影像感测模块.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103425356 A (43)申请公布日 2013.12.04 CN 103425356 A *CN103425356A* (21)申请号 201310331849.2 (22)申请日 2010.10.14 201010219184.2 2010.06.25 CN 201010509439.9 2010.10.14 G06F 3/042(2006.01) (71)申请人 原相科技股份有限公司 地址 中国台湾新竹科学工业园区新竹县创 新一路 5 号 5 楼 (72)发明人 蔡政男 吕俊毅 陈晖暄 赖鸿庆 彭元昱 苏宗敏 林志新 林育佳 许登伟 林传清 (74)专利代理。

2、机构 北京润平知识产权代理有限 公司 11283 代理人 陈潇潇 肖冰滨 (54) 发明名称 影像感测模块 (57) 摘要 一种影像感测模块， 该影像感测模块包括 ： 影 像感测元件， 在第一时间获取包括位于固定位置 的参考标示的参考标示影像的背景影像， 在第二 时间获取包括所述参考标示影像和物体影像的操 作影像 ； 以及运算元件， 根据所述背景影像产生 所述参考标示的背景位置， 根据所述操作影像产 生所述参考标示的参考位置以及所述物体影像的 检测位置， 并根据所述参考位置与所述背景位置 的差距来修正所述检测位置。 (66)本国优先权数据 (62)分案原申请数据 (51)Int.Cl. 权利要。

3、求书 1 页 说明书 6 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103425356 A CN 103425356 A *CN103425356A* 1/1 页 2 1. 一种影像感测模块， 该影像感测模块包括 ： 影像感测元件， 在第一时间获取包括位于固定位置的参考标示的参考标示影像的背景 影像， 在第二时间获取包括所述参考标示影像和物体影像的操作影像 ； 以及 运算元件， 根据所述背景影像产生所述参考标示的背景位置， 根据所述操作影像产生 所述参考标示的参考位置以及所述物体影像的检测位置，。

4、 并根据所述参考位置与所述背景 位置的差距来修正所述检测位置。 2. 根据权利要求 1 所述的影像感测模块， 其中， 该影像感测模块应用于包括两个以上 该影像感测模块的光学系统， 所述参考标示为另一影像感测模块所包括的发光元件、 另一 影像感测元件或所述光学系统的一部分。 3. 根据权利要求 1 所述的影像感测模块， 其中， 所述影像感测元件包括多个像素， 所述 运算元件存储有对照表， 该对照表包括不同差距所对应的所述物体影像所位于的各像素的 位置偏移量， 或包括根据所述物体影像所位于的各像素的位置偏移量所求得的至少一补偿 函数的系数， 所述运算元件根据所述对照表来修正所述检测位置。 4. 根。

5、据权利要求 3 所述的影像感测模块， 其中， 所述补偿函数为根据所述物体影像所 位于的多个像素中的中间像素和边缘像素的位置偏移量所求得的一维函数。 5. 根据权利要求 1 所述的影像感测模块， 其中， 所述影像感测元件包括多个像素， 所述 运算元件根据所述检测位置与一标准点的距离以及所述参考位置与所述标准点的距离来 计算变形比例， 并根据该变形比例和所述差距来修正所述检测位置。 6. 根据权利要求 5 所述的影像感测模块， 其中， 所述标准点为所述多个像素的中间像 素。 权 利 要 求 书 CN 103425356 A 2 1/6 页 3 影像感测模块 0001 本申请是申请日为2010年10。

6、月14日、 申请号为201010509439.9、 发明名称为 “影 像感测模块” 的中国发明专利申请的分案申请。 技术领域 0002 本发明涉及一种可补偿光学元件形变的影像感测模块， 特别涉及一种可针对工作 温度的变化所造成光学元件的形变进行补偿的影像感测模块。 背景技术 0003 影像获取技术普遍用于各式产品， 包括光学触控系统、 距离量测系统或其他可利 用所获取的影像进行相对应处理的光学应用产品。 0004 一般而言， 影像感测模块除了影像感测器， 另外通常包括至少一个光学元件 （Lens） ， 用于引导外部光线顺利地进入影像感测器的感光面。 然而， 影像感测模块在工作时 会因为系统运作。

