CN101796808B - 确定手持设备的位置和速度 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式提供了一种手持设备，其包括用于获得和/或接收关于邻近于设备的表面的信息的信息模块以及用于确定手持设备的位置和/或速度中的至少一个的位置确定装置。位置确定装置包括确定模块，确定模块配置成根据位于邻近于设备的表面上的表面标志和/或位于输入装置上的装置标志中的至少一个，来确定手持设备的相对位置和/或手持设备的速度中的至少一个。表面标志和装置标志配置成提供绝对位置信息。

Description

确定手持设备的位置和速度
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年8月28日提交的标题为“True X-Y Position，Velocityand Angular Determination of Random Motion Devices Using the Integrationof Roller Ball and Optical Navigation Technologies”的第60/968,480号美国专利申请的优先权，除了与本说明书不一致的那些部分(如果有)以外，其整个说明书由此为了所有目的通过引用被全部并入。
技术领域
本发明的实施方式涉及图像平移(image translation)的领域，特别是涉及确定手持图像平移设备的定位。
背景技术
传统打印设备在其它机械结构使介质在垂直的方向上前进时依赖于机械地操作的托架来以线性方向输送打印头。当打印头在介质上移动时，可给出图像。便携式打印机已通过减小操作机械结构的尺寸的技术而发展。然而，提供打印头和介质之间的相对移动的原理保持与传统打印设备相同。因此，这些机械结构限制了打印机的尺寸的减小以及可用作介质的材料。
已经发展了手持打印设备，其表面上允许操作员在介质上操作手持设备以便将图像打印到介质上。然而，这些设备被操作员通过设备的不可预测和非线性的运动提出挑战。操作员运动的变化，包括设备本身的旋转，使确定打印头的准确位置很难。这种类型的定位误差可能对被打印的图像的质量具有有害影响。
发展了用于从目标媒体获取图像的某些手持扫描仪。在扫描期间，通过图像传感器记录图像数据，同时通过定位传感器记录定位数据，定位传感器用托架托住图像传感器。积累的图像数据是标记位置的，并被记录为失真的图像数据。一旦获取了失真的图像数据，它就被处理以提供校正旋转失真的修正的图像。该修正过程进一步依赖于所获取的图像数据的重叠区，以便于最终图像的拼接。
虽然该过程可在扫描情况下起作用，打印情况提出其它挑战。例如，在打印操作中，手持打印设备的定位不可被延迟而一直到介质被充分扫描之后。此外，所捕获的图像的拼接也可能是不可用的。
发明内容
根据不同的实施方式，手持设备包括用于获得和/或接收关于邻近于设备的表面的信息的信息模块以及用于确定手持设备的位置和/或速度中的至少一个的位置确定装置。位置确定装置包括确定模块，确定模块配置成根据位于邻近于设备的表面上的表面标志和/或位于输入装置上的装置标志中的至少一个，来确定手持设备的位置和/或速度，其中表面标志和装置标志配置成提供关于手持设备的绝对位置信息。
根据不同的实施方式，输入装置包括被支撑在框架内并包括装置标志的滚球、可移动地支撑框架内的滚球的至少三个轴承、以及读取装置标志的至少两个传感器。根据不同的实施方式，至少两个传感器包括CMOS成像传感器。
根据不同的实施方式，输入装置还包括邻近于滚球的至少一个清洁托架。根据一些实施方式，手持设备包括至少两个输入装置。根据一些实施方式，手持设备包括至少四个输入装置。
根据不同的实施方式，装置标志包括绘制在滚球表面上的图案。根据一些实施方式，装置标志包括嵌入滚球表面的图案。
根据一些实施方式，确定模块包括配置成从邻近的表面读取预打印的图案的至少两个图像传感器。根据一些实施方式，至少两个图像传感器是红外CMOS传感器。
根据不同的实施方式，手持设备是打印机。根据一些实施方式，手持设备是扫描仪。根据一些实施方式，手持设备是配置成打印并扫描的图像平移设备。
根据不同的实施方式，确定模块还配置成确定手持设备的预测位置。根据一些实施方式，确定模块配置成使用二维参数曲线函数来确定手持设备的预测位置。根据一些实施方式，二维参数曲线函数是Catmull-Rom双三次样条函数(Bicubic Spline function)。
本发明还提供了一种方法，其包括在表面上移动手持设备，读取在表面和/或输入装置中的至少一个上的标志，其中所述标志配置成提供绝对位置信息，以及根据标志的读取来确定手持设备的位置和/或角度和/或速度中的至少一个。
