路
600光感测系统
A有效聚光面积
D失焦参数
D前焦距
L切线
Ld、Ldi、Ld2侦测光
Lr、Lei、Le2反射光
LOCpLOC2位置
M放大系数
MO待测物
OIM原始影像
Ρι>Ρ2遮蔽点
PIX1 PM4像素
STH临界值SIM感测影像SUF前焦距平面SUE后焦距平面A入射角δ、Dci2距离QFOV视角
具体实施例方式本发明提供一种失焦校正模块，应用于光感测系统。本发明的失焦校正模块，通过一校正物设置于待测物与聚光组件之间，遮蔽部分的侦测光与部分的反射光，以分别成像于感测影像中的一第一校正成像位置与一第二校正成像位置。如此，本发明的失焦校正模块可根据第一校正成像位置与第二校正成像位置，以得到光感测系统的失焦程度，并据以校正模糊的感测影像，来提供给使用者待测物的清晰的影像。请参考图2。图2为说明本发明的失焦校正模块200的示意图。失焦校正模块200 可用来校正光感测系统100于失焦时所产生的感测影像SIM。失焦校正模块200包含一校正物210与一计算电路220。校正物210位于待测物MO与聚光组件120之间。校正物210 用来遮蔽部分的侦测光Ld与部分的反射光LK，以分别成像于感测影像SIM中的校正成像位置LOC1与L0C2。举例而言，当发光组件110发出红外光以作为侦测光Ld时，校正物210不透红外光，以遮蔽部分的侦测光Ld与部分的反射光LK。计算电路220根据校正成像位置 LOC1与LOC2,以估计光感测系统100的失焦程度，并据以校正感测影像SIM。更明确地说， 光感测系统100的失焦的原因来自于一物距误差ER。，以及一像距误差ERp物距误差ERq 用来表示待测物MO以及聚光组件120之间的距离与聚光组件120的前焦距D的差异，也就是说，当物距误差ERtj不等于零时，表示待测物MO不位于聚光组件120的前焦平面SUF。像距误差EIi1用来表示影像传感器130以及聚光组件120之间的距离与聚光组件120的后焦距mD的差异，也就是说，当像距误差EIi1不等于零时，表示影像传感器130不位于聚光组件 120的后焦平面SUK。因此，光感测系统100的失焦程度可根据物距误差ERq与像距误差ER1 来估计。在图2中，假设待测物MO与基板101之间的距离为d、基板101位于聚光组件120 的前焦平面SUF，而影像传感器130则位于聚光组件120的后焦平面SUK。然而，距离d实际上的意义可表示物距误差ERtj与像距误差EIi1的和，也就是说，即使影像传感器130实际上不位于聚光组件120的后焦平面SUk而造成像距误差EI^，只要将待测物MO与基板101之间的距离d设为物距误差ERtj与像距误差EIi1的和，则可估计其失焦的情况。换句话说，距离d为可用来表示光感测系统100的失焦程度的一失焦参数。因此，在本发明中，计算电路 220利用校正成像位置LOC1与LOC2,以推算光感测系统100的失焦参数d，并根据失焦参数 d，以校正感测影像SIM。以下将更进一步地说明其工作原理。首先，先说明计算电路220根据校正成像位置LOC1与LOC2,以推算光感测系统100 的失焦参数d的工作原理。在图2中，侦测光Ldi以已知入射角α射至待测物Μ0，以使待测物MO据以产生反射光LK1。当反射光Lki射至基板101时，反射光Lki被校正物210所遮蔽。此外，当侦测光Ld2以已知入射角α入射至基板101时，侦测光Ld2被校正物210遮蔽。由于侦测光Ld2无法射至待测物Μ0，因此造成待测物MO无法据以产生反射光Lk2 (以虚线表示)。换句话说， 影像传感器130不会接收到反射光Lki与LK2。举例而言，请参考图3。图3为影像传感器 130所产生的感测影像SIM的一部分的示意图。假设校正物210为圆形，且待测物MO为手指。在图3中，黑色曲线表示手指的指纹。黑心圆圈的部分表示影像传感器130因校正物 210的遮蔽，而不会接收到反射光Lki与Lk2的区域。也就是说，黑心圆圈的位置为校正物 210成像于感测影像SIM中的校正成像位置LOC1与L0C2。更明确地说，校正物210遮蔽反射光Lki，以于基板101上形成遮蔽点P1,而使得遮蔽点P1成像于校正成像位置LOC1 ；且校正物210遮蔽侦测光Ld2，以于基板101上形成遮蔽点P2,而使得遮蔽点P1成像于校正成像位置L0C2。由图2可看出失焦参数d可根据下式计算
,δU =--
