CN101452348B - 具有悬空定位功能的坐标定位鼠标 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有悬空定位功能的坐标定位鼠标，其接收一外部发光装置所产生具有方向性的光源。一第二影像感测装置用以接收外部发光装置所产生的具有方向性的光源，并将光源转换为电信号，再依据电信号而产生相对于具有方向性的光源的一具有指向性的影像。一第二内存装置用以储存具有指向性的影像。当对于第一影像感测装置所取得一张影像无法对焦时，处理装置致能第二影像感测装置及第二内存装置，以通过分析具有指向性的影像而获得该具有方向性的光源的一旋转角度，进而完成坐标定位。

Description

具有悬空定位功能的坐标定位鼠标

技术领域

本发明涉及影像定位系统的技术领域，尤指一种具有悬空定位功能的坐标定位鼠标。

背景技术

图1为现有光学鼠标的立体分解示意图，其包含一壳体1、一电路板2、一透镜组3及一阻隔层4。该壳体1是由一上盖11及一底座12所组合而成，该底座上开设有一贯穿孔121。该电路板2固定设于上述的壳体内1，该电路板2设有一具有接收部211的感应器21，并于该感应器21相邻的一侧设有一与其接收部位于同一面的面射型激光光源22(VCSEL，Vertical Cavity Surface Emitting Laser)或发光二极管22(LED)，且该感应器21的接收部211与该贯穿孔121对应。该透镜组3设于上述壳体1的底座12上，且该透镜组3上具有一凸镜31，并于邻近该凸镜31的位置处设有一信道32，而该信道32一侧的中央处具有一折射部321，该凸镜31的上、下二端面分别与上述感应器21的接收部211及贯穿孔121呈相对应的状态，且该信道32的一端开口与上述的面射型激光光源22或发光二极管22呈相对应的状态。该现有光学鼠标通过点亮面射型激光光源22，从而使该感应器21取得一鼠标垫影像后和一参考画面进行比对，进而建立屏幕上指针的控制。

然而，当电子技术快速进展且鼠标产品快速薄利化时，现有的鼠标产品应整合更多功能，以增加其附加价值。发明人因为这点，本着积极发明的精神，亟思一种可以增加其附加价值的“一种具有悬空定位功能的坐标定位鼠标”，几经研究实验终至完成此项发明。

发明内容

本发明的目的在提供一种具有悬空定位功能的坐标定位鼠标，以增加鼠标的功能，以提高鼠标的附加价值。

依据本发明的一特色，本发明提出一种具有悬空定位功能的鼠标，其接收一外部发光装置所产生具有方向性的光源，包含一第一影像感测装置、一第一光源、一第一内存装置、一第二影像感测装置、一第二内存装置及一处理装置。该第一影像感测装置用以取得一鼠标垫影像；该第一光源以一发光频率点亮，从而使该第一影像感测装置能取得该鼠标垫影像；该第一内存装置用以储存该第一影像感测装置所取得的该鼠标垫影像；该第二影像感测装置用以接收该外部发光装置所产生的具有方向性的光源，并将该光源转换为电信号，再依据该电信号而产生相对于该具有方向性的光源的一具有指向性的影像；该第二内存装置用以储存该第二影像感测装置所取得的具有指向性的影像；该处理装置耦合至该第一内存装置及第二内存装置，其中，当该第一影像感测装置所取得一张影像无法对焦时，该处理装置致能该第二影像感测装置及该第二内存装置，以通过分析该具有指向性的影像而获得该具有方向性的光源的一旋转角度。

