CN102117136B - 位移侦测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种位移侦测方法，该方法包括下列步骤：撷取第一帧及第二帧；于所述第一帧中选择具有预设尺寸的第一区块并于所述第二帧中选择具有所述预设尺寸的第二区块；根据所述第一区块及所述第二区块来决定一个位移量；将该位移量与至少一个门槛值相比较；以及根据比较结果调整所述预设尺寸的值。本发明另提供一种位移侦测装置。本发明的位移侦测装置及方法通过适应性地改变比较区块的尺寸，同时具有提高位移量的侦测稳定度及可侦测极限速度的功效，并可使用较小尺寸的感测阵列以降低成本。

Description

位移侦测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种位移侦测装置及方法，并且特别涉及一种可适应性调整比较区块尺寸的位移侦测装置及方法。

背景技术

现有的光学鼠标利用一影像感测器连续撷取一工作表面的影像，并于一取样期间(sampling period)比较影像感测器的感测阵列(sensor array)所感测的参考帧与当前帧之间的相关性(correlation)来判定位移量。判定出该位移量后，所述当前帧即被更新为参考帧，接着于下一取样期间比较更新后的参考帧与新撷取的当前帧的相关性以求出下一个位移量。然而，上述位移侦测方法存在有无法判定微小位移量及精确度不足的问题。

请参照图1所示，其显示美国专利No.7,167,161所提出的一种可侦测微小位移量的位移侦测方法。第一取样期间，影像感测器撷取第一当前帧92并将该第一当前帧92存储于存储单元；此时，参考帧91已存储于所述存储单元中，其中参考帧91为第一取样期间之前一个取样期间中，影像感测器所撷取的影像帧，第一参考区块91a被设定为用于进行相关性比对。接着，处理单元于第一当前帧92中从左上到右下依序搜寻与第一参考区块91a具有最高相关性的第一搜寻区块92a的位置，并计算两者之间的位置差。例如图1中，第一当前帧92中的第一搜寻区块92a与参考帧91中的第一参考区块91a的位置差为向上3个像素距离。第二取样期间，影像感测器撷取第二当前帧93并将该第二当前帧93存储于存储单元；此时，仅更新参考区块而不更新参考帧，其中第二参考区块91b为第一参考区块91a向下移动3个像素距离而得，其与第一取样期间所求出的位置差反向。接着，处理单元于第二当前帧93中从左上到右下依序搜寻与第二参考区块91b具有最高相关性的第二搜寻区块93a的位置，并计算两者之间的另一位置差。此现有的位移侦测方法中，通过考虑前一个取样期间的位置差以更新参考区块的位置而不更新参考帧，则可侦测微小位移量的累积，以侦测小角度位移量。

本发明另提出一种位移侦测装置及方法，其具有较高的稳定性且可使用较小尺寸的感测阵列。

发明内容

本发明提供一种位移侦测装置及位移侦测方法，其可使用较小尺寸的感测阵列以降低成本。

本发明另提供一种位移侦测装置及位移侦测方法，通过即时地调整比较区块的尺寸，同时具有提高位移量侦测稳定度及可侦测极限速度的功效。

本发明提出一种位移侦测方法，该方法包括下列步骤：撷取第一帧及第二帧；于所述第一帧中选择具有预设尺寸的第一区块并于所述第二帧中选择具有所述预设尺寸的第二区块；根据所述第一区块及所述第二区块来决定一个位移量；将该位移量与至少一个门槛值相比较；以及根据比较结果调整所述预设尺寸的值。

本发明另提出一种位移侦测方法，该方法包括下列步骤：撷取第一帧及第二帧；将所述第一帧的预设尺寸范围与所述第二帧的所述预设尺寸范围进行比对；根据比对结果决定一个位移量；当该位移量大于上门槛值时，降低所述预设尺寸的值；以及当所述位移量小于下门槛值时，增加所述预设尺寸的值。