根据不同的实施方式，该方法还包括将打印材料(printing substance)沉积在表面上。根据不同的实施方式，该方法还包括使用图像表示来确定打印材料的沉积的水平。根据不同的实施方式，该方法还包括使用当打印材料沉积时被更改的图像表示。根据一些实施方式，该方法还包括扫描来自表面的信息。根据不同的实施方式，该方法还包括从被扫描的图像除去失真。根据不同的实施方式，该方法还包括拼接被扫描的信息以形成完整的被扫描的图像。
根据不同的实施方式，标志从包括在输入装置内的轨迹球被读取。根据不同的实施方式，还包括当手持设备移动时清洁轨迹球。
根据不同的实施方式，标志从表面被读取。根据不同的实施方式，标志从表面并从包括在输入装置内的轨迹球被读取。
根据不同的实施方式，该方法还包括确定手持设备的预测位置。根据一些实施方式，使用二维参数曲线函数确定预测位置。根据不同的实施方式，二维参数曲线函数是Catmull-Rom双三次样条函数。
附图说明
结合附图通过下面的详细描述将容易理解本发明的实施方式。为了便于该描述，相似的参考数字表示相似的结构元件。本发明的实施方式作为例子而不是作为限制在附图的图中示出。
图1是包括根据本发明的不同实施方式的手持图像平移设备的系统的示意图；
图2是根据本发明的不同实施方式的手持图像平移设备的底部平面图；
图3是根据本发明的不同实施方式的手持图像平移设备的顶部平面图；
图4是描述根据本发明的不同实施方式的手持图像平移设备的定位操作的流程图；
图5是根据本发明的不同实施方式的手持图像平移设备的定位操作的图形描述；
图6示意性示出根据本发明的不同实施方式的IR标记图案的例子；
图7示意性示出位置路径的例子；
图8示意性示出反正切比率的区域；
图9示意性示出用于确定根据本发明的不同实施方式的手持设备的位置、角度和/或速度的手持设备的输入装置；
图10示意性示出根据本发明的不同实施方式的在图9中示出的输入装置的顶视图；
图11是描述根据本发明的不同实施方式的手持图像平移设备的打印操作的流程图；以及
图12示出能够实现根据本发明的不同实施方式的手持图像平移设备的控制块的计算设备。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参考形成其中的一部分的附图，其中相似的数字始终表示相似的部件，且在附图中作为例证示出可实践本发明的实施方式。应理解，可利用其它实施方式，并可进行结构或逻辑变化，而不偏离本发明的范围。因此，下面的详细描述不在限制的意义上被理解，且根据本发明的实施方式的范围由所附权利要求及其等效形式限制。
各种操作通过可有助于理解本发明的实施方式的方法，可被依次描述为多个分立的操作；然而，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作是与顺序相关的。
该描述可使用基于透视图的描述，例如上/下、后/前和顶部/底部。这样的描述仅用于便于讨论，且不是用来限制本发明的实施方式的应用。
为了本发明的目的，短语“A/B”意指A或B。为了本发明的目的，短语“A和/或B”意指“(A)、(B)或(A和B)”。为了本发明的目的，短语“A、B和C中的至少一个”意指“(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)”。为了本发明的目的，短语“A(B)”意指“(B)或(AB)”，即，A是可选的元素。
该描述可使用短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”，实施方式每个可指相同或不同实施方式中的一个或多个。此外，如对于本发明的实施方式使用的，术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的。
图1是包括根据本发明的不同实施方式的手持图像平移(IT)设备104的系统100的示意图。IT设备104可包括控制块108，其具有设计成通过整个IT操作便于输入/输出(I/O)部件112的精确和准确定位的部件。该定位可允许IT设备104在真正移动和通用的平台中可靠地平移图像，如将在这里解释的。
如这里使用的，图像平移可指存在于特定背景(例如，介质)中的图像到另一背景中的图像的平移。例如，IT操作可为扫描操作。在这种情况下，目标图像例如存在于可触摸介质上的图像由IT设备104扫描，且相应于目标图像的所获取的图像被创建并存储在IT设备104的存储器中。对于另一例子，IT操作可为打印操作。在这种情况下，所获取的图像例如存在于IT设备104的存储器中的图像可被打印到介质上。
控制块108可包括配置成将控制块108通信地耦合到图像转移设备120的通信接口116。图像转移设备120可包括能够发送/接收在IT操作中涉及的关于图像的数据或图像数据的任何类型的设备。图像转移设备120可包括通用计算设备，例如桌上型计算设备、膝上型计算设备、移动计算设备、个人数字助理、蜂窝电话等，或它可以是设计成存储数据例如图像数据的可拆除的存储设备，例如闪存数据存储设备。如果图像转移设备120是可拆除的存储设备，例如通用串行总线(USB)存储设备，则通信接口116可耦合到设计成接收存储设备的IT设备104的端口，例如USB端口。
