專利名稱：影像感應元件和其處理電路的非線性校正方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種影像感應元件和其處理電路的非線性校正方法，特別是針對一般影像掃描器的影像感應元件和后續(xù)處理電路所呈現(xiàn)出的非線性效果，來進行補償校正的技術，藉以降低影像的失真。
影像掃描器是利用反射光線強弱的特性，將影像轉換為對應的電子信號的裝置。

圖1表示一般影像掃描器在光學處理部分的示意圖。如圖所示，當進行影像掃描時，燈管光源10將既定亮度的光線照射在掃描文件1上。經(jīng)過反射鏡12、14的反射及透鏡組16的聚焦，射入影像感應元件20上，例如CCD元件(Charge-Coupled Device)。聚焦的反射光線在影像感應元件20上會感應出電荷，其感應電荷量可以根據(jù)兩項因素來決定，第一個因素是文件被照射部分的反射性，第二個因素是燈管光源10發(fā)光的時間，亦即影像感應元件20受光的時間。如果光源照射的時間為固定，則理想的感應電荷量應與文件被照射部分的反射性呈正比的關系。
圖2表示一般影像掃描器在電子信號處理部分的示意圖。影像感應元件20所感應的電荷量為相當微弱且未經(jīng)信號處理的模擬信號，因此必須先經(jīng)由處理電路30的處理后，才能夠由模擬/數(shù)字轉換器40加以轉換為數(shù)字信號IMG。圖2所示的處理電路30中包含了三個部分，分別是前置放大器(preamplifier)302、色彩平衡/蔭影處理(colorbalance/shading)304、以及放大器306。前置放大器302是做為信號的前置放大處理，用以將影像感應元件20中的微弱電荷進行放大。一般前置放大器302所要求的并非最大的增益，而是要求低噪聲(noise)的初期放大，以保證信號的品質(zhì)。色彩平衡/蔭影處理304則是對分色信號和感應文件的蔭影部分進行處理。放大器306則是做為信號放大之用。在理想狀態(tài)下，在影像感應元件20所感應的電荷，會以既定比例放大成為一輸出電壓值，送至模擬/數(shù)字轉換器40。模擬/數(shù)字轉換器40是根據(jù)既定的電壓級差(位階)，將輸入電壓值轉換為對應的數(shù)位值，以8位元解析度為例，共可分為0-255級差(位階)，以下說明中均假設以8位元解析度為例。最后，經(jīng)轉換后數(shù)位值IMG即可輸出或做其他進一步處理。
在理想的情況下，如果燈管光源10的發(fā)光時間為固定值時，影像感應元件20所感應到的電荷量應該與文件1被照射部分的反射性成正比，另外，由影像感應元件20所感應的電荷量應該也與處理電路30的輸出電壓值成正比。然而，實際情況并非如此地單純。基本上，影像感應元件就存在有非線性的特性。一般CCD掃描器(非接觸式)上較不明顯，但是像CIS(contact image sensor、接觸式影像感測器)掃描器上的非線性特性就相當明顯。另外，一般CIS感應元件受限于制造工藝因素，通常都是在晶圓上以切割拼湊方式產(chǎn)生。因此，在CIS段落(segment)相接處便容易發(fā)生影像失真現(xiàn)象。另一方面，由于感測元件本身可以選自晶圓的不同位置，這也使得失真效應更明顯。更重要的是，不論是何種類型的影像感應元件，都會無法避免電子電路所產(chǎn)生的非線性效應。因為一般的電子信號處理電路大都是由非線性的元件所構成，如晶體管或OP放大器，這將使得其輸出電壓值與文件反射率之間的輸出特性曲線，明顯出現(xiàn)非線性的現(xiàn)象。如圖3所示，文件反射率和輸出電壓之間是呈現(xiàn)正相關的關系，但是由非線性的效應，使得輸出特性曲線可能是任何落在非線性區(qū)50內(nèi)、連接最小值MIN和最大值MAX的曲線。
