专利名称：拖曳亮影现象补正方法
技术领域：
本发明涉及一种光学测量中所应用的补正方法，特别涉及一种拖曳亮影(smear) 现象补正方法。
背景技术：
在光学量测的技术领域中，由于部分电荷耦合器(Charge Coupled Device ；CCD)， 例如行间转换电荷耦合器(Interline Transfer Charge Coupled Device ；IT CCD)，以及框幅式转换电荷耦合器(Frame Transfer Charge Coupled Device ；FTCCD)，是采用电子式快门而无实体快门机构阻断光线，在取像结束进行数据传输的同时，光线仍会持续射入CCD 并一并受C⑶感应，在感测影像中形成至少一拖曳亮影(smear)。请参阅图1至图1B，其是CXD光线感应原理的逻辑示意图。如图所示，以IT CXD 为例，CXD包含一第一数量(w)个CXD感应栏1 (于此以w = 4为例)，各CXD感应栏1又包含一第二数量(h)个CXD感应胞(Cell)ll(于此以h = 5为例)，使C⑶具有wXh个上述的CXD感应胞11，而使CXD的感测影像会具有wXh个分别对应于上述wXh个CXD感应胞 11的像素。各CCD感应胞11包含一感光胞111与一电荷暂存胞(Charge Register) 112。感光胞111是用以感应入射光线，并将入射光线转变为一感应电荷量4。电荷暂存胞112电性连结于感光胞111以接收该感应电荷量4。另外，CCD感应栏1中的h个电荷暂存胞112串联成一位移缓存器(Shift Register) 2，位移缓存器2电性连结于一读出缓存器(Readout Register)30当一曝光取像行程结束，CXD感应栏1中的h个感光胞111会同时将所具有的感应电荷量4(图中以一黑色圆点做代表)传送至所对应的电荷暂存胞112。接着，如图IA所示，位移缓存器2会将感应电荷量4依序位移传送至读出缓存器3，以供读出缓存器3对该些感应电荷量4进行读取(Readout)动作，藉以将其转换为数值。以上为CCD感应光线的基本状况。其中，位移缓存器2将感应电荷量4依序位移传送至读出缓存器3，是指同步将所有电荷暂存胞112中的感应电荷量4向读出缓存器3位移一个像素单位。换以言之，即为将最靠近读出缓存器3的电荷暂存胞112中的感应电荷量4传送至读出缓存器3，其余电荷暂存胞112中的感应电荷量4依序由原本所属的电荷暂存胞112，传送至排列于原本所属的电荷暂存胞112下方的电荷暂存胞112。举例而言，第5个电荷暂存胞112将所具有的感应电荷量4位移传送至第4个电荷暂存胞112，第4个电荷暂存胞112将所具有的感应电荷量 4位移传送至第3个电荷暂存胞112，依此类推。接着，请参阅图2与图2A，其是在一清除行程中，CXD运作的逻辑示意图。在前述的曝光取像行程开始前，感光胞111有可能因为感应到若干杂光而产生一未曝光感应电荷量5 (图中以一点状剖面线所填充的圆点做代表)。该些未曝光感应电荷量5为不需要的多余电荷，因此必须先进行一清除(Reset)行程将其清除。如图所示，在清除行程中，该h个
