CN101561720A - 位移侦测装置及其省电方法 - Google Patents

Abstract

一种位移侦测装置的省电方法，所述位移侦测装置具有固定的采样周期并且包括光源，该光源以可调整的发光周期发光，用于提供所述位移侦测装置撷取图像时所需的光，所述省电方法包括下列步骤：在第一时间撷取第一图像；在第二时间撷取第二图像，其中所述第一时间与所述第二时间的间隔等于一个发光周期且该发光周期为所述采样周期的整数倍；比对所述第一图像和所述第二图像以求得位移量；将该位移量与至少一个门限值相比较；以及根据该比较的结果调整所述光源的发光周期。本发明另提供一种位移侦测装置。

Description

位移侦测装置及其省电方法

技术领域

本发明涉及一种位移侦测装置及其省电方法，特别涉及一种通过改变位移侦测装置的光源发光周期以节省整体电能消耗的位移侦测装置及其省电方法。

背景技术

为了提升电脑设备的使用便利性，无线光学鼠标已逐渐取代传统的有线鼠标。无线光学鼠标一般包括有光源、数字信号处理器、图像感应器以及无线传输单元等耗能元件，该鼠标由于整体电能消耗量大而具有电池使用寿命不长的问题。为了解决此问题，在现有技术中，已存在通过改变图像感应器的图像撷取频率的方式来降低无线光学鼠标的电能消耗的方法，例如美国专利公开第20050110746号的“光学导航装置的省电方法(Power-saving methodfor an optical navigation device)”，其公开了一种根据光学导航装置的移动速度，也就是单位时间该光学导航装置的水平位移数值和垂直位移数值的变化量大小，以控制图像感应器撷取图像的频率，并决定撷取图像的频率，其中当移动速度越快，撷取图像的频率越高，同时图像传感器的曝光时间则越短；反之，当移动速度越慢，撷取图像的频率越低，同时图像传感器的曝光时间则越长，从而节省光学导航装置的电力。

然而，通过改变图像感应器的图像撷取频率和曝光时间长短以节省光学导航装置的电能消耗的方式仍具有下列问题：(1)由于图像感应器的曝光时间长短会随着光学导航装置的移动速度而改变，导致图像整体亮度会产生较大的变动，从而具有较差的稳定性。(2)当光学导航装置的移动速度降低时，虽然可降低图像感应器的图像撷取频率，但为了要在低速移动下获得与高速移动时相同的最大可侦测加速度，则必须增加图像感应器的侦测范围，因而数字信号处理器的信号处理负载并不会随着图像撷取频率的降低而线性地降低。

另一种位移侦测装置的节能方法，如美国专利第6,455,840号所公开的“微结构导航技术中表面的预测脉冲照明方法(Predictive and PulsedIllumination of a Surface in a Micro-texture Navigation Technique)”，为通过根据位移侦测装置的移动速度改变光源的发光频率，通过这样来节省位移侦测装置所消耗的电能，所述方法包括下列步骤：以预设频率的脉冲光源照射表面；根据所测得的位移量求得移动速度；当该移动速度增加时增加所述光源的发光频率；以及当该移动速度降低时降低所述光源的发光频率。

然而，上述位移侦测装置中移动速度的计算是基于像素尺寸以及图像撷取频率(frame rate)来进行的，除了因为增加一个计算程序而增加信号处理的负载量之外，作为调整所述光源的发光频率的参考速度信息(例如速度门限值)在高低端产品需要被设定为不同值，例如在高端产品中，该速度门限值则相对较高；反之在低端产品中，该速度门限值则相对较低。因此，上述根据位移速度改变光源发光频率的省电方法仍具有下列问题：(1)增加了信号处理的负载量而导致整体耗能增加；(2)必须在不同产品设定不同的速度信息，无法将同一组速度信息应用于所有产品，从而增加了产品设计的复杂度。