tana ."(ι);其中δ表示遮蔽点P1与P2之间的距离。由于聚光组件120的放大系数为m，因此在图3中校正成像位置LOC1与LOC2之间的距离Da2等于(mX δ )。换句话说，计算电路 220可根据影像传感器130所产生的感测影像SIM的校正成像位置LOC1与LOC2之间的距离Da2，以计算出遮蔽点P1与P2之间的距离δ，并进一步得到失焦参数d。举例而言，请参考图4。图4为计算电路220沿着图3中的切线L所读取的信号的示意图。由于当影像传感器130无法接收到反射光Lk时，影像传感器130所产生的信号的值较低。因此在图4中， 信号小于一临界值Sth的部分对应于校正物210的校正成像位置LOC1与L0C2。因此，由图4 中，根据对应于临界值Sth的影像传感器130的像素PM1 PM2与PM3 PM4，可分别得到图3中斜线圆圈的中心的位置。由于斜线圆圈的中心的位置即为校正成像位置LOC1与 L0C2。如此一来，计算电路220可得到校正成像位置LOC1与LOC2之间的距离Da2，并根据下式以计算出失焦参数d:
wxtana ...(2)0以下将说明计算电路220根据光感测系统100的失焦参数d，以校正感测影像SIM
的工作原理。请参考图5。图5为说明根据失焦参数d以校正感测影像SIM的方法的示意图。 在图5中的左半部中的清晰影像(以实线表示)表示待测物MO的原始影像0ΙΜ，且待测物 MO的原始影像OIM的分布可以函数o(x，y)表示。图5中的右半部中的模糊影像(以虚线表示)表示光感测系统100感测待测物MO所产生的感测影像SIM，且感测影像SIM的分布可以函数i(x，y)表示。由于光感测系统100因组装误差(举例而言，组装误差造成物距误差ERq与像距误差ER1)而失焦，因此待测物MO的原始影像OIM经过光感测系统100的聚光组件120后，于影像传感器130形成模糊的感测影像SIM。以下将更进一步地说明感测影像 SIM、待测物MO的原始影像OIM与光感测系统100之间的关系。光感测系统100的特性可以一点扩散函数(Point Spread Function, PSF)h(x， y)来表示。由公知技术可知(可参考“傅立叶光学”相关技术)，感测影像SIM的分布函数 i (X，y)为待测物MO的原始影像OIM的分布函数ο (X，y)与光感测系统100的点扩散函数h(x,y)的旋积(convolution)，其关系可以下式表示i (x, y) = ο (χ, y) (χ, y) +η (χ, y) ... (3);其中在式(3)中的符号「*」表示旋积，n(x，y)表示影像传感器130所接收的噪声的分布函数。此外，在式⑶中的光感测系统100的点扩散函数h(x，y)由待测物MO与聚光组件120之间的距离(也就是说，物距)、影像传感器130与聚光组件120之间的距离(也就是说，像距)、聚光组件120的有效聚光面积A、聚光组件120的放大系数m所决定，其中聚光组件120的有效聚光面积A表示在当反射光Lk通过聚光组件120时，影像传感器130 只能接收到通过聚光组件120的有效聚光面积A的反射光LK。举例而言，影像传感器130 的视角为图5中所示的θ FW，由于超出视角θ FW的反射光Lkd无法入射至影像传感器130， 因此有效聚光面积A的区域可以函数P(X，Y)表示，如下式所示
权利要求
1.一种失焦校正模块，应用于一光感测系统，该光感测系统用来感测一待测物以产生一感测影像，该光感测系统具有一发光组件、一聚光组件，以及一影像传感器，该发光组件用来发出一侦测光至该待测物，以使该待测物产生一反射光，该聚光组件用来汇聚该反射光于该影像传感器，该影像传感器用来根据该反射光以产生该感测影像，该失焦校正模块用来校正该光感测系统的该感测影像，其特征在于包含一校正物，位于该待测物与该聚光组件之间，用来遮蔽部分的该侦测光与部分的该反射光，以分别成像于该感测影像中的一第一校正成像位置与一第二校正成像位置；以及一计算电路，用来根据该第一校正成像位置与该第二校正成像位置，以校正该感测影像。
2.如权利要求1所述的失焦校正模块，其特征在于，该校正物可为圆形或一正多边形， 以利于该计算电路辨识该校正物于该感测影像中所成像的该第一校正成像位置与该第二校正成像位置。
3.如权利要求1所述的失焦校正模块，其特征在于，该发光组件发出红外光以作为该侦测光，且该校正物不透红外光，以遮蔽部分的该侦测光；该校正物于该基板上所设置的位置可使该第一校正成像位置与该第二校正成像位置位于该感测影像的角落。
4.如权利要求1所述的失焦校正模块，其特征在于，该计算电路根据该第一校正成像位置、该第二校正成像位置与该侦测光的一已知入射角以计算得到该光感测系统的一失焦参数，并根据该失焦参数与该感测影像，以计算出该待测物的一原始影像；其中该失焦参数表示一物距误差与一像距误差的总和；其中该物距误差为该待测物以及该聚光组件之间的距离与该聚光组件的一前焦距的差；其中该像距误差为该影像传感器以及该聚光组件之间的距离与该聚光组件的一后焦距的差。
