專利名稱：失焦校正模塊、含有該模塊的光感測系統(tǒng)及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種失焦校正模塊，更明確地說，涉及一種適用于光感測系統(tǒng)的失焦校正模塊。
背景技術：
請參考圖1。圖1為公知技術的光感測系統(tǒng)100的示意圖。光感測系統(tǒng)100用來感測待測物MO以產生一感測影像SIM，光感測系統(tǒng)100具有一發(fā)光組件110、一聚光組件 120，以及一影像傳感器130。發(fā)光組件110發(fā)出一偵測光Ld至待測物M0，以使待測物MO產生一反射光LK。影像傳感器130根據(jù)反射光LkW產生感測影像SIM。聚光組件120用來匯聚反射光Lk于影像傳感器130。聚光組件120的放大系數(shù)為m。聚光組件120的前焦距與后焦距分別為D與mD，聚光組件120的前焦距平面與后焦距平面分別為SUf與SUK。影像傳感器130設置于聚光組件120的后焦距平面SUK。聚光組件120的前焦距平面SUf設置有一基板101。若待測物MO貼合于基板101，則表示待測物MO與聚光組件120之間的已知距離等于聚光組件120的前焦距D。假設此時影像傳感器130與聚光組件120之間的距離也等于聚光組件120的后焦距mD，則反射光Lk可匯聚于影像傳感器130，而使影像傳感器130 產生清晰的感測影像SIM。然而，由于在光感測系統(tǒng)100中可能有組裝誤差，因此造成影像傳感器130與聚光組件120之間的距離不等于聚光組件120的后焦距mD，或是基板101與聚光組件120之間的距離不等于聚光組件120的前焦距D。此外待測物MO也可能于成像時沒有貼合于基板101。如此一來，待測物MO所產生的反射光Lk會因失焦而無法匯聚于影像傳感器130，而使影像傳感器130產生模糊的感測影像SIM，帶給使用者很大的不便。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種失焦校正模塊。該失焦校正模塊應用于一光感測系統(tǒng)。該光感測系統(tǒng)用來感測一待測物以產生一感測影像。該光感測系統(tǒng)具有一發(fā)光組件、一聚光組件，以及一影像傳感器。該發(fā)光組件用來發(fā)出一偵測光至該待測物，以使該待測物產生一反射光。 該聚光組件用來匯聚該反射光于該影像傳感器。該影像傳感器用來根據(jù)該反射光以產生該感測影像。該失焦校正模塊用來校正該光感測系統(tǒng)的該感測影像。該失焦校正模塊包含一校正物，以及一計算電路。該校正物位于該待測物與該聚光組件之間。該校正物用來遮蔽部分的該偵測光與部分的該反射光，以分別成像于該感測影像中的一第一校正成像位置與一第二校正成像位置。該計算電路用來根據(jù)該第一校正成像位置與該第二校正成像位置， 以校正該感測影像。本發(fā)明另提供一種具校正失焦功能的光感測系統(tǒng)。該光感測系統(tǒng)用來感測一待測物以產生一感測影像。該光感測系統(tǒng)包含一發(fā)光組件、一影像傳感器、一聚光組件，以及一失焦校正模塊。該發(fā)光組件用來發(fā)出一偵測光至該待測物，以使該待測物產生一反射光。該影像傳感器用來根據(jù)該反射光以產生該感測影像。該聚光組件用來匯聚該反射光于該影像傳感器。該失焦校正模塊，用來校正該光感測系統(tǒng)的該感測影像。該失焦校正模塊包含一校正物，以及一計算電路。該校正物位于該待測物與該聚光組件之間。該校正物用來遮蔽部分的該偵測光與部分的該反射光，以分別成像于該感測影像中的一第一校正成像位置與一第二校正成像位置。該計算電路用來根據(jù)該第一校正成像位置與該第二校正成像位置， 以校正該感測影像。 本發(fā)明另提供一種用來校正一光感測系統(tǒng)的方法。該光感測系統(tǒng)用來感測一待測物以產生一感測影像。該光感測系統(tǒng)具有一發(fā)光組件、一聚光組件，以及一影像傳感器。該發(fā)光組件用來發(fā)出一偵測光至該待測物，以使該待測物產生一反射光。該聚光組件用來匯聚該反射光于該影像傳感器。該影像傳感器用來根據(jù)該反射光以產生該感測影像。該方法包含于該待測物與該聚光組件之間提供一校正物、該校正物遮蔽部分的該偵測光與部分的該反射光，以分別成像于該感測影像中的一第一校正成像位置與一第二校正成像位置，以及根據(jù)該第一校正成像位置、該第二校正成像位置，以校正該感測影像。