4感光胞111会同时将所具有的未曝光感应电荷量5传送至所对应的电荷暂存胞112，再利用位移缓存器2将未曝光感应电荷量5依序位移传送至读出缓存器3，并通过读出缓存器3 将该些未曝光感应电荷量5清除掉。相较于图1至图IB所显示的曝光取像行程结束后CXD感应栏1的作动叙述，在图 2与图2A所叙述的清除行程中，相异之处在于未曝光感应电荷量5被位移至读出缓存器3 后，读出缓存器3并不会对该未曝光感应电荷量5进行读取动作。取而代之地，则是将其直接清除。因此，位移缓存器2每次依序位移传送未曝光感应电荷量5所耗用的单位时间，会较依序位移传送感应电荷量4所耗用的单位时间来的短。请参阅图3，其是CCD光学测量行程中，简易时间轴的示意图。如图所示，在清除行程中，位移缓存器2是在每一位移清除时间△ τ2将未曝光感应电荷量5向读出缓存器3位移传送，在一曝光时间τ进行曝光取像行程，并在每一位移读取时间Δ T1将感应电荷量4 向读出缓存器3位移传送。其中，由于未曝光感应电荷量5被传送至读出缓存器3后并不会被花时间读取，可快速进行下一轮位移传送，因此位移清除时间会较位移读取时间来的短。接下来，请参阅图4至图4Ε，其是拖曳亮影产生原理的逻辑示意图，也为在清除行程中的t0 t5时间点时，位移缓存器的作用示意图。以下将以h = 5、j’ = 2为例，将CXD 感应栏1中的CCD感应胞11由下至上依序排序为第1 第h个，其中第j’个CCD感应胞 11是产生漏光的现象。如图4所示，该h个感光胞111将感应不需要杂光所产生的未曝光感应电荷量5， 分别传送至所对应的电荷暂存胞112。如图4A所示，在tl时间点时，位移缓存器2中第1 第h个的电荷暂存胞112将所具有的未曝光感应电荷量5，同步向读出缓存器3的方向位移一个像素单位。而第1个电荷暂存胞112会将所具有的未曝光感应电荷量5传送至读出缓存器3。在进行位移动作的同时，仍有部分光线不间断地泄露至第2个(第j’个)C⑶感应胞11，造成部分的感应电荷泄露至第2个(第j’个)电荷暂存胞112。如此，使得第2 个电荷暂存胞112在这段位移清除时间Δ 12中(t0 tl)，产生一额外的清除漏电荷量 42a(在图中是以一斜线填充的小圆点作代表)。如图4B所示，在t2时间点时，该清除漏电荷量4 会与原本的未曝光感应电荷量 5 —同被位移至下一像素单位。同时，第2个电荷暂存胞112再度重新产生另外一个清除漏电荷量42a。如图4C所示，在t3时间点时，清除漏电荷量4 与未曝光感应电荷量5 —同被传送至读出缓存器3中而被清除。然而，如图4D与图4E所示，在t4与t5时间点时，由于第2个电荷暂存胞112在每个时间点持续产生清除漏电荷量42a，使得一开始的5个(h个)未曝光感应电荷量5在清除完毕后，第1个与第2个的电荷暂存胞112仍各自残存一清除漏电荷量42a。请参阅图5至图5E，其是拖曳亮影产生原理的逻辑示意图，也为在曝光取像行程结束后，t6 til时间点时的位移缓存器的作用示意图。清除行程结束后进行曝光时间为 τ的曝光取像行程，曝光取像行程结束后，如图5与图5Α所示，在t6与t7时间点时，位移缓存器2中第1 第h个的电荷暂存胞112会自所对应的感光胞111接收曝光取像行程中所感应的感应电荷量4，并将所具有的感应电荷量4向读出缓存器3的方向位移一个像素单位。
相同地，在进行位移动作的同时，第2个(第j ’个)CXD感应胞11仍会不间断地泄露部分的电荷至所对应的第2个(第j’个)电荷暂存胞112，使得第2个电荷暂存胞112 在每一位移读取时间△ τ工中，再度产生一额外的读取漏电荷量42b(在图中是以一斜线填充的大圆点作代表)。此时，原本图5中第3个电荷暂存胞112中的感应电荷量4，在t7时间点时，会转变为由所述的读取漏电荷量42b与一实际影像电荷量41组成。其中实际影像电荷量41为原本的感应电荷量4。换以言之，此时的感应电荷量4实际上是由实际影像电荷量41加上读取漏电荷量 42b所组成的。所以显现在感测影像上，会产生亮度值较真实影像高的情况。