7、或环境变化导致工作温度改变。例如在光学触控系统中， 触控屏幕在工作 时会因为背光模块的作动而导致工作温度上升， 因此设置在屏幕表面的影像感测模块的工 作温度也会随之上升， 致使该影像感测模块内部的光学元件因温度上升而产生形变。 0005 请参考图 1 所示， 其显示了温度变化影响影像感测模块的示意图。当影像感测模 块 100 的工作温度变化时， 影像感测模块 100 的光学元件 （图未示） 会产生形变， 并造成影像 感测模块 100 的影像感测器的视角 （Field of View,FOV） 产生变化。 0006 例如图 1 中， 影像感测模块 100 在工作温度 20时的视角例如显示为大三角。

8、形 F1 而在工作温度 70时的视角例如显示为小三角形 F2。如果此时一个物体 O 存在于如图所 示的一个固定位置时， 影像感测模块 100 在工作温度 20时可获取第一影像 P1， 其包括物 体影像 O1； 而在工作温度 70时可获取第二影像 P2， 其包括物体影像 O2。如图所示， 物体 O 在影像感测模块 100 所获取的第一影像 P1和第二影像 P2中的位置之间具有偏移。因此， 当 影像感测模块100根据所获取的物体影像O1、 O2计算物体的坐标时， 不同的工作温度下会得 到不同的坐标。 0007 有鉴于此， 本发明提出一种可消除或至少降低上述现有技术中因温度变化所导致 的形变问题的影。

9、像感测模块。 发明内容 0008 本发明的目的在于提供一种影像感测模块， 其可补偿因工作温度变化而导致其所 获取影像的误差。 0009 本发明提供一种影像感测模块， 该模块包括影像感测元件和运算元件。所述影像 感测元件包括多个像素， 用于获取包括物体影像的操作影像。所述运算元件存储有温度相 关参数与所述物体影像所位于的各像素的位置偏移量的对照表， 并根据获取所述操作影像 时相对的温度相关参数， 从所述对照表选择变形误差， 以校正所述操作影像中所述物体影 像的位置。 说 明 书 CN 103425356 A 3 2/6 页 4 0010 一种实施例中， 所述影像感测模块还包括温度感测元件， 该温。

10、度感测元件用于检 测获取所述操作影像时的工作温度。 0011 一种实施例中， 所述温度相关参数为工作温度或所述物体影像所位于的多个像素 中至少一个像素位置在不同温度时与基准位置的差距。 0012 本发明提供一种影像感测模块， 该模块包括影像感测元件和运算元件。所述影像 感测元件在第一时间获取包括位于固定位置的参考标示的参考标示影像的背景影像， 在第 二时间获取包括所述参考标示影像和物体影像的操作影像。所述运算元件根据所述背景 影像产生所述参考标示的背景位置， 根据所述操作影像产生所述参考标示的参考位置以及 所述物体影像的检测位置， 并根据所述参考位置与所述背景位置的差距来修正所述检测位 置。 。

11、0013 本发明提一种影像感测模块， 该模块包括光学元件、 影像感测元件、 温度感测元件 以及运算元件。所述光学元件用于引导光线至所述影像感测元件。所述影像感测元件根据 接收的光线产生操作影像。所述温度感测元件用于检测所述影像感测模块的工作温度。所 述运算元件根据所述工作温度来补偿因该工作温度变化所造成物体影像在所述操作影像 的位置偏移。 0014 本发明的影像感测模块一种实施例中， 所述对照表包括所述物体影像所位于的各 像素位置在不同工作温度时与基准温度时的位置偏移量， 或包括根据不同工作温度时所述 物体影像所位于的各像素的位置偏移量所求得的至少一个补偿函数的系数。 0015 本发明的影像感。

