照相机及其自动曝光方法及电脑可读取存储介质与流程

1.本发明是有关于一种照相机及其自动曝光方法及电脑可读取存储介质，且特别是有关于一种可调整曝光时间和/或工作周期(duty cycle)的照相机及其自动曝光方法及电脑可读取存储介质。


背景技术：

2.传统相机用于拍摄二维图像，其自动曝光的方法通过图像的亮度信息计算出自动曝光的时间。
3.飞时测距(time of flight,tof)相机用于拍摄三维图像，其根据计算发射信号及反射信号之间的时间差以得到待测物体的深度信息，获得三维图像。而待测物体的表面反射率以及与飞时测距相机的距离，皆会影响飞时测距相机接收的反射信号的强度，造成取得的深度信息不准确。
4.然而，传统的自动曝光方法通过图像的亮度信息计算出自动曝光的时间并不适用于飞时测距相机，所以并无法解决飞时测距相机获取三维图像时的曝光问题。
5.因此，如何改善上述缺点，已成为产业界致力研究的一项目标。


技术实现要素：

6.本发明有关于一种照相机及其自动曝光方法及电脑可读取存储介质，通过调整工作周期及曝光时间，借以使照相机的拍摄效果更佳。
7.根据本发明的一实施例，提出一种照相机的自动曝光方法。照相机具有多个操作模式。操作模式分别对应不同的一工作周期及一曝光时间的组合。自动曝光方法包括以下步骤。选择操作模式之一。以选择的操作模式的工作周期向一待测物体发出一调制信号。以在选择的操作模式的曝光时间内接收从待测物体反射的调制信号。在曝光时间内获得待测物体的不同相位的多个图像。根据图像计算一信心值。根据信心值、一目标信心值及选择的操作模式，决定调整曝光时间及/或工作周期。
8.根据本发明的另一实施例，提出一种照相机。照相机具有多个操作模式。此些操作模式分别对应不同的一工作周期及一曝光时间的组合。照相机包括一发射单元、一接收单元、一信号采集单元及一控制单元。发射单元用于以选择的操作模式的工作周期向一待测物体发出一调制信号。接收单元用于以在选择的操作模式的曝光时间内接收从待测物体反射的调制信号。信号采集单元用于以在曝光时间内获得待测物体的不同相位的多个图像。控制单元耦接发射单元、接收单元及信号采集单元，其用以选择此些操作模式之一、根据此些图像计算一信心值、以及根据信心值、一目标信心值及选择的操作模式，决定调整曝光时间及/或工作周期。
9.根据本发明的另一实施例，提出一种电脑可读取存储介质。电脑可读取存储介质存储有一电脑程序。电脑程序被一处理单元执行时实现前述照相机的自动曝光方法的步骤。
10.基于上述，在本案的照相机及其自动曝光方法及电脑可读取存储介质中，可通过调整曝光时间及工作周期来改善接收的反射信号的强度。如此一来，对于距离远或表面反射率较低的待测物体，拍摄效果可以更佳。另外，本发明具有多个操作模式，每个模式具有不同初始曝光时间及初始工作周期的组合，且每个模式具有不同的调整曝光时间及工作周期的方式，可依据不同的待测物体的情况，选择不同的操作模式，以应付各种情况。再者，借由各种不同模式的选择，可节省能耗、省时又快速的反应。
11.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
12.图1为根据本发明一实施例的照相机的示意图。
13.图2为根据本发明一实施例的自动曝光方法的流程图。
14.图3为根据本发明一实施例的工作周期的示意图。
15.图4为选择的操作模式为省电模式时，步骤s160的子步骤的流程图。
16.图5为选择的操作模式为动作模式时，步骤s160的子步骤的流程图。
17.图6为选择的操作模式为一般模式时，步骤s160的子步骤的流程图。
18.图7为选择的操作模式为混合模式时，步骤s160的子步骤的流程图。
具体实施方式