依据本发明的另一特色，本发明提出一种具有悬空定位功能鼠标，应用于一笔记本型计算机，该笔记本型计算机包含一计算机屏幕及一外部发光装置，该计算机屏幕用以显示影像，该外部发光装置设置于该笔记本型计算机的屏幕上方，用以产生一具有方向性的光源，该具有悬空定位功能鼠标包含一第一影像感测装置、一第一光源、一第一内存装置、一处理装置、一第二影像感测装置、一第二内存装置。该第一影像感测装置用以取得一影像。该第一光源以一发光频率点亮，从而使该第一影像感测装置能取得该影像。该第一内存装置用以储存该第一影像感测装置所取得的该影像。该处理装置用以将该影像与一参考影像进行比对，作为该鼠标于前述屏幕中坐标定位的参考。该第二影像感测装置用以接收该外部发光装置所产生的该具有方向性的光源，并将该具有方向性的光源转换为电信号，依据该电信号，进而产生相对于该具有方向性的光源的一具有指向性的影像。该第二内存装置，用以储存该第二影像感测装置所取得的具有指向性的影像。其中，该处理装置，耦合至该第一内存装置及第二内存装置，其中，当该第一影像感测装置所取得该影像无法对焦时，该处理装置致能该第二影像感测装置及该第二内存装置，以通过分析该具有指向性的影像，进而获得该具有方向性的光源的一旋转角度，据以作为前述坐标定位的参考。

附图说明

图1为现有光学鼠标的立体分解示意图。

图2为本发明一种具有悬空定位功能的鼠标的方块图。

图3为本发明一种具有悬空定位功能的鼠标与一外部发光装置的使用示意图。

图4为本发明处理装置的方块图。

图5为本发明悬空定位的方法的流程图。

图6为本发明影像感测装置的感测影像局部放大的示意图。

图7为计算发光装置至影像感测装置相对距离的示意图。

图8为本发明一种具有悬空定位功能鼠标的应用示意图。

主要组件符号说明

壳体            1    电路板              2 

透镜组          3    阻隔层              4

上盖            11   底座                12

贯穿孔          121  接收部              211

感应器          21   面射型激光光源      22

凸镜            31   信道                32

折射部          321

第一影像感测装置210  第一光源            220

第一内存装置    230  第二影像感测装置    240

第二内存装置    250  处理装置            260

外部发光装置    310  显示屏幕            330

箭头            340  发光二极管          311、312

具有悬空定位功能的鼠标                   320

二阶影像处理器  261  影像对象取得器      263

计算器          265  图框比对器          267

步骤            S510~S550

笔记本型计算机  800        计算机屏幕  810

外部发光装置    820

具体实施方式

图2为本发明一种具有悬空定位功能的鼠标的方块图，其接收一外部发光装置所产生具有方向性的光源，该鼠标的方块图包含一第一影像感测装置210、一第一光源220、一第一内存装置230、一第二影像感测装置240、一第二内存装置250及一处理装置260。

该第一影像感测装置210用以取得一影像，例如可为一鼠标垫影像(图未示)。该第一光源220其以一发光频率点亮，从而使该第一影像感测装置210能取得该鼠标垫影像。该第一影像感测装置210主要是由一光感应数组、一模拟至数字转换器、一滤波器所组成，该光感应数组用以取得该鼠标垫影像并转换成一模拟影像信号，该模拟至数字转换器将模拟影像信号转换成数字影像数据，该滤波器则滤除该数字影像数据中的噪声。该第一内存装置230用以储存该第一影像感测装置210所取得的该数字影像数据，其中，该数字影像数据以图框方式储存。

该第二影像感测装置240用以接收该外部发光装置(图未示)所产生的具有方向性的光源，并将该光源转换为电信号，再依据该电信号而产生相对于该具有方向性的光源的一具有指向性的影像。该第二内存装置250用以储存该第二影像感测装置240所取得的具有指向性的影像。该外部发光装置是由一大的发光二极管及一小的发光二极管所组成。

该处理装置260耦合至该第一内存装置230及第二内存装置250，其中，当该第一影像感测装置210所取得一张影像无法对焦时，该处理装置260致能该第二影像感测装置240及该第二内存装置250，以通过分析该具有指向性的影像而获得该具有方向性的光源的一旋转角度进而达成坐标定位。

本发明中，该第一影像感测装置210、该第一光源220、及该第一内存装置230是现有光学鼠标基本方块，以执行光学鼠标的功能。当该第一影像感测装置210所取得的影像无法对焦时，表示该光学鼠标被提起，进而启用该鼠标的悬空定位功能。此时，该处理装置260致能该第二影像感测装置240及该第二内存装置250，该第二影像感测装置240获取该外部发光装置所产生具有方向性的光源，以通过分析该具有指向性的影像而获得该具有方向性的光源的一旋转角度，并据以达成悬空定位功能。