12、测模块另一实施例中， 所述对照表包括不同差距时所述物体影像 所位于的各像素位置与基准位置的位置偏移量， 或包括根据不同差距时所述物体影像所位 于的各像素的位置偏移量所求得的至少一个补偿函数的系数。 附图说明 0016 图 1 为本发明一实施例中光学元件受温度上升导致影像感测模块视角改变的示 意图 ； 0017 图 2 为本发明一实施例的影像感测模块所获取物体影像所位于的各个像素位置 相对不同工作温度的位置偏移量的示意图 ； 0018 图 3A- 图 3D 为本发明实施例的影像感测模块的方块图 ； 0019 图 4A- 图 4B 分别为本发明一实施例的光学触控系统的系统图 ； 以及 0020 图。

13、 5 为本发明实施例中参考标示的参考位置、 背景位置以及物体影像的检测位置 的示意图。 0021 附图标记说明 0022 100、 200、 320、 330、 340- 影像感测模块 0023 210- 影像感测元件 0024 220- 光学元件 0025 230- 运算元件 0026 240- 温度感测元件 0027 310- 触控平面 说 明 书 CN 103425356 A 4 3/6 页 5 具体实施方式 0028 为了让本发明的上述和其他目的、 特征和优点能更明显， 下文将配合所附图示， 作 详细说明如下。此外， 在本发明的说明中， 相同的构件以相同的符号表示， 于此合先叙明。 0。

14、029 本发明提供一种具有温度补偿的影像感测模块， 可在温度改变导致光学元件产生 形变时， 补偿影像感测模块的感测结果， 以消除温度变化对影像感测模块的负面影响。 本发 明的影像感测模块可广泛地应用于光学触控系统、 距离量测系统或其他可利用所获取影像 进行对应处理的光学应用产品。 0030 请参考图 2 所示， 其为物体影像所位于的不同像素位置所对应不同工作温度的位 置偏移量， 其中 X 轴表示影像感测模块所获取的物体影像相对于感光矩阵的像素位置， 此 处以 640 个像素为例 ； Y 轴表示物体影像的位置偏移量， 其以像素为单位。 0031 图 2 中， L1例如为 0时物体影像所位于的各像。

15、素位置的位置偏移量， 其中此温度 下物体影像所位于的各像素位置均无位置偏移 ； L2例如为25时物体影像所位于的各像素 位置的位置偏移量 ； L3例如为 70时物体影像所位于的各像素位置的位置偏移量。如图所 示， 影像感测模块的感光矩阵中， 物体影像越靠近最左侧 （像素位置 0） 或最右侧 （像素位置 640） 的位置因温度升高所产生的误差最大。可以理解的是， 图 2 所示感光矩阵的像素数目 以及物体影像所位于的各像素位置的位置偏移量与工作温度的关系仅为例示性， 并非用于 限定本发明。 0032 本发明一实施例可利用温度感测元件直接量测影像感测模块的工作温度， 并事先 建立并记录一个工作温度与。

16、光学元件变形程度的对应关系。在运作时， 则可直接根据目前 工作温度和所述对应关系来校正影像感测模块所获取的操作影像中物体影像的位置。 更详 细而言， 所述对应关系可以以基准温度 （例如， 但不限于， 0） 时物体影像所在的各像素位 置作为基准位置 （例如， 图2中L1的各像素位置） ， 并记录不同工作温度时物体影像所在的各 像素位置相对于所述基准位置的变形误差。 0033 请参考图3A图3D所示， 其为本发明实施例的影像感测模块的系统图。 影像感测 模块 200 包括影像感测元件 210、 光学元件 220 以及运算元件 230。所述影像感测元件 210 例如可为 CCD 影像感测器、 CMO。

17、S 影像感测器或其他用于感测影像的影像感测器。所述光学 元件220可利用适当材质制成， 用于将外部光线引导至影像感测元件210的感光矩阵， 致使 影像感测元件 210 可接收光线并产生影像。所述运算元件 230 则从所述影像之中取出物体 信息， 并将其提供至影像感测模块所应用的系统进行后端处理， 例如在光学触控系统中可 利用所述物体信息进行物体的坐标运算。 0034 在利用工作温度作为校正基准的实施例中， 所述影像感测模块 200 可进一步包括 温度感测元件 240， 用于感测目前工作温度， 以供运算元件 230 根据其所量测的目前工作温 度来补偿光学元件220因温度变化而产生的形变造成影像感。