以上情况会发生在第3个(第j’ +1个)到第5个(第h个)电荷暂存胞112，故会在第(j’ +1)个 第 h个像素之间形成所述的拖曳亮影。同时，请继续参阅图5至图5E。由于在tl t5时间点的清除行程后，第1个与第 2个的电荷暂存胞112仍分别残留一清除漏电荷量42a，故第1与第2个电荷暂存胞112的感应电荷量4，会转变为由所述的清除漏电荷量4 与实际影像电荷量41所组成。同样地， 也会造成感测影像中亮度值较真实影像高的情况。以上情况会发生在第1 第2个(第j’ 个)电荷暂存胞112，故会在第1个 第j’个像素之间形成所述的拖曳亮影。其中，第1 第j’像素的拖曳亮影实际上观察时，会较第(j’ +1)个 第h个像素的拖曳亮影黯淡。究其原因，乃位移读取时间△ τ工较位移清除时间△ τ2长所造成。由于位移读取时间△ τ工包含读出缓存器3花在读取感应电荷量4的时间，所以位移读取时间Δ T1会较位移清除时间Δ τ 2长，使第j’个CCD感应胞11产生读取漏电荷量42b的漏光期间，会较产生清除漏电荷量4 的漏光期间长。故，读取漏电荷量42b会因漏光期间较长，而比清除漏电荷量4 来的大。在视觉上，读取漏电荷量42b与实际影像电荷41所组成的感应电荷量4，自然也就形成较亮的拖曳亮影。为了解决上述感测影像中会出现拖曳亮影的问题，本发明通过算法设计在软件上进行拖曳亮影的补正。
发明内容
本发明所欲解决的技术问题与目的有鉴于在现有技术中CCD的感测影像会具有上述的拖曳亮影现象，本发明所要解决的技术问题在于提供一种拖曳亮影的补正方法，利用软件中算法的设计，计算一联立方程组中多个对应各像素的感应电荷方程式，以由一感应电荷量、一实际影像电荷量与一拖曳亮影电荷量所组成的感应电荷方程式中，计算出实际影像电荷量，藉以修正感测影像使其不再具有拖曳亮影。本发明解决问题的技术手段本发明为解决现有技术的问题，所采用的技术手段是提供一种拖曳亮影的补正方法，以对一电荷耦合器(Charge Coupled Device ;CCD)感测一对象时所产生的一感测影像的至少一拖曳亮影进行补正。C⑶包含一第一数量(w)个C⑶感应栏，各CXD感应栏包含一第二数量(h)个CXD感应胞(Cell)，藉以使C⑶具有wXh个上述的C⑶感应胞，并使该感测影像具有wXh个分别对应于上述wXh个CXD感应胞的像素。各CCD感应胞包含一感光胞与一电性连结于该感光胞的电荷暂存胞(ChargeRegister)，各电荷暂存胞串联成一位移缓存器(Shift Register)并电性连结于一读出缓 存器(Readout Register) 0其中，拖曳亮影由该些CXD感应胞中的第j’个C⑶感应胞漏光 所产生。该补正方法包含下列步骤首先，定义一位移读取时间A T工以及一位移清除时间 A T 2，并将每一 CCD感应胞的受光强度定义为I ；在每一 CCD感应胞的一曝光时间为T时， 利用位移读取时间A T1、位移清除时间A T2、受光强度I、C⑶的漏光率n以及C⑶的受 光量_感应电荷量转换常数Iq，对各CCD感应栏的每一像素建立一感应电荷方程式。其中 该感应电荷方程式由感应电荷量、实际影像电荷量与拖曳亮影电荷量所组成。将h个上述的感应电荷方程式改写为h个计量运算(count calculation)方程式， 并组成一联立方程组。同时，预设一停止条件，并以叠代法计算联立方程组。在满足该停止 条件时，终止叠代法计算并获得各CCD感应栏的各像素的实际影像电荷量所对应的一实际 影像电荷计量转换值，藉以补正感测影像中的拖曳亮影。