19.本发明并非显示出所有可能的实施例，未于本发明提出的其它实施方式也可能可以应用。再者，图式上的尺寸比例并非按照实际产品等比例显示。因此，说明书和图示内容仅作叙述实施例之用，而非作为限缩本发明保护范围的用途。另外，实施例中的叙述，例如细部结构、制程步骤和材料应用等等，仅为举例说明用，并非对本发明欲保护的范围作限缩。实施例的步骤和结构的各细节可在不脱离本发明的精神和范围内根据实际应用制程的需要而加以变化与修饰。以下是以相同/类似的符号表示相同/类似的元件做说明。
20.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：
21.请参照图1，其为根据本发明一实施例的照相机100的示意图。照相机100例如是飞时测距相机，然本发明实施例不受此限。
22.照相机100包括一控制单元110、一发射单元120、一接收单元130及一信号采集单元140。控制单元110及信号采集单元140例如是一芯片、一电路板或一电路。发射单元120例如是光发射器。接收单元130例如是光感测器。控制单元110耦接发射单元120、接收单元130及信号采集单元140。发射单元120可以一工作周期向一待测物体ob发出一调制信号s。接收单元130可在一曝光时间内接收从待测物体ob反射的调制信号rs。信号采集单元140可在曝光时间内获得不同相位的待测物体ob的多个图像。控制单元110可调整工作周期及曝光时间。照相机100具有多个操作模式，分别为一省电模式、一动作模式、一一般模式及一混合模式。每一个操作模式分别对应不同的初始工作周期及初始曝光时间的组合。
23.请参照图1、图2及图3。图2为根据本发明一实施例的自动曝光方法的流程图。图2的自动曝光方法适用于图1的照相机100。图3为根据本发明一实施例的工作周期的示意图。在图3中，显示工作周期以50％、25％及75％为例的情况。为方便说明，以下以工作周期最小值ds(25％)、中间值dm(50％)、最大值dx(75％)，以及曝光时间最小值ts(50微秒
(microsecond))、中间值tm(525微秒)、最大值tx(1000微秒)为例，然而，本发明不以此为限。曝光时间可依照照相机100的硬件设计而具有不同的最小值ts、中间值tm、最大值tx。工作周期则可自行设定。需注意的是，不同的工作周期会对应有不同的一校正数据，控制单元110须根据工作周期所对应的校正数据对反射的调制信号进行校正。校正数据可预先取得，并储存在照相机100的一存储器(图未示)中。例如，设定照相机100可以三种工作周期25％、50％及75％工作，则可预先取得工作周期25％的校正数据、工作周期50％的校正数据及工作周期75％的校正数据。校正方法可由其他相似的硬件、固件(firmware)或软件执行。
24.步骤s110，控制单元110选择多个操作模式之一。控制单元110根据一选择指令选择省电模式、动作模式、一般模式及混合模式其中之一。选择指令可由一输入单元(图未示)传送给控制单元110。输入单元例如为触控屏幕或实体按键，但不限于此，其还可以包括其他非物理结构的输入装置。省电模式的初始工作周期预设为最小值(第一最小值)ds且初始曝光时间预设为最小值(第二最小值)ts。动作模式的初始工作周期预设为最大值(第一最大值)dx且初始曝光时间例如预设为最小值(第二最小值)ts。一般模式的初始工作周期预设为中间值(第一中间值)dm且初始曝光时间例如预设为中间值(第二中间值)tm。混合模式的初始工作周期预设为最小值(第一最小值)ds且初始曝光时间预设为最小值(第二最小值)ts。在另一实施例中，混合模式的初始工作周期也可预设为中间值dm，而初始曝光时间也可设定为中间值(第二中间值)tm或最大值(第二最大值)tx，并不以此为限，混合模式的应用在于可让使用者能较为弹性地选择调整照相机。
25.步骤s120，发射单元120以选择的操作模式的一工作周期向一待测物体ob发出一调制信号s。举例来说，若选择的操作模式为省电模式，发射单元120以预设的工作周期的最小值ds(例如:25％)向待测物体ob发出调制信号s。