本发明另提出一种位移侦测装置，该装置包括影像撷取单元、存储单元以及处理单元。所述影像撷取单元用于撷取第一帧及第二帧。所述存储单元用于存储至少一个门槛值。所述处理单元用于在所述第一帧中选择具有预设尺寸的第一区块并在所述第二帧中选择具有所述预设尺寸的第二区块、根据所述第一区块及所述第二区块来决定一个位移量、将该位移量与至少一个门槛值相比较以及根据比较结果调整所述预设尺寸的值。

本发明的位移侦测装置及位移侦测方法中，根据所述第一帧及第二帧中所述预设尺寸范围的相关性来求得所述位移量；其中所述位移量可为第一方向的位移量与垂直于所述第一方向的第二方向的位移量的绝对值之和、或所述第一方向的位移量与第二方向的位移量的平方和。本发明的位移侦测装置可为光学鼠标。

附图说明

图1显示一种现有的位移侦测方法的示意图。

图2a显示本发明第一实施例的位移侦测装置及其相对的影像显示装置的示意图。

图2b显示本发明第一实施例的位移侦测装置的方块图。

图3显示本发明实施例的位移侦测方法的示意图。

图4a显示本发明实施例的位移侦测方法中门槛值设定的示意图。

图4b显示本发明实施例的位移侦测方法中门槛值设定的另一示意图。

图4c显示本发明实施例的位移侦测方法中门槛值设定的再一示意图。

图5a显示本发明一种实施例的位移侦测方法的流程图。

图5b显示本发明另一种实施例的位移侦测方法的流程图。

主要元件符号说明

1   位移侦测装置            100   壳体

101 光源                    102   影像撷取单元

103 处理单元                104   存储单元

105      传输接口单元            106     透镜

107      透镜                    20      当前帧

SB1～SB3 搜寻区块                21      参考帧

RB1～RB3 参考区块                8       影像显示装置

81   光标                        91      参考帧

91a  第一参考区块                91b     第二参考区块

92   第一当前帧                  92a     第一搜寻区块

93   第二当前帧                  93a     第二搜寻区块

S    工作表面                    H       开孔

S1～S9步骤

具体实施方式

为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，作详细说明如下。此外，在本发明的说明中，相同的构件以相同的符号表示，于此合先叙明。

请参照图2a及图2b所示，其分别显示根据本发明第一实施例的位移侦测装置的示意图及方块图。本实施例中，位移侦测装置1显示为一光学鼠标，但其并非用于限定本发明。位移侦测装置1通常设置于一工作表面S上，使用者可通过操控位移侦测装置1以相对控制影像显示装置8的运作，例如控制显示于影像显示装置8的显示幕上光标81的动作或软件的运作。所述影像显示装置例如可为电视屏幕、电脑屏幕、投影幕、游戏机屏幕或其他用于显示影像画面的装置。

所述位移侦测装置1包括供使用者操控的壳体100，该壳体100下表面设置有一开孔H，而用于侦测位移侦测装置1相对于工作表面S位移量的构件则设置于壳体100内部。位移侦测装置1包括光源101、影像撷取单元102、处理单元103、存储单元104、传输接口单元105。此外，位移侦测装置1可另包括透镜106(或透镜组)，该透镜106设置于光源101的发光面前方，以调整光源101的照射范围；并且还可包括透镜107(或透镜组)，该透镜107设置于影像撷取单元102的感测阵列(sensor array)前方，以调整影像撷取单元102的感光效率。

所述光源101的实施例包括，但不限于，发光二极管及激光二极管，其优选为红外光发光二极管或红外光激光二极管，但本发明中所述光源101并不限于红外光光源；所述光源101用于照明开孔H外的工作表面S的范围，以供影像撷取单元102能够撷取足够亮度的影像。可以理解的是，当位移侦测装置1不为光学鼠标时，所述光源亦可不与实施。

