一种图像传感器的控制方法与流程

1.本技术涉及图像检测领域，具体地，涉及一种控制接触式图像传感器进行图像检测的方法。


背景技术：

2.现场快速检测技术(point-of-care testing，简称poct)是指在采样现场进行的、利用便携式分析仪器及配套试剂快速得到检测结果的一种检测方式。poct广泛应用于临床检验、慢病监测、检验检疫、食品安全等公共卫生领域。随着移动互联网和生物医药的蓬勃发展，使得poct技术不断向实时、定量和检测设备小型化的方向发展。
3.poct的技术原理主要有：干化学技术、胶体金技术、化学发光免疫技术、生物传感器技术、生物芯片技术、微流控芯片技术等。其中干化学技术、胶体金技术使用最为成熟和广泛，其工作原理是：特性试纸与被检测物质迅速产生明显颜色变化，即试纸上的化学试剂与被测物质反应显色，显色深浅与被测物质含量有关，通过测量试纸颜色的深浅，被测物质含量可被测定出来。
4.上述现有技术中，有使用接触式图像传感器(contact image sensor，简称cis)的方式进行检测。其检测方法主要包括以下步骤：
5.s1,不点灯扫描多次，获取各像素点的暗输出值并计算暗输出平均值，其中暗输出值为接触式图像传感器在关闭检测光源的状态下进行扫描所获取的输出值；
6.s2,开启检测光源，扫描多次，调整点灯时间，确定达到设定目标值的点灯时间t；
7.s3,开启检测光源，以点灯时间t多次扫描标准样张，计算各像素点校正系数；
8.s4,开启检测光源，以点灯时间t扫描目标试纸条，利用校正系数计算各像素点校正后的明输出值，其中明输出值为接触式图像传感器在开启检测光源的状态下进行扫描所获取的输出值。
9.使用上述控制方法在实际检测过程中，由于电源波动、led发光效率、ic感度特性、温度变化的影响出现测试不准确的现象，即使是扫描标准样张，校正后其扫描输出值也会偏离设定目标值，极大地影响了检测精度。


技术实现要素：

10.为解决上述现有技术中存在的问题，本技术的目的在于提供一种接触式图像传感器的控制方法，该方法可以提高接触式图像传感器的输出稳定性，提高检测精度。
11.本技术的实施例提供一种图像传感器的控制方法，用于控制接触式图像传感器利用至少一种检测光源实现对目标样张的高精度检测，所述方法包括以下步骤：
12.s100：使用所述接触式图像传感器在关闭检测光源状态下进行m次扫描，得到所述接触式图像传感器的各像素点的m个暗输出值，根据所述各像素点的m个暗输出值确定所述各像素点的暗输出平均值；
13.s200：确定所述检测光源的点灯时间，其中所述点灯时间为自开启所述检测光源
到使用所述接触式图像传感器扫描标准样张所获得的结果达到设定条件所经过的时间；
14.s300：使用所述接触式图像传感器在关闭所述检测光源状态下进行m次扫描；
15.s400：开启所述检测光源，达到所述点灯时间后使用所述接触式图像传感器对所述标准样张进行k次扫描，得到所述各像素点的k个第一明输出值，根据所述各像素点的k个第一明输出值和所述暗输出平均值确定所述各像素点的校正系数；
16.s500：使用所述接触式图像传感器在关闭所述检测光源状态下进行m次扫描；
17.s600：开启所述检测光源，达到所述点灯时间后使用所述接触式图像传感器对所述目标样张进行k次扫描，得到所述各像素点的k个第二明输出值，根据所述暗输出平均值和所述校正系数对所述各像素点的k个第二明输出值进行校正。
18.优选地，所述步骤s600中根据所述暗输出平均值和所述校正系数对所述各像素点的k个第二明输出值进行校正，包括：扔掉所述各像素点的前k-1个第二明输出值，保留所述各像素点的第k个第二明输出值；根据所述暗输出平均值和所述校正系数对所述各像素点的第k个第二明输出值进行校正，得到对所述目标样张的检测结果。
19.优选地，所述步骤s400中根据所述各像素点的k个第一明输出值和所述暗输出平均值确定所述各像素点的校正系数，包括：计算所述各像素点的k个第一明输出值的平均值，得到所述各像素点的第一明输出平均值；根据所述各像素点的第一明输出平均值和所述暗输出平均值确定所述各像素点的校正系数。