基于上述原因，本发明提出一种根据位移侦测装置的位移量来动态调整位移侦测装置的光源发光周期的方法，当位移量相对较低时，则延长该光源的发光周期以降低光源的电能消耗，因此所述位移侦测装置不需将所侦测到的位移量换算成移动速度，可降低信号处理量以进而降低整体能量消耗。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种位移侦测装置及其省电方法，该装置和方法根据光源连续两次发光期间所述位移侦测装置的位移量来调整光源的发光周期，以有效降低电能消耗。

本发明的另一个目的在于提供一种位移侦测装置及其省电方法，其中图像撷取单元的图像撷取频率为固定频率，因而图像撷取单元的曝光时间不须随着位移侦测装置的移动速度而改变，具有较好的稳定性。

本发明的另一个目的在于提供一种位移侦测装置及其省电方法，其中作为调整光源发光周期的参考的位移信息可适用于所有高低端产品，以简化产品的设计。

为达到上述目的，本发明提供一种位移侦测装置的省电方法，所述位移侦测装置具有固定的采样周期，并且包括光源，该光源以可调整的发光周期发光，用于提供所述位移侦测装置撷取图像时所需的光，所述省电方法包括下列步骤：在第一时间撷取第一图像；在第二时间撷取第二图像，其中所述第一时间与所述第二时间的间隔等于一个发光周期且该发光周期为所述采样周期的整数倍；比对所述第一图像和所述第二图像以求得位移量；将该位移量与至少一个门限值相比较；以及根据该比较的结果来调整所述光源的发光周期。

上述位移侦测装置的省电方法中，当所述位移量太大而无法求得时，则缩短所述发光周期。

根据本发明的另一个特点，本发明还提供一种位移侦测装置包括光源、光源控制单元、图像撷取单元、存储单元、以及处理单元。所述光源以可调整的发光周期发光。所述光源控制单元用于调整所述光源的发光周期。所述图像撷取单元具有固定的采样周期，且所述光源的发光周期优选为所述采样周期的整数倍。所述存储单元存储有至少一个门限值。所述处理单元根据所述图像撷取单元间隔一个发光周期所撷取的两个图像来求出位移量，将该位移量与所述门限值相比较，并根据该比较的结果来控制所述光源控制单元调整所述光源的发光周期。

根据本发明的另一个特点，本发明还提供一种位移侦测装置的省电方法，所述位移侦测装置包括光源，该光源以可调整的发光周期发光，用于提供所述位移侦测装置撷取图像时所需的光，所述省电方法包括下列步骤：以固定的采样周期撷取图像；在第一时间撷取第一图像；在第二时间撷取第二图像，其中所述第一时间与所述第二时间的间隔等于一个发光周期且该发光周期为所述采样周期的整数倍；比对所述第一图像和所述第二图像以求得位移量；将该位移量与至少一个门限值相比较；以及根据该比较的结果来调整所述光源的发光周期。

本发明的位移侦测装置及其省电方法仅需根据位移侦测装置的感测阵列设定一组位移门限值，该门限值可应用于所有高低端产品，并可同时达到省电和简化设计的目的。此外，所述位移侦测装置还包括传输接口单元，用于将所侦测的位移量传送至图像显示装置，例如电视屏幕、电脑屏幕、游戏机屏幕或投影幕上，以进行该图像显示装置上的光标或指向器瞄准点的控制。所述位移侦测装置的实施例包括光学鼠标以及导航装置。