在影像掃描器進行掃描之前，都必須先取得掃描器的特性資料。亦即，根據(jù)不同的反射光線使感應元件所感應的電荷量所對應的輸出電壓數(shù)值，先行轉換成與存儲器位元數(shù)(如8位元)之級差(位階)資料對應關系，再依據(jù)此對應關系做為后續(xù)文件掃描動作的資料處理依據(jù)。
圖4表示公知技術在進行校正掃描時的詳細步驟流程圖。首先，在燈管熄減時，擷取CCD和其處理電路的初始輸出值(S1)。此初始輸出值是由感測元件CCD的暗電流(dark current)所產(chǎn)生，即CCD和其處理電路在輸出特性線上的原點值。接著，將燈管點亮后持續(xù)一段時間，取得另一組燈管發(fā)光時間和特性輸出值(S2)。亦即，在一定燈管發(fā)光時間條件下，得到由CCD和其處理電路所輸出的電壓值。接著，以燈管發(fā)光時間為橫座標，建立輸出電壓值相對于燈管發(fā)光時間的第一座標系(S3)。在以上說明中有提及，基本上輸出電壓值是與燈管發(fā)光時間和文件反射率有關，亦即，當固定文件反射率時(同一張校正紙)，公知技術會將輸出電壓值和燈管發(fā)光時間視為線性正相關系變數(shù)。同樣情況亦適用于燈管發(fā)光時間的情況。因此，公知技術將步驟S1、S2所得到的數(shù)值置于第一座標系中，便以穿過此兩點的直線做為輸出特性線(S4)。
取得輸出特性線后，接著要進行層次(位準)的校正操作。由CCD和其處理電路所得之輸出電壓，會經(jīng)過一模擬數(shù)字轉換器轉換成數(shù)字信號。一般以存儲器的位元數(shù)來決定數(shù)位轉換的解析度，以下說明中，是以8位元來說明，實際級差(位階)分布為0-255。因此，利用0-255階級差(階位階)為縱座標，燈管發(fā)光時間(或是文件反射率)為橫座標，建立第二座標系，得到一級差(位階)特性線(S5)。接著，將步驟S4之輸出特性線上的參考點(公知技術為2點)轉換到第二座標系上，藉此取得一轉換反函數(shù)(S6)。最后便可以利用此轉換反函數(shù)，進行層次(位準)的校正(S7)。
基本上，公知技術的校正掃描是針對層次(位準)調(diào)整來做處理，并且假設CCD和其處理電路的輸出特性線是線性，并沒有考量到其非線性的失真效應。
圖5A至圖5C表示在公知技術的一般掃描過程中，目前級差(位階)與CCD信號間的關系示意圖。圖5A表示的情況是在影像感應元件(CCD)上的輸出信號位置，其中，極黑色時之參考點(即未加入光源)的輸出層次值(位準)假設在10左右，極白色時之參考點(光源點亮一既定時間)為240，而整個層次(位準)的范圍為0-255。此處假設CCD仍為一線性響應的元件，因此，CCD信號和目前級差(位階)之間呈現(xiàn)直線的關系。不過，其極黑色目前級差(位階)(即10)仍高于理想值(0)，極白色目前級差(位階)(即240)仍低于理想值(255)，然而此部分可由后續(xù)處理電路中的色彩修正來予以調(diào)整。圖5B表示的情況則是在放大處理后的輸出信號位置，由于放大處理是由非線性元件(如晶體管、OP放大器等等)所構成，因此便會在目前級差(位階)和CCD信號之間引入非線性因素。換言之，即使將影像感應元件視為線性元件，但是在其后續(xù)的電路部分仍然會引入非線性，而使CCD信號和目前級差(位階)之間呈現(xiàn)失真。圖5C表示的情況是在經(jīng)過色彩平衡/蔭影/色彩修正處理后的輸出信號位置，如圖所示，利用色彩修正可以將極黑色和極白色的級差(位階)進行調(diào)整，但是由放大電路所引入的非線性效果，并不會因此消除。另外，色彩修正電路部分通常也是由非線性元件所構成，所以實際上送到模擬/數(shù)字轉換器的輸出電壓值的非線性會更為明顯。由上述說明可知，公知技術雖然可以調(diào)整極黑色和極白色的層次(位準)，但是對于在兩者間的其他層次(位準)則會出現(xiàn)嚴重的非線性現(xiàn)象，導致影像失真。