所述影像感撷取单元102的实施例包括，但不限于，CCD影像感测器及CMOS影像感测器；所述影像感撷取单元102包括感测阵列，该感测阵列在取样期间(sampling period)感测开孔H外的工作表面S的光影像，并将所撷取的光影像转换为数字影像帧(frame)传送至处理单元103进行处理。例如当所述影像撷取单元102每秒撷取3000帧时，取样期间则为1/3000秒。

所述处理单元103例如可为数字信号处理器(DSP)，该处理单元103用于在所述影像撷取单元102所撷取的当前帧(current frame)中选择搜寻区块(search block)，并在存储于存储单元104的参考帧(reference frame)中选择参考区块(reference block)，并比较参考区块与搜寻区块之间的相关性，以计算位移侦测装置1于两个取样期间之间相对于工作表面S的位移量；其中所述参考帧为影像撷取单元102撷取所述当前帧之前一取样期间所撷取的帧。同时，所述处理单元103根据所求出的位移量，动态地调整比较区块的尺寸，此处比较区块(comparison block)指所述参考区块及搜寻区块；其中计算位移量及动态调整比较区块的实施方式将详述于后。可以理解的是，影像撷取单元102所撷取的当前帧可直接传送至处理单元103进行比较，也可先被存储至存储单元104后，再由处理单元103从存储单元104读取后进行比较。

所述存储单元104用于存储影像撷取单元102所撷取的参考帧及当前帧，同时存储有至少一个门槛值或由多个门槛值所组成的查找表(lookuptable)。所述处理单元103将每一取样期间所计算出的位移量与所述门槛值比较，以即时调整比较区块尺寸，或根据所述查找表决定所应调整的比较区块尺寸。此外，当当前帧被更新为参考帧后，更新后的参考帧也存储于存储单元104。

所述传输接口单元105用于将处理单元103所求得的位移量及其他控制信号以无线或电性的方式传输至影像显示装置8；其中信号传输的方式为现有技术，故于此不再赘述。

请参照图3所示，其显示本发明实施例的位移侦测方法的示意图。每一取样期间，影像撷取单元102撷取一个当前帧20并将其传送至处理单元103或存储于存储单元104。此时存储单元104中已存有一个参考帧21，其为影像撷取单元102于前一取样期间所撷取的帧。处理单元103于参考帧21中选择具有预设尺寸的参考区块，例如参考帧21正中央6×6的参考区块RB2，作为比较对象；并于当前帧20中以一个6×6的搜寻区块SB2依序搜寻当前帧20的全部范围，以得到一个与参考区块RB2具有最高相关性的最佳搜寻区块SB2，其中搜寻的方式例如可由当前帧20的一个角落依序搜寻至相对角落。接着，处理单元103计算参考区块RB2于当前帧20中的相对位置与最佳搜寻区块SB2的位移量，并将该位移量以作为位移侦测装置1的位移量。接着，处理单元103将所求得的位移量与至少一个门槛值比较或对照查找表，以求出下一取样期间所使用的比较区块尺寸，例如若所侦测的位移量比下门槛值低，可选择较大尺寸，例如8×8的比较区块SB3及RB3；若所侦测的位移量比上门槛值高，可选择较小尺寸，例如4×4的比较区块SB 1及RB 1；其中所述下门槛值低于所述上门槛值。虽然本实施例中，所述当前帧20及参考帧21的尺寸显示为14×14，但其仅为例示性，并非用于限定本发明。

一般而言，位移侦测装置1在低速移动时需要较高的位移侦测线性度及稳定度，而高速移动时需能够侦测较高的极限速度。比较区块的尺寸愈大，可得到较高的位移侦测线性度及稳定度；反之，比较区块的尺寸愈小，则可侦测较高的极限速度。因此本发明根据所侦测的速度大小来决定比较区块的尺寸，以同时提高高速及低速移动时的位移侦测效能。