通信接口116可包括无线收发器以允许与图像转移设备120的通信耦合通过无线链路发生。图像数据可经由具有在无线电、红外或微波频谱中的频率的电磁波的调制，通过链路无线地传输。
无线链路可有助于IT设备104的移动性和通用性。然而，一些实施方式可另外/可选地包括将图像转移设备120通信地耦合到通信接口116的有线链路。
在一些实施方式中，通信接口116可通过一个或多个有线和/或无线网络与图像转移设备120进行通信，这些网络包括但不限于个人局域网、局域网、广域网、城域网等。数据传输可按与多个标准和/或规范中的任何一个兼容的方式进行，包括但不限于802.11、802.16、蓝牙、全球移动通信系统(GSM)、码分多址(CDMA)、以太网等。
当IT操作包括打印操作时，通信接口116可从图像转移设备120接收图像数据，并将所接收的图像数据传输到机载图像处理模块128。图像处理模块128可按便于即将到来的打印处理的方式来处理所接收的图像数据。图像处理技术可包括抖动、解压缩、半调色、颜色平面分离和/或图像存储。在不同的实施方式中，这些图像处理操作中的一些或全部可由图像转移设备120或另一设备执行。经处理的图像可接着被传输到I/O模块132，其在本实施方式中可起打印模块的作用，在该实施方式中它在预期打印操作中被隐藏。
可配置成控制I/O部件112的I/O模块132可从位置模块134接收定位信息，其指示I/O部件112的打印头相对于基准位置的位置。位置模块134可控制一个或多个导航传感器138，以捕获跟踪IT设备104相对于基准位置的递增运动的导航测量。
在一些实施方式中，导航测量可以是邻近于IT设备104的介质的导航图像。在这些实施方式中，导航传感器138可包括一个或多个成像导航传感器。成像导航传感器可包括光源例如发光二极管(LED)、激光器等以及光电传感器，光电传感器设计成当IT设备在介质上移动时捕获相邻介质的一系列导航图像。根据本发明的不同实施方式，导航传感器138包括红外互补金属氧化物半导体(IR CMOS)传感器，其在本领域中也称为IR摄像机。
位置模块134可处理导航图像以检测介质的结构变化。连续图像中的结构变化的移动可指示IT设备104相对于介质的运动。跟踪该相对移动可便于确定导航传感器138的精确位置。可维持导航传感器138与I/O部件112的结构上严格的关系，从而允许计算I/O部件112的精确位置。
导航传感器138可具有足以利用期望的精确度来跟踪图像平移设备104的运动的操作特征。在一个例子中，成像导航传感器可每秒处理大约2000帧，每个帧包括30x30个像素的矩形阵列。每个像素可检测例如能够感测64个不同的图案化水平的六位灰度值。
一旦I/O模块132接收到定位信息，它就可将打印头的位置调整为与具有相应位置的经处理的图像的一部分一致。I/O模块可接着按照将打印材料沉积在邻近于IT设备104的介质上的方式来控制I/O部件112的打印头，以表示经处理的图像的相应部分。
打印头可以是具有多个喷嘴(nozzle)的喷墨打印头，喷嘴设计成发出墨汁滴。可包含在蓄池或蓄盒中的墨水可为黑色的和/或多种不同颜色中的任何一种。公共全色喷墨打印头可具有青色、绛红色、黄色和黑色墨水的喷嘴。其它实施方式可利用其它打印技术，例如基于调色剂的打印机，如激光或LED打印机、固体喷蜡(solid ink)打印机、彩色热升华打印机、无墨打印机等。
在IT操作包括扫描操作的实施方式中，I/O模块132可起图像捕获模块的作用，并可通信地耦合到I/O部件112的一个或多个光学成像传感器。可包括多个单独的传感器元件的光学成像传感器可设计成捕获邻近于IT设备104的介质的多个表面图像。表面图像可被分别地称为部分表面图像。I/O模块132可通过将部分表面图像拼接在一起而产生合成图像。I/O模块132可从位置模块134接收定位信息，以便于将部分表面图像布置到合成图像中。
相对于成像导航传感器，光学成像传感器可具有较高的分辨率、较小的像素尺寸和/或较高的光要求。虽然成像导航传感器配置成捕获关于基本介质的结构的细节，光学成像传感器可配置成捕获介质本身的表面的图像。
在IT设备104能够扫描全色图像的实施方式中，光学成像传感器可具有设计成扫描不同颜色的传感器元件。
由IT设备104获取的合成图像可随后通过例如电子邮件、传真、文件传输协议等传输到图像转移设备120。合成图像可另外/可选地由IT设备104在本地存储，用于随后的复查、传送、打印等。
除了(或作为可选方案)合成图像获取以外，图像捕获模块可用于校准位置模块134。在不同的实施方式中，部分表面图像(不管是单独的、某个组或共同作为合成图像)可与图像处理模块128所再现的经处理的打印图像比较，以校正积累的定位误差和/或在位置模块134失去其基准点的线索的情况下重定向位置模块134。这可例如出现在IT设备104在IT操作期间从介质被移除的情况下。
