像素合并方法及相关影像读出电路与流程

1.本发明涉及一种像素合并方法以及影像读出电路，尤其涉及一种可降低像素合并的量化误差的像素合并方法以及影像读出电路。


背景技术：

2.现有用于像素合并的图像处理技术通常应用于影像传感器的前端模拟电路或后端数字处理单元，可将多个像素结合成为单一像素。一像素合并方法为累加多个像素的电荷或感测值，接着输出一累加结果为合并后的像素的合并像素数据，以提升信噪比(signal-to-noise ratio，snr)。然而，像素的数据范围的一上限容易被超过，而输出具有错误的一最大像素数据。另一像素合并方法为累加多个像素的电荷或感测值，并且计算一平均结果作为合并后的像素的合并像素数据，以保持像素的原始值。然而，于对合并像素进行四舍五入或无条件进位/舍去时会产生量化误差。因此，先前技术有改进的必要。


技术实现要素：

3.因此，本发明的主要目的即在于提供一种像素合并方法以及影像读出电路，以降低像素合并的量化误差的像素合并方法以及影像读出电路。
4.本发明的一实施例公开一种像素合并方法，用于处理来自包含有一像素数组的一影像传感器的像素数据，其中所述像素合并方法包含执行一第一扫描流程，所述第一扫描流程是扫描所述影像传感器的一感测区域，以取得一第一数量的像素数据；执行一第二扫描流程，该第二扫描流程是于所述第一扫描流程完成后扫描所述感测区域，以取得一第二数量的像素数据；以及根据一偏移值、一合并尺寸及一算术值对所述像素数据的所述第二数量执行所述像素合并，其中所述偏移值及所述算术值是根据所述第一数量的像素数据决定。
5.本发明的另一实施例公开一种影像读出电路，用来对取自包含一像素数组的一影像传感器所获得的像素数据执行像素合并，所述影像读出电路包含一扫描电路，用来执行一第一扫描流程，所述第一扫描流程是扫描所述影像传感器的一感测区域，以取得一第一数量的像素数据，并且执行一第二扫描流程，所述第二扫描流程是于所述第一扫描流程完成后扫描所述感测区域，以取得一第二数量的像素数据；以及一像素合并处理电路，用来根据一偏移值、一合并尺寸及一算术值对所述第二数量的像素数据执行所述像素合并，其中所述偏移值及所述算术值是根据所述第一数量的像素数据决定。
附图说明
6.图1为本发明实施例的一影像读出电路的示意图。
7.图2为本发明实施例的通过一预扫描流程所获得的原始像素数据的示意图。
8.图3为本发明实施例的通过一正常扫描流程所获得的原始像素数据的示意图。
9.其中，附图标记说明如下：
10.10
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影像读出电路
11.102
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扫描电路
12.104
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像素合并处理电路
13.106
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初步像素合并电路
14.106_2
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累加器
15.106_4
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除法器
16.108
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正常像素合并电路
17.108_2
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减法电路
18.108_4
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累加器
19.108_6
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除法器
20.110
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判断电路
具体实施方式