26.步骤s130，接收单元130用以在选择的操作模式的一曝光时间内接收从待测物体ob反射的调制信号rs。举例来说，若选择的操作模式为省电模式，接收单元130在预设的曝光时间的最小值ts(例如:50微秒)内接收从待测物体ob反射的调制信号rs。且控制单元110根据初始工作周期(例如:25％)所对应的校正数据对反射的调制信号rs进行校正。
27.步骤s140，信号采集单元140在该曝光时间内获得待测物体ob的不同相位的多个图像。举例来说，若选择的操作模式为省电模式，信号采集单元140在初始曝光时间(例如:50微秒)内获得待测物体ob的不同相位的多个图像(例如为0度、90度、270度、360度的图像)。
28.步骤s150，控制单元110根据待测物体ob的不同相位的多个图像(例如为0度、90度、270度、360度的图像)计算一信心值cv0(confidence value)。信心值cv0的计算公式为，
[0029][0030]
其中i为90度与270度相位图像的差异值、q为0度与180度相位图像的差异值。举例来说，若选择的操作模式为省电模式，在初始工作周期为最小值ds且初始曝光时间为最小值ts的情况下，控制单元110可根据待测物体ob的不同相位的多个图像计算出信心值cv0，以做为调整曝光时间和/或工作周期的依据。
[0031]
步骤s160，控制单元110根据信心值cv0、一预设的目标信心值cv
t
及选择的该操作模式，决定调整曝光时间及/或工作周期。在此步骤中，控制单元110根据信心值cv0是否大
于或小于目标信心值cv
t
，以及所选择的操作模式，来调整曝光时间及/或工作周期。若信心值cv0小于目标信心值cv
t
表示需增加曝光时间及/或工作周期。若信心值cv0大于目标信心值cv
t
表示需减少曝光时间及/或工作周期。不同的操作模式具有不同调整曝光时间及/或工作周期的方式。以下进一步说明各个操作模式下调整曝光时间及/或工作周期的方式。
[0032]
图4为选择的操作模式为「省电模式」时，步骤s160的子步骤的流程图。图5为选择的操作模式为「动作模式」时，步骤s160的子步骤的流程图。图6为选择的操作模式为「一般模式」时，步骤s160的子步骤的流程图。图7为选择的操作模式为「混合模式」时，步骤s160的子步骤的流程图。
[0033]
请参照图4，选择的操作模式为「省电模式」时，步骤s160包括步骤s1600至s1605。由于省电模式的初始工作周期为最小值ds且初始曝光时间为最小值ts，因此可减少照相机100的电力消耗。
[0034]
步骤s1600，控制单元110判断信心值cv0是否等于目标信心值cv
t
。若是，则结束流程，表示目前的曝光时间及工作周期已达到要求；若否，则进入步骤s1601。
[0035]
步骤s1601，控制单元110判断信心值cv0大于或小于目标信心值cv
t
。若信心值cv0小于目标信心值cv
t
，则进入步骤s1602；若信心值cv0大于目标信心值cv
t
，则进入步骤s1605。
[0036]
步骤s1602，控制单元110判断曝光时间是否到达最大值tx。若否，则进入步骤s1603；若是，则进入步骤s1604。
[0037]
步骤s1603，当曝光时间未到达最大值tx，且信心值cv0小于目标信心值cv
t
，控制单元110增加曝光时间。例如控制单元110将曝光时间从最小值ts(例如:50微秒)调整增加到中间值tm(例如:525微秒)。在一实施例中，控制单元110也可将曝光时间增加一固定值，例如100微秒；也就是，控制单元110将曝光时间从最小值ts(例如:50微秒)增加到150微秒，但本发明不以此为限。接着，回到步骤s120，以调整后的曝光时间(中间值tm(例如:525微秒))再次执行步骤s120至s160。也就是说，步骤s120至s160会重复执行，直到信心值cv0等于目标信心值cv
t
为止。
[0038]
步骤s1604，当曝光时间到达最大值tx，且信心值cv0小于目标信心值cv
t