IT设备104可包括耦合到控制块108的电源150。电源150可为移动电源，例如电池、可再充电的电池、太阳能电源等。在其它实施方式中，电源150可另外/可选地调节另一部件(例如，图像转移设备120、耦合到交流电(AC)插座的电源线等)所提供的功率。
图2是根据本发明的不同实施方式的IT设备200的底部平面图。实质上可与IT设备104互换的IT设备200可具有第一导航传感器204、第二导航传感器208和打印头212。本领域技术人员应理解，可按需要包括更多或更少的导航传感器，这取决于应用。
导航传感器204和208可由位置模块例如位置模块134使用，以确定关于打印头212的定位信息。如上所述，打印头212与导航传感器204和208的邻近关系可为固定的，以便于通过导航传感器204和208所获得的信息来定位打印头212。
打印头212可为具有不同颜色墨水的多个喷嘴行的喷墨打印头。特别地且如图2所示，打印头212可具有青色墨水的喷嘴行212c、绛红色墨水的喷嘴行212m、黄色墨水的喷嘴行212y和黑色墨水的喷嘴行212k。
虽然图2所示的喷嘴行212c、212m、212y和212k根据其颜色以行排列，其它实施方式可通过以下方式来混合不同颜色的喷嘴，即，通过IT设备200的移动的自然过程，增加充足量的适当颜色的墨水沉积在介质上的机会。
在另一实施方式中，IT设备200可包括邻近于喷嘴行的光学成像传感器。
图3是根据本发明的不同实施方式的IT设备200的顶部平面图。IT设备200可具有各种用户输入/输出，以提供通过使用IT设备200实现的功能。可用于提供IT设备200的一些基本功能的输入/输出的一些例子包括但不限于开始/重新开始打印和/或扫描操作的IT控制输入304以及显示器308。
可为被动显示器、交互式显示器等的显示器308可给用户提供各种信息。该信息可与IT设备200的当前工作状态(例如，打印、扫描、打印准备就绪、扫描准备就绪、接收图像数据、传输图像数据等)、电池的功率、误差(例如，定位/打印/扫描误差等)、指令(例如，“在开始IT操作之前将IT设备放置在介质上”等)有关。如果显示器308是交互式显示器，则它可除了IT控制输入304外还提供控制接口，或者作为IT控制输入304的可选方案提供控制接口。
图4是描述根据本发明的不同实施方式的IT设备200的定位操作的流程图400。在块404，定位操作可以例如通过启动IT控制输入304来发起打印操作而开始。在块408，IT设备200内的位置模块可设定基准位置。当IT设备200在开始IT操作时被放置在介质上时，可设定基准位置。这可通过当IT设备200处于适当的位置时用户被指示启动IT操作输入304来保证，和/或通过IT设备200的正确放置被视作开始定位操作的先决条件来保证。在一些实施方式中，IT设备200的正确放置可通过导航传感器204和/或208和/或一些其它传感器(例如，邻近传感器)来自动确定。
一旦在块408设定基准位置，位置模块就可使用导航传感器204和208确定定位信息例如从基准位置的平移和旋转变化，并在块412将所确定的定位信息传输到I/O模块。通过跟踪导航传感器沿着二维坐标系的位置的递增变化例如Δx和Δy，可确定平移变化。旋转变化可指IT设备200相对于例如y轴的角度的变化例如ΔΘ。这些平移和/或旋转变化可由位置模块确定，位置模块比较导航传感器204和208所进行的连续导航测量以检测这些运动。参考图5和相应的讨论可进一步解释该过程。
虽然本发明的实施方式讨论在二维坐标系中跟踪IT设备，其它实施方式可包括在三维坐标系内跟踪。
图5是根据本发明的实施方式的IT设备200的定位操作的图形描述。在开始时，例如，t＝0，传感器204和208可在分别由204(t＝0)和208(t＝0)指示的初始位置上。在连续的时间间隔内，例如t＝1-4，传感器204和208可移动到分别由204(t＝4)和208(t＝4)指示的结束位置。如在该实施方式的描述中使用的，“初始位置”和“结束位置”仅参考该特定的操作被使用，且不一定是打印操作或甚至其它定位操作的开始或结束。
当传感器204和208移动时，它们可在每个指示的时间间隔例如t＝0-4捕获导航测量。通过例如将从位置模块传输的捕获信号硬连线在一起，可在传感器204和208之间使捕获期同步。捕获期可变化并可根据设定的时间段、检测到的运动或某个其它触发器来确定。在一些实施方式中，每个传感器204和208可具有可以或可以不基于不同的触发器的不同的捕获期。
所捕获的导航测量可由位置模块使用，以确定IT设备200相对于基准位置的平移，例如，传感器204(t＝0)和208(t＝0)以及IT设备200的旋转。在一些实施方式中，设备200的平移可通过分析来自第一传感器例如传感器204的导航测量来确定，而设备200的旋转可通过分析来自第二传感器例如传感器208的导航测量来确定。特别地并根据一些实施方式，通过比较从传感器208所提供的导航测量得到的平移信息与从传感器204所提供的导航测量得到的平移信息，可确定IT设备200的旋转。确定IT设备200的平移和旋转可允许打印头212的所有喷嘴的准确定位。