18、测模块200所获取影像的位置 偏移。一种实施例中， 可事先建立并记录一个工作温度与光学元件 220 变形程度的对应关 系， 例如从 20至 70之间， 每隔 5量测一次影像感测元件 210 所获取的影像中， 物体影 像所位于的各像素位置与基准位置的变形误差 （例如图2中L2及L3各点与L1各点的差距） ， 以建立多个对照表 （此时基准位置例如可设定为 20时物体影像所位于的各像素的位置） 。 该对照表中， 物体影像所位于的各像素位置的变形误差即可被视为物体影像所位于的各像 素位置在不同工作温度时受光学元件形变所产生影响的对应关系。可以理解的是， 对照表 说 明 书 CN 103425356 A。

19、 5 4/6 页 6 的数目可根据所欲补偿的精确度而决定。 0035 每一个对照表例如可包括某工作温度下相对于基准温度时， 物体影像所位于的各 像素的位置偏移量、 根据各偏移量求得的一个或多个一维、 二维或多维补偿函数的系数， 例 如相对于 a1x+b1的一维补偿函数的系数 （a1,b1） ； 相对于 a2x2+b2x+c2的二维补偿函数的系数 （a2,b2,c2） 等。仅存储补偿函数的系数的优点在于， 可减少预先存储的数据量。例如可以以 物体影像所位于的多个像素中的中间像素与两边缘像素的偏移量来决定至少一个一维补 偿函数的系数， 例如斜率， 并将不同温度时的斜率事先存储于对照表。 0036 。

20、更详细而言， 所述影像感测元件 210 获取包括物体影像的操作影像时， 温度感测 元件 240 同时检测目前工作温度， 运算元件 230 则直接从对照表读取物体影像所位于的各 像素的位置偏移量， 或者从对照表读取相对应补偿函数的系数并据此计算出物体影像所位 于的各像素的位置偏移量， 以决定变形误差， 借此校正操作影像中物体影像的位置。 0037 必须说明的是， 图 3A 至图 3C 用于说明影像感测模块 200 所包括的各元件可通过 不同耦接方式实现， 其中温度感测元件 240 设置于影像感测模块 200 内。例如， 图 3A 中影 像感测元件 210 耦接于温度感测元件 240 与运算元件 。

21、230 之间 ； 图 3B 中温度感测元件 240 耦接于影像感测元件 210 与运算元件 230 之间 ； 图 3C 中运算元件 230 耦接于影像感测元件 210 与温度感测元件 240 之间。此外， 图 3D 显示了运算元件 230 独立于影像感测模块 200 之外的实施例。另一实施例中， 温度感测元件 240 可内置于影像感测元件 210。 0038 以光学触控系统为例， 所述影像感测模块 200 即可利用温度感测元件 240 检测操 作时的工作温度， 再根据该工作温度挑选该工作温度所对应的对照表， 并根据影像感测模 块 200 的影像感测元件 210 在操作时获取到的操作影像中物体影。

22、像的检测位置 X0， 从所述 对照表选择变形误差 t（位置偏移量） ， 据以计算经补偿该光学元件的形变后该物体影像 所对应的校正位置 X1， 如式 （1） 所示 ： 0039 X1=X0+t （1） 0040 另一实施例中， 本发明还可在不需检测目前工作温度的情况下对影像感测模块所 获取的影像进行校正。也即本实施例中， 当影像感测模块具有位置固定的至少一个参考标 示时， 影像感测模块可在基准温度 （例如， 0或 20） 下获取包括所述参考标示的参考标示 影像的背景影像， 并根据该背景影像取得所述参考标示的一个背景位置以及物体影像所位 于的各像素位置的基准位置， 另获取不同温度下所述参考标示的位。