附图说明

图1a是本发明实施例的位移侦测装置的示意图；

图1b是本发明实施例的位移侦测装置以及相对应的图像显示装置的示意图；

图2是本发明实施例的位移侦测装置的方块图；

图3是本发明实施例的位移侦测装置中，图像撷取单元的采样周期以及光源的发光周期的时序图；

图4是本发明实施例的位移侦测装置的处理单元的最大可侦测位移量的示意图；

图5是本发明实施例的位移侦测装置的省电方法的流程图；

图6a是本发明实施例的位移侦测装置的省电方法中，根据位移量适应性地调整光源发光周期的示意图；

图6b是本发明实施例的位移侦测装置的省电方法中，根据水平位移量、垂直位移量来适应性地调整光源发光周期的示意图。

主要元件符号说明

10  位移侦测装置      100 壳体

101 光源              102 光源控制单元

103 存储单元          104 图像撷取单元

105 处理单元          106 传输接口单元

107 透镜              20  第一图像

21  参考搜寻框        30  第二图像

31  搜寻框            401～407 步骤

90  图像显示装置      91  光标

H   孔                S   表面

ΔX 水平位移量        ΔY 垂直位移量

SP  采样周期          EC₁、EC₂、EC₃ 发光周期

A  图像撷取时间

具体实施方式

为了让本发明的上述和其他目的、特征及优点能更明显，下文特举了本发明实施例，并配合所附图示，作详细说明如下。

请参照图1a、1b和2所示，其分别显示了本发明实施例的位移侦测装置10的示意图和方块图。该位移侦测装置10例如可为光学鼠标或光学导航装置(navigation device)，通常所述位移侦测装置10被放置于表面S(例如鼠标垫的表面或桌面)供用户操控，从而相对控制图像显示装置90上光标(或指向指标)91的移动，该图像显示装置90的实施例包括电视屏幕、投影幕、电脑屏幕、以及游戏机屏幕，但不限于此。所述位移侦测装置10包括光源101、光源控制单元102、存储单元103、图像撷取单元104、处理单元105、传输接口单元106、以及至少一个透镜(或透镜组)107。

本发明实施例的位移侦测装置10，虽以光学鼠标作为例示性的说明，如图1a所示，但该说明并非用以限定本发明。所述位移侦测装置10一般具有壳体100，该壳体底部具有孔H，且所述位移侦测装置10的其他构件被设置于所述壳体100内。所述光源101的实施例例如包括发光二极管以及镭射二极管，该光源101以可调整的发光周期发光，用于提供所述图像撷取单元104撷取图像时所需的光。所述光源101通过所述壳体100下方的孔H照明所述表面S，自该表面S反射的光再度经过所述孔H之后，由所述图像撷取单元104所接收。所述光源控制单元102用于调整所述光源101的发光周期。所述存储单元103中存储有至少一个位移门限值(threshold value)。所述图像撷取单元104以固定的采样周期(sampling period)撷取图像，且所述光源101的发光周期优选为所述采样周期的整数倍，如此所述图像撷取单元104的图像撷取可同步于所述光源101的发光，从而使所述图像撷取单元104有效撷取来自所述表面S的光学图像。所述处理单元105比对所述图像撷取单元104所撷取的有效图像，以求出所述位移侦测装置10在两张连续有效图像之间的位移量，将该位移量与存储于所述存储单元103的门限值相比较，并根据比较结果控制所述光源控制单元102动态地调整所述光源101的发光周期。必需注意的是，此处所称的有效图像是指所述光源101发光的同时，所述图像撷取单元104所撷取的图像。藉此，当所述位移侦测装置10在两张连续有效图像之间相对于所述表面S的位移量增加时，所述光源控制单元102缩短所述光源101的发光周期；反之，当所述位移量减少时，所述光源控制单元102延长所述光源101的发光周期，从而节省所述位移侦测装置10所消耗的电能。最后，所述位移侦测装置10的位移量可经由所述传输接口单元106传送至所述图像显示装置90，从而进行相对的操控。

此外，透镜(或透镜组)107可选择性地被设置于所述光源101的前方以调整光源101的照射范围；还可选择将透镜(或透镜组)107设置于所述图像撷取单元104的前方以提高该图像撷取单元104的感光效率。在本发明中，所述处理单元105所求得的位移量不需进一步计算成速度，进而可以减少所述处理单元105的负载量，降低位置侦测装置10的整体耗能。

