CN101825956B - 光学鼠标检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学鼠标的检测装置及方法，该光学鼠标被放置在反光面上，该检测装置撷取该光学鼠标的光感应矩阵上的影像进行分析，判断光学鼠标的整体架构是否正确、光感应矩阵是否正常，以利调校光学鼠标。本发明利用软件将该影像信息转换为灰阶影像，再将该灰阶影像转换成灰阶值曲线图，并根据该灰阶值曲线图判断该光学鼠标的性能优劣。

Description

光学鼠标检测装置及方法

技术领域

本发明是有关一种光学鼠标的检测装置及方法。

背景技术

图1绘示光学鼠标的剖面示意图，发光二极管12产生光线斜打照射桌面14，将桌面14的特征反射透过透镜16成像在光感应矩阵10上，光学鼠标的控制器再根据光感应矩阵10上的影像判断鼠标的移动轨迹。光感应矩阵10上的成像品质决定了光学鼠标的效能，而一帧影像(Frame)的好坏主要取决于影像的亮度是否足够，因此反射的光源透过透镜，需能打在光感应矩阵10的中央位置，使整个光感应矩阵10均匀感光，成像的影像品质才会高。

透镜16在完成开模后，其焦距距离便被固定了，因此，理想的光学鼠标机构设计是让透镜16到光感应矩阵10的后焦B与透镜16到桌面14间的前焦A固定为透镜16预设的理想距离，以使反射的桌面特征与成像大小能达到1:1的比例，让撷取到的影像能够正确的进行分析，换言之，若机构上的误差或组装不良的松动等，造成前焦A或后焦B产生偏移而失焦，将会使得光感应矩阵10撷取到的影像模糊或漂移，造成辨识错误，因而影响光学鼠标的效能。

影响光学鼠标整体性能的原因还有很多，例如各制造商制造的透镜16焦距不同、印刷电路板18架构不同，甚至鼠标底座15高度的不同都将影响光学鼠标组装后的整体性能，大部分的鼠标制造商只是在光学鼠标组装完成后，将鼠标放在不同材质的桌面上移动，纪录、统计鼠标的运动轨迹是否平滑无误、灵敏度等参数是否满足使用者需求等等，再决定是否需要对此光学鼠标做调整，但是此种直觉式的测量方式只能测试鼠标的基本性能部分，若要对光学鼠标的光感应矩阵及透镜的光路、焦距等作深入分析，必须以昂贵的精密光学仪器进行测量，才能加以分析及调校。

发明内容

本发明的目的，在于提出光学鼠标的光源中心、光源均匀度、光感应矩阵或焦距的检测方法。

本发明的目的，在于提出一种光学鼠标的检测装置。

根据本发明，一种光学鼠标的检测方法，该光学鼠标包含一光源照射一反光面产生一影像，一透镜将该影像投射至该光学鼠标的光感应矩阵，该检测方法包括撷取该光感应矩阵上的影像，转换该影像以得到一灰阶影像，根据该灰阶影像中绘出该影像的灰阶值曲线图，根据该灰阶值曲线图找出一上边界，根据该灰阶值曲线图找出一下边界，以及根据该上边界、下边界或上下边界间的关系，判断该光学鼠标的光学特性，其中，根据该上边界、下边界或上下边界间的关系，判断该光学鼠标的光学特性的步骤包括根据所述上边界或下边界是否平滑判断所述光感应矩阵有无异常。

变化地，将该光学鼠标以不同曝光时间驱动并取得不同曝光时间下的灰阶值，以测试该光学鼠标的感光线性度。

变化地，将该光学鼠标放置在一黑白相间条纹上进行检测，再根据该灰阶值曲线定义出边界、黑区像素、或白区像素，根据该边界个数、黑区像素数目或白区像素数目判断该光学鼠标的焦距是否正确。