该第二影像感测装置240用以接收该外部发光装置所产生的具有方向性的光源，并将该光源转换为电信号，再依据该电信号而产生相对于该具有方向性的光源的该具有指向性的影像。该第二影像感测装置240较佳为互补式金氧半导体影像传感器(CMOS image sensor)，该影像感测单元510亦可为电荷耦合装置影像传感器(Charge CoupleDevice，CCD)。

该第二影像感测装置240所产生的具有指向性的影像储存于该第二内存装置250中，以待该该处理装置260进行影像处理及分析，以获得该具有方向性的光源的一旋转角度。

图3为本发明一种具有悬空定位功能的鼠标320与一外部发光装置310的使用示意图。该外部发光装置310用以产生具有方向性的光源。于本实施例中，该外部发光装置310是由一大一小的发光二极管311、312所组成，以产生该具有方向性的光源。于其它实施例，该外部发光装置310是由一L形状的发光二极管所组成，以产生该具有方向性的光源。该外部发光装置310亦可由一预定形状的发光二极管及一非预定形状的发光二极管所组成，以产生该具有方向性的光源。

如图3所示，该可产生有方向性光源的外部发光装置310可置于一显示屏幕330的上方，而不会影响显示屏幕330上的影像。该显示屏幕330较佳为显示一计算机数据的液晶屏幕，此时本发明的具有悬空定位功能的鼠标320可提供光学鼠标的功能外，还可提供悬空定位功能。但该显示屏幕330亦可为一液晶电视的屏幕，此时本发明的具有悬空定位功能的鼠标320仅提供悬空定位功能。

本发明的具有悬空定位功能的鼠标320通过第二影像感测装置240用以接收该外部发光装置310所产生的具有方向性的光源，并产生相对于该具有方向性的光源的一影像，以通过分析该影像而获得该具有方向性的光源的一旋转角度，进而达成坐标定位的功能。

图4为该处理装置260的方块图，该处理装置260连接至该第二内存装置250，以对该影像执行二阶影像先处理(bi-level imagepre-processing)，以产生一二阶影像，并取得该二阶影像中相对于该具有方向性的光源的影像对象(image object)，再依据该影像对象以产生该具有方向性的光源的该旋转角度。

如图4所示，该处理装置260包含一二阶影像处理器261、一影像对象取得器263、一计算器265、一图框比对器267。该图框比对器267连接至该第一内存装置230，以比对连续图框中影像的差异，以求出该鼠标320的移动向量。此部分为现有光学鼠标的技术，在此不予赘述。

该二阶影像处理器261连接至该第二内存置250，以对该影像执行二阶影像处理，以产生该二阶影像。

该影像对象取得器263连接至该二阶影像处理器261，以取得该二阶影像中相对于该具有方向性的光源的影像对象，并产生至少一影像对象。该计算器265连接至该影像对象取得器263，以计算该至少一影像对象的一重心及一方向，以产生该具有方向性的光源的该旋转角度θ。

该计算器265依据该方向与一预设向量，以产生该具有方向性的光源的该旋转角度。其中，该旋转角度θ为：

$\mathrm{\θ}={\cos }^{-1}\left(\frac{\stackrel{\→}{A}\·\stackrel{\→}{B}}{\left|\stackrel{\→}{A}\right|\left|\stackrel{\→}{B}\right|}\right),$

当中，

为该方向的向量，

为该预设向量，

为向量长度，

为预设向量长度，·为内积(inner product)。

图5为本发明悬空定位的方法的流程图，请一并参考图3，其计算该具有悬空定位功能的鼠标320与一外部发光装置310的一旋转角度，该外部发光装置310用以产生具有方向性的光源。首先，在步骤S510中，使用该第二影像感测装置240用以接收该外部发光装置310所产生的具有方向性的光源。

