CN102238358B - 可提高图像处理速度的交互式系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可提高图像处理速度的交互式系统。该可提高图像处理速度的交互式系统包括参考装置、处理模块以及控制电路。该参考装置是用以发射及/或反射在特定频谱范围内的光信号。该处理模块包括图像传感器、估算单元以及传输接口。该图像传感器是用以感测图像以产生多个像素信号；该估算单元是用以根据该多个像素信号，判断构成该图像的至少一图像对象的静态参数；该传输接口是以串行传输的方式输出该至少一图像对象的静态参数。该控制电路是用以根据该传输接口所输出的该至少一图像对象的静态参数，控制该交互式系统的操作。因此，使得该控制电路的使用弹性更大，并且缩短该交互式系统的开发时程。

Description

可提高图像处理速度的交互式系统及其方法

技术领域

本发明是相关于一种交互式系统，尤指一种可提高图像处理速度的交互式系统及其方法。

背景技术

随着影音多媒体的渐受欢迎，图像数字化已渐渐成为趋势。一般说来，安装在数字摄像机(Digital Video Camcorder)、数字摄像机(Digital Still Camera)内分辨率较高的图像传感器能产生较高质量的数字图像，所以多半应用在图像识别、指纹辨识之上；然而安装在数字摄像机、数字摄像机内分辨率较低的图像传感器则多半利用在交互式玩具辨识使用者的简单动作。例如，目前的市面上推出的机器宠物，其内建的摄像机可作为机器宠物的“眼睛”，用以感应使用者的动作，再由机器宠物的内建控制电路指示机器宠物做出不同的指令。

请参照图1，图1是现有技术说明交互式系统10的功能方块图的示意图。交互式系统10包括图像传感器12、微控制器14以及并列传输总线16。图像传感器12是包括互补金属氧化物半导体(CMOS)感测数组22以及模拟数字转换器(analog to digital converter，ADC)24。通过互补金属氧化物半导体感测数组22感测的数据会传送至模拟数字转换器24。由于互补金属氧化物半导体感测数组22可感测用以形成图像的多个像素数据，所以当拍摄动态的连续图像时，互补金属氧化物半导体感测数组22将连续产生不同图像的像素数据并产生庞大的像素数据。为了传输如此庞大的像素数据，图像传感器12与微控制器14之间是通过并列传输总线16传输所感测的像素数据。而微控制器14则会根据上述得到的像素资料，重组拍摄的对象的图像，或是用以决定对象的状态，以控制交互式系统10的运作。

然而，上述感测的数据量极为庞大，再加上近年来串行传输技术的快速发展，因此利用复杂硬件架构实现的并列传输的速度已不及串行传输的速度。除此之外，微控制器14利用并列传输接口接收到上述感测的数据后，仍必须计算分析出后续所须的相关数据。由于每一种微控制器14的应用范围并不一致，以应用于光学鼠标的微控制器14来说，微控制器14并不需要获得完整且详细的图像数据，仅需要追踪图像对象移动的相对位置即可。因此，如果使用者利用现有技术的图像传感器12来产生像素数据，微控制器14必须将所有像素数据都加以接收处理，如此将导致微控制器14处理上沉重的负担。

再者，现今的图像传感器12仅是将接收的光信号转换成电信号的单芯片。因此，在讲究系统整合的电路设计趋势下，这样的单芯片图像传感器12实有改进的必要。

发明内容

本发明的一实施例提供一种可提高图像处理速度的交互式系统。该交互式系统包括处理模块和控制电路。该处理模块包括图像传感器、估算单元和传输接口。该图像传感器是用以感测图像以产生出多个像素信号；该估算单元是用以根据该多个像素信号决定构成该图像的至少一图像对象的静态参数，该至少一图像对象是一组具有相同色彩参数的像素信号；及该传输接口是用以串行传输的方式输出该至少一图像对象的静态参数。该控制电路是用以根据该传输接口所输出的该至少一图像对象的静态参数以控制该交互式系统的操作。