23、置与所述背景位置的差 距以及物体影像所位于的各像素位置相对所述基准位置的位置偏移量 （例如， 可在影像感 测模块所应用的系统出厂时一并进行设定） 。在系统运作时， 影像感测模块即可藉由所取得 的操作影像中所述参考标示的一个操作位置来计算该操作位置与所述背景位置的差距， 进 而根据该差距得知光学元件的形变程度以及相对的物体影像所位于的各像素位置的变形 误差， 以校正操作影像中物体影像的位置。 0041 换句话说， 例如， 所述运算元件 230 中已预先存储有对照表， 其包括相对不同的背 景位置与操作位置的差距时， 物体影像所位于的各像素位置相对于所述基准位置的位置偏 移量、 根据各偏移量所求得的。

24、一个或多个一维、 二维或多维补偿函数的系数。 所述运算元件 230 则根据操作当时所检测的背景位置与操作位置的差距并根据所述对照表来对操作影像 进行补偿。 更详细而言， 本实施例与上述实施利的差异在于， 本实施例中， 影像感测模块200 不需另外设置温度感测元件 240 来量测目前工作温度， 而是以背景位置与操作位置的差距 说 明 书 CN 103425356 A 6 5/6 页 7 来取代实际量测目前工作温度。 由于此实施例直接利用背景位置与操作位置的差距作为补 偿依据， 可具有较高的准确度。 0042 总而言之， 本发明事先建立温度相关参数 （temperature related par。

25、ameter） 与 物体影像所位于的各像素的位置偏移量的对照表存储于影像感测模块中， 并根据操作当时 对应的温度相关参数以及所述对照表来补偿操作影像中的物体影像 ； 其中温度相关参数例 如可为工作温度或参考标示的参考位置与背景位置的差距， 但本发明并不限于此。 0043 此外， 本实施例中还可利用影像中一个以上的参考标示的参考位置与背景位置的 差距 （例如， 图2中最左侧和最右侧的最大变形误差） 来决定操作时的对照表， 以增加选择补 偿依据的精确度。此外， 由于相对于整个影像的补偿函数可能无法以一个简化的补偿函数 表示， 因此还可利用多个补偿函数作为不同区段的补偿函数， 例如以影像中点为区隔，。

26、 两侧 分别使用不同的补偿函数。 0044 请参考图4A和图4B所示， 其为影像感测模块应用于光学触控系统的二个实施例。 图4A中， 光学触控系统300具有一个触控平面310和二个影像感测模块320、 330 ； 图4B中， 光学触控系统 300 具有触控平面 310 和三个影像感测模块 320、 330、 340。每一个影像感测 模块320、 330、 340皆具有影像感测元件、 光学元件以及至少一发光元件 （图中未显示） ， 例如 发光二极管或激光二极管， 优选为不可见光发光二极管或激光二极管。 此外， 若所述影像感 测模块 320、 330、 340 具有温度感测元件， 则可不包括发光元。

27、件。 0045 图 4A 中， 当影像感测模块 320 在获取至少一物体的影像时， 因影像感测模块 330 的发光元件同时发光， 因此影像感测模块 320 可在影像中获取到物体以及影像感测模块 330 的发光元件的影像。因此， 影像感测模块 330（或其发光元件） 即可作为影像感测模块 320 的参考标示， 而相对的影像感测模块 320（或其发光元件） 即可作为影像感测模块 330 的参考标示。同样的， 图 4B 中， 影像感测模块 330（或其发光元件） 也可作为影像感测模块 340 的参考标示。 0046 请参照图 4A、 图 4B 和图 5 所示， 接着说明本实施例中补偿因温度变化所造成。

28、物体 影像的位置偏移的另一种实施例。以影像感测模块 320 为例， 该影像感测模块 320 在出厂 时即获取包括影像感测模块 330 的背景影像， 并记录影像感测模块 330 在该背景影像的位 置作为背景位置 R0。当影像感测模块 320 在操作时间获取包括物体和影像感测模块 330 的 操作影像时， 影像感测模块 320 可计算物体在所述操作影像中的检测位置 X0以及影像感测 模块 330 在所述操作影像中的参考位置 R1。可以理解的是， 为了清楚显示背景位置 R0与参 考位置 R1的差距， 图 5 中调整了背景位置 R0与参考位置 R1之间的距离。 0047 由于物体在影像感测模块 320。