可在自然空间(w-s)坐标系例如笛卡尔坐标系的背景中确定传感器204和208的平移。特别是，可对w-s坐标系的二维例如如图5所示的x轴和y轴确定平移值。例如，位置模块可在连续的时间段之间积累递增的Δx和Δy，以便确定传感器204和208从时刻0到时刻4的总平移。传感器204的积累的变化可称为Δx1和Δy1，而传感器208的积累的变化可称为Δx2和Δy2。传感器204和208可彼此相距距离d。IT设备200的旋转Θ可接着由下式确定：
θ = sin - 1 ( | Δ x 2 - Δ x 1 | d ) 式1
在一些实施方式中，每个传感器204和208可在其相应的坐标系内报告递增的增量值，这些坐标系可接着被映射到w-s坐标系以提供w-s平移和/或旋转值。如可从式1中看到的，旋转Θ可部分地通过提供在反正弦值的分母中的距离d来得到。因此，大距离d可为给定的传感器分辨率提供旋转Θ的更精确的确定。因此，在设计IT设备200中，距离d可至少部分地根据从传感器204和208输出的数据的分辨率来确立。例如，如果传感器204和208具有每英寸大约1600计数的分辨率，则距离d可为大约两英寸。在有此传感器分辨率和距离d的实施方式中，旋转Θ可以被可靠地一直计算到大约0.0179度。
虽然图2所示的实施方式示出位于打印头212的第一侧上的传感器204和208，但可使用其它配置，同时仍然维持期望的距离d。例如，传感器204和208可在打印头212的相对侧上。可根据特定实施方式的目的来选择所使用的配置。例如，将传感器204和208都布置在打印头212的同一侧上可限制当打印时在传感器204和208上的墨水污染的可能，并可在同一区域中进行第二次打印操作之前允许墨水在介质上干燥更多的时间，其中当单元通过部分打印的区时，湿介质可能引起更多的拖拽。在另一例子中，将传感器204和208放置在打印头212的相对侧上可便于介质的边缘的检测。
再次参考图4，在块412的位置确定之后，在块416位置模块可确定定位操作是否完成。如果确定了定位操作还没有完成，则操作可循环回块412。如果确定了定位操作结束，则操作可在块420结束。定位操作的结束可连接到打印操作的结束，这参考图1l在这里被进一步描述。
根据本发明的各种实施方式，使用标志技术的、在纸介质上对人眼不可见例如黄色或红外的预标志的(预标记的)纸用作打印介质。该预标记的介质具有在其表面上编码的标志或标记，其提供关于数据在介质上编码的实际位置的绝对X、Y位置信息。为了解码或确定位置数据，导航传感器204和208是CMOS传感器，其能够读取预标记的介质上的编码信息，以便提取绝对X、Y位置信息。因此，本发明的该实施方式使用被调节到介质上的被编码的标志的光波的CMOS成像传感器，其可在IT设备200移动时读取介质上的绝对编码的X、Y位置信息。该实施方式允许IT设备200提取每个位置测量的绝对位置信息。使用这种类型的方法，位置误差通常不是累积的。如同使用光学导航技术的实施方式一样，该实施方式又包括了使用两个传感器204和208的配置，每个传感器提供绝对X、Y位置数据，该数据接着用于计算所期望的打印头位置的角度精确度，以便支持打印。此外，IT设备200的速度还可通过计算位置的变化和位置的变化所涉及的时间来确定。
因此，在这种类型的实施方式中，打印介质需要被预打印有标记信息。根据不同的实施方式，标记信息是红外编码的，因此导航传感器204和208是可捕获只在IR照明下可读的(因此对人眼是不可见的)IR标志的ITCMOS成像传感器。IR标志或标记信息可由规则的图案和数字编码数据的字段组成。规则图案可用于确定小规模位置偏移和旋转。数据可提供介质上的绝对位置。IR CMOS传感器的例子和预标记的纸技术由澳大利亚悉尼的Silverbrook研究提供。图6示出IR标记图案的例子。预打印的标记被处理以产生每个传感器204和208的总体位置和角度。这两个传感器204和208的位置信息用于产生IT设备200的打印系统的复合位置和旋转。应理解，图6中的标记被放大。在实际使用中，使用在IR光谱中且不在可见光谱中吸收的墨水来打印标记，使标志对裸眼是不可见的。
因为传感器204和208所传送的位置信息相对于打印介质是绝对的，需要非常少的处理来确定最终的位置信息。根据不同的实施方式，来自传感器204和208的位置数据按比例调节到16.16整数数据的局部形式。16位超radix数据是在第300的英寸中的位置，以相应于打印系统的分辨率。这两个位置被平均以在最终位置上合并来自传感器204和208的数据。平均减少了位置噪声。因而形成的位置的数据是两个传感器204和208的中心之间的中点。根据本发明的不同实施方式，因为IT设备200的打印系统每一毫秒或甚至更快地希望新位置数据，中间位置被预测。简单的第一级预测内插可实现合理的结果。最后两个测量的位置可用于计算X和Y导数。内插点可由下式计算：