圖1為公知技術的光感測系統(tǒng)的示意圖。
圖2為說明本發(fā)明的失焦校正模塊的示意圖。
圖3為影像傳感器所產生的感測影像的一部分的示意圖。
圖4為計算電路沿著圖3中的切線所讀取的信號的示意圖。
圖5為說明根據(jù)失焦參數(shù)以校正感測影像的方法的示意圖。
圖6為本發(fā)明的具校正失焦功能的光感測系統(tǒng)的示意圖。
其中，附圖標記說明如下
101,601基板
110,610發(fā)光組件
120,620聚光組件
130,630影像傳感器
210,641校正物
220,642計算電路
600光感測系統(tǒng)
A有效聚光面積
D失焦參數(shù)
D前焦距
L切線
Ld、Ldi、Ld2偵測光
Lr、Lei、Le2反射光
LOCpLOC2位置
M放大系數(shù)
MO待測物
OIM原始影像
Ρι>Ρ2遮蔽點
PIX1 PM4像素
STH臨界值SIM感測影像SUF前焦距平面SUE后焦距平面A入射角δ、Dci2距離QFOV視角
具體實施例方式本發(fā)明提供一種失焦校正模塊，應用于光感測系統(tǒng)。本發(fā)明的失焦校正模塊，通過一校正物設置于待測物與聚光組件之間，遮蔽部分的偵測光與部分的反射光，以分別成像于感測影像中的一第一校正成像位置與一第二校正成像位置。如此，本發(fā)明的失焦校正模塊可根據(jù)第一校正成像位置與第二校正成像位置，以得到光感測系統(tǒng)的失焦程度，并據(jù)以校正模糊的感測影像，來提供給使用者待測物的清晰的影像。請參考圖2。圖2為說明本發(fā)明的失焦校正模塊200的示意圖。失焦校正模塊200 可用來校正光感測系統(tǒng)100于失焦時所產生的感測影像SIM。失焦校正模塊200包含一校正物210與一計算電路220。校正物210位于待測物MO與聚光組件120之間。校正物210 用來遮蔽部分的偵測光Ld與部分的反射光LK，以分別成像于感測影像SIM中的校正成像位置LOC1與L0C2。舉例而言，當發(fā)光組件110發(fā)出紅外光以作為偵測光Ld時，校正物210不透紅外光，以遮蔽部分的偵測光Ld與部分的反射光LK。計算電路220根據(jù)校正成像位置 LOC1與LOC2,以估計光感測系統(tǒng)100的失焦程度，并據(jù)以校正感測影像SIM。更明確地說， 光感測系統(tǒng)100的失焦的原因來自于一物距誤差ER。，以及一像距誤差ERp物距誤差ERq 用來表示待測物MO以及聚光組件120之間的距離與聚光組件120的前焦距D的差異，也就是說，當物距誤差ERtj不等于零時，表示待測物MO不位于聚光組件120的前焦平面SUF。像距誤差EIi1用來表示影像傳感器130以及聚光組件120之間的距離與聚光組件120的后焦距mD的差異，也就是說，當像距誤差EIi1不等于零時，表示影像傳感器130不位于聚光組件 120的后焦平面SUK。因此，光感測系統(tǒng)100的失焦程度可根據(jù)物距誤差ERq與像距誤差ER1 來估計。在圖2中，假設待測物MO與基板101之間的距離為d、基板101位于聚光組件120 的前焦平面SUF，而影像傳感器130則位于聚光組件120的后焦平面SUK。然而，距離d實際上的意義可表示物距誤差ERtj與像距誤差EIi1的和，也就是說，即使影像傳感器130實際上不位于聚光組件120的后焦平面SUk而造成像距誤差EI^，只要將待測物MO與基板101之間的距離d設為物距誤差ERtj與像距誤差EIi1的和，則可估計其失焦的情況。換句話說，距離d為可用來表示光感測系統(tǒng)100的失焦程度的一失焦參數(shù)。因此，在本發(fā)明中，計算電路 220利用校正成像位置LOC1與LOC2,以推算光感測系統(tǒng)100的失焦參數(shù)d，并根據(jù)失焦參數(shù) d，以校正感測影像SIM。