，则控制单元110改为调整增加工作周期。在此步骤中，由于曝光时间已到达最大值tx，但信心值cv0仍小于目标信心值cv
t
，因此控制单元110增加工作周期，以使信心值cv0增加。例如控制单元110将工作周期从最小值ds(例如:25％)增加到中间值dm(例如:50％)，但本发明不以此为限。接着，回到步骤s120，以调整后的工作周期(中间值dm(例如:50％))再次执行步骤s120至s160。也就是说，步骤s120至s160会重复执行，直到信心值cv0等于目标信心值cv
t
为止。
[0039]
步骤s1605，当信心值cv0大于目标信心值cv
t
，控制单元110减少曝光时间。例如控制单元110将曝光时间从最大值tx减少到中间值tm，或从中间值tm减少到最小值ts，但本发明不以此为限。控制单元110也可将曝光时间减少一固定值。接着，回到步骤s120，以调整后的曝光时间再次执行步骤s120至s160。也就是说，步骤s120至s160会重复执行，直到信心值cv0等于目标信心值cv
t
为止。
[0040]
在省电模式中，当信心值cv0不等于目标信心值cv
t
时，控制单元110优先调整曝光时间，直到曝光时间到达最大值tx且信心值cv0仍小于目标信心值cv
t
时，控制单元110才增加工作周期。
[0041]
请参照图5，选择的操作模式为「动作模式」时，步骤s160包括步骤s1610至s1615。由于动作模式的初始工作周期预设为最大值dx且初始曝光时间预设为最小值ts，因此可适用于快速移动的待测物体ob。
[0042]
步骤s1610，控制单元110判断信心值cv0是否等于目标信心值cv
t
。若是，则结束流程，表示目前的曝光时间及工作周期已达到要求；若否，则进入步骤s1611。
[0043]
步骤s1611，控制单元110判断信心值cv0大于或小于目标信心值cv
t
。若信心值cv0小于目标信心值cv
t
，则进入步骤s1612；若信心值cv0大于目标信心值cv
t
，则进入步骤s1613。
[0044]
步骤s1612，当信心值cv0小于目标信心值cv
t
，控制单元110增加曝光时间。接着，回到步骤s120以调整后的曝光时间再次执行步骤s120至s160。也就是说，步骤s120至s160会重复执行，直到信心值cv0等于目标信心值cv
t
为止。
[0045]
步骤s1613，控制单元110判断曝光时间是否到达最小值ts。若否，则进入步骤s1614；若是，则进入步骤s1615。
[0046]
步骤s1614，当曝光时间未到达最小值ts，且信心值cv0大于目标信心值cv
t
，控制单元110减少曝光时间。接着，回到步骤s120以调整后的曝光时间再次执行步骤s120至s160。也就是说，步骤s120至s160会重复执行，直到信心值cv0等于目标信心值cv
t
为止。
[0047]
步骤s1615，当曝光时间到达最小值ts，且信心值cv0大于目标信心值cv
t
，控制单元110则改为减少工作周期。在此步骤中，由于曝光时间已到达最小值ts，但信心值cv0仍大于目标信心值cv
t
，因此控制单元110减少工作周期，以使信心值cv0减少。接着，回到步骤s120以调整后的工作周期再次执行步骤s120至s160。也就是说，步骤s120至s160会重复执行，直到信心值cv0等于目标信心值cv
t
为止。
[0048]
在动作模式中，当信心值cv0不等于目标信心值cv
t
时，控制单元110优先调整曝光时间，直到曝光时间到达最小值ts且信心值cv0仍大于目标信心值cv
t
时，控制单元110才减少工作周期。
[0049]
请参照图6，选择的操作模式为「一般模式」时，步骤s160包括步骤s1620至s1627。一般模式的初始工作周期例如预设为中间值dm、且初始曝光时间例如预设为中间值tm，此模式适合照相机100的一般应用。
[0050]
步骤s1620，控制单元110判断信心值cv0是否等于目标信心值cv
t