Xi＝Xs+dx/dt*ΔT    式2
Yi＝Ys+dy/dt*ΔT    式3
为了处理速度和加速度的变化，可使用二维参数曲线函数。二维参数曲线将IT设备200的运动描述为参数等式，时间t作为参数值。
X＝Axt3+Bxt2+Cxt+Dx
Y＝Ayt3+Byt2+Cyt+Dy    式5和式6
式5和6表示双三次样条的形式-一种二维参数曲线。在式5和6中，系数相应于在X和Y轴上的开始位置(D)、速度(C)、加速度(B)和加速度的速率变化(A)。存在用于确定这些等式的系数的在本领域中已知的很多方法。一种公知的方法-Catmull-Rom双三次样条提供了确保因而形成的等式将包含输入控制点的优点。
参考图7，使用第三次等式，通常需要四个点来确立两个等式的四个系数。X和Y轴可被分开地处理。可在相等的时间间隔取采样点。这帮助确保曲线的弧长被正确地解释。如果曲线上的点处于广泛变化的间隔处，则时域必须被单独地平滑，以产生正确的预测结果。
虽然Catmull-Rom双三次样条系数帮助确保采样的历史纪录将包括在由等式限定的曲线700中，但曲线的预测的路径部分702不一定确切地匹配实际路径。为了估计该实施方式的性能，在t+4e的预测的下一样本704可与由传感器204和208中的至少一个测量的下一实际位置比较。
为了计算IT设备200的角度，可首先确定X和Y位置的差异。X差被Y差除。为了完成此，可调节X和Y的值以最好地利用对位置模块134可能是固有的有限的32位整数计算。
根据不同的实施方式，比率X/Y可用于例如通过在表中将其查找来确定反正切。表查找的结果是IT设备200相对于打印介质上被编码的标记信息的预打印的栅格的角度。该表可由16K(K＝1024)个位置长的表中0到45度的范围表示。当X值大于Y值时，该比率还可被表示为Y/X。这将比率的范围限制到小于1的数字，并且当角度接近90度和270度时避免被0除的奇异性。图8示出反正切比率的区域。
使用位置和角度信息，IT设备200因而打印头212的位置可由前面参考图5描述的相同的二维空间旋转根据传统的基于光学导航的系统来确定。
结果是IT设备200的打印的位置被固定到打印介质。为了移动页面上的图形的开始位置，恰好在打印开始之前捕获开始位置，如前面参考图4描述的。从绝对位置减去这个初始位置，允许图像被放置在打印介质上的任何地方。为了以奇数角打印，可捕获IT设备200的初始角。当打印偏移角不为零时，应旋转位置信息，以影响打印介质上图像的旋转。
在位置信息被传送到打印系统之前，位置绕着图像的初始或开始位置旋转。结果是关于打印的位置和角：
Xr＝X*Cosθ-Y*Sinθ    式7
Yr＝X*Sinθ+Y*Cosθ    式8
为了方便起见，角可被捕捉到0、90、180和270偏移。为了完成此，可强制该角为4个捕捉角(snap angle)之一。当角在接近于90度捕捉角的小范围内时，出现“捕捉”。
在位置模块134计算了IT设备200的位置和角之后，信息被传递到打印头212，其可计算每个喷嘴相对于图像的位置并启动相关的喷嘴。
参考图9和图10，根据本发明的不同实施方式，示出输入装置900。该实施方式基于传统的机械鼠标方法并包括滚球902，滚球902在其表面上包括由CMOS成像传感器906读取的被编码的信息标志904，传感器906包括光源和传感器，如本领域中已知的。标志904包括由CMOS成像传感器906读取的绝对位置信息，传感器906提供关于滚球902的经度和纬度位置的绝对位置信息。根据不同的实施方式，可提供两个CMOS成像传感器906以提高精确度。如果需要，可提供更多的CMOS成像传感器906。
利用该实施方式，被编码的标志存在于介质上是不一定的，这在介质包括被编码的标志的实施方式中是合乎需要的。滚球902通过允许自由旋转并将线性运动耦合到系统的机械“夹层结构”，保持在输入装置900中。根据不同的实施方式，该装置包括框架908，以帮助将滚球902稳定和保持在IT设备200内的适当位置上。三个轴承910设置成与框架908协作以提供可移动的支撑。这样的装置允许滚球以所提供的摩擦水平自由地在框架908内移动，以便给用户提供策略上的反馈，并在IT设备200从打印介质被提起时防止滚球902有随机的运动。
根据不同的实施方式，提供清洁材料的清洁托架912可设置成相邻于滚球902，清洁材料不断地扫过滚球902，而没有可能消极地影响导航结果的污染。清洁托架912可以是围绕滚球902的一部分的单个设备或可由多个设备组成。