本发明对照现有技术的功效相较于现有技术所提供的CXD检测方法，由于未针对拖曳亮影像现象进行补正， 会使检测结果产生误差，本发明的拖曳亮影现象补正方法由于利用定义位移读取时间 A T p位移清除时间A T2与受光强度I等影响因素建立对应各像素的感应电荷方程式，并 改写为计量运算方程式以计算出对应各像素的实际影像电荷量所对应的一实际影像电荷 计量转换值。由此，可获得各像素经过补正后的实际影像电荷计量转换值，增进光学量测的 准确度，避免拖曳亮影干扰检测结果。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1至图IB为CXD光线感应原理的逻辑示意图；图2与图2A为在一清除行程中，CXD运作的逻辑示意图；图3为CXD光学测量行程中简易时间轴的示意图；图4至图4E为拖曳亮影产生原理的逻辑示意图；图5至图5E为拖曳亮影产生原理的逻辑示意图；以及图6为本发明的拖曳亮影补正方法的简易流程图。其中，附图标记CCD 感应栏 1CCD 感应胞 11感光胞111电荷暂存胞112位移缓存器2读出缓存器3感应电荷量4未曝光感应电荷量5实际影像电荷量41清除漏电荷量42a
读取漏电荷量42b曝光时间τ位移读取时间Δ τ 位移清除时间Δ τ2受光强度I漏光率η受光量-感应电荷量转换常数
具体实施例方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述请先参考现有技术中对拖曳亮影(smear)生成原因的详细叙述并一并参阅图3至图4E。本发明的拖曳亮影现象补正方法是用以对一电荷耦合器(Charge Coupled Device ； (XD)感测一对象时所产生的一感测影像的至少一拖曳亮影进行补正，其中对象可为LED发光组件。本发明分别针对第1 第j’像素以及第(j’ +1) 第h像素，分别由一清除漏电荷量4 与一读取漏电荷量42b所形成的拖曳亮影进行补正。以下列举本发明的一较佳实施例以供所属技术领域者据以实施。首先，定义一位移读取时间Δ T1以及一位移清除时间Δ τ2，并将每一(XD感应胞 11的受光强度定义为I。该些暂存电荷胞112是在每一上述的位移读取时间Δ τ 将一感应电荷量4依序位移传送至该读出缓存器3，各感应电荷量4包含一实际影像电荷量41与一拖曳亮影电荷量，且该感应电荷量4藉由感测而获得。接着，在每一 CXD感应胞11的一曝光时间为τ时，利用该位移读取时间Δ τ工、该位移清除时间Δ τ 2、该受光强度I、该CXD的一漏光率η以及该CXD的一受光量-感应电荷量转换常数Ic1，对各CXD感应栏1的每一像素建立一由感应电荷量4、实际影像电荷量41 与拖曳亮影电荷量所组成的一感应电荷方程式，据以从各CCD感应栏获得一由h个上述的感应电荷方程式所组成的联立方程组。其中，上述该h个感应电荷方程式中，第j个感应电荷方程式为
权利要求
1.一种拖曳亮影现象补正方法，用以对一电荷耦合器感测一对象时所产生的一感测影像的至少一拖曳亮影进行补正，其特征在于，该CXD包含一第一数量w个CXD感应栏，各CXD 感应栏包含一第二数量h个CXD感应胞，藉以使该CXD具有wXh个上述的CXD感应胞，并使该感测影像具有wXh个分别对应于上述wXh个CXD感应胞的像素，各CXD感应胞包含一感光胞与一电性连结于该感光胞的电荷暂存胞，该些电荷暂存胞串联成一位移缓存器并电性连结于一读出缓存器，该拖曳亮影由该些CCD感应胞中的第j’个CCD感应胞漏光所产生，该拖曳亮影现象补正方法包含下列步骤(a)定义一位移读取时间ΔT1以及一位移清除时间Δ τ 