请参照图3所示，该图例示性地说明本发明的一种实施例中，所述图像撷取单元104的采样周期SP以及所述光源101的三种发光周期EC₁、EC₂、以及EC₃的时序图，其中假设SP＝1/3,000秒、EC₁＝1/1,000秒、EC₂＝1/1,500秒、EC₃＝1/3,000秒。在此实施例中，所述发光周期EC₁、EC₂及EC₃为所述采样周期SP的整数倍并形成同步，也就是，在所述图像撷取单元104的图像撷取期间A，该光源101提供图像撷取所需的光，但并不限定所述图像撷取期间A相等于所述光源101的发光时间。从而，虽然所述图像撷取单元104以固定的采样周期SP撷取图像，但由于所述光源101受到所述光源控制单元102的控制而并非在每一图像撷取期间A均提供撷取图像所需的光，因此图像撷取单元104所撷取的有效图像受到所述光源101的发光周期的控制。所述处理单元105则基于所述图像撷取单元104所撷取的有效图像进行位移量的计算。可以了解的是，图3中所显示的采样周期SP、光源101的发光周期EC₁、EC₂及EC₃以及发光周期的数值设定仅为本发明的一种实施例，并非用以限定本发明。

请参照图3和图4所示，接着说明所述处理单元105在两张有效图像之间所能侦测的最大位移量，以作为门限值设定的参考。在一种实施方式中，所述图像撷取单元104以所述光源101的一个发光周期为间隔分别撷取两张有效图像，例如第一图像20和第二图像30，并在所述第一图像20选定参考搜寻框21，在所述第二图像30选定搜寻框31。所述处理单元105则计算所述参考搜寻框21和所述搜寻框31之间的位移量以作为所述位移侦测装置10相对于所述表面S的位移量。为简化说明，在第4图中仅考虑X轴方向(图中水平方向)上的位移，在实际操作时，所述位移量包括X轴方向和Y轴方向的分量。最大可侦测位移量根据所述参考搜寻框21位于所述第一图像20的最左侧以及所述搜寻框31位于所述第二图像30最右侧的情形计算而得。在此实施例中，假设每张图框(即图像撷取单元的感测阵列尺寸)具有16×16个像素，所述搜寻框31和所述参考搜寻框21被设定为8×8个像素，则所述处理单元105在连续两张有效图像之间最大可侦测位移量为8个像素的距离，可选择将该距离设定为门限值。由于此最大可侦测位移量由每张图框的尺寸决定，因而不受所述光源101的发光周期的影响，也就是所述最大可侦测位移量在所述光源101的各种发光周期均相同，因此所述门限值可适用于各种高低端产品。

由此可知，当所述位移侦测装置10在连续两张有效图像之间的位移量超过8个像素的距离时，所述光源101必须缩短发光周期，如此所述处理单元105才能够侦测到位移量；换句话说，当所述位移侦测装置10的位移量超过所述最大可侦测位移量时，所述处理单元105则无法计算所述位移量，因而必须缩短光源101的发光周期以使所述位移侦测装置10正常运作。可以了解的是，此处所举出的所有数值设定仅为本发明的一种实施方式，并非用以限定本发明，所述数值可依据实际产品设计而任意决定。

请参照图5所示，该图显示了本发明实施例的位移侦测装置10的省电方法的流程图，所述方法包括下列步骤：在第一时间撷取第一图像(步骤401)；在第二时间撷取第二图像(步骤402)；比对所述第一图像和所述第二图像(步骤403)；判断是否可求得位移量(步骤404)；若否，则缩短光源的发光周期(步骤405)；若是，则将所述位移量与至少一个门限值相比较(步骤406)；以及调整光源的发光周期(步骤407)；从而，当所述位移量低于预设门限值时，所述光源101以较长的发光周期发光，通过这样来节省位移侦测装置10所消耗的电能。

请参照图2至6b所示，接着说明本发明实施例的位移侦测装置10的省电方法，假设所述光源101最初以发光周期EC₁(1/1,000秒)发光。首先，所述图像撷取单元104在第一时间撷取有效图像，例如第一图像20，该图像可为所述位移侦测装置10尚未移动前所撷取的图像，也可以为移动中所撷取的图像(步骤401)。所述图像撷取单元104在撷取完所述第一图像20后经过所述光源101的一个发光周期(1/1,000秒)时撷取另一有效图像，例如第二图像30(步骤402)。如图3所示，在此发光周期内，所述图像撷取单元104实际已另外撷取了2张图像，但介于所述第一图像20和所述第二图像30的期间内，所述光源101并未发光，因此所述图像撷取单元104在所述第一时间和所述第二时间之间所撷取的图像并非有效图像，且本发明中所述处理单元105被设定为仅处理有效图像。接着，该处理单元105比对所述第一图像20的参考搜寻框21以及所述第二图像30的搜寻框31(步骤403)，并判断是否可求得位移量(步骤404)。当无法求得位移量时，表示所述光源101的发光周期EC₁太长，因此所述处理单元105控制所述光源控制单元102将所述光源101的发光周期缩短为EC₂(例如1/1,500秒)(步骤405)。当可求得位移量时，所述处理单元105将所求得的位移量与存储于所述存储单元103中的门限值相比较(步骤406)，并根据比较结果来调整所述光源101的发光周期。