20.优选地，所述m能被n整除，其中n为大于1的整数。
21.进一步地，所述步骤s100中根据所述各像素点的m个暗输出值确定所述各像素点的暗输出平均值，包括：扔掉所述各像素点的前m/n个暗输出值，保留所述各像素点的后m*(n-1)/n个暗输出值；计算所述各像素点的后m*(n-1)/n个暗输出值的平均值，得到所述各像素点的暗输出平均值。
22.优选地，所述步骤s200中确定所述检测光源的点灯时间，包括：
23.s210：开启所述检测光源并保持预设的时长；
24.s220：使用所述接触式图像传感器扫描标准样张；
25.s230：判断所述接触式图像传感器扫描所述标准样张所获得的结果是否达到设定条件，如否，则执行步骤240后返回步骤s210，如是，则执行步骤s250，其中，
26.s240：关闭检测光源并重新调整预设的时长，
27.s250：将所述预设的时长确定为所述检测光源的点灯时间。
28.进一步地，所述扫描所述标准样张所获得的结果为所述接触式图像传感器在所述检测光源开启所述预设的时长的状态下扫描所述标准样张所获得的各像素点的明输出值；所述设定条件为所述各像素点的明输出值中的最大值与最小值的和等于校正目标值的2倍，其中，校正目标值根据所述检测光源的特性预先确定。
29.可选地，所述检测光源的种类多于一种；所述步骤s600后还包括：
30.s700：判断是否已使用全部种类的检测光源进行检测，如否，则执行步骤s710后返回步骤s100，如是，则结束检测，其中，
31.s710：更换下一种类的检测光源，使用所述接触式图像传感器在关闭所述检测光源状态下进行m次扫描。
32.可选地，所述检测光源的种类多于一种；所述步骤s400后还包括：
33.s410：判断是否获取所有种类的检测光源的校正信息，如是，则执行步骤s500，如否，则执行步骤s420后返回步骤s200，其中，
34.s420：更换下一种类的检测光源，使用所述接触式图像传感器在关闭所述检测光源状态下进行m次扫描。
35.进一步地，所述步骤s600后还包括：
36.s610：判断是否完成所有种类的检测光源的检测，如是，则结束检测，如否，则执行步骤s620后返回步骤s600，其中，
37.s620：更换下一种类的检测光源，使用所述接触式图像传感器在关闭所述检测光源状态下进行m次扫描。
38.本技术的实施例提供的一种图像传感器的控制方法至少具有以下有益效果：
39.(1)本技术的技术方案在确定检测光源的点灯时间、计算校正系数以及实际扫描目标样张的步骤之前分别加入了在关闭检测光源的状态下控制接触式图像传感器扫描相同次数的步骤，可有效避免检测光源的控制电路发热带来的发光效率不稳定的影响，提高了获取明输出值的各个步骤中检测光源的亮度的一致性；
40.(2)本技术的技术方案在确定各像素的暗输出平均值的步骤中，采用在关闭检测光源的状态下控制接触式图像传感器进行多次扫描，并舍去最前面一定比例的暗输出值的方式，排除了接触式图像传感器在启动前处于长时间待机状态过程中，其光敏芯片受外界微弱光线干扰引起的感光部分电荷积蓄以及由此造成的检测结果的波动，并消除了初始启动扫描时电源波动造成的检测结果不稳定的现象；
41.(3)本技术的技术方案在开启检测光源并达到点灯时间后扫描目标样张的次数与扫描标准样张的次数保持相同，从而使得连续扫描目标样张时最后一次扫描时图像传感器的各种状态(电压波动、回路温度、光源发光效率)与校正时图像传感器的状态保持一致，使得校正扫描时计算出来的校正系数符合当前的扫描状态，达到精确校正、稳定输出的效果；
42.(4)本技术的技术方案在对目标样张进行多次扫描以获取检测结果的步骤中，只对最后一次扫描得到的明输出值进行校正作为检测结果，排除了之前扫描时检测光源状态(温度、发光效率等)及电源电压波动状态均未达到校正时对应状态对检测结果造成的影响，提高了检测结果的精度。