在步骤S520中，将该光源转换为电信号，再依据该电信号而产生相对于该具有方向性的光源的一影像。当该该具有悬空定位功能的鼠标320如图3箭头340所示的轴线逆时针旋转θ度。该第二影像感测装置240的多个感测像素侦测到该发光二极管311、312所产生的光源，则呈现为白色像素，没有侦测到该发光二极管311、312所产生的光源，则呈现为黑色像素。其中，白色像素其灰阶值约大于200，黑色像素其灰阶值约小于50。

在步骤S530中，对该影像执行二阶影像先处理，以产生一二阶影像。其是依据下列伪码(pseudo code)以产生该二阶影像：

if(pix_value＞150)

   then pix_value＝255

elseif(pix_value＜70)

  then pix_value＝0

endif

                      ，

其中pix_value代表像素值，亦即，当一像素值大于150时，将该像素值设定为255，当一像素值小于75时，将该像素值设定为0，由此产生该二阶影像。

在步骤S540中，取得该二阶影像中相对于该具有方向性的光源的影像对象(image object)，并产生至少一影像对象。在步骤S540中，主要取得该发光二极管311、312的影像对象。每一影像对象包含一最小长方形、影像对象中心点及影像对象面积。该最小长方形可包含该发光二极管311、312的影像的最小长方形。于本实施例中，可利用该影像对象面积以判断何者为大的发光二极管311的影像对象、何者为小的发光二极管312的影像对象。

在步骤S550中，计算该至少一影像对象的一方向，以产生该具有方向性的光源的该旋转角度θ。于本实施例中，其是利用大的发光二极管311的影像对象中心点为起始点、小的发光二极管312的影像对象中心点为终点而产生该方向，再依据该方向与一预设向量，以产生该具有方向性的光源的该旋转角度θ。该预设向量是该第二影像感测装置240感测影像的水平线。亦即该旋转角度θ为：

$\mathrm{\θ}={\cos }^{-1}\left(\frac{\stackrel{\→}{A}\·\stackrel{\→}{B}}{\left|\stackrel{\→}{A}\right|\left|\stackrel{\→}{B}\right|}\right),$

当中，

为该方向的向量，

为该预设向量，

为向量长度，为预设向量长度，·为内积(inner product)。

本发明将大的发光二极管的影像对象中心点定为起始点、小的发光二极管的影像对象中心点定为终点，进而产生该方向，并可利用该起始点及终点的中心点做为一核心点以作为定位之用。本发明技术可利用该第二影像感测装置240旋转角度θ、核心点位置、及该起始点及终点的距离三者算出最后绝对寻址坐标，本发明技术利用三角测距法将该起始点及终点的距离换算为该外部发光装置410至该第二影像感测装置240相对距离。图6为本发明第二影像感测装置240的感测影像局部放大的示意图。由图中可知方向的向量

的长度

为 $\sqrt{{12}^2+6^2}=\sqrt{180}$ 个像素距离。图7为计算该外部发光装置310至该第二影像感测装置240相对距离的示意图。其中，向量

是事先测量该第二影像感测装置240与该外部发光装置310的向量。其为该第二影像感测装置240与该外部发光装置310一公尺处所取得的大的发光二极管311的影像对象中心点为起始点、小的发光二极管312的影像对象中心点为终点的向量。设向量

的长度为M个像素点，大的发光二极管311与小的发光二极管312的距离为L米，由于ΔADE～ΔAFG，所以 $\frac{M}{L}=\frac{Y}{Y+1},$ 因此 $Y=\frac{M}{L-M}.$ 由于ΔADE～ΔABC，所以 $\frac{\left|\stackrel{\→}{A}\right|}{M}=\frac{Z}{Y},$ 因此 $Z=Y\×\frac{\left|\stackrel{\→}{A}\right|}{M}.$ 故该第二影像感测装置240距离该外部发光装置310为X+1＝(Y-Z)+1。此为三角测距法的应用，为熟习该技术者依据本发明说明书的描述所能轻易完成，在此不再赘述。

前述实施例中，该可产生方向性光源的外部发光装置310是由一大一小的发光二极管311、312所组成，以产生该具有方向性的光源。于其它实施例，该外部发光装置310是由一L形状的发光二极管所组成，以产生该具有方向性的光源。该外部发光装置310亦可由一预定形状的发光二极管及一非预定形状的发光二极管所组成，以产生该具有方向性的光源。而相对应的二阶影像处理步骤、影像对象取得步骤、及计算步骤为熟习该技术者依据本发明说明书的描述所能轻易完成，在此不再详述