以下將更進一步地說明其工作原理。首先，先說明計算電路220根據(jù)校正成像位置LOC1與LOC2,以推算光感測系統(tǒng)100 的失焦參數(shù)d的工作原理。在圖2中，偵測光Ldi以已知入射角α射至待測物Μ0，以使待測物MO據(jù)以產生反射光LK1。當反射光Lki射至基板101時，反射光Lki被校正物210所遮蔽。此外，當偵測光Ld2以已知入射角α入射至基板101時，偵測光Ld2被校正物210遮蔽。由于偵測光Ld2無法射至待測物Μ0，因此造成待測物MO無法據(jù)以產生反射光Lk2 (以虛線表示)。換句話說， 影像傳感器130不會接收到反射光Lki與LK2。舉例而言，請參考圖3。圖3為影像傳感器 130所產生的感測影像SIM的一部分的示意圖。假設校正物210為圓形，且待測物MO為手指。在圖3中，黑色曲線表示手指的指紋。黑心圓圈的部分表示影像傳感器130因校正物 210的遮蔽，而不會接收到反射光Lki與Lk2的區(qū)域。也就是說，黑心圓圈的位置為校正物 210成像于感測影像SIM中的校正成像位置LOC1與L0C2。更明確地說，校正物210遮蔽反射光Lki，以于基板101上形成遮蔽點P1,而使得遮蔽點P1成像于校正成像位置LOC1 ；且校正物210遮蔽偵測光Ld2，以于基板101上形成遮蔽點P2,而使得遮蔽點P1成像于校正成像位置L0C2。由圖2可看出失焦參數(shù)d可根據(jù)下式計算
,δU =--
tana ."(ι);其中δ表示遮蔽點P1與P2之間的距離。由于聚光組件120的放大系數(shù)為m，因此在圖3中校正成像位置LOC1與LOC2之間的距離Da2等于(mX δ )。換句話說，計算電路 220可根據(jù)影像傳感器130所產生的感測影像SIM的校正成像位置LOC1與LOC2之間的距離Da2，以計算出遮蔽點P1與P2之間的距離δ，并進一步得到失焦參數(shù)d。舉例而言，請參考圖4。圖4為計算電路220沿著圖3中的切線L所讀取的信號的示意圖。由于當影像傳感器130無法接收到反射光Lk時，影像傳感器130所產生的信號的值較低。因此在圖4中， 信號小于一臨界值Sth的部分對應于校正物210的校正成像位置LOC1與L0C2。因此，由圖4 中，根據(jù)對應于臨界值Sth的影像傳感器130的像素PM1 PM2與PM3 PM4，可分別得到圖3中斜線圓圈的中心的位置。由于斜線圓圈的中心的位置即為校正成像位置LOC1與 L0C2。如此一來，計算電路220可得到校正成像位置LOC1與LOC2之間的距離Da2，并根據(jù)下式以計算出失焦參數(shù)d:
wxtana ...(2)0以下將說明計算電路220根據(jù)光感測系統(tǒng)100的失焦參數(shù)d，以校正感測影像SIM
的工作原理。請參考圖5。圖5為說明根據(jù)失焦參數(shù)d以校正感測影像SIM的方法的示意圖。 在圖5中的左半部中的清晰影像(以實線表示)表示待測物MO的原始影像0ΙΜ，且待測物 MO的原始影像OIM的分布可以函數(shù)o(x，y)表示。圖5中的右半部中的模糊影像(以虛線表示)表示光感測系統(tǒng)100感測待測物MO所產生的感測影像SIM，且感測影像SIM的分布可以函數(shù)i(x，y)表示。由于光感測系統(tǒng)100因組裝誤差(舉例而言，組裝誤差造成物距誤差ERq與像距誤差ER1)而失焦，因此待測物MO的原始影像OIM經過光感測系統(tǒng)100的聚光組件120后，于影像傳感器130形成模糊的感測影像SIM。以下將更進一步地說明感測影像 SIM、待測物MO的原始影像OIM與光感測系統(tǒng)100之間的關系。光感測系統(tǒng)100的特性可以一點擴散函數(shù)(Point Spread Function, PSF)h(x， y)來表示。