根据本发明，一种光学鼠标的检测装置，该光学鼠标包含光源照射反光面产生影像，透镜将该影像投射至光感应矩阵，该检测装置包括微处理器，连接该光感应矩阵，撷取该光感应矩阵上的影像信息，以及主机，连接该微处理器，包含一软件将该影像信息转换为灰阶影像，并透过所述微处理器控制所述光感应矩阵的曝光时间；其中，当所述光感应矩阵曝光达第一曝光时间时，在所述光感应矩阵上产生第一影像，当所述光感应矩阵曝光达第二曝光时间时，在所述光感应矩阵上产生第二影像，所述主机根据所述第一曝光时间、所述第二曝光时间、所述第一影像的最大灰阶值及最小灰阶值以及所述第二影像的最大灰阶值及最小灰阶值之间的线性度，判断所述光感应矩阵是否正常。

附图说明

图1是光学鼠标的剖面示意图；

图2是本发明的光学鼠标检测装置一实施例的示意图；

图3是理想光学鼠标上光感应矩阵充份感光时的灰阶影像；

图4为转换图3的灰阶影像产生的灰阶值曲线图；

图5是光源偏上的光学鼠标受测产生的灰阶影像；

图6为转换图5的灰阶影像产生的灰阶值曲线图；

图7是光源偏下的光学鼠标受测产生的灰阶影像；

图8为转换图7的灰阶影像产生的灰阶值曲线图；

图9是以光学电子显微镜观察到的有异物附着的光感应矩阵上视图；

图10为有异物附着于光感应矩阵时的灰阶影像；

图11为转换图10的灰阶影像产生的灰阶值曲线图；

图12为理想光学鼠标的曝光时间与灰阶值关系图；

图13绘示本实施例设计的黑白相间条纹及该条纹反射产生的灰阶影像；

图14是理想光学鼠标反射该黑白相间条纹产生的灰阶影像；

图15为转换图14的灰阶影像产生的灰阶值曲线图；

图16是具不正确焦距的光学鼠标反射该黑白相间条纹产生的灰阶影像；以及

图17为转换图16的灰阶影像产生的灰阶值曲线图；

图18为当光源对中，但均匀性不同时，上下边界曲线的变化与各种情况的特性说明图。

附图标号：

10光感应矩阵

12发光二极管

14桌面

15鼠标底座

16透镜

18印刷电路板

20光学鼠标

22MCU

24主机

26上边界

28下边界

30上边界

32下边界

34上边界

36下边界

38上边界

40下边界

42灰阶白区

44灰阶黑区

46白区最小值

48黑区最大值

50白区最小值

52黑区最大值

具体实施方式

图2是本发明一实施例的示意图，主机24供电给光学鼠标20，在本实施例中，光学鼠标20被放置在平滑半反光材质的平面上进行检测，例如磁砖、玻璃或压克力板等反光特性较佳的桌面材质。当进行检测时，光学鼠标20中的发光二极管发射光源透过透镜模组打到桌面，桌面的影像被反射，经由透镜成像在光感应矩阵上，并储存于光感应矩阵的内部暂存器内，微处理器(MCU)22连接光学鼠标20，撷取该内部暂存器中的影像，并将该影像透过USB端口传回到主机24以进行分析。在本实施例中，主机24供电驱动光学鼠标20，并接收处理影像信息。在其他实施例中，亦可以用一台主机驱动光学鼠标20，再用另一台主机接收该影像信息，或者只用外接电源供应器提供电源给光学鼠标20，主机仅用来撷取影像。

图3是光感应矩阵大小为20×20的理想光学鼠标置于平滑半反光材质的桌面上产生的影像，因为影像是由透镜成像，所以会呈现一正中央亮度最大再往外围慢慢递减的圆形影像。当影像正确投影在光感应矩阵的中间位置时，亮度最高的像素位置将如图3一样落在整帧影像的中间位置，图4是将图3中由左而右、由上至下(像素1~像素400)每一个像素位置的灰阶值依序排列绘成的曲线图，x轴代表像素位置，y轴代表每一个像素的灰阶值大小，图3中灰阶最大值(Max)为184，中间值(Mean)为123，最小值(Min)为49，如图4所示，若影像正确投影在感应矩阵的中间位置，灰阶值最大的像素位置将落在第200个像素位置附近。

