拖曳亮影现象补正方法

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。

说明书

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CCD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CCD光线感应原理的逻辑示意图。如图所示， 以IT CCD为例，CCD包含一第一数量(w)个CCD感应栏1(于此以w＝4 为例)，各CCD感应栏1又包含一第二数量(h)个CCD感应胞(Cell)11 (于此以h＝5为例)，使CCD具有w×h个上述的CCD感应胞11，而使CCD 的感测影像会具有w×h个分别对应于上述w×h个CCD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)3。

当一曝光取像行程结束，CCD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1A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，CCD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1B所显示的曝光取像行程结束后CCD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Δτ₂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Δτ₁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4E，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CCD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t1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)CCD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Δτ₂中(t0～t1)，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42a会与原本的未曝光感 应电荷量5一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42a与未曝光感应电荷量5一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～t11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5A 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)CCD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Δτ₁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t1～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42a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Δτ₁较位移清除时间Δτ₂长 所造成。由于位移读取时间Δτ₁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Δτ₁会较位移清除时间Δτ₂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42a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42a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。CCD包含一第一数量(w) 个CCD感应栏，各CCD感应栏包含一第二数量(h)个CCD感应胞(Cell)， 藉以使CCD具有w×h个上述的CCD感应胞，并使该感测影像具有w×h个 分别对应于上述w×h个CCD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 (Charge Register)，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)。其中，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。

该补正方法包含下列步骤：首先，定义一位移读取时间Δτ₁以及一位移清 除时间Δτ₂，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τ时，利用位移读取时间Δτ₁、位移清除时间Δτ₂、受光强度 I、CCD的漏光率η以及CCD的受光量-感应电荷量转换常数k₁，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CCD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Δτ₁、位移清除时间Δτ₂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。

附图说明

图1至图1B为CCD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，CCD运作的逻辑示意图；

图3为CCD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1

CCD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Δτ₁

位移清除时间Δτ₂

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；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，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42a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Δτ₁以及一位移清除时间Δτ₂，并将每一CCD 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Δτ₁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CCD感应胞11的一曝光时间为τ时，利用该位移读取时间 Δτ₁、该位移清除时间Δτ₂、该受光强度I、该CCD的一漏光率η以及该CCD 的一受光量-感应电荷量转换常数k₁，对各CCD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：

$N_j=k_1\tau I_j+\underset{j^{\prime }=1}{\overset{j-1}{\Sigma }}{k}_1\mathrm{\eta \Delta }{\tau }_1{I}_{j^{\prime }}+\underset{j^{\prime }=j}{\overset{h}{\Sigma }}{k}_1\mathrm{\eta \Delta }{\tau }_2{I}_{j^{\prime }}$

N_j为上述h个像素中，第j个像素的感应电荷量4；k₁τI_j为上述h个像 素中，第j个像素的实际影像电荷量41；为 上述h个像素中，第j个像素的拖曳亮影电荷量。

该第j个感应电荷方程式中，为上述h个像素中的第j 个像素的一读取漏电荷量42b，为上述h个像素中的第j个 像素的一清除漏电荷量42a。读取漏电荷量42b与清除漏电荷量42a皆属于拖 曳亮影电荷量。

自上述该h个感应电荷方程式所组成的联立方程组，可计算出各CCD感 应栏1的各像素的上述实际影像电荷量41。首先，依据漏光率η、曝光时间 τ与位移读取时间Δτ₁，计算出一第一漏光关联参数ε₁。同时，依据漏光率η、 曝光时间τ与位移清除时间Δτ₂，计算出一第二漏光关联参数ε₂。其中 ε₁＝ηΔτ₁/τ，且ε₂＝ηΔτ₂/τ。

依据该第一漏光关联参数ε₁与该第二漏光关联参数ε₂，将各联立方程组 中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。该h个计量运算方程式中，第j个计量运算方程式为：

$S_j={\tilde{S}}_j+{ϵ}_1\underset{j^{\prime }=1}{\overset{j-1}{\Sigma }}{\tilde{S}}_{j^{\prime }}+{ϵ}_2\underset{j^{\prime }=j}{\overset{h}{\Sigma }}{\tilde{S}}_{j^{\prime }}$

S_j为上述h个像素中，第j个像素的感应电荷量4所对应的一感应电荷 计量转换值。为上述h个像素中，第j个像素的实际影像电荷量41所对应 的一实际影像电荷计量转换值。为上述h个像素中，第j 个像素的拖曳亮影电荷量所对应的一拖曳亮影电荷计量转换值。

在该计量运算方程式中，为上述h个像素中的第j个像素的读取 漏电荷量42b所对应的一读取漏电荷计量转换值；为上述h个像素 中的第j个像素的清除漏电荷量42a所对应的一清除漏电荷计量转换值。

通过该计量运算方程式，可计算出该h个拖曳亮影电荷计量转换值，并通 过将各像素的感应电荷量4所对应的感应电荷计量转换值，扣除拖曳亮影电荷 计量转换值，即可使各像素获得经过补正后的实际影像电荷量41所对应的实 际影像电荷计量转换值，将感测影像中的拖曳亮影修除。

另外，实际运用上，可利用叠代法计算该h个计量运算方程式，并预设一 停止条件，在满足该停止条件时，终止利用叠代法运算，撷取h个分别对应于 各CCD感应栏1中h个像素的实际影像电荷计量转换值。其中，停止条件可 设为一预设次数的循环，或者为多次循环后值的差异量小于一常数。

接着，为了进一步推广本发明所揭露的技术，以下将进一步将本发明较佳 实施例所揭露的技术汇整为一简易流程图，以便在所属技术领域中普通技术人 员更容易记忆。

请参阅图6，其为本发明的拖曳亮影补正方法的简易流程图。首先，定义 一位移读取时间Δτ₁以及一位移清除时间Δτ₂，并将每一CCD感应胞11的受 光强度定义为I(S110)。在每一CCD感应胞11的一曝光时间为τ时，利用 位移读取时间Δτ₁、位移清除时间Δτ₂、受光强度I、CCD的一漏光率η以及 CCD的一受光量-感应电荷量转换常数k₁，对各CCD感应栏1的每一像素建 立一感应电荷方程式，该感应电荷方程式由感应电荷量4、实际影像电荷量41 与拖曳亮影电荷量所组成(S120)。

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(S130)。同时，预设一停止条件，并以叠代法计 算联立方程组(S140)。在满足该停止条件时，终止叠代法计算并获得各CCD 感应栏1的各像素的实际影像电荷量41所对应的实际影像电荷计量转换值 (S150)，藉以对感测影像中的拖曳亮影进行补正。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情 况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但 这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。