。若是，则结束流程，表示目前的曝光时间及工作周期已达到要求；若否，则进入步骤s1621。
[0051]
步骤s1621，控制单元110判断信心值cv0大于或小于目标信心值cv
t
。若信心值cv0小于目标信心值cv
t
，则进入步骤s1622；若信心值cv0大于目标信心值cv
t
，则进入步骤s1625。
[0052]
步骤s1622，控制单元110判断曝光时间是否到达最大值tx。若否，则进入步骤s1623；若是，则进入步骤s1624。
[0053]
步骤s1623，当曝光时间未到达最大值tx，且信心值cv0小于目标信心值cv
t
，控制单元110增加曝光时间。接着，回到步骤s120以调整后的曝光时间再次执行步骤s120至s160。也就是说，步骤s120至s160会重复执行，直到信心值cv0等于目标信心值cv
t
为止。
[0054]
步骤s1624，当曝光时间到达最大值tx，且信心值cv0小于目标信心值cv
t
，控制单元110增加工作周期。在此步骤中，由于曝光时间已到达最大值tx，但信心值cv0仍小于目标信
心值cv
t
，因此控制单元110增加工作周期，以使信心值cv0增加。接着，回到步骤s120以调整后的工作周期再次执行步骤s120至s160。也就是说，步骤s120至s160会重复执行，直到信心值cv0等于目标信心值cv
t
为止。
[0055]
步骤s1625，控制单元110判断曝光时间是否到达最小值ts。若否，则进入步骤s1626；若是，则进入步骤s1627。
[0056]
步骤s1626，当曝光时间未到达最小值ts，且信心值cv0大于目标信心值cv
t
，控制单元110减少曝光时间。接着，回到步骤s120以调整后的曝光时间再次执行步骤s120至s160。也就是说，步骤s120至s160会重复执行，直到信心值cv0等于目标信心值cv
t
为止。
[0057]
步骤s1627，当曝光时间到达最小值ts，且信心值cv0大于目标信心值cv
t
，控制单元110减少工作周期。在此步骤中，由于曝光时间已到达最小值ts，但信心值cv0仍大于目标信心值cv
t
，因此控制单元110减少工作周期，以使信心值cv0减少，以接近目标信心值cv
t
。接着，回到步骤s120以调整后的工作周期再次执行步骤s120至s160。也就是说，步骤s120至s160会重复执行，直到信心值cv0等于目标信心值cv
t
为止。
[0058]
在一般模式中，当信心值cv0不等于目标信心值cv
t
时，控制单元110优先调整曝光时间，直到曝光时间到达最小值ts且信心值cv0仍大于目标信心值cv
t
时，控制单元110才减少工作周期；或者直到曝光时间到达最大值tx且信心值cv0仍小于目标信心值cv
t
时，控制单元110才增加工作周期。
[0059]
请参照图7，选择的操作模式为「混合模式」时，步骤s160包括步骤s1630至s1637。混合模式的初始工作周期例如预设为最小值ds、且初始曝光时间预设为最小值ts，此模式可让使用者能较为弹性地选择调整照相机100，以达最佳的精确度和拍摄反应。
[0060]
步骤s1630，控制单元110判断信心值cv0是否等于目标信心值cv
t
。若是，则结束流程，表示目前的曝光时间及工作周期已达到要求；若否，则进入步骤s1631。
[0061]
步骤s1631，控制单元110判断信心值cv0大于或小于目标信心值cv
t
。若信心值cv0小于目标信心值cv
t
，则进入步骤s1632；若信心值cv0大于目标信心值cv
t
，则进入步骤s1635。
[0062]
步骤s1632，控制单元110判断工作周期或曝光时间之一是否到达最大值。若否，则进入步骤s1633；若是，则进入步骤s1634。
[0063]
步骤s1633，当工作周期和曝光时间皆未到达最大值，且信心值cv0小于目标信心值cv
t
，控制单元110增加工作周期及/或曝光时间之一。
[0064]