21.请参考图1，图1为本发明实施例的一影像读出电路10的示意图。影像读出电路10可以是包含一像素数组(array)的一影像传感器的一读出电路，用来扫描像素数组以及对获取自影像传感器的像素数据执行像素合并方法，其中像素数据可以是一影像的原始像素数据。在一实施例中，影像传感器适用于感测生物识别特征影像，例如指纹影像。影像读出电路10包含一扫描电路102及一像素合并处理电路104。扫描电路102用来执行一预扫描流程，预扫描流程是扫描影像传感器的一感测区域，以获得一第一数量的像素数据，并且于预扫描流程完成后，执行一正常扫描流程，正常扫描流程是(于预扫描流程完成后)扫描感测区域，以获得一第二数量的像素数据。预扫描流程是用来获取一当前感测影像所介于可能数据范围的信息。也就是说，影像读出电路10可利用自预扫描流程所获得的第一数量的像素数据，以产生所需的信息，进而用于一正常像素合并流程。
22.像素合并处理电路104用来根据一合并尺寸、一偏移值以及一算术值，对第二数量的像素数据执行正常像素合并流程，其中偏移值以及算术值为所述的必要信息。偏移值是根据对应于影像的第一数量的像素数据所决定的。第一数量的像素数据及第二数量的像素数据是在不同时间，由影像传感器所获得的一指纹影像的像素数据。
23.详细而言，本发明的影像读出电路10的像素合并处理电路104可进一步包含一初步像素合并电路106、一正常像素合并电路108及一判断电路110，其中，初步像素合并电路106包含一累加器106_2及一除法器106_4，用来处理一第一原始像素数据，即前述获取自预扫描流程的第一数量的像素数据。正常像素合并电路108包含一减法电路108_2、一累加器108_4以及一除法器108_6，用来处理一第二原始像素数据，即前述获取自正常扫描流程的第二数量的像素数据。初步像素合并电路106可选择性地对第一数量的像素数据执行或不执行像素合并。判断电路110耦接至除法器106_4、减法电路108_2以及除法器108_6。
24.在一实施例中，当初步像素合并电路106不对第一数量的像素数据执行像素合并时，第一数量的像素数据可绕过累加器106_2及除法器106_4，不由累加器106_2及除法器106_4处理，而通过判断电路110处理。在此情形下，判断电路110可自第一数量的像素数据中决定一最大像素数据及一最小像素数据以及最大像素数据与一最小像素数据之间的一差值d1。第一数量的像素数据的最小像素数据可作为应用于正常像素合并流程一偏移值
x1。判断电路110可进一步决定最大像素数据与最小像素数据之间的差值d1，并且进一步产生应用于正常像素合并流程的一算术值。算术值等于h/d1，其中h为根据一数据分辨率的一最大理想像素数据(即数据分辨率可提供的最高灰阶值)。算术值代表数据分辨率在第一数量的像素数据所在的被感测的数据范围内可提供的最高灰阶值的一放大比率。算术值用来降低在正常像素合并流程所发生的像素溢位所造成的误差。举例来说，h可以是基于8-bit像素数据的255，其中255代表最高灰阶值，而d1可以是来自第一数量的像素数据的最大像素数据(例如163)与最小像素数据(例如100)之间的差值。在此例中，算术值h/d1等于255/(163-100)的四舍五入值。正常像素合并电路108的输出数据为db_out及正常像素合并电路108可以不同的方式计算输出数据，其可以db_out_1、db_out_2等作为区别。在此例中，输出数据db_out_1的一式(1)可据此总结为：
[0025][0026]
在式(1)中，zi代表从执行正常扫描流程所获取的第二数量的像素数据的每一像素数据，以及n为合并尺寸，用来对第二数量的像素数据执行正常像素合并流程。在另一实施例中，偏移值可以是0，并且除法器108_6所输出的输出数据db_out_2的一式(2)可据此总结为：
[0027][0028]
在式(1)或式(2)中，n/(h/d1)为一第二算术值。在本发明实施例的正常像素合并中，累加数据除以小于合并尺寸的第二算术值，因此可降低量化误差。
[0029]
在另一实施例中，当初步像素合并电路106用来对第一数量的像素数据执行像素合并时，累加器106_2、除法器106_4以及判断电路110皆被启用。在此情形下，累加器106_2可累加对应于像素数组中的一m2*n2数组的第一数量的像素数据的每k个像素数据，以产生多个累加数据。k是用来对第一数量的像素数据执行初步像素合并的合并尺寸，并且k等于m2*n2。举例而言，16个像素数据中的每四个像素数据(即k＝2*2＝4)被累加以产生四个累加数据。接着，由除法器106_4将每一累加数据除以4以产生一个合并像素数据，以产生四个合并像素数据(即第三数量的合并像素数据)。接着，判断电路110决定四个合并像素数据的其中最小的一个以作为一偏移值x2，并且决定第三数量的合并像素数据中的一最小合并像素数据与一最大合并像素数据之间的一差值d2。根据此实施例，正常像素合并电路108的除法器108_6可以x2及d2取代式(1)或式(2)中的x1及d1，以计算所输出的输出数据。