图8为本发明一种具有悬空定位功能鼠标320的应用示意图。其是将本发明的具有悬空定位功能鼠标320应用于笔记本型计算机800中。该笔记本型计算机800其包含一计算机屏幕810、一外部发光装置820及一具有悬空定位功能鼠标320。

该计算机屏幕810用以显示影像。该外部发光装置820设置于该计算机屏幕上方，用以产生具有一方向性的光源，

该具有悬空定位功能鼠标320于正常模式时，执行光学鼠标的功能。当该具有悬空定位功能鼠标320被提起时，该处理装置260致能该第二影像感测装置240及该第二内存装置250，该第二影像感测装置240攫取该外部发光装置820所产生具有方向性的光源，以通过分析该具有指向性的影像而获得该具有方向性的光源的一旋转角度，并据以达成悬空定位功能，取代原先于正常模式时，光学鼠标所执行坐标定位的功能。

综上所述，本发明的技术是在一显示屏幕上方设置一可产生方向性光源的外部发光装置310，并运用第二影像感测装置240读取该外部发光装置310的影像，经分析光点的相关位置和面积大小形状，产生一个新的指向坐标和相对距离。本发明技术可作为遥控器装置或无线鼠标的输入，用以控制屏幕中指针的位置和特定动作。

当本发明的鼠标当作遥控器装置使用时，本发明技术同时可解决遥控器装置对液晶显示屏幕无法有效定位绝对坐标的问题，并可提供遥控器到液晶显示屏幕相对距离等有效信息。

上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (17)

1.一种具有悬空定位功能的鼠标，其接收一外部发光装置所产生具有方向性的光源，包含：

一第一影像感测装置，用以取得一影像；

一第一光源，其以一发光频率点亮，从而使该第一影像感测装置能取得该影像；

一第一内存装置，用以储存该第一影像感测装置所取得的该影像；

一处理装置，用以将该影像与一参考影像进行比对，作为该鼠标于一屏幕中坐标定位的参考；

一第二影像感测装置，用以接收该外部发光装置所产生的一具有方向性的光源，并将该具有方向性的光源转换为电信号，依据该电信号而产生相对于该具有方向性的光源的一具有指向性的影像；以及，

一第二内存装置，用以储存该第二影像感测装置所取得的该具有指向性的影像；

其中，该处理装置，耦合至该第一内存装置及第二内存装置，其中，当该第一影像感测装置所取得该影像无法对焦时，该处理装置致能该第二影像感测装置及该第二内存装置，以通过分析该具有指向性的影像，进而获得该具有方向性的光源的一旋转角度，据以作为前述坐标定位的参考，该处理装置对该具有指向性的影像执行二阶影像处理，以产生一二阶影像，取得该二阶影像中相对于该具有方向性的光源的影像对象，并产生至少一影像对象，计算该至少一影像对象的方向，进而产生该具有方向性的光源的该旋转角度。

2.根据权利要求1所述的鼠标，其中，该处理装置包含：

一二阶影像处理器，连接至该第二影像感测装置，以对该具有指向性的影像执行二阶影像处理，以产生该二阶影像；

一影像对象取得器，连接至该二阶影像处理器，以取得该二阶影像中相对于该具有方向性的光源的影像对象，并产生该至少一影像对象；以及

一计算器，连接至该影像对象取得器，以计算该至少一影像对象的一方向，以产生该具有方向性的光源的该旋转角度。

3.根据权利要求2项所述的鼠标，其中，该计算器依据该方向与一预设向量，以产生该具有方向性的光源的该旋转角度。

4.根据权利要求3项所述的鼠标，其中，该旋转角度为：

$\mathrm{\θ}={\cos }^{-1}\left(\frac{\stackrel{\→}{A}\·\stackrel{\→}{B}}{\left|A\right|\left|B\right|}\right),$