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的，是提出一種影像感應元件和其處理電路的非線性校正方法。
根據(jù)上述之目的，本發(fā)明提出的第一種影像感應元件和其處理電路之非線性校正方法，其中包括下列步驟首先，當燈管熄滅時，擷取影像感應元件和其處理電路的初始輸出值。接著，將燈管點亮至一既定時間，提供掃描光線至一特殊校正片上，此特殊校正片上包含數(shù)個具有不同反射系數(shù)的反射區(qū)域。對應于每個反射區(qū)域，分別擷取影像感應元件和其處理電路的數(shù)個特性輸出值。因此，根據(jù)初始輸出值和這些特性輸出值，便可以建立相對于文件反射率參數(shù)的輸出特性線。最后，利用掃描器本身解析度的級差(位階)特性線，便可以在級差(位階)數(shù)與影像感應元件和其處理電路的輸出值間取得一轉換反函數(shù)，用來校正輸出值的非線性。
本發(fā)明所提出的第二種影像感應元件和其處理電路之非線性校正方法，其與第一種方法的差異，在于多點取樣的方式不同。首先，是預先設定不同長度的發(fā)光時間，這些發(fā)光時間可以用來決定燈管在進行校正期間內(nèi)，點亮至熄滅的間隔時間。在進行校正掃描時，依序根據(jù)這些發(fā)光時間控制燈管的點亮和熄滅，借以擷取到影像感應元件和其處理電路的數(shù)個特性輸出值。同樣地，利用初始輸出值和數(shù)個特性輸出值，經(jīng)過轉換處理后，即可用來校正輸出值的非線性。
由于本發(fā)明提供了上述的影像處理元件和其處理電路的非線性校正方法，使得無論是由影像感應元件本身或是其后續(xù)處理電路所產(chǎn)生的非線性響應，都能夠加以補償校正，以降低影像失真的現(xiàn)象。
為使本發(fā)明的上述目的、特徵和優(yōu)點能更明顯易懂，以下將結合實施例及附圖，對本發(fā)明作詳細說明圖1為一般影像掃描器中光學處理部分的示意圖。
圖2為一般影像掃描器中電子信號處理部分的示意圖。
圖3為一般影像感測元件和其處理電路的輸出電壓，相對于文件反射率(或電荷儲存量)的非線性關系的示意圖。
圖4為公知技術在進行校正掃描時的詳細步驟流程圖。
圖5A至圖5C為公知技術中目前級差(位階)與CCD信號間的關系示意圖。
圖6為本發(fā)明第一實施例在進行校正掃描時的詳細步驟流程圖。
圖7為在第一實施例中所采用的一種校正片。
圖8A至圖8C分別為第一實施例中的輸出特性線、級差(位階)特性線及轉換反函數(shù)之一例。
圖9A至圖9C為本發(fā)明中目前級差(位階)與CCD信號間的關系示意圖。
圖10為本發(fā)明中所采用的校正方式示意圖。
圖11為本發(fā)明第二實施例在進行校正掃描時的詳細步驟流程圖。
本發(fā)明是用來校正影像感應元件和其處理電路的非線性特性的方法，主要是在校正掃描時通過多點逼近的方式，消除公知技術中兩點決定輸出特性線所忽略的非線性效應。本發(fā)明的非線性校正方法，是在掃描器進行校正掃描，并將燈管點亮進行掃描時，一并取得多點的輸出特性電壓值。因此，本發(fā)明與公知技術之間的主要差異，即在于如何在燈管點亮的狀態(tài)下，取得對應不同的文件反射率(或燈管照射時間)的輸出值。因為在校正掃描中，文件反射率(或燈管照射時間)是可控制的已知變數(shù)，所以便可以用來校正影像感應元件和其處理電路的非線性輸出。以下分別以二實施例說明本發(fā)明，其中，第一實施例系對應不同的文件反射率來取得輸出電壓值，第二實施例則是對應不同的燈管照射時間來取得輸出電壓值。