本发明提出一种光学鼠标的检测方法，先将整帧影像中每一行的所有像素值取出，如图3所示，一张20x 20的影像依序为第一行(Row 1)到第二十行(Row 20)，每一行有20个像素，例如图3中Row 1(像素1~像素20)的影像数据可对应到图4框示处内的曲线。找出每一行中出现灰阶最大值和灰阶最小值的像素位置后，将各个灰阶最大值像素位置连线，以定义出图4的灰阶值曲线图的上边界26，将各个灰阶最小值像素位置连线，以定义出下边界28。定义出上边界26与下边界28后，便可进行以下的光学鼠标特性分析：

一、光源中心偏移的验证

若光学鼠标产生的影像的光源偏上，如图5所示，其对应的灰阶值曲线图将如图6，可以看出上边界30和下边界32的波峰明显前移。图7为光源偏下的灰阶影像，图8为其对应的灰阶值曲线图，亦可以看出光源偏下的影像将使得其上边界34和下边界36的波峰后移。使用者可通过预先分析统计，定义出可容许范围的上边界和下边界，若光学鼠标因为机构或设计不良等因素，造成照射光源偏移，其产生的影像绘成的影像曲线图的上边界和下边界便会落到理想的目标曲线范围外，因而可以轻易地分辨出来。

二、光源均匀度的验证

不同发光二极管投影在光感应矩阵上的光源均匀性也会不同，所以在定义理想的上边界和下边界范围时，也可以将此因素考虑进去，图18列出当光源对中，但均匀性不同时，上下边界曲线的变化与各情况的特性说明。图18列出当光源对中但均匀性不同时，投影到光感应矩阵上的图像，并对上下边界曲线的变化及各种状况的特性加以说明。如图18所示，在A.理想状态下时，上边界L1及下边界L2皆具有一弧度，上边界L1及下边界L2之间相隔的振幅在周边时较小，在中心处最大。当B.光源太过集中时，影像的周边几乎都是黑色，因此其上下边界L1和L2之间的周边振幅极小，甚至为零，中心振幅则比理想状态时的中心振幅更大。在C.光源变形为横向大椭圆时，上边界L1和下边界L2几乎重叠，中心振幅和周边振幅都很小。在D.光源变形为横向椭圆形时，上边界L1和下边界L2在最边缘重叠，但中心区域仍维持一定的振幅。在E.光源变形为纵向椭圆形时，下边界L2几乎为水平，上边界L1的弧度大，L1与L2间的中心振幅大。在F.光源变形为纵向大椭圆时，上下边界L1和L2都几乎为水平，且互相平行，中心振幅与周边振幅几乎相同。

三、异物或光感应矩阵异常检测

已知要检查有无异物附着于光感应矩阵上时，必须使用光学电子显微镜来观察，图9为有异物附着于光感应矩阵上时，从光学电子显微镜所观察到的情况。图10为有异物附着于光感应矩阵时，投影在光感应矩阵上的影像，经由上述的检测，得到图11的灰阶值曲线图，由图11可以看出当有异物附着于光感应矩阵时，其灰阶影像出现颗粒(particle)，被异物附着的像素因为无法接收到光源或者受光不完全，像素灰阶值变小甚至趋近于零，因此上边界38没有变化，但下边界40却出现一个或多个突然向下的异常波谷；当然，此一现象也可能是光感应矩阵本身的像素异常所造成。光感应矩阵本身的异常也可能造成某些像素的灰阶值比周边像素的灰阶值高的情形，此时则可通过上边界是否平滑，来判断光感应矩阵中各像素是否正常。

本发明还提出另一种检测光感应矩阵中的像素是否正常的方法。光感应矩阵中每一像素位置的灰阶值大小，主要是由发光二极管打光的时间长短来决定，因此理想像素灰阶值应与曝光时间成正比关系，光感应矩阵的曝光时间越久，像素灰阶值应越大，最大饱和值为255，而曝光时间越短，像素灰阶值应越小，最小值为0。图12为理想的光学鼠标放置于平滑半反光材质桌面上产生的曝光时间与影像像素灰阶值的关系曲线图，x轴代表曝光时间，单位为μs，y轴代表像素灰阶值，方框连线代表整帧影像在此曝光时间内整张影像像素中的最大灰阶值，圆圈连线代表整帧影像在此曝光时间内取得的最小灰阶值，使用者可通过统计分析，预先定义出可容许的曝光时间与灰阶值关系曲线范围。