附图说明
43.图1为现有技术的使用接触式图像传感器的现场快速检测方法的流程图；
44.图2为本技术的一种实施例提供的一种图像传感器的控制方法的流程图；
45.图3为图2中步骤s200的实施流程图；
46.图4为本技术提供的一种图像传感器的控制方法与现有技术的控制方法的检测结果对比；
47.图5为本技术的一种实施例的一个具体实现方式的流程图；
48.图6为本技术的又一种实施例提供的一种图像传感器的控制方法的流程图；
49.图7为本技术的又一种实施例的一个具体实现方式的流程图；
50.图8为本技术的再一种实施例提供的一种图像传感器的控制方法的流程图；
51.图9为本技术的再一种实施例的一个具体实现方式的流程图。
具体实施方式
52.以下，结合本技术的多个实施例并参照附图对本技术的技术方案进行清楚、完整的描述，应当说明的是，以下所描述的实施例用于使本技术领域的技术人员更好地理解本技术的技术方案，而不是代表本技术的所有实施例。基于本技术中的实施例，本技术领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
53.本技术的说明书、权利要求书和附图中所使用的“第一”、“第二”等表述是为了区分类似的单元或对象，而不是用于限定特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“包括”、“具有”以及他们的任何可以替换的表述，意图在于覆盖不排他的包含，例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法固有的其他步骤或单元。
54.除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以具体理解上述术语在本技术中的具体含义。
55.图1为现有技术的使用接触式图像传感器的现场快速检测方法的流程图，其中接触式图像传感器和检测光源的结构、布置方式以及使用检测光源对标准样张的扫描结果校正对目标样张的扫描结果的技术均为本领域技术人员所知晓。
56.为解决图1所示的现有技术存在的问题，本技术的实施例提供一种图像传感器的控制方法，用于控制接触式图像传感器利用至少一种检测光源实现对目标样张的高精度检测。
57.实施例1
58.图2为根据本技术的一种实施例提供的一种图像传感器的控制方法的流程图，如图2所示，上述方法包括以下步骤：
59.s100：使用所述接触式图像传感器在关闭检测光源状态下进行m次扫描，得到所述接触式图像传感器的各像素点的m个暗输出值，根据所述各像素点的m个暗输出值确定所述各像素点的暗输出平均值；
60.s200：确定所述检测光源的点灯时间，其中所述点灯时间为自开启所述检测光源到使用所述接触式图像传感器扫描标准样张所获得的结果达到设定条件所经过的时间；
61.s300：使用所述接触式图像传感器在关闭所述检测光源状态下进行m次扫描；
62.s400：开启所述检测光源，达到所述点灯时间后使用所述接触式图像传感器对所述标准样张进行k次扫描，得到所述各像素点的k个第一明输出值，根据所述各像素点的k个第一明输出值和所述暗输出平均值确定所述各像素点的校正系数；
63.s500：使用所述接触式图像传感器在关闭所述检测光源状态下进行m次扫描；
64.s600：开启所述检测光源，达到所述点灯时间后使用所述接触式图像传感器对所述目标样张进行k次扫描，得到所述各像素点的k个第二明输出值，根据所述暗输出平均值和所述校正系数对所述各像素点的k个第二明输出值进行校正。
65.本实施例中所使用的接触式图像传感器包含电源、光敏芯片、控制及接口电路等组成部分，其中光敏芯片包含多个像素点，能够将感应到的光线强度以电压信号的形式输
出；检测光源为具有特定波长及光强的光源，与接触式图像传感器相对于标准样张或目标样张同侧设置或对侧设置。