由公知技術可知(可參考“傅立葉光學”相關技術)，感測影像SIM的分布函數(shù) i (X，y)為待測物MO的原始影像OIM的分布函數(shù)ο (X，y)與光感測系統(tǒng)100的點擴散函數(shù)h(x,y)的旋積(convolution)，其關系可以下式表示i (x, y) = ο (χ, y) (χ, y) +η (χ, y) ... (3);其中在式(3)中的符號「*」表示旋積，n(x，y)表示影像傳感器130所接收的噪聲的分布函數(shù)。此外，在式⑶中的光感測系統(tǒng)100的點擴散函數(shù)h(x，y)由待測物MO與聚光組件120之間的距離(也就是說，物距)、影像傳感器130與聚光組件120之間的距離(也就是說，像距)、聚光組件120的有效聚光面積A、聚光組件120的放大系數(shù)m所決定，其中聚光組件120的有效聚光面積A表示在當反射光Lk通過聚光組件120時，影像傳感器130 只能接收到通過聚光組件120的有效聚光面積A的反射光LK。舉例而言，影像傳感器130 的視角為圖5中所示的θ FW，由于超出視角θ FW的反射光Lkd無法入射至影像傳感器130， 因此有效聚光面積A的區(qū)域可以函數(shù)P(X，Y)表示，如下式所示
權利要求
1.一種失焦校正模塊，應用于一光感測系統(tǒng)，該光感測系統(tǒng)用來感測一待測物以產生一感測影像，該光感測系統(tǒng)具有一發(fā)光組件、一聚光組件，以及一影像傳感器，該發(fā)光組件用來發(fā)出一偵測光至該待測物，以使該待測物產生一反射光，該聚光組件用來匯聚該反射光于該影像傳感器，該影像傳感器用來根據(jù)該反射光以產生該感測影像，該失焦校正模塊用來校正該光感測系統(tǒng)的該感測影像，其特征在于包含一校正物，位于該待測物與該聚光組件之間，用來遮蔽部分的該偵測光與部分的該反射光，以分別成像于該感測影像中的一第一校正成像位置與一第二校正成像位置；以及一計算電路，用來根據(jù)該第一校正成像位置與該第二校正成像位置，以校正該感測影像。
2.如權利要求1所述的失焦校正模塊，其特征在于，該校正物可為圓形或一正多邊形， 以利于該計算電路辨識該校正物于該感測影像中所成像的該第一校正成像位置與該第二校正成像位置。
3.如權利要求1所述的失焦校正模塊，其特征在于，該發(fā)光組件發(fā)出紅外光以作為該偵測光，且該校正物不透紅外光，以遮蔽部分的該偵測光；該校正物于該基板上所設置的位置可使該第一校正成像位置與該第二校正成像位置位于該感測影像的角落。
4.如權利要求1所述的失焦校正模塊，其特征在于，該計算電路根據(jù)該第一校正成像位置、該第二校正成像位置與該偵測光的一已知入射角以計算得到該光感測系統(tǒng)的一失焦參數(shù)，并根據(jù)該失焦參數(shù)與該感測影像，以計算出該待測物的一原始影像；其中該失焦參數(shù)表示一物距誤差與一像距誤差的總和；其中該物距誤差為該待測物以及該聚光組件之間的距離與該聚光組件的一前焦距的差；其中該像距誤差為該影像傳感器以及該聚光組件之間的距離與該聚光組件的一后焦距的差。
5.如權利要求4所述的失焦校正模塊，其特征在于，該計算電路根據(jù)下式以計算該失焦參數(shù)
6.一種具校正失焦功能的光感測系統(tǒng)，該光感測系統(tǒng)用來感測一待測物以產生一感測影像，其特征在于包含一發(fā)光組件，用來發(fā)出一偵測光至該待測物，以使該待測物產生一反射光； 一影像傳感器，用來根據(jù)該反射光以產生該感測影像； 一聚光組件，用來匯聚該反射光于該影像傳感器；以及一失焦校正模塊，用來校正該光感測系統(tǒng)的該感測影像，該失焦校正模塊包含 一校正物，位于該待測物與該聚光組件之間，用來遮蔽部分的該偵測光與部分的該反射光，以分別成像于該感測影像中的一第一校正成像位置與一第二校正成像位置；以及一計算電路，用來根據(jù)該第一校正成像位置與該第二校正成像位置，以校正該感測影像。
7.如權利要求6所述的光感測系統(tǒng)，其特征在于，該校正物可為圓形或一正多邊形，以利于該計算電路辨識該校正物于該感測影像中所成像的該第一校正成像位置與該第二校正成像位置。