请参照图6a所示，在一种实施例中，第一门限值被设定为8个像素的距离，第二门限值被设定为4个像素的距离。当所述处理单元105判断所述位移侦测装置10的位移量超过8个像素距离时，则控制所述光源控制单元102将所述光源101的发光周期调整为EC₂(步骤407)。接着，所述图像撷取单元104经过另一发光周期(其可能经过调整或未经过调整，调整后例如可为1/1,500秒)后撷取新的有效图像，并使原第二图像30成为新的第一图像20，并使新撷取的有效图像成为新的第二图像30，接着从步骤403重新开始动作，当再次判断所述位移侦测装置10的位移量超过8个像素的距离时，则再次控制所述光源控制单元102将所述光源101的发光周期调整为EC3；当判断所述位移侦测装置10的位移量低于4个像素的距离时，控制所述光源控制单元102将所述光源101的发光周期调整为EC₁；否则维持所述光源101的发光周期为EC₂。如此，当所述处理单元105求得较低的位移量时，可通过延长所述光源101的发光周期以有效降低所述位移侦测装置10的消耗电能。必须了解的是，求得连续两张有效图像间的移动距离的方式，并不限于本实施例中所公开的内容。

请参照图6b所示，该图显示了本发明实施例中所述处理单元105比较所述位移侦测装置10的位移量与门限值的另一种实施方式。在此实施例中，位移量被分解为水平位移量ΔX和垂直位移量ΔY。当所述光源101的发光周期为EC₁(例如1/1,000秒)，且所述处理单元105判定水平位移量ΔX或垂直位移量ΔY中的一者大于第一门限值(例如8个像素的距离)时，处理单元105则控制所述光源控制单元102将所述光源101的发光周期缩短为EC₂(例如1/1,500秒)，否则所述发光周期维持为EC₁。当所述光源101的发光周期为EC₂且所述处理单元105判定水平位移量ΔX或垂直位移量ΔY中的一者大于所述第一门限值时(同样为8个像素的距离)，所述处理单元105则控制所述光源控制单元102将所述光源101的发光周期缩短为EC₃(例如1/3,000秒)，当判定水平位移量ΔX和垂直位移量ΔY两者均小于第二门限值时(例如4个像素的距离)，所述处理单元105则控制所述光源控制单元102将所述光源101的发光周期延长为EC₁，否则所述发光周期维持为EC₂。当所述光源101的发光周期为EC₃且所述处理单元105判定水平位移量ΔX和垂直位移量ΔY两者均小于所述第二门限值时(同样为4个像素的距离)，所述处理单元105则控制所述光源控制单元102将所述光源101的发光周期延长为EC₂，否则所述发光周期维持为EC₃。也就是，在此实施例中，所述处理单元105分别将门限值与位移侦测装置10的位移量的水平分量和垂直分量相比较。

如上所述，现有技术中，通过改变图像感应器的撷取图像周期和曝光时间长短来节省电能的方式，具有稳定性以及耗能节省效果不佳的问题；此外，根据位移侦测装置的移动速度改变光源的发光频率的方式，具有计算量较大且速度信息的设定无法同时适用于所有产品的问题。相较于现有技术，本发明的位移侦测装置及其省电方法(如图2和5所示)根据位移侦测装置的位移量来调整光源的发光周期以有效节省位移侦测装置所消耗的电能，且由于图像撷取单元的曝光时间为固定的，从而可解决稳定性不佳的问题。