66.接触式图像传感器在检测光源关闭状态下进行扫描时，光敏芯片的多个像素点输出的电压信号为暗输出值；接触式图像传感器在检测光源开启状态下进行扫描时，检测光源照射到标准样张或基准样张上的光线经过反射或透射到达光敏芯片，光敏芯片的多个像素点输出的电压信号为明输出值，其中标准样张一般为光学特性均匀的样张，用于确定检测光源的点灯时间和校正系数，以对扫描目标样张的明输出值进行校正。
67.对接触式图像传感器输出的暗输出值和/或明输出值进行后续处理的设备，如a/d转换模块、降噪模块、存储模块、计算模块等，其结构、原理及工作流程均为本领域的技术人员所熟知，在此不再赘述。
68.具体地，本实施例的控制方法首先在关闭检测光源状态下进行m次扫描，得到各像素点的m个暗输出值，根据各像素点的m个暗输出值确定各像素点的暗输出平均值；然后确定检测光源的点灯时间；之后关闭检测光源进行m次扫描；然后开启检测光源并在达到点灯时间后对标准样张进行k次扫描，得到各像素点的k个第一明输出值，根据各像素点的k个第一明输出值和暗输出平均值确定各像素点的校正系数；之后再次关闭检测光源状态并进行m次扫描；最后再次开启检测光源并在达到点灯时间后对目标样张进行k次扫描，得到各像素点的k个第二明输出值，根据暗输出平均值和校正系数对各像素点的k个第二明输出值进行校正。本实施例的控制方法在确定检测光源的点灯时间、计算校正系数以及实际扫描目标样张的步骤之前分别加入了关闭检测光源并扫描相同次数的步骤，可有效避免检测光源的控制电路发热带来的发光效率不稳定的影响，提高了获取明输出值的各个步骤中检测光源的亮度的一致性。
69.以下分别对各步骤的具体实施方式进行详细说明。
70.本实施例的步骤s100为根据各像素点的m个暗输出值确定所述各像素点的暗输出平均值的步骤，在本实施例的一些优选的实施方式中，m能被n整除，其中n为大于1的整数。步骤s100包括：关闭检测光源状态下扫描m次，扔掉各像素点的前m/n个暗输出值，保留各像素点的后m*(n-1)/n个暗输出值；计算各像素点的后m*(n-1)/n个暗输出值的平均值，得到各像素点的暗输出平均值。
71.本技术的技术方案在确定各像素的暗输出平均值的步骤中，采用在关闭检测光源的状态下控制接触式图像传感器进行多次扫描，并舍去最前面一定比例的暗输出值的方式，排除了接触式图像传感器在启动前处于长时间待机状态过程中，其光敏芯片受外界微弱光线干扰引起的感光部分电荷积蓄以及由此造成的检测结果的波动，并消除了初始启动扫描时电源波动造成的检测结果不稳定的现象。
72.本实施例的步骤s200为确定检测光源点灯时间的步骤，在使用接触式图像传感器进行检测的过程中，如果检测光源未达到点灯时间即进行扫描，使得输出值达不到目标值，则需要乘以一个大于1的系数，这样放大了光敏芯片的随机噪音，不利于输出的稳定性；由于不同的光敏芯片对同一种类的检测光源的感度不同，或者相同的光敏芯片对不同种类的检测光源的感度不同，因此在传感器实际使用时需要确定不同种类的检测光源对应不同的光敏芯片达到指定目标值的最佳点灯时间。
73.确定测试光源的点灯时间利用标准样张进行，标准样张具有均匀的光学特性，通
过对标准样张的进行扫描，并将扫描得到的实际结果与理想值进行比较，可以调整光源的点灯时间以及对最终目标样张的检测结果进行校正。
74.图3示出了本实施例的一些优选的实施方式中确定检测光源的点灯时间的步骤，包括：
75.s210：开启所述检测光源并保持预设的时长；
76.s220：使用所述接触式图像传感器扫描标准样张；
77.s230：判断所述接触式图像传感器扫描所述标准样张所获得的结果是否达到设定条件，如否，则执行步骤240后返回步骤s210，如是，则执行步骤s250，其中，
78.s240：关闭检测光源并重新调整预设的时长，
79.s250：将所述预设的时长确定为所述检测光源的点灯时间。