第一實施例圖6表示在第一實施例中，進行校正掃描時之詳細步驟流程圖。首先，當燈管熄滅時，擷取CCD和其處理電路所輸出的初始電壓值(S11)。此初始電壓值即代表極黑色時所對應的輸出電壓。
接著是擷取多點的特性輸出點，而在本實施例所采用的方法是利用一特殊校正片來完成，圖7即表示在本實施例中所采用的特殊校正片之一例。如圖7所示，特殊校正片上包含了數(shù)個長條狀的區(qū)域，每個區(qū)域則各自具有預先設好的反射系數(shù)REF1～REFn。在本實施例中，特殊校正片上各區(qū)域反射系數(shù)之關系為REF1＞REF2＞REF3＞…＞REFn-1＞REFn，亦即，反射系數(shù)由左至右依序下降。構成此特殊校正片的最直接方式是將數(shù)個具有不同反射系數(shù)的參考組合而成。然而必須說明的是，本發(fā)明并不限定各反射區(qū)域的形狀以及組合成特殊校正紙的方式，只要能夠在特殊校正紙上具有不同反射系數(shù)之區(qū)域，即可符合本實施例的要求。因此，當特殊校正紙置于掃描器上進行校正掃描時，在燈管照射時間已知的情況下，影像感應元件和其處理電路會產(chǎn)生對應于反射系數(shù)REF1～REFn的輸出電壓值V1～Vn，得到多組輸出值(S12)。必須注意的是，由于非線性特性，反射系數(shù)REF1～REFn和輸出電壓值Vl～Vn之間不會呈現(xiàn)線性關系，不過此時的反射系數(shù)REF1～REFn為已知條件。
接著，根據(jù)反射光亮度差異(即不同反射區(qū)域之反射率差異)做為橫座標，以處理電路的輸出電壓值為縱座標，建立第一座標系(S13)。此時，將步驟S11所得到的初始輸出值以及步驟S12所得到的各點特性輸出值置于第一座標系中，得到其輸出特性線(S14)。在步驟S14所得的輸出特性線上，輸出電壓值和文件反射率是非線性關系。
接著，根據(jù)存儲器位元數(shù)所設定的解析度級差(位階)(本實施例為0-255)，以0-255階級差(階位階)為縱座標，文件反射率為橫座標，建立第二座標系，并且得到一級差(位階)特性線(S15)，文件反射率和數(shù)位級差(位階)之間的關系，而此關系應維持為線性。所以，當文件反射率低時(較接近黑色)，所代表的數(shù)位級差(位階)應較低(接近0)；反之，當文件反射率高時(較接近白色)，所代表的數(shù)位級差(位階)也較高(接近255)。接著，將步驟S14之輸出特性線上的所有參考點(包括初始輸出值和多點的輸出特性值)轉換到第二座標系上，借此取得一轉換反函數(shù)(S16)。也就是說，利用輸出電壓值/文件反射率的輸出特性線以及數(shù)位層次(位準)/文件反射率的級差(位階)特性線，取得數(shù)位層次(位準)/輸出電壓值的轉換反函數(shù)。最后，根據(jù)此轉換反函數(shù)，便可校正由影像感應元件和其處理電路所輸出的非線性(S17)，達到本發(fā)明的目的。圖8A至圖8C分別表示輸出特性線、級差(位階)特性線及轉換反函數(shù)之一例。
利用本實施例來校正非線性輸出的效果，可參考圖9A至圖9C所示之CCD信號和目前級差(位階)關系圖，在此假設僅具有一個中間參考點X的情況。圖9A和圖9B分別是在影像感應元件(CCD)上的輸出信號位置和在放大處理后的輸出信號位置。類似于圖5A和圖5B的情況。但是在加人中間參考點后，如圖9C所示，非線性效應被局限在各參考點之間。當參考點的數(shù)量愈多時，CCD信號和目前級差(位階)的關系會被逐漸拉直，逼近于理想線性的關系。因此，當校正后的輸出電壓值被送入模擬/數(shù)字轉換器后，即可在不失真地取得影像資料。