29、 所获取影像中的成像为暗点， 而影像感测模块 330 的发光元件在影像感测模块 320 所获取影像中的成像为亮点， 因此还可在一段时间内由影 像感测模块 320 获取二张影像， 再由该二张影像分别取出影像感测模块 330 的参考位置 R1 以及物体的检测位置 X0。也即， 参考位置 R1和检测位置 X0可以不从同一张影像中求得。 0048 由于影像感测模块 330 的成像位置靠近影像感测模块 320 所感测影像的最右侧 （最大像素位置） ， 因此影像感测模块330成像位置的误差值 （参考位置R1与背景位置R0的差 距） 可被视为影像感测模块 320 在所述操作时间时所产生的最大变形误差 T。如。

30、图 2 所 示， 物体在不同位置所产生的误差值不同， 因此将所述最大变形误差 T 乘上一个变形比 例m即可求得物体影像位于不同像素位置的变形误差t， 因此将影像感测模块320所获取 说 明 书 CN 103425356 A 7 6/6 页 8 物体的检测位置 X0利用所述变形误差 t 进行补偿， 即可计算物体的一个校正位置 X1， 如 式 （1） 所示。 0049 请再参照图 2 所示， 由于在该影像感测模块 320 的约略中间像素位置的误差值最 小， 而在最大像素位置和 / 或最小像素位置的误差值最大， 因此可根据物体的检测位置 X0 在影像感测模块 320 的像素位置来计算所述变形比例 m。

31、。 0050 例如图 2 中， 在约略中间像素位置至最大像素位置这段的变化可简化为一线性递 增函数， 而约略中间像素位置至最小像素位置这段的变化可简化成一线性递减函数。 因此， 可以以影像感测模块320的一个预定像素 （例如， 但不限于， 中间像素位置） 作为标准点O （如 图 5） ， 计算物体在影像感测模块 320 的成像位置与标准点 O 之间的距离相对于最大触碰位 置与标准点 O 之间的距离的比例作为变形比例 m， 例如 m=（X0-O） /（R1-O） 。对于光学触控 系统 300 而言， 针对影像感测模块 320 的最大触碰位置即是触控平面 310 中邻近影像感测 模块 330 附近。

32、的一个边界， 所述边界也可以是光学系统的一部分。更详细而言， 本实施例中 并不需事先存储对照表， 仅需根据所事先存储的背景位置求得至少一个最大变形误差 T （例如， 可仅计算两边缘像素与约略中间像素的一个或两个最大变形误差） ， 配合标准点 O 和 物体影像的检测位置 X0， 即可计算出变形比例 m。 0051 因此， 影像感测模块 320 在操作时间所获取的操作影像中， 物体的校正位置 X1即 可表示为 ： 0052 X1=X0+t=X0+T*（X0-O） /（R1-O） 0053 影像感测模块330和340在计算物体在所获取影像中的像素位置时也可使用影像 感测模块 320 的校正方式， 故。

33、于此不再赘述。 0054 本发明的可补偿光学元件形变的影像感测模块， 可广泛的应用于光学触控系统、 距离量测系统或其他可利用所获取影像进行对应处理的光学应用产品， 在上述实施例中虽 以光学触控系统为例， 然而任何本发明所属技术领域中的技术人员皆可在了解本发明上述 实施例的说明之后， 直接将本发明的影像感测模块应用于各式光学应用产品上， 因此在此 即不再针对其他应用的实施例加以赘述。 说 明 书 CN 103425356 A 8 1/3 页 9 图 1 图 2 图 3A 说 明 书 附 图 CN 103425356 A 9 2/3 页 10 图 3B 图 3C 图 3D 说 明 书 附 图 CN 103425356 A 10 3/3 页 11 图 4A 图 4B 图 5 说 明 书 附 图 CN 103425356 A 11 。