80.进一步地，在本实施例的一些实施方式中，上述扫描标准样张所获得的结果可以是检测光源开启预设的时长的状态下扫描标准样张所获得的各像素点的明输出值；上述设定条件可以是各像素点的明输出值中的最大值与最小值的和等于校正目标值的2倍，其中，校正目标值根据检测光源的特性预先确定。具体地，设校正目标值为vp，该校正目标值根据检测光源的特性预先确定，开启检测光源并保持预设的时长后进行扫描，获得各像素点的明输出值，其中最大值为vmax，最小值为vin，判断是否满足(vmax+vmin)/2＝vp，如满足，则将预设时长确定为检测光源的点灯时间，如否，则调整预设的时长并重新进行判断。
81.步骤s400为利用标准样张确定各像素点的校正系数的步骤，由于光敏芯片的各像素点的感光特性存在细微差别，在检测光线条件及检测物相同的情况下，不同像素点的输出也存在细微差别，因此需要获取各像素点的校正系数以对检测结果进行校正。在本实施例的一些优选的实施方式中，步骤s400中根据各像素点的k个第一明输出值和暗输出平均值确定各像素点的校正系数，包括：开启检测光源并在达到点灯时间后对标准样张进行k次扫描，得到各像素点的k个第一明输出值；分别对各像素点的k个第一明输出值求平均值，得到各像素点的第一明输出平均值；根据各像素点的第一明输出平均值和暗输出平均值确定各像素点的校正系数。
82.具体地，可以采用如下方式进行确定各像素点的校正系数：将各像素点的第一明输出平均值分别减去各像素点的暗输出平均值并选取其中的最小值，将该最小值分别除以各像素点的第一明输出平均值与各像素点的暗输出平均值的差值，作为各像素点的校正系数。例如，设各像素点的第一明输出平均值和暗输出平均值分别为vf_i、vd_i，i＝1
…
n，其中n为光敏芯片所包含的像素点的个数，则各像素点的校正系数k_i＝min(vf_i
–
vd_i)/(vf_i
–
vd_i)，i＝1
…
n。基于扫描标准样张得到的结果计算各像素点的校正系数的技术为本领域的常规技术，获取校正系数方法并不限于上述描述的方法，本领域的技术人员可以根据需要选择具体的计算方法。
83.步骤s600为扫描目标样张，对扫描结果进行校正并得到对目标样张的检测结果的步骤。在本实施例的一些优选的实施方式中，步骤s600中根据各像素点的暗输出平均值和校正系数对各像素点的k个第二明输出值进行校正，包括：开启检测光源并在达到点灯时间后对目标样张进行k次扫描，得到各像素点的k个第二明输出值，扔掉各像素点的前k-1个第二明输出值，保留各像素点的第k个第二明输出值；根据上述各步骤得到的暗输出平均值和校正系数对各像素点的第k个第二明输出值进行校正，得到对所述目标样张的检测结果。
84.具体地，可以采用如下方式进行校正：将各像素点的第k个第二明输出值分别减去各像素点的暗输出平均值，再将所得结果分别乘以各像素点的校正系数，所得结果即为接触式图像传感器获取的目标样张的检测结果，例如，设各像素点的第k个第二明输出值为v2_i，i＝1
…
n，则接触式图像传感器获取的目标样张的检测结果为vout_i＝(v2_i-vd_i)*k_i，i＝1
…
n。
85.根据各像素点的暗输出平均值和校正系数对各像素点的多次扫描目标样张得到的明输出值进行校正的技术为本领域的技术人员所知晓，例如，申请号为202011265205.4的发明专利申请公开了基于暗输出平均值和校正系数对多次扫描目标样张得到的明输出值的平均值进行校正的技术，本实施例的优选的实施方式与上述现有技术的区别在于：点灯校正操作和点灯扫描操作之间有m次关闭检测光源状态的暗输出操作，相邻的两次点灯扫描操作之间也设有m次关闭检测光源状态的暗输出操作，这样给予光源充足散热时间，避免检测光源连续发光产生热量从而降低发光效率；对标准样张和目标样张在开启光源并达到点灯时间后扫描相同次数，但只保留最后一次扫描目标样张的结果并进行校正作为最终的检测结果，从而使得连续扫描目标样张时最后一次扫描时图像传感器的各种状态(电压波动、回路温度、光源发光效率)与校正时图像传感器的状态保持一致，使得校正扫描时计算出来的校正系数符合当前的扫描状态，达到精确校正、稳定输出的效果；此外，只对最后一次扫描得到的明输出值进行校正作为检测结果，排除了之前扫描时检测光源状态(温度、发光效率等)及电源电压波动状态均未达到校正时对应状态对检测结果造成的影响，提高了检测结果的精度。