圖10表示在本實施例中所采用的校正方式示意圖。根據(jù)轉換反函數(shù)，熟知此技術者可以利用數(shù)字或模擬電路來達到轉換的目的。圖10所示者為其中較易實施的范例，如圖所示，只需要將修正前的信號(原始輸出電壓值)，經(jīng)過具有轉換反函數(shù)特性曲線的特性電阻60，即可達到校正的目的。
在本實施例中，利用具有不同反射系數(shù)的特殊校正紙來達到校正的目的。其中，燈管照射時間為固定，可控制且已知的變數(shù)為文件反射率，借以獲得多點輸出電壓值來進行校正。
第二實施例本實施例與第一實施例之間的差異，主要在于控制變數(shù)的不同。亦即，在本實施例中，文件反射率為固定，而控制燈管照射時間的變數(shù)，藉以取得多點輸出電壓值來進行校正。
圖11表示第二實施例在進行校正掃描時的詳細步驟流程圖。首先，是在燈管熄滅時，擷取CCD和其處理電路的初始輸出值(S21)。接著，是設定數(shù)個燈管發(fā)光時間，用來在進行校正掃描時，控制燈管點亮至熄滅的時間。亦即，在文件反射率固定的情況下，利用不同長度的燈管發(fā)光時間來控制燈管，使得燈管照射時間為可控制但是已知的變數(shù)。在本實施例中，燈管發(fā)光時間可以為漸增之數(shù)個時間值，或是漸減之數(shù)個時間值。對于各燈管發(fā)光時間，即可分別量取對應的多組輸出電壓值(S22)。此時，利用燈管發(fā)光時間做為橫座標，另以輸出電壓值做為縱座標，建立第一座標系(S23)。將步驟S21、步驟S22所得到的初始輸出值以及多點校正參考值置入第一座標系，便可建立輸出特性線(S24)。
后續(xù)的步驟S25～S27基本上與第一實施例的步驟S15～S17相當類似，差異點僅在于使用燈管發(fā)光時間做為變數(shù)，而非第一實施例中的文件反射率。因此，利用0-255階級差(階位階)為縱座標，燈管發(fā)光時間為橫座標，建立第二座標系，得到一級差(位階)特性線(S25)。再將輸出特性線上的所有參考點轉換至第二座標系，取得所需的轉換反函數(shù)(S26)。最后再利用轉換反函數(shù)，進行非線性校正的處理(S27)。
無論通過第一實施例之方式或是第二實施例之方式，都可以取得校正用的轉換反函數(shù)，用以校正影像感應元件和其處理電路的非線性輸出。
本發(fā)明雖以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此項技術的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可做些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當以權利要求書所界定的內(nèi)容為準。
權利要求
1．一種影像感應元件和其處理電路的非線性校正方法，可適用于一掃描器內(nèi)，該掃描器具有一燈管提供掃描光線，反射后由該影像感應元件和其處理電路擷取處理，其包括下列步驟當該燈管熄滅時，擷取該影像感應元件和其處理電路之初始輸出值；當該燈管點亮至一既定時間后，提供掃描光線至一校正片上，其中，該校正片包含多個反射區(qū)域，分別具有不同的數(shù)個反射系數(shù)；分別對應于該等反射區(qū)域，擷取該影像感應元件和其處理電路的若干特性輸出值；根據(jù)該初始輸出值和該等特性輸出值，建立相對于文件反射率參數(shù)之一輸出特性線；根據(jù)既定級差(位階)數(shù)，建立相對于文件反射率參數(shù)之一級差(位階)特性線；根據(jù)該輸出特性線和該級差(位階)特性線，獲取該既定級差(位階)數(shù)與該影像感應元件和其處理電路之輸出值間的一轉換反函數(shù)；以及根據(jù)該轉換反函數(shù)，對該影像感應元件和其處理電路之非線性輸出進行校正。