本发明根据图12的曝光时间与灰阶值的理想关系曲线图提出一种验证方法，首先将图12中光感应矩阵的曝光时间定出五个时间进行分析，例如在理想曲线图中，时间一的曝光时间为0μs，整帧影像中的最大和最小灰阶值皆为0；时间二的曝光时间为50μs，整帧影像中的最大灰阶值约为120，最小灰阶值约为65，依此类推。要对待测鼠标进行检测时，首先将待测鼠标曝光0μs，并透过图2的光学鼠标检测装置撷取待测鼠标在曝光时间为0μs时光感应矩阵上的影像，找出整帧影像中的最大灰阶值和最小灰阶值，再与图12中时间一时的最大及最小灰阶值做比较，同理依序提供待测鼠标在曝光时间为50μs、100μs、150μs和200μs时出现的最大灰阶值和最小灰阶值，并与图12的理想值比较，换言之，即检测该待测鼠标影像的最大值曲线和最小值曲线是否落在理想曲线的最大值曲线和最小值曲线之内，藉以分辨该待测鼠标的光感应矩阵的感光线性度是否正常。参照图2，该曝光时间可以由使用者手动输入到主机24的软件介面，再由主机24透过USB将曝光时间的信息传给MCU 22，MCU 22再将曝光时间的信息传给光学鼠标20的光感应矩阵。

本发明提出的曝光时间检测法亦可用于判断光感应矩阵是否异常或有异物附着，例如在图12中，正常的光感应矩阵在曝光时间为0μs时，所有像素的灰阶值应该都要接近0，此时若发现某些像素的灰阶值过大，就可以知道此像素可能是异常的。而当曝光时间五，即曝光时间为200μs时，正常光感应矩阵上的所有像素皆应达到接近饱和的状态，因此若检测出此时有像素的灰阶值远低于255，亦可判断该像素异常。当然，前述现象都会使得待测鼠标受测产生的最大值曲线和最小值曲线超出理想的最大值曲线和最小值曲线范围，因而可被轻易筛选出来。

光学鼠标的优劣由光感应矩阵上的成像品质决定，而影响成像品质的主要因素除了光源是否充足之外，透镜焦距是否正确也很重要。光学鼠标需以正确的机构组合，使透镜的前焦和后焦正确，才能使反射的桌面特征和成像大小达到1:1，否则光感应矩阵上的影像将会模糊或偏移，无法供处理器正确判断移动轨迹，因此，本发明提出一种检测光学鼠标焦距的方法。

本实施例设计一光滑且有黑白相间条纹的桌面如图13左侧所示，该黑白相间条纹的解析度为200点每英寸（dpi），当理想的光学鼠标放置于该桌面时，该虚线框示处的影像将被反射到该理想光学鼠标的光感应矩阵，成像如图13右侧所示。光感应矩阵的解析度为400dpi，其每个像素为63微米见方的正方形像素，当桌面上解析度为200dpi的黑白相间条纹为126微米宽度的黑线和一条126微米宽度的白线相间组成的图案时，该图案经由透镜以1:1的倍率投影成像至光感应矩阵产生的图13右侧影像便由宽度分别为2个像素的灰阶白区42和灰阶黑区44相间组成。