如在前面的实施方式中的，包括两个输入装置900(与两个导航传感器204和208相反)，以计算与给定X、Y位置相关的角度信息。根据不同的实施方式，四个输入装置900用于充当介质表面的接触点并提高定位准确度。这提供了一种方法，保持打印操作对导航和打印发生的表面是在同平面内。如所讨论的，只有两个输入装置900需要包括CMOS成像传感器906，以检测表面运动且如果需要，报告实际的滚球位置X、Y数据。IT设备200的X、Y位置、角度和/或速度的数学确定接着通过使用CMOS成像传感器906读取输入装置900的滚球902上的标志来确定，并类似于前面参考读取预标记的介质所描述的内容，其参考图6-8使用位置信息被编码。
根据不同的实施方式，滚球902的表面标志可与给定CMOS成像传感器906-光源和图像传感器-的特征匹配。这样的优化可采取绘制在滚球902本身上或嵌入滚球902本身内的可识别的图案的形式。优化还可能需要经调节的光源和图像传感器，其可能比当前设备中的编码技术更精密，假定精密的导航传感器元件被IT设备200的壳体保护。
本领域技术人员应理解，IT设备200可配置有输入装置900和导航传感器204和208，以便如果需要，IT设备200可通过参考图6-10描述的一个或多个方法，分开地或同时确定IT设备200的位置、角度和/或速度。
图11是描述根据本发明的不同实施方式的IT设备200的打印操作的流程图1100。打印操作可在块1104开始。在块1108，打印模块可从图像处理模块接收经处理的图像。当接收到经处理的图像时，在块1112，显示器308可指示IT设备200为打印已经准备就绪。
在块1116，打印模块可接收根据用户启动IT控制输入304而生成的打印命令。在块1120，打印模块可接着从位置模块接收定位信息。在块1124，打印模块可接着确定是否将打印材料沉积在给定的位置处。关于是否沉积打印材料的确定可以是给定位置的总滴下(drop)量和以前沉积的体积量的函数。
打印模块可通过读取存储器中被打印的图像的表示而做出沉积打印材料的确定。如果打印模块确定打印材料将被沉积，则它可更改图像表示以说明沉积的打印材料的量和位置。打印模块可使用更改的表示来确定是否需要额外沉积打印材料。打印模块可使用更改的表示来改变所沉积的打印材料的量。
如果在块1124确定没有额外的打印材料将沉积，则操作可前进到块1128以确定是否到达打印操作的结束。如果在块1124确定额外的打印材料将沉积，则在块1132，打印模块可通过产生并发送控制信号到打印头来使适当数量的打印材料沉积，打印头使喷嘴滴下打印材料。
可以看出，位置模块对IT设备200的平移和旋转的确定在打印模块控制打印头来沉积打印材料之前完成。为了使定位信息保持与打印确定相关，可能希望定位信息的确定尽快在其所基于的导航测量的获取之后发生。因此，平移和旋转计算可根据积累到此时的数据实时地进行。旋转计算不能根据平移和图像数据的综合积累逆向确定，如在上面讨论的现有技术扫描设备中完成的。
在块1128，是否到达打印操作的结束的确定可能是总的打印量与总的预期打印量关系的函数。在一些实施方式中，即使在总的打印量小于总的预期打印量时，也可到达打印操作的结束。例如，实施方式可认为打印操作的结束出现在总的打印量是总的预期打印量的95％时。然而，剩余的量的分配也被认为在打印分析结束时是可能的。例如，如果5％的剩余量被分配在相对小的区域上，则可以不认为打印操作完成。
在一些实施方式中，打印工作的结束可由手工取消操作的用户确立。
如果在块1128确定了打印操作已完成，则打印操作可在块1136终止。
如果在块1128确定打印操作未完成，则打印操作可循环回块1120。
图12示出根据不同实施方式的能够实现控制块例如控制块108的计算设备1200。如所示，对于实施方式，计算设备1200包括如所示彼此耦合的一个或多个处理器1204、存储器1208和总线1212。此外，计算设备1200包括彼此耦合的存储装置1216和一个或多个输入/输出接口1220以及如所示早些时候描述的元件。计算设备1200的部件可设计成提供IT设备的控制块的打印和/或定位功能，如这里所描述的。
存储器1208和存储装置1216可特别地分别包括代码1224和数据1228的暂时和持久的拷贝。代码1224可包括指令，当指令被处理器1204访问时导致计算设备1200执行结合根据本发明的实施方式的控制块的各种模块描述的操作。处理数据1228可包括根据代码1224的指令所遵照执行的数据。特别是，处理器1204对代码1224和数据1228的访问可便于如这里所述的打印和/或定位操作。
处理器1204可包括一个或多个单核心处理器、多核心处理器、控制器、专用集成电路(ASIC)等。
存储器1208可包括随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、静态RAM(SRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双重数据率RAM(DDRRAM)等。
存储装置1216可包括集成和/或外围存储设备，例如但不限于磁盘和相关的驱动器(例如，磁性、光学)、USB存储设备和相关的端口、闪存、只读存储器(ROM)、非易失性半导体器件等。存储装置1216可为计算设备1200的存储资源物理部分，或它可由计算设备1200访问但不一定是计算设备1200的一部分。例如，存储装置1216可通过网络由计算设备1200访问。