本发明的还一实施例提供一种可提高图像处理速度的交互式系统。该交互式系统包括参考装置、处理模块和控制电路。该参考装置是用以发射及/或反射在特定频谱范围内的光信号。该处理模块包括图像传感器、估算单元和传输接口。该图像传感器是用以感测该光信号以产生多个像素信号；该估算单元是用以根据该多个像素信号决定至少一图像对象的静态参数；及该传输接口是用以串行传输的方式输出该至少一图像对象的静态参数。该控制电路是用以根据该传输接口所输出的该至少一图像对象的静态参数以控制该交互式系统的操作。

本发明的还一实施例提供一种可提高图像处理速度的交互式方法。该交互式方法包括发射及/或反射在特定频谱范围内的光信号；感测该光信号以产生多个像素信号；根据该多个像素信号决定至少一图像对象的静态参数；以串行传输的方式输出该至少一图像对象的静态参数；及根据该传输接口所输出的该至少一图像对象的静态参数以控制该交互式系统的操作。

本发明所提供的一种具有参考装置的交互式系统，利用参考装置发射及/或反射特定频谱内的光信号，图像传感器感测特定频谱内的光信号以产生多个像素信号，估算单元判断是否有符合预设条件的像素信号及决定每一画面中的每一对象的静态参数。因此，控制电路不需要额外计算这些复杂的静态参数，使得控制电路的使用弹性更大，并且缩短交互式系统的开发时程。

附图说明

图1是现有技术说明交互式系统的功能方块图的示意图。

图2是为本发明的一实施例说明交互式系统的功能方块图。

图3是为说明多个图像画面的示意图。

其中，附图标记说明如下：

具体实施方式

请参照图2，图2是为本发明的一实施例说明交互式系统30的功能方块图。交互式系统是为交互式玩具(interactive toy)。交互式系统30包括参考装置40、处理模块44以及控制电路54，其中处理模块44是为芯片。参考装置40是为光源、反光装置或光源与反光装置的组合。参考装置40包括滤波器用以对原始光信号滤波以滤除特定频谱外的光信号，因此，参考装置40可发射及/或反射特定频谱内的光信号。处理模块44包括图像传感器42、估算单元45和传输接口48。图像传感器42是为电荷耦合组件(charge-coupled device，CCD)或是互补金属氧化物半导体光传感器，用以感测光信号以产生多个像素信号，然后传送多个像素信号至估算单元45。估算单元45是用以根据多个像素信号决定至少一图像对象的静态参数。传输接口48是用以串行传输的方式输出至少一图像对象的静态参数。控制电路54是用以根据传输接口48所输出的至少一图像对象的静态参数，控制交互式系统30的操作。其中图像传感器42、估算单元45以及传输接口48皆形成在基底41的上。

请参照图3，图3是为说明多个图像画面的示意图。其中每个画面(picture)包括多个像素信号。例如，对一个800*600像素大小的画面来说，需要480,000个像素信号组合而成。图像传感器42是用以感测来自参考装置40的光信号以产生多个像素信号。当一个像素信号被产生后，像素信号会被传送至估算单元45。然后，估算单元45判断像素信号是否符合预设条件。如果像素信号符合预设条件，则根据预设条件将符合此预设条件的像素信号的相邻相素视为同一对象。然后，估算单元45决定对象的静态参数，像是坐标、重心、面积、方向性(orientation)、色彩、边界、对象端点数及/或对象长宽比。其中对象的色彩静态参数包括平均色彩、位于重心的像素信号的色彩以及具有最大亮度的像素信号的色彩。预设条件是为介于第一预设阀值(例如灰阶值80)和第二预设阀值(例如灰阶值200)之间的亮度，但本发明并不以此为限。以画面120为例，可通过几个静态参数决定目标对象100在画面120上的显示状态。其中目标对象100的重心是通过下式决定：

$(G_x,G_y)=(\frac{\underset{(x,y)\∈R}{\mathrm{\Σ}}L(x,y)\×x}{\underset{(x,y)\∈R}{\mathrm{\Σ}}L(x,y)},\frac{\underset{(x,y)\∈R}{\mathrm{\Σ}}L(x,y)\×y}{\underset{(x,y)\∈R}{\mathrm{\Σ}}L(x,y)}),$ R＝{(x，y):L(x，y)＞TH}