当中，

为该方向的向量，

为该预设向量，|A|为向量长度，|B|为预设向量长度，·为内积。

5.根据权利要求4项所述的鼠标，其中，该第一影像感测装置及第二影像感测装置为互补式金氧半导体影像传感器。

6.根据权利要求5项所述的鼠标，其中，该外部发光装置是由一大一小的发光二极管所组成，以产生该具有方向性的光源。

7.根据权利要求5项所述的鼠标，其中，该外部发光装置是由一具有L形状的发光二极管所组成，以产生该具有方向性的光源。

8.根据权利要求5项所述的鼠标，其中，该外部发光装置是由一预定形状的发光二极管及一非预定形状的发光二极管所组成，以产生该具有方向性的光源。

9.根据权利要求5项所述的鼠标，其中，该鼠标可为光学鼠标或激光鼠标。

10.一种具有悬空定位功能鼠标，应用于一笔记本型计算机，该笔记本型计算机包含一计算机屏幕及一外部发光装置，该计算机屏幕用以显示影像，该外部发光装置设置于该计算机屏幕上方，用以产生一具有方向性的光源，该具有悬空定位功能鼠标包含：

一第一影像感测装置，用以取得一影像；

一第一光源，其以一发光频率点亮，从而使该第一影像感测装置能取得该影像；

一第一内存装置，用以储存该第一影像感测装置所取得的该影像；

一处理装置，用以将该影像与一参考影像进行比对，作为该鼠标于前述屏幕中坐标定位的参考；

一第二影像感测装置，用以接收该外部发光装置所产生的该具有方向性的光源，并将该具有方向性的光源转换为电信号，依据该电信号，进而产生相对于该具有方向性的光源的一具有指向性的影像；以及

一第二内存装置，用以储存该第二影像感测装置所取得的具有指向性的影像；

其中，该处理装置，耦合至该第一内存装置及第二内存装置，其中，当该第一影像感测装置所取得该影像无法对焦时，该处理装置致能该第二影像感测装置及该第二内存装置，以通过分析该具有指向性的影像，进而获得该具有方向性的光源的一旋转角度，据以作为前述坐标定位的参考，该处理装置对该具有指向性的影像执行二阶影像处理，以产生一二阶影像，取得该二阶影像中相对于该具有方向性的光源的影像对象，并产生至少一影像对象，计算该至少一影像对象的方向，以产生该具有方向性的光源的该旋转角度。

11.根据权利要求10项所述的具有悬空定位功能鼠标，其中，该处理装置包含：

一二阶影像处理器，连接至该第二影像感测装置，以对该具有指向性的影像执行二阶影像处理，以产生该二阶影像；

一影像对象取得器，连接至该二阶影像处理器，以取得该二阶影像中相对于该具有方向性的光源的影像对象，并产生该至少一影像对象；以及

一计算器，连接至该影像对象取得器，以计算该至少一影像对象的一方向，以产生该具有方向性的光源的该旋转角度。

12.根据权利要求11项所述的具有悬空定位功能鼠标，其中，该计算器依据该方向与一预设向量，以产生该具有方向性的光源的该旋转角度。

13.根据权利要求12项所述的具有悬空定位功能鼠标，其中，该旋转角度为：

$\mathrm{\θ}={\cos }^{-1}\left(\frac{\stackrel{\→}{A}\·\stackrel{\→}{B}}{\left|A\right|\left|B\right|}\right),$

当中，

为该方向的向量，

为该预设向量，|A|为向量长度，|B|为预设向量长度，·为内积。

14.根据权利要求13项所述的具有悬空定位功能鼠标，其中，该第一影像感测装置及该第二影像感测装置为互补式金氧半导体影像传感器。

15.根据权利要求14项所述的具有悬空定位功能鼠标，其中，该外部发光装置是由一大一小的发光二极管所组成，以产生该具有方向性的光源。

16.根据权利要求14项所述的具有悬空定位功能鼠标，其中，该外部发光装置是由一具有L形状的发光二极管所组成，以产生该具有方向性的光源。

17.根据权利要求14项所述的具有悬空定位功能鼠标，其中，该外部发光装置是由一预定形状的发光二极管及一非预定形状的发光二极管所组成，以产生该具有方向性的光源。

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