86.图4示出了采用本技术的实施例的控制方法得到的目标样张的检测结果与采用现有技术的方法得到的检测结果的对比，图中横坐标为各个像素点，纵坐标为步骤s600输出的检测结果，固定的横线为扫描基准样张的设定目标值，通过图4可以看出，采用本技术的控制方法得到的全部像素点的输出都集中在设定目标值附近，且波形平直，各个像素点的输出一致性好，采用现有控制方法的各个像素点的输出偏离设定目标值，且输出值曲线不平直，呈现较大的起伏，影响了扫描精度。通过上述对比可见，本技术提供的一种图像传感器的控制方法，能够综合地减小接触式图像传感器连续点灯工作时由于电源波动、检测光源发光效率、感光芯片感度特性、温度变化等多种因素造成的对于输出结果精度和一致性的影响，有效地改善检测效果。
87.图5示出了本实施例的一种具体的实施方式的流程图，其中，m＝16，n＝4，k＝8，即检测光源处于关闭状态时扫描的次数为16次，获取暗输出平均值时扔掉前4次扫描结果，使用后12次扫描结果计算暗输出平均值，对第二明输出值进行校正时扔掉前7次扫描结果，对第8次扫描结果进行校正。
88.实施例2
89.图6示出了本技术的又一种实施例提供的一种图像传感器的控制方法的流程图，在本实施例中，检测光源的种类多于一种；所述步骤s600后还包括：
90.s700：判断是否已使用全部种类的检测光源进行检测，如否，则执行步骤s710后返回步骤s100，如是，则结束检测，其中，
91.s710：更换下一种类的检测光源，使用所述接触式图像传感器在关闭所述检测光源状态下进行m次扫描。
92.本实施例与实施例1的区别在于，本实施例采用多种检测光源对目标样张进行检测，具体地，不同的检测光源可以具有不同的波长或具有其他不同的光学特性。由于目标样张在不同的检测光源的照射下其感光特性不同，光敏芯片的各像素点对不同检测光源的感光不均匀性也存在差异，因此对于每一种检测光源都需要确定点灯时间以及各像素点的校正系数。
93.图7示出了本实施例的一种具体实施方式的流程图。
94.实施例3
95.图8示出了本技术的再一种实施例提供的一种图像传感器的控制方法的流程图，在本实施例中，检测光源的种类多于一种；所述步骤s400后还包括：
96.s410：判断是否获取所有种类的检测光源的校正信息，如是，则执行步骤s500，如否，则执行步骤s420后返回步骤s200，其中，
97.s420：更换下一种类的检测光源，使用所述接触式图像传感器在关闭所述检测光源状态下进行m次扫描。
98.进一步地，所述步骤s600后还包括：
99.s610：判断是否完成所有种类的检测光源的检测，如是，则结束检测，如否，则执行步骤s620后返回步骤s600，其中，
100.s620：更换下一种类的检测光源，使用所述接触式图像传感器在关闭所述检测光源状态下进行m次扫描。
101.本实施例与实施例2的区别在于，在本实施例中，确定多种检测光源的点灯时间和各像素点的校正系数的步骤与最后利用多种检测光源扫描目标样张获取检测结果的步骤分别进行，即可以先进行多种检测光源的点灯时间的确定以及各像素点对应于多种检测光源的多个校正系数的确定，并将上述结果预先保存；然后利用多种检测光源对目标样张进行扫描，其中所使用的点灯时间和校正系数为之前保存的结果。本实施例中将获取点灯时间和校正系数的步骤与检测步骤分离，可以预先确定并保存不同的测试光源的点灯时间和校正系数，再根据实际检测需要选择检测光源进行检测和校正，提高了方法的灵活性。
102.图9示出了本实施例的一种具体实施方式的流程图。
103.以上对本技术的具体实施方式作了详细介绍，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也属于本技术权利要求的保护范围。