这里L(x，y)是为多个像素信号中的每一像素信号的强度；TH是为第一预设阀值。

目标对象100可视为一组具有相同色彩参数的像素信号，因此这组具有相同色彩参数的像素信号包括具有不同但相近色彩的像素信号，以及相同色彩的像素信号。估算单元45根据具有相同像素信号的数目和相对应的坐标来决定目标对象100在画面120的静态参数，例如面积、边界以及灰阶值。另外，估算单元45亦能决定目标对象100的对象端点数以及对象长宽比。举例来说，假设目标对象100是长方形，则估算单元45将决定目标对象100的对象端点数为4，以及目标对象100的长宽比。换句话说，静态参数是当目标对象100处于静态显示时，可供量测的参数。

在得到目标对象100的相关静态参数后，估算单元45会将这些静态参数传送至传输接口48。传输接口48是为通用异步收发器(universal asynchronous receiver/transmitter，UART)接口。相较于同步并列传输(synchronous parallel transmission)，异步串行(asynchronous serial)传输具有体积小，价格低廉及传输距离远等优点。例如，通用异步收发器是一种异步串行/并列数据转换器，用来在控制交互式系统30(或处理器)及与交互式系统30相连接的串行装置(serial device)之间传输数据。更明确地说，通用异步收发器所提供交互式系统30的功能是相似于诸如RS-232的数据终端设备(data terminal equipment，DTE)所提供的数据交换功能，所以交互式系统30能通过如通用序列总线(universal serial bus，USB)与串行装置相互交换数据。

除了上述提及的UART(RS232为UART的一种)外，传输接口48也可以是I²C(inter-IC)及USB等。I²C是一种通过收发双向传输串行数据线(serial data line)及串行频率线(serial clock line)传输数据的协议。由于I²C及USB转换串行数据与并列数据的原理是相似于UART转换串行数据与并列数据的原理，所以在此不再赘述。因此，第一传输接口48可为UART接口、I²C(inter-IC)及USB所构成的串行传输组合中的至少一种接口。

最后，控制电路54在接收到由传输接口48传来的画面110的对象坐标、面积、方向性(orientation)、色彩、边界、对象端点数及/或对象长宽比等静态参数之后，可利用画面110中每一对象的编码加上配合画面120中每一对象静态参数，将画面120还原。其中对象的色彩静态参数包括平均色彩、位于重心的像素信号的色彩以及具有最大亮度的像素信号的色彩。此外，控制电路54可根据这些静态参数作进一步的处理，以控制交互式系统30的操作。

相较于现有技术，本发明提供一种具有参考装置40的交互式系统30。参考装置40是用以发射及/或反射特定频谱内的光信号。图像传感器42是用以感测来自参考装置40的光信号以产生多个像素信号。估算单元45判断像素信号是否符合预设条件。如果像素信号符合预设条件，则根据预设条件将符合此预设条件的像素信号的相邻相素视为同一对象，以及决定每一画面中的每一对象的静态参数。因此，位于后端的控制电路54不再需要额外去计算这些复杂的静态参数，也因此减少控制电路设计的复杂度，使得交互式系统30的控制电路54的使用弹性更大，并且缩短交互式系统的开发时程。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (24)

1.一种可提高图像处理速度的交互式系统，包括： 

处理模块，包括： 

图像传感器，用以感测图像以产生出多个像素信号；及 

传输接口，用以串行传输的方式输出该图像的至少一图像对象的静态参数；及 

控制电路，用以根据该传输接口所输出的该至少一图像对象的静态参数，控制该交互式系统的操作； 

该交互式系统的特征在于还包括： 

估算单元，用以根据该多个像素信号决定构成该至少一图像对象的静态参数，及判断该多个像素信号是否符合一预设条件，其中该多个像素信号中符合该预设条件的像素信号的相邻像素视为同一图像对象，且该预设条件包含至少大于一亮度值，该至少一图像对象为一组具有相同色彩参数的像素信号，包括具有不同但相近色彩参数的像素信号，以及相同色彩参数的像素信号。 

2.如权利要求1所述的交互式系统，其特征在于，该图像传感器、该估算单元以及该传输接口是形成在基底上。 

3.如权利要求1所述的交互式系统，其特征在于，该静态参数包括该至少一图像对象的坐标、该至少一图像对象的面积、该至少一图像对象的方向参数、该至少一图像对象的色彩、该至少一图像对象的对象端点数、该至少一图像对象的对象长宽比及/或该图像对象的边界。 