5.如权利要求4所述的失焦校正模块，其特征在于，该计算电路根据下式以计算该失焦参数
6.一种具校正失焦功能的光感测系统，该光感测系统用来感测一待测物以产生一感测影像，其特征在于包含一发光组件，用来发出一侦测光至该待测物，以使该待测物产生一反射光； 一影像传感器，用来根据该反射光以产生该感测影像； 一聚光组件，用来汇聚该反射光于该影像传感器；以及一失焦校正模块，用来校正该光感测系统的该感测影像，该失焦校正模块包含 一校正物，位于该待测物与该聚光组件之间，用来遮蔽部分的该侦测光与部分的该反射光，以分别成像于该感测影像中的一第一校正成像位置与一第二校正成像位置；以及一计算电路，用来根据该第一校正成像位置与该第二校正成像位置，以校正该感测影像。
7.如权利要求6所述的光感测系统，其特征在于，该校正物可为圆形或一正多边形，以利于该计算电路辨识该校正物于该感测影像中所成像的该第一校正成像位置与该第二校正成像位置。
8.如权利要求6所述的光感测系统，其特征在于，该发光组件发出红外光以作为该侦测光，且该校正物不透红外光，以遮蔽部分的该侦测光；该校正物于该基板上所设置的位置可使该第一校正成像位置与该第二校正成像位置位于该感测影像的角落。
9.如权利要求6所述的光感测系统，其特征在于，该计算电路根据该第一校正成像位置、该第二校正成像位置与该侦测光的一已知入射角以计算得到该光感测系统的一失焦参数，并根据该失焦参数与该感测影像，以计算出该待测物的一原始影像；其中该失焦参数表示一物距误差与一像距误差的总和；其中该物距误差为该待测物以及该聚光组件之间的距离与该聚光组件的一前焦距的差；其中该像距误差为该影像传感器以及该聚光组件之间的距离与该聚光组件的一后焦距的差。
10.如权利要求9所述的光感测系统，其特征在于，该计算电路根据下式以计算该失焦参数d= DCU . m χ tan α ’其中α表示与该侦测光的该已知入射角，Dci2表示该第一校正成像位置与该第二校正成像位置之间的距离，m表示该聚光组件的一放大系数，d表示该失焦参数；其中该计算电路根据该失焦参数，以计算出该光感测系统的一点扩散函数，并根据该点扩散函数与该感测影像，以计算出该待测物的该原始影像； 其中该计算电路根据下式推算出该点扩散函数
11.一种用来校正一光感测系统的方法，该光感测系统用来感测一待测物以产生一感测影像，该光感测系统具有一发光组件、一聚光组件，以及一影像传感器，该发光组件用来发出一侦测光至该待测物，以使该待测物产生一反射光，该聚光组件用来汇聚该反射光于该影像传感器，该影像传感器用来根据该反射光以产生该感测影像，其特征在于，该方法包含于该待测物与该聚光组件之间提供一校正物；该校正物遮蔽部分的该侦测光与部分的该反射光，以分别成像于该感测影像中的一第一校正成像位置与一第二校正成像位置；以及根据该第一校正成像位置、该第二校正成像位置，以校正该感测影像。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该校正物于该基板上的位置可使该第一校正成像位置与该第二校正成像位置位于该感测影像的角落。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，根据该第一校正成像位置、该第二校正成像位置，以校正该感测影像包含根据该第一校正成像位置、该第二校正成像位置与该侦测光的一已知入射角以计算得到该光感测系统的一失焦参数；以及根据该失焦参数与该感测影像，以计算出该待测物的一原始影像；其中该失焦参数表示一物距误差与一像距误差的总和；其中该物距误差为该待测物以及该聚光组件之间的距离与该聚光组件的一前焦距的差；其中该像距误差为该影像传感器以及该聚光组件之间的距离与该聚光组件的一后焦距的差。
全文摘要
本发明涉及一种适用于光感测系统的失焦校正模块、含有该模块的光感测系统及其方法。光感测系统用来感测待测物以产生感测影像。光感测系统具有一发光组件、一聚光组件，以及一影像传感器。发光组件发出一侦测光至该待测物，以使待测物产生一反射光。聚光组件汇聚反射光于影像传感器。影像传感器根据反射光以产生感测影像。失焦校正模块具有一校正物遮蔽部分的侦测光与反射光，以分别成像于感测影像中的第一与第二校正成像位置。如此，失焦校正模块根据第一与第二校正成像位置，可计算出可表示光感测系统的失焦程度的一失焦参数，并据以校正感测影像。
文档编号H04N5/357GK102281405SQ20101020061
公开日2011年12月14日 申请日期2010年6月11日 优先权日2010年6月11日
发明者王维中, 陈晖暄 申请人:原相科技股份有限公司