I/O接口1220可包括设计成与外围硬件例如I/O部件112、导航传感器138等和/或远程设备例如图像转移设备120通信的接口。
在不同实施方式中，计算设备1200可具有或多或少的元件和/或不同的结构。
虽然关于手持IT设备描述了本发明的实施方式，本领域技术人员应理解，实施方式的不同方面可应用于其它类型的手持设备。
虽然为了描述优选实施方式的目的在这里示出和描述了某些实施方式，但本领域的普通技术人员应认识到，被认为实现相同的目的的各种各样的可选和/或等效的实施方式或实现方法可代替所示和所述的实施方式，而不偏离本发明的范围。本领域技术人员应容易认识到，根据本发明的实施方式可用各种各样的方法实现。本申请意图是涵盖这里讨论的实施方式的任何修改或变形。因此，很明显意图是根据本发明的实施方式仅由权利要求及其等效形式限制。

Claims (18)

1.一种用于确定位置和速度的设备，所述设备包括：
框架结构；
在所述框架结构内被旋转地支撑的滚球，所述滚球具有编码在滚球表面上的标志，所述标志被编码以表示所述滚球的经度和纬度位置；以及
与所述滚球相邻地布置的光学成像传感器，该光学成像传感器被配置为在所述滚球在所述框架结构内旋转时读取编码在所述滚球表面上的标志，
其中(i)所述设备在介质上的位置，或(ii)所述设备在所述介质上的移动速度可基于在所述设备在所述介质上移动时由所述光学成像传感器读取的标志所指示的所述滚球的位置来确定。
2.如权利要求1所述的设备，还包括：
轴承，被配置为可移动地在所述框架内支撑所述滚球。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述光学成像传感器包括至少两个CMOS成像传感器。
4.如权利要求1所述的设备，还包括：
与所述滚球邻近的清洁托架，该清洁托架被配置为在所述滚球在所述框架内旋转时清扫所述滚球以免污染。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述滚球和所述光学成像传感器构成布置在所述设备上的第一输入装置，所述设备还包括：
布置在所述设备上的第二或更多输入装置，所述第二或更多输入装置中的每一个包括：
附加框架结构；
在所述附加框架结构内被旋转地支撑的附加滚球，所述附加滚球具有编码在该附加滚球表面上的附加标志，所述附加标志被编码以表示所述附加滚球相对于所述设备的位置；以及
与所述附加滚球相邻地布置的附加光学成像传感器，该附加光学成像传感器被配置为在所述附加滚球在所述框架结构内旋转时读取编码在所述附加滚球表面上的附加标志，
其中(i)所述设备在介质上的位置，或(ii)所述设备在所述介质上的移动速度还可基于在所述设备在所述介质上移动时由所述附加光学成像传感器读取的附加标志所指示的所述附加滚球相对于所述设备的位置来确定。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述第二或更多输入装置包括至少四个输入装置。
7.如权利要求1所述的设备，其中所述标志包括绘制在所述滚球的表面上的图案。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述标志包括嵌入所述滚球的表面的图案。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述设备是手持设备。
10.如权利要求1所述的设备，其中所述设备是打印机或扫描仪。
11.如权利要求1所述的设备，其中所述设备是用于打印和扫描的图像平移设备。
12.一种用于确定手持设备的位置和速度的方法，所述方法包括：
在表面上移动手持设备；
读取在所述手持设备的滚球上的标志，其中所述标志被编码以表示所述滚球的经度和纬度位置；
在所述滚球在框架结构内旋转时，根据在所述手持设备的滚球上的所述标志的读取，来确定所述手持设备的位置和／或角度和／或速度中的至少一个；以及
确定所述手持设备的预测位置，
其中所述预测位置是使用二维参数曲线函数来确定的，并且
其中所述二维参数曲线函数是Catmull-Rom双三次样条函数。
13.如权利要求12所述的方法，还包括将打印材料沉积在所述表面上。
14.如权利要求13所述的方法，还包括使用图像表示来确定所述打印材料的沉积的水平。
15.如权利要求14所述的方法，还包括使用随所述打印材料被沉积而更改的图像表示。
16.如权利要求12所述的方法，还包括扫描来自所述表面的信息。
17.如权利要求16所述的方法，还包括拼接所扫描的信息以形成完整的扫描图像。
18.如权利要求12所述的方法，还包括随所述手持设备移动而清洁所述滚球。
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