4.如权利要求1所述的交互式系统，其特征在于，该传输接口是I2C接口。 

5.如权利要求1所述的交互式系统，其特征在于，该传输接口是通用序列总线。 

6.如权利要求1所述的交互式系统，其特征在于，该传输接口是通用异步收发器。 

7.如权利要求1所述的交互式系统，其特征在于，该图像传感器是互补金属氧化物半导体光传感器。 

8.如权利要求1所述的交互式系统，其特征在于，该图像传感器是电荷耦合组件。 

9.一种可提高图像处理速度的交互式系统，包括： 

处理模块，包括： 

图像传感器，用以感测光信号以产生多个像素信号；及 

传输接口，用以串行传输的方式输出至少一图像对象的静态参数；及 

控制电路，用以根据该传输接口所输出的该至少一图像对象的 

静态参数，控制该交互式系统的操作； 

该交互式系统的特征在于还包括： 

参考装置，用以发射及/或反射在特定频谱范围内的该光信号；及 

估算单元，用以根据该多个像素信号决定该至少一图像对象的静态参数，及判断该多个像素信号是否符合一预设条件，其中该多个像素信号中符合该预设条件的像素信号的相邻像素视为同一图像对象，且该预设条件包含至少大于一亮度值。 

10.如权利要求9所述的交互式系统，其特征在于，该图像传感器、该估算单元以及该传输接口是形成在基底的上。 

11.如权利要求9所述的交互式系统，其特征在于，该参考装置包括滤波器用以对原始光信号滤波以滤除该特定频谱外的光信号。 

12.如权利要求9所述的交互式系统，其特征在于，该传输接口是I²C接口。 

13.如权利要求9所述的交互式系统，其特征在于，该传输接口是通用序列总线。 

14.如权利要求9所述的交互式系统，其特征在于，该传输接口是通用 异步收发器。 

15.如权利要求9所述的交互式系统，其特征在于，该图像传感器是互补金属氧化物半导体光传感器。 

16.如权利要求9所述的交互式系统，其特征在于，该图像传感器是电荷耦合组件。 

17.如权利要求1或9所述的交互式系统，其特征在于，该传输接口用以串行传输的方式输出该至少一图像对象的静态参数。 

18.如权利要求1或9所述的交互式系统，其特征在于，该至少一图像对象是一组具有相同色彩参数的像素信号。 

19.一种可提高图像处理速度的交互式方法，包括： 

交互式系统以串行传输的方式输出至少一图像对象的静态参数；及 

根据该至少一图像对象的静态参数，控制该交互式系统的操作；该交互式方法的特征在于还包括： 

发射及/或反射在特定频谱范围内的光信号； 

感测该特定频谱范围内的光信号以产生多个像素信号；及 

根据该多个像素信号，决定该至少一图像对象的静态参数，及判断该多个像素信号是否符合一预设条件，其中该多个像素信号中符合该预设条件的像素信号的相邻像素视为同一图像对象，且该预设条件包含至少大于一亮度值。 

20.如权利要求19所述的交互式方法，其特征在于，还包括对原始光信号滤波以滤除该特定频谱外的光信号。 

21.如权利要求19所述的交互式方法，其特征在于，该静态参数包括该至少一图像对象的坐标、该至少一图像对象的面积、该至少一图像对象的方向参数、该至少一图像对象的色彩、该至少一图像对象的对象端点数、该至少一图像对象的对象长宽比及/或该图像对象的边界。 

22.如权利要求19所述的交互式方法，其特征在于，根据该多个像素 信号决定该至少一图像对象之静态参数包含根据下列方程式决定该至少一图像对象之重心： 

R＝{(x，y)：L(x，y)＞TH}； 

其中： 

L(x，y)是为该复数个像素信号中的每一像素信号的强度；及 

TH是为预设阀值。 

23.如权利要求19所述的交互式方法，其特征在于，该交互式系统输出该至少一图像对象的静态参数是该交互式系统以串行传输的方式输出该至少一图像对象的静态参数。 

24.如权利要求19所述的交互式方法，其特征在于，该至少一图像对象是一组具有相同色彩参数的像素信号。 

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