步骤s1634，当工作周期或曝光时间之一到达最大值，且信心值cv0小于目标信心值cv
t
，控制单元110增加曝光时间或工作周期之一。也就是说，在此步骤中，若曝光时间已到达最大值tx，但信心值cv0仍小于目标信心值cv
t
，则控制单元110增加工作周期，以使信心值cv0增加而趋近于目标信心值cv
t
。反之，倘若工作周期已到达最大值ds，但信心值cv0仍小于目标信心值cv
t
，则控制单元110增加曝光时间，以使信心值cv0增加而趋近于目标信心值cv
t
。接着，回到步骤s120以调整后的工作周期或调整后的曝光时间再次执行步骤s120至s160。也就是说，步骤s120至s160会重复执行，直到信心值cv0等于目标信心值cv
t
为止。
[0065]
步骤s1635，控制单元110判断工作周期或曝光时间之一是否到达最小值。若否，则进入步骤s1636；若是，则进入步骤s1637。
[0066]
步骤s1636，当工作周期和曝光时间皆未到达最小值，且信心值cv0大于目标信心
值cv
t
，控制单元110减少工作周期及/或曝光时间之一。
[0067]
步骤s1637，当工作周期或曝光时间之一到达最小值，且信心值cv0大于目标信心值cv
t
，控制单元110减少曝光时间或工作周期之一。在此步骤中，若曝光时间已到达最小值ts，但信心值cv0仍大于目标信心值cv
t
，则控制单元110减少工作周期，以使信心值cv0减少。若工作周期已到达最小值ds，但信心值cv0仍大于目标信心值cv
t
，则控制单元110减少曝光时间，以使信心值cv0减少。接着，回到步骤s120以调整后的工作周期或调整后的曝光时间再次执行步骤s120至s160。也就是说，步骤s120至s160会重复执行，直到信心值cv0等于目标信心值cv
t
为止。
[0068]
在混合模式中，当信心值cv0不等于目标信心值cv
t
时，控制单元110可调整曝光时间或工作周期其中之一，直到曝光时间或工作周期其中之一到达最小值且信心值cv0仍大于目标信心值cv
t
时，控制单元110才减少另一者。或者，当信心值cv0不等于目标信心值cv
t
时，控制单元110可调整曝光时间或工作周期其中之一，直到曝光时间或工作周期其中之一到达最大值且信心值cv0仍小于目标信心值cv
t
时，控制单元110才增加另一者。或者，当信心值cv0不等于目标信心值cv
t
时，控制单元110可同时调整曝光时间和工作周期。
[0069]
图4至图7所示的步骤中，只要调整曝光时间或工作周期一次之后，则回到图2的步骤s120，以调整后的工作周期及/或曝光时间执行步骤s120至s160。也就是说，步骤s120至s160会重复执行，直到信心值cv0等于或接近目标信心值cv
t
为止。在另一实施例中，控制单元110可设定一门槛值，当调整曝光时间及/或工作周期的次数超过门槛值时，停止调整曝光时间及/或工作周期。另外，在图4至图7中，虽以信心值cv0是否大于或小于目标信心值cv
t
，来调整曝光时间及/或工作周期，但在另一实施例中，控制单元110可根据信心值cv0设定一目标信心范围(区间)，并根据信心值cv0是否大于或小于目标信心范围，决定调整曝光时间及/或工作周期。若信心值cv0在目标信心范围内，则表示目前的曝光时间及工作周期已达到要求。
[0070]
本发明所提出的照相机及自动曝光方法，可通过调整曝光时间来改善接收的反射信号的强度。较佳的是，本发明所提出的照相机及自动曝光方法，不仅可通过调整曝光时间，还可调整工作周期来改善接收的反射信号的强度。如此一来，对于距离远或表面反射率较低的待测物体，拍摄效果可以更佳。且本发明具有多个操作模式，每个模式具有不同初始曝光时间及初始工作周期，且每个模式具有不同的调整曝光时间及工作周期的方式，可依据不同的待测物体的情况，选择不同的操作模式，以应付各种情况。
[0071]
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。