虽然本发明已通过上述优选实施例而被公开，然而上述实施例并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可以作出各种的更动与修改。因此本发明的保护范围应当以所附的权利要求书所界定的为准。

Claims (15)

1、一种位移侦测装置的省电方法，所述位移侦测装置具有固定的采样周期，并且包括光源，该光源以可调整的发光周期发光，用于提供所述位移侦测装置撷取图像时所需的光，所述省电方法包括下列步骤：

在第一时间撷取第一图像；

在第二时间撷取第二图像，其中所述第一时间和所述第二时间的间隔等于一个发光周期且该发光周期为所述采样周期的整数倍；

比对所述第一图像和所述第二图像，以求得位移量；

将该位移量与至少一个门限值相比较；以及

根据该比较的结果调整所述光源的发光周期。

2、根据权利要求1所述的省电方法，该方法还包括下列步骤：

当无法求得所述位移量时，缩短所述发光周期。

3、根据权利要求1所述的省电方法，其中所述门限值由所述位移侦测装置的感测阵列的尺寸决定。

4、根据权利要求1所述的省电方法，其中所述门限值包括第一门限值和小于该第一门限值的第二门限值，在根据所述比较的结果调整所述光源的发光周期的步骤中，还包括：

当所述位移量大于所述第一门限值时，缩短所述发光周期；以及

当所述位移量小于所述第二门限值时，延长所述发光周期。

5、根据权利要求1所述的省电方法，其中所述门限值包括第一门限值和小于该第一门限值的第二门限值，所述位移量包括水平位移量和垂直位移量，在根据所述比较的结果调整所述光源的发光周期的步骤中，还包括下列步骤：

当所述水平位移量或垂直位移量中的一者大于所述第一门限值时，缩短所述发光周期；以及

当所述水平位移量和垂直位移量均小于所述第二门限值时，延长所述发光周期。

6、一种位移侦测装置，包括：

光源，该光源以可调整的发光周期发光；

光源控制单元，用于调整所述光源的发光周期；

图像撷取单元，具有固定的采样周期，且所述光源的发光周期为该采样周期的整数倍；

存储单元，存储有至少一个门限值；以及

处理单元，根据所述图像撷取单元间隔一个发光周期所撷取的两个图像求出位移量，将该位移量与所述门限值相比较，并根据该比较的结果控制所述光源控制单元调整所述光源的发光周期。

7、根据权利要求6所述的位移侦测装置，该装置还包括传输接口单元，用于将所述位移量传输至图像显示装置。

8、根据权利要求7所述的位移侦测装置，其中所述图像显示装置为选自电视屏幕、投影幕、电脑屏幕、以及游戏机屏幕中的一者。

9、根据权利要求6所述的位移侦测装置，其中所述光源为发光二极管或镭射二极管。

10、根据权利要求6所述的位移侦测装置，该装置还包括透镜，该透镜被置于所述光源的前方，用于调整该光源的照射范围。

11、根据权利要求6所述的位移侦测装置，该装置还包括透镜，该透镜被置于所述图像撷取单元的前方，用于提高该图像撷取单元的感光效率。

12、根据权利要求6所述的位移侦测装置，其中所述图像撷取单元为电荷耦合器件图像传感器或互补金属氧化物半导体图像传感器。

13、根据权利要求6所述的位移侦测装置，该装置为光学鼠标或光学导航装置。

14、根据权利要求6所述的位移侦测装置，其中所述处理单元为数字信号处理器、中央处理器或控制器。

15、一种位移侦测装置的省电方法，所述位移侦测装置包括光源，该光源以可调整的发光周期发光，用于提供所述位移侦测装置撷取图像时所需的光，所述省电方法包括下列步骤：

以固定的采样周期撷取图像；

在第一时间撷取第一图像；

在第二时间撷取第二图像，其中所述第一时间与所述第二时间的间隔等于一个发光周期且该发光周期为所述采样周期的整数倍；

比对所述第一图像和所述第二图像，以求得位移量；

将该位移量与至少一个门限值相比较；以及

根据该比较的结果调整所述光源的发光周期。

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