8.如權利要求6所述的光感測系統(tǒng)，其特征在于，該發(fā)光組件發(fā)出紅外光以作為該偵測光，且該校正物不透紅外光，以遮蔽部分的該偵測光；該校正物于該基板上所設置的位置可使該第一校正成像位置與該第二校正成像位置位于該感測影像的角落。
9.如權利要求6所述的光感測系統(tǒng)，其特征在于，該計算電路根據(jù)該第一校正成像位置、該第二校正成像位置與該偵測光的一已知入射角以計算得到該光感測系統(tǒng)的一失焦參數(shù)，并根據(jù)該失焦參數(shù)與該感測影像，以計算出該待測物的一原始影像；其中該失焦參數(shù)表示一物距誤差與一像距誤差的總和；其中該物距誤差為該待測物以及該聚光組件之間的距離與該聚光組件的一前焦距的差；其中該像距誤差為該影像傳感器以及該聚光組件之間的距離與該聚光組件的一后焦距的差。
10.如權利要求9所述的光感測系統(tǒng)，其特征在于，該計算電路根據(jù)下式以計算該失焦參數(shù)d= DCU . m χ tan α ’其中α表示與該偵測光的該已知入射角，Dci2表示該第一校正成像位置與該第二校正成像位置之間的距離，m表示該聚光組件的一放大系數(shù)，d表示該失焦參數(shù)；其中該計算電路根據(jù)該失焦參數(shù)，以計算出該光感測系統(tǒng)的一點擴散函數(shù)，并根據(jù)該點擴散函數(shù)與該感測影像，以計算出該待測物的該原始影像； 其中該計算電路根據(jù)下式推算出該點擴散函數(shù)
11.一種用來校正一光感測系統(tǒng)的方法，該光感測系統(tǒng)用來感測一待測物以產生一感測影像，該光感測系統(tǒng)具有一發(fā)光組件、一聚光組件，以及一影像傳感器，該發(fā)光組件用來發(fā)出一偵測光至該待測物，以使該待測物產生一反射光，該聚光組件用來匯聚該反射光于該影像傳感器，該影像傳感器用來根據(jù)該反射光以產生該感測影像，其特征在于，該方法包含于該待測物與該聚光組件之間提供一校正物；該校正物遮蔽部分的該偵測光與部分的該反射光，以分別成像于該感測影像中的一第一校正成像位置與一第二校正成像位置；以及根據(jù)該第一校正成像位置、該第二校正成像位置，以校正該感測影像。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，該校正物于該基板上的位置可使該第一校正成像位置與該第二校正成像位置位于該感測影像的角落。
13.如權利要求11所述的方法，其特征在于，根據(jù)該第一校正成像位置、該第二校正成像位置，以校正該感測影像包含根據(jù)該第一校正成像位置、該第二校正成像位置與該偵測光的一已知入射角以計算得到該光感測系統(tǒng)的一失焦參數(shù)；以及根據(jù)該失焦參數(shù)與該感測影像，以計算出該待測物的一原始影像；其中該失焦參數(shù)表示一物距誤差與一像距誤差的總和；其中該物距誤差為該待測物以及該聚光組件之間的距離與該聚光組件的一前焦距的差；其中該像距誤差為該影像傳感器以及該聚光組件之間的距離與該聚光組件的一后焦距的差。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于光感測系統(tǒng)的失焦校正模塊、含有該模塊的光感測系統(tǒng)及其方法。光感測系統(tǒng)用來感測待測物以產生感測影像。光感測系統(tǒng)具有一發(fā)光組件、一聚光組件，以及一影像傳感器。發(fā)光組件發(fā)出一偵測光至該待測物，以使待測物產生一反射光。聚光組件匯聚反射光于影像傳感器。影像傳感器根據(jù)反射光以產生感測影像。失焦校正模塊具有一校正物遮蔽部分的偵測光與反射光，以分別成像于感測影像中的第一與第二校正成像位置。如此，失焦校正模塊根據(jù)第一與第二校正成像位置，可計算出可表示光感測系統(tǒng)的失焦程度的一失焦參數(shù)，并據(jù)以校正感測影像。
文檔編號H04N5/357GK102281405SQ20101020061
公開日2011年12月14日 申請日期2010年6月11日 優(yōu)先權日2010年6月11日
發(fā)明者王維中, 陳暉暄 申請人:原相科技股份有限公司