[0030]
下列为初步像素合并及正常像素合并的范例。如图2所示，假设根据预扫描流程获得原始像素数据a0-a15，而根据正常扫描流程获得原始像素数据aa0-aa15，其中原始像素数据a0-a15为影像传感器于预扫描流程中，扫描一感测区域a所获得的，原始像素数据aa0-aa15为影像传感器于正常扫描流程中，扫描一感测区域aa所获得的。感测区域a可以与感测区域aa相同或者不同(尺寸不同或位置不同)。
[0031]
初步像素合并电路106是用来对原始像素数据a0-a15执行像素合并。详细而言，累加器106_2累加影像传感器的像素数组中对应于影像传感器的像素数组中的一2*2数组的每四个像素数据，以产生四个累加数据。在此，合并尺寸为2*2数组。除法器106_4将每一累
加数据除以4(合并尺寸)，以产生四个合并像素数据b0-b3。举例来说，b0＝(a0 a1 a2 a3)/4。判断电路110决定四个合并像素数据b0-b3中的一最小值以作为偏移值x2，并且决定四个合并像素数据b0-b3中一最小合并像素数据及一最大合并像素数据之间的差值d2。
[0032]
关于图3，正常像素合并电路108用来对原始像素数据aa0-aa15执行像素合并。详细而言，减法电路108_2将每一原始像素数据aa0-aa15减掉偏移值x2以产生偏移像素数据aa0’至aa15’以防止像素数据范围的溢位。累加器108_4累加每q个偏移像素数据以产生一累加偏移像素数据。并且，q个偏移像素数据对应于一m1*n1数组，其为用来对第二数量的像素数据执行像素合并的一合并尺寸(其中，q为式(1)及式(2)中的n)。在图3的例子中，合并尺寸为一2*2数组、q等于4，并且累加器108_4累加每四个偏移像素数据以产生累加偏移像素数据。接着，除法器108_6将每一累加偏移像素数据除以第二算术值以产生一合并像素数据，例如bb0、bb1、bb2或bb3，其为根据式(1)或式(2)中所计算的输出数据db_out。前述的第二算术值小于合并尺寸，因此量化误差因执行除法器108_6的相除步骤而减小。
[0033]
下列为另一个例子。假设数据分辨率为8-bit，影像传感器的分辨率有至少640*480像素，预扫描流程所获得的第一数量的像素数据为640*480像素数据，而用于初步像素合并流程的合并尺寸为8*8数组。因此，第三数量的合并像素数据为80*60像素数据。第三数量的合并像素数据的最小像素数据为100、第三数量的合并像素数据的最大像素数据为163，以及最高灰阶值为255。换句话说，合并像素数据皆位在灰阶值100至163的范围内，而没有涵盖灰阶值范围0-99以及164-255。因此，偏移值x2被决定为100，算术值(h/d2)则为255/(163-100)＝4(取四舍五入的值)。假设正常扫描流程所获得的第二数量的像素数据为640*480像素数据，正常像素合并流程的合并尺寸为8*8数组，正常像素合并流程会产生80*60个合并像素数据。在此，根据式(1)，输出数据db_out可以是其中zi代表第二数量的像素数据的每一像素数据。
[0034]
在另一实施例中，第二算术值等于合并尺寸减去一预先定义平移值，预先定义平移值可以是与算术值(h/d)相同或者一不相同的值。在此例中，输出数据db_out_3的一式(3)可被据此总结为：
[0035][0036]
在另一实施例中，偏移值x可以是0，并且输出数据db_out_4的一式(4)可被据此总结为：
[0037][0038]
其中在式(3)及式(4)中，偏移值x及差值d可以是前述用于没有执行初步像素合并的x1及d1，或者偏移值x及差值d可以是前述有执行初步像素合并的x2及d2，其中n为合并尺寸。值得注意的是，用于预扫描流程的合并尺寸可以是不同于正常扫描流程的合并尺寸。
[0039]
因此，本发明的像素合并方法及影像输出电路执行预扫描流程，以获得用于正常像素合并的信息，进而降低量化误差。更进一步地，本领域的技术人员可适当地根据不同需求以实现像素合并方法，而不限制于上述实施例，并且皆适用于本发明。
[0040]
综上所述，本发明提供一种像素合并方法及相关影像读出电路，以降低像素合并的量化误差并提升影像的信噪比(signal-to-noise ratio，snr)。
[0041]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。