图14为具有理想焦距的光学鼠标反射该黑白相间条纹产生的影像，图15为其对应的灰阶值曲线图，与图16的不正确焦距反射该黑白相间条纹产生的影像及其灰阶值曲线图17比较，可以看出图14的正确焦距影像会有明显的两条白区、两条黑区互相间隔，对应到图15时可看出高灰阶值的白区与低灰阶值的黑区中间会有一个灰阶值落差很大的边界，在图14中共有10个黑区与白区的交界处，因此在图15中便出现10个相邻像素的灰阶值落差极大的边界，使用者可预先以理想的焦距影像灰阶曲线图定义出一个落差值当作标准值，然后与受测鼠标产生的影像转换成的灰阶值曲线图做比较，将相邻像素间落差值大于该标准值者视为边界，再统计边界的个数以判断该光学鼠标的焦距是否正确。此外，图14的影像虽能明显的区别出白区与黑区，但因为桌面材质特性和反射时阴影等因素造成的变化，在白区中会发现有几处的像素灰阶值偏低，假如将图15的焦距正确影像的灰阶值曲线图与图17的焦距不正确影像的灰阶值曲线图相比较，可以发现图15中白区最小值46的灰阶值还是远大于图17的白区最小值50。使用者可通过统计分析预先定义出一个理想白区最小值及理想的白区像素个数，再将受测光学鼠标产生的影像的灰阶值与理想白区最小值比较，灰阶值大于该理想白区最小值的像素判断为白区，再统计出白区像素个数，以白区像素个数是否符合预设的理想白区像素个数，判断该受测鼠标的焦距是否正确。

同理，正常的光感应矩阵造成的影像的黑区灰阶值也会因为桌面材质特性而略有变动，但其黑区最大值仍必然远小于焦距不正确影像的黑区最大值，例如图15的黑区最大值48远小于图17的黑区最大值52，因此亦可以预先定义理想黑区最大值及黑区像素个数，与受测鼠标产生的影像的各像素灰阶值比较，将灰阶值小于该理想黑区最大值的像素判断为黑区像素，并统计出黑区像素个数，根据该黑区像素个数是否符合预设的理想黑区像素个数，判断该受测鼠标的焦距误差是否正确。

以上对于本发明的较佳实施例所作的叙述是为阐明的目的，而无意限定本发明精确地为所揭露的形式，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而作修改或变化是可能的，实施例是为解说本发明的原理以及让本技术领域技术人员以各种实施例利用本发明在实际应用上而选择及叙述，本发明的技术思想企图由权利要求及其均等变化来决定。

Claims (21)

1.一种光学鼠标的检测方法，其特征在于，所述光学鼠标包含光源照射反光面产生影像，透镜将所述影像投射至所述光学鼠标的光感应矩阵，所述检测方法包括下列步骤：

A．撷取所述光感应矩阵上的影像；

B．转换所述影像以得到灰阶影像；

C．根据所述灰阶影像绘出所述灰阶影像的灰阶值曲线图；

D．根据所述灰阶值曲线图找出上边界；

E．根据所述灰阶值曲线图找出下边界；以及

F 根据所述上边界、下边界或上下边界间的关系，判断所述光学鼠标的光学特性；

其中，所述步骤F包括根据所述上边界或下边界是否平滑判断所述光感应矩阵有无异常。

2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤D包括将所述灰阶影像中各行或各列的最大灰阶值连线形成所述上边界。

3.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤E包括将所述灰阶影像中各行或各列的最小灰阶值连线形成所述下边界。

4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤F包括根据所述上边界及下边界的波峰位置判断所述光学鼠标的光源是否偏移。

5.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤F包括根据所述上下边界间的振幅判断所述光源的均匀性。

6.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤F包括根据所述上边界或下边界是否平滑判断所述光感应矩阵上有无异物附着。

7.一种光学鼠标的检测方法，其特征在于，所述光学鼠标包含光源照射反光面产生影像，透镜将所述影像投射至所述光学鼠标的光感应矩阵，所述检测方法包括下列步骤：

A．以所述光感应矩阵接收所述反光面的反光达第一曝光时间，在所述光感应矩阵上造成第一影像；

B．撷取所述第一影像，取得所述第一影像的最大灰阶值及最小灰阶值；

C．以所述光感应矩阵接收所述反光面的反光达第二曝光时间，在所述光感应矩阵上造成第二影像；

D．撷取所述第二影像，取得所述第二影像的最大灰阶值及最小灰阶值；以及

E．根据所述第一曝光时间、所述第二曝光时间、所述第一影像的最大灰阶值及最小灰阶值，以及所述第二影像的最大灰阶值及最小灰阶值之间的线性度，判断所述光感应矩阵是否正常。