请参照图4a～图4c所示，其显示本发明的位移侦测方法中门槛值设定的示意图。本发明的门槛值主要是根据不同比较区块尺寸所对应的每秒所能侦测的极限速度(Inch Per Second，IPS)来决定。一种实施例中，假设当前帧20及参考帧21的尺寸为14×14且影像撷取单元102的感测阵列的每一个像素面积为900平方微米(30μm×30μm)；因此，当所述比较区块的尺寸为8×8时，每秒所能侦测的极限速度则等于(14-8)×30×10^-3×3000/25.4＝21IPS；当所述比较区块的尺寸为6×6时，每秒所能侦测的极限速度则等于(14-6)×30×10^-3×3000/25.4＝28IPS；当所述比较区块之尺寸为4×4时，每秒所能侦测的极限速度则等于(14-4)×30×10^-3×3000/25.4＝35IPS。上述门槛值设定方式中，处理单元103每秒进行一次比较区块尺寸的调整，但本发明并不限定为每秒调整一次，调整时间亦可以小于1秒或大于1秒，而门槛值则可随着调整时间改变。

例如图4a中，假设本发明的位移侦测方法中，处理单元103可选择三种尺寸的其中一种以进行位移侦测，且门槛值优选低于使用每一种比较区块尺寸时所能侦测的极限速度。例如本实施例中设定第一上门槛值为15IPS、第二上门槛值为25IPS、第一下门槛值为10IPS以及第二下门槛值为20IPS，其中上门槛值与下门槛值设定为不同可避免当位移侦测装置1所侦测的位移量在门槛值附近时造成比较区块尺寸在两个值之间来回改变的情形；然而，上门槛值与下门槛值亦可设定为相同。

根据图4a所示，如果比较区块尺寸的初始设定为6×6，当处理单元103所侦测出的每秒位移量大于25IPS时，则在下一个取样期间将比较区块尺寸调整为4×4；当处理单元103所侦测出的每秒位移量小于10IPS时，则在下一个取样期间将比较区块尺寸调整为8×8；否则，比较区块尺寸则维持为6×6。同理，当比较区块尺寸为4×4或8×8时，处理单元103则根据所侦测出的每秒位移量与门槛值的关系，调整下一个取样期间所使用的比较区块尺寸。可以理解的是，此处所选择的门槛值的数值仅为例示性，并非用于限定本发明。

图4b显示本发明的位移侦测方法中门槛值设定的另一示意图，其中处理单元103所计算的位移量可进一步区分为X方向位移量ΔX及Y方向位移量ΔY，其中X方向及Y方向相互垂直。处理单元103则可将X方向位移量ΔX及Y方向位移量ΔY其中之一、两者绝对值之和或两者平方和与门槛值进行比较，并根据比较结果选择下一个取样期间所使用的比较区块尺寸。例如图4b显示为将X方向位移量ΔX及Y方向位移量ΔY的绝对值之和与门槛值比较。此外，位移量的表示方式并不限于此处所公开的内容，其他用于表示位移量的表示式亦可适用于本发明的位移侦测方法，例如X方向位移量ΔX及Y方向位移量ΔY的平方和的平方根。

请参照图4c所示，其显示本发明实施例的位移侦测方法中门槛值设定的另一示意图，其中处理单元103所求出的每秒位移量与门槛值的关系设定如下：当所侦测的移动速度逐渐增加时，当移动速度超过第一速度V1，比较区块尺寸则选择为B1；当移动速度超过第二速度V2，比较区块尺寸则选择为B2；当移动速度超过第三速度V3，比较区块尺寸则选择为B3；而当移动速度超过第四速度V4，比较区块尺寸则选择为B4；反之，当所侦测的移动速度逐渐降低时，当移动速度低于第五速度V5，比较区块尺寸则选择为B3；而当移动速度低于第六速度V6，比较区块尺寸则选择为B2。此外，本发明中还可将多门槛值与比较区块尺寸制作成一个查找表，处理单元103则根据该查找表选择适当的比较区块尺寸。