2．如權利要求1所述的非線性校正方法，其特征在于，該校正片是由數(shù)張具有不同反射系數(shù)的參考紙所組成。
3．如權利要求1所述的非線性校正方法，其特征在于，該校正片上的該等反射區(qū)域為長條形。
4．如權利要求1所述的非線性校正方法，其特征在于，根據(jù)該轉換反函數(shù)進行校正之步驟中，系利用一具有該轉換反函數(shù)特性的電阻所完成。
5．一種校正片，可適用于一掃描器，用以對該掃描器中之影像感應元件及其處理電路之非線性進行校正，其包括數(shù)個反射區(qū)域，分別具有不同的反射系數(shù)，通過在該掃描器對該校正片進行掃描時，得到該影像感應元件及其處理電路的輸出值與文件反射率參數(shù)間的輸出特性線。
6．如權利要求5所述的校正片，其特征在于，該等反射區(qū)域分別由具有不同反射系數(shù)的參考紙所構成。
7．如權利要求5所述的校正片，其特征在于，該等反射區(qū)域為長條形。
8．一種影像感應元件和其處理電路的非線性校正方法，可適用于一掃描器內(nèi)，該掃描器具有一燈管提供掃描光線，反射后由該影像感應元件和其處理電路擷取處理，其包括下列步驟當該燈管熄滅時，擷取該影像感應元件和其處理電路的初始輸出值；設定不同長度的數(shù)個發(fā)光時間，該等發(fā)光時間用以決定該燈管在點亮至熄滅后的時間；根據(jù)該等發(fā)光時間控制該燈管的點亮和熄滅，分別擷取該影像感應元件和其處理電路的若干特性輸出值；根據(jù)該起始輸出值和該等特性輸出值，建立相對于文件反射率參數(shù)之一輸出特性線；根據(jù)既定級差(位階)數(shù)，建立相對于文件反射率參數(shù)之一級差(位階)特性線；根據(jù)該輸出特性線和該級差(位階)特性線，獲取該既定級差(位階)數(shù)與該影像感應元件和其處理電路的輸出值間的一轉換反函數(shù)；以及根據(jù)該轉換反函數(shù)，對該影像感應元件和其處理電路之非線性輸出進行校正。
9．如權利要求8所述的非線性校正方法，其特征在于，該等發(fā)光時間系呈遞減的序列。
10．如權利要求8所述的非線性校正方法，其特征在于，該等發(fā)光時間系呈遞增的序列。
11．如權利要求8所述的非線性校正方法，其特征在于，根據(jù)該轉換反函數(shù)進行校正的步驟中，是利用一具有該轉換反函數(shù)特性的電阻所完成。
全文摘要
一種影像感應元件和其處理電路的非線性校正方法,其中包括下列步驟:首先,當燈管熄滅時,擷取影像感應元件和其處理電路的初始輸出值。接著,取得多點的特性輸出值,可以利用具有不同反射系數(shù)區(qū)域的特殊校正片,或是控制燈管照射時間來實現(xiàn)。根據(jù)初始輸出值和這些特性輸出值,便可以建立相對于文件反射率參數(shù)的輸出特性線。最后,利用掃描器本身解析度的級差(位階)特性線,便可以在級差(位階)數(shù)與影像感應元件和其處理電路的輸出值間取得一轉換反函數(shù),用來校正輸出值的非線性。
文檔編號H04N1/00GK1226115SQ9810040
公開日1999年8月18日 申請日期1998年2月11日 優(yōu)先權日1998年2月11日
發(fā)明者陳壽山, 魏森德 申請人:大騰電子企業(yè)股份有限公司