8.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述步骤E更包括根据所述线性度判断所述光感应矩阵上是否有异物附着。

9.一种光学鼠标的检测方法，其特征在于，所述光学鼠标包含光源照射具黑白相间条纹的反光面产生黑白相间影像，透镜将所述黑白相间影像投射至所述光学鼠标的光感应矩阵，所述检测方法包括下列步骤：

A．撷取所述光感应矩阵上的黑白相间影像；

B．转换所述影像以产生所述黑白相间影像的灰阶影像；

C．根据所述灰阶影像绘出灰阶值曲线图；

D．根据所述灰阶值曲线图定义出边界；以及

E．计算所述边界的个数以判断所述光学鼠标的焦距是否正确。

10.如权利要求9所述的检测方法，其特征在于，所述步骤D包括：

预设标准值；以及

当相邻像素的灰阶值落差大于所述标准值时，判断为边界。

11.一种光学鼠标的检测方法，其特征在于，所述光学鼠标包含光源照射具黑白相间条纹的反光面产生黑白相间影像，透镜将所述黑白相间影像投射至所述光学鼠标的光感应矩阵，所述检测方法包括下列步骤：

A．撷取所述光感应矩阵上的黑白相间影像；

B．转换所述影像以产生所述黑白相间影像的灰阶影像；

C．根据所述灰阶影像绘出灰阶值曲线图；

D．根据所述灰阶值曲线图定义出白区像素及黑区像素；以及

E．计算所述黑区像素数目或白区像素数目以判断所述光学鼠标的焦距是否正确。

12.如权利要求11所述的检测方法，其特征在于，所述步骤D包括：

预设白区最小值；以及

将灰阶值大于所述白区最小值的像素定义为白区像素。

13.如权利要求12所述的检测方法，其特征在于，所述步骤E包括：

预设理想白区像素个数；

计算所述白区像素的个数；以及

将所述白区像素个数与所述理想白区像素个数比较，以判断所述光学鼠标的焦距是否正确。

14.如权利要求11所述的检测方法，其特征在于，所述步骤D包括：

预设黑区最大值；以及

将灰阶值小于所述黑区最大值的像素定义为黑区像素。

15.如权利要求14所述的检测方法，其特征在于，所述步骤E包括：

预设理想黑区像素个数；

计算所述黑区像素的个数；以及

将所述黑区像素个数与所述理想黑区像素个数比较，以判断所述光学鼠标的焦距是否正确。

16.一种光学鼠标的检测装置，其特征在于，所述光学鼠标包含光源照射反光面产生影像，透镜将所述影像投射至光感应矩阵，所述检测装置包括：

微处理器，连接所述光感应矩阵，撷取所述光感应矩阵上的影像信息；以及

主机，连接所述微处理器，包含软件将所述影像信息转换为灰阶影像，并透过所述微处理器控制所述光感应矩阵的曝光时间；

其中，当所述光感应矩阵曝光达第一曝光时间时，在所述光感应矩阵上产生第一影像，当所述光感应矩阵曝光达第二曝光时间时，在所述光感应矩阵上产生第二影像，所述主机根据所述第一曝光时间、所述第二曝光时间、所述第一影像的最大灰阶值及最小灰阶值以及所述第二影像的最大灰阶值及最小灰阶值之间的线性度，判断所述光感应矩阵是否正常。

17.如权利要求16所述的检测装置，其特征在于，所述主机驱动所述光学鼠标。

18.如权利要求16所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置更包括第二主机驱动所述光学鼠标。

19.如权利要求16所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置更包括外接电源供应器提供电源给所述光学鼠标。

20.如权利要求16所述的检测装置，其特征在于，所述反光面包括磁砖、玻璃或压克力板。

21.如权利要求16所述的检测装置，其特征在于，所述反光面具有黑白相间条纹。

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