请参照图5a所示，其显示本发明一种实施例的位移侦测方法的流程图，包括下列步骤：撷取第一帧及第二帧(步骤S1)；于第一帧中选择具有预设尺寸的第一区块并于第二帧中选择具有所述预设尺寸的第二区块(步骤S2)；根据所述第一区块及所述第二区块来决定一个位移量(步骤S3)；将该位移量与至少一个门槛值相比较(步骤S4)；以及根据比较结果调整所述预设尺寸的值(步骤S5)。

请参照图5b所示，其显示本发明另一种实施例的位移侦测方法的流程图，包括下列步骤：撷取第一帧及第二帧(步骤S1)；将第一帧的预设尺寸范围与第二帧的所述预设尺寸范围进行比对(步骤S6)；根据比对结果决定一个位移量(步骤S7)；当该位移量大于上门槛值时，则降低所述预设尺寸的值(步骤S8)；以及当该位移量小于下门槛值时，则增加所述预设尺寸的值(步骤S9)。

可以理解的是，本发明的位移侦测方法并不限于本发明说明书所举出的实施例，其亦适用于其他光标或指向指标的控制装置；亦即，本发明的位移侦测方法适用于可通过侦测侦测装置与参考元件之间的相对位移量以控制光标动作或软件运作的任何侦测装置。

使用本发明的位移侦测方法的位移侦测装置可使用较小的感测阵列(sensor array)仍能达到同样的位移侦测效能。例如，如果现有的位移侦测装置采用16×16的感测阵列及8×8的比较区块，本发明则可采用14×14的感测阵列及8×8、6×6或4×4的比较区块以达到相同的位移侦测效果。

综上所述，由于现有的位移侦测装置具有无法判定微小位移量及精确度不足的问题，因此本发明另提出一种位移侦测装置(图2a及图2b)及一种位移侦测方法(图5a及图5b)，通过适应性地改变比较区块的尺寸，具有同时提高位移量的侦测稳定度及可侦测极限速度的功效，并可使用较小尺寸的感测阵列以降低成本。

虽然本发明已被上述实施例所公开，然而上述实施例并非用于限定本发明，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，应当可以作出各种更动与修改。因此本发明的保护范围应当以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (20)

1.一种位移侦测方法，该方法包括下列步骤：

撷取第一帧及第二帧；

于所述第一帧中选择具有比较区块尺寸的第一区块并于所述第二帧中选择具有所述比较区块尺寸的第二区块；

根据所述第一区块及所述第二区块来决定一个位移量；

将该位移量与至少一个门槛值相比较；以及

根据比较结果调整所述比较区块尺寸的值，其中所述至少一个门槛值根据不同的所述比较区块尺寸所对应的每秒所能侦测的极限速度决定，所述比较区块尺寸愈大可得到较高的位移侦测线性度及稳定度，所述比较区块尺寸愈小可侦测较高的极限速度。

2.根据权利要求1所述的位移侦测方法，该方法还包括下列步骤：将所述位移量传输至影像显示装置。

3.根据权利要求1所述的位移侦测方法，其中，所述位移量为第一方向的位移量与垂直于所述第一方向的第二方向的位移量的绝对值之和、或所述第一方向的位移量与所述第二方向的位移量的平方和。

4.根据权利要求1所述的位移侦测方法，其中，根据所述第一区块及所述第二区块来决定一个位移量的步骤还包括下列步骤：

于所述第二帧中搜寻与所述第一区块具有最高相关性的所述第二区块；以及

以所述第一区块在所述第二帧中的相对位置与所述第二区块的位置差作为所述位移量。

5.根据权利要求1所述的位移侦测方法，其中，所述位移量为每秒位移量。

6.根据权利要求1所述的位移侦测方法，其中，所述比较区块尺寸包括第一尺寸以及小于该第一尺寸的第二尺寸，所述位移侦测方法还包括下列步骤：

当所述位移量大于所述门槛值时，选择所述第二尺寸；以及

当所述位移量小于所述门槛值时，选择所述第一尺寸。

7.根据权利要求1所述的位移侦测方法，其中，所述比较区块尺寸包括第一尺寸以及小于该第一尺寸的第二尺寸，所述门槛值包括上门槛值以及低于该上门槛值的下门槛值，所述位移侦测方法还包括下列步骤：