2，并将每一 C⑶感应胞的受光强度定义为I，其中该些电荷暂存胞是在每一上述的位移读取时间△ T1将一感应电荷量依序位移传送至该读出缓存器，各感应电荷量包含一实际影像电荷量与一拖曳亮影电荷量，且该感应电荷量藉由感测而获得；(b)在每一CCD感应胞的一曝光时间为τ时，利用该位移读取时间Δ T1、该位移清除时间Δ τ 2、该受光强度I、该CXD的一漏光率η以及该CXD的一受光量-感应电荷量转换常数h，对各CCD感应栏的每一像素建立一由该感应电荷量、该实际影像电荷量与该拖曳亮影电荷量所组成的一感应电荷方程式，据以从各CCD感应栏获得一由h个上述的感应电荷方程式所组成的联立方程组；以及自该联立方程组中计算出各CCD感应栏的各像素的上述该实际影像电荷量。
2.根据权利要求1所述的拖曳亮影现象补正方法，其特征在于，上述h个感应电荷方程 式中的第j个感应电荷方程式为 ，Nj为上述h个像素中的第j个像素的该感应电荷量，
3.根据权利要求2所述的拖曳亮影现象补正方法，其特征在于，该第j个感应电 荷方程式中
4.根据权利要求3所述的拖曳亮影现象补正方法，其特征在于，该步骤(b)还包含一步骤(bl)，其是依据该漏光率η、该曝光时间τ、该位移读取时间△ τ工与该位移清除时间 Δ τ 2计算出一第一漏光关联参数ε工与一第二漏光关联参数ε 2，该第一漏光关联参数S1 与该第二漏光关联参数ε 2满足下列关系式ε i = η Δ τ夕τ，ε 2 = η Δ τ 2/ τ。
5.根据权利要求4所述的拖曳亮影现象补正方法，其特征在于，该步骤(b)还包含一步骤( )，其是将各联立方程组中的h个上述的感应电荷方程式改写为 h个计量运算方程式，且上述h个计量运算方程式中的第j个计量运算方程式为
6.根据权利要求5所述的拖曳亮影现象补正方法，其特征在于，该计量运算方程式中，
7.根据权利要求5所述的拖曳亮影现象补正方法，其特征在于，该步骤(c)还包含一步骤(cl)，是利用叠代法计算该上述h个计量运算方程式，藉以计算出上述h个分别对应于各 CCD感应栏的上述h个像素的实际影像电荷计量转换值。
8.根据权利要求5所述的拖曳亮影现象补正方法，其特征在于，该步骤(c)还包含一步骤(^)，是对叠代法预设一停止条件，并在满足该停止条件时，终止利用叠代法计算上述h 个计量运算方程式，并同时撷取上述h个分别对应于各CCD感应栏的上述h个像素的实际影像电荷计量转换值。
9.根据权利要求5所述的拖曳亮影现象补正方法，其特征在于，该步骤(c)还包含一步骤(c3)，是将各像素的感应电荷计量转换值扣除该拖曳亮影电荷计量转换值，藉以使各像素获得经过补正后的该实际影像电荷计量转换值。
全文摘要
一种拖曳亮影现象补正方法，是对一电荷耦合器感测一对象所产生的感测影像中至少一拖曳亮影进行补正，依据所定义的一位移读取时间、一位移清除时间、一曝光时间、CCD的一漏光率、每一CCD感应胞的一受光强度与CCD的一受光量-感应电荷量转换常数，对各CCD感应栏的每一像素建立一由感应电荷量、实际影像电荷量与拖曳亮影电荷量所组成的一感应电荷方程式，以该些感应电荷方程式组成一联立方程组，将该联立方程组中的感应电荷方程式改写为计量运算方程式，并利用叠代法计算出各像素的实际影像电荷量。
文档编号H04N5/359GK102413289SQ20101028893
公开日2012年4月11日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者张志交, 杨欣泰, 王遵义, 翁义龙 申请人:致茂电子(苏州)有限公司