当所述比较区块尺寸为所述第一尺寸且所述位移量大于所述上门槛值时，将所述比较区块尺寸调整为所述第二尺寸；

当所述比较区块尺寸为所述第一尺寸且所述位移量小于所述上门槛值时，维持所述比较区块尺寸为所述第一尺寸；

当所述比较区块尺寸为所述第二尺寸且所述位移量小于所述下门槛值时，将所述比较区块尺寸调整为所述第一尺寸；以及

当所述比较区块尺寸为所述第二尺寸且所述位移量大于所述下门槛值时，维持所述比较区块尺寸为所述第二尺寸。

8.根据权利要求1所述的位移侦测方法，其中，多个门槛值形成一个查找表，将所述位移量与至少一个门槛值相比较的步骤为将所述位移量于所述查找表中进行比对。

9.一种位移侦测方法，该方法包括下列步骤：

撷取第一帧及第二帧；

将所述第一帧的比较区块尺寸范围与所述第二帧的所述比较区块尺寸范围进行比对；

根据比对结果决定一个位移量；

当所述位移量大于上门槛值时，降低所述比较区块尺寸的值；以及

当所述位移量小于下门槛值时，增加所述比较区块尺寸的值，其中所述上门槛值及所述下门槛值根据不同的所述比较区块尺寸所对应的每秒所能侦测的极限速度决定，所述比较区块尺寸愈大可得到较高的位移侦测线性度及稳定度，所述比较区块尺寸愈小可侦测较高的极限速度。

10.根据权利要求9所述的位移侦测方法，该方法还包括下列步骤：将所述位移量传输至影像显示装置。

11.根据权利要求9所述的位移侦测方法，其中，所述位移量为第一方向的位移量与垂直于所述第一方向的第二方向的位移量的绝对值之和、或所述第一方向的位移量与所述第二方向的位移量的平方和。

12.根据权利要求9所述的位移侦测方法，其中，所述位移量为每秒位移量；所述下门槛值小于所述上门槛值。

13.根据权利要求9所述的位移侦测方法，其中，所述比较区块尺寸每次增加或降低2个像素尺寸。

14.根据权利要求9所述的位移侦测方法，其中，将所述第一帧的比较区块尺寸范围与所述第二帧的所述比较区块尺寸范围进行比对的步骤为比对所述第一帧的所述比较区块尺寸范围与所述第二帧的所述比较区块尺寸范围的相关性。

15.一种位移侦测装置，该装置包括：

影像撷取单元，用于撷取第一帧及第二帧；

存储单元，用于存储至少一个门槛值；以及

处理单元，用于在所述第一帧中选择具有比较区块尺寸的第一区块并在所述第二帧中选择具有所述比较区块尺寸的第二区块、根据所述第一区块及所述第二区块来决定一个位移量、将该位移量与至少一个门槛值相比较以及根据比较结果调整所述比较区块尺寸的值，其中所述至少一门槛值根据不同的所述比较区块尺寸所对应的每秒所能侦测的极限速度决定，所述比较区块尺寸愈大可得到较高的位移侦测线性度及稳定度，所述比较区块尺寸愈小可侦测较高的极限速度。

16.根据权利要求15所述的位移侦测装置，该装置还包括光源，该光源用于提供所述影像撷取单元在撷取影像帧时所需的光。

17.根据权利要求15所述的位移侦测装置，该装置还包括传输接口单元，该传输接口单元用于将所述处理单元所求得的所述位移量传输至影像显示装置。

18.根据权利要求17所述的位移侦测装置，其中，所述传输接口单元无线或电性连接所述影像显示装置。

19.根据权利要求15所述的位移侦测装置，其中，所述影像撷取单元所撷取的所述第一帧及所述第二帧被存储于所述存储单元。

20.根据权利要求15所述的位移侦测装置，其中，所述位移侦测装置为光学鼠标。

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