CN102289329A - 分辨率增强 - Google Patents

Abstract

分辨率增强。增强输入成像分辨率的方法包括利用在对象与成像器之间显示的一系列分辨率增强图案连续地阻挡来自对象的不同部分的光。该方法进一步包括：检测利用所述一系列分辨率增强图案过滤的光，并且集成在对象与检测器之间显示所述一系列分辨率增强图案中的不同分辨率增强图案的同时检测到的光。

Description

分辨率增强

背景

计算机系统可以包括提供图像作为输出或者接收图像作为输入的一个或多个光学系统。示例光学系统包括显示器、照相机、扫描仪和某些类型的触敏输入系统。在许多应用中，输入和/或输出高分辨率图像是有益的。

概述

这个概述部分用于以简化的形式来介绍下面在具体的描述部分中进一步描述的概念的选择。这个概述部分并不打算标识所要求保护的主题的主要特征或基本特征，也不打算用于限制所要求保护的主题的范围。此外，所要求保护的主题并不限于解决在本公开内容的任何部分中所指出的任何或所有缺点的实现方式。

提供增强输入成像分辨率的方法。该方法包括：利用在对象与成像器（image detector）之间显示的一系列分辨率增强图案（pattern），连续地阻挡来自该对象的不同部分的光。该方法进一步包括：利用成像器，检测利用一系列分辨率增强图案过滤的光；以及集成在对象与成像器之间显示一系列分辨率增强图案之中不同的分辨率增强图案的同时检测到的光。

附图说明

图1显示依照本公开内容的示例计算机系统的各方面。

图2是显示依照本公开内容的光学系统的各方面的示意性横断面视图。

图3和4显示依照本公开内容的示例楔形光导的各方面。

图5显示依照本公开内容在对象所在的显示表面上的对象区域处连续地显示一系列分辨率增强图案的示例。

图6示意性地显示依照本公开内容的显示视觉显示图像的示例计算系统。

图7显示在包括楔形光导的触敏显示器中增强输入成像分辨率的示例方法，其中所述楔形光导包括小平面（facet）的阵列。

图8示意性地显示其中来自检测对象的光通过能够连续地显示一系列分辨率增强图案的光阀的图像检测系统。

图9显示依照本公开内容的示例计算系统。

具体的描述

下面描述图像的分辨率增强。认为这样的分辨率增强允许照相机和其他的成像器精确地检测被成像的对象的高分辨率方面。使用本公开内容的教导，图像检测系统可以使用来自两个或更多连续帧的输入图像的选择性光过滤和集成来增强这样的分辨率，其中能够以所述分辨率对对象成像。

本公开内容的主题利用示例并参照某些非限制实施例来描述。特别地，大部分的以下描述针对可受益于所公开的分辨率增强技术的触敏显示器形式的示例图像检测系统。然而，将理解的是，在本文公开的分辨率增强技术可以适用于其中来自被检测对象的光通过能够连续地显示一系列分辨率增强图案的光阀的任何的图像检测系统。虽然提供触敏显示器作为非限制示例，但是相同的原理可以适用于照相机或其他的图像检测系统。

在下面的描述中，在两个或更多实施例中可能基本上是类似的组件协调地进行标识并且以最小重复来描述。然而，将指出的是，在本公开内容的不同实施例中协调地标识的组件可以至少部分地是不同的。将进一步指出的是，在本公开内容中包括的附图是示意性的。所举例说明的实施例的视图一般未按比例进行绘制，并且一些附图的各方面可能有意地失真，以使得选择的特征或关系更容易看出。

图1显示一个实施例中的示例计算系统10的各方面。该计算机系统包括大幅面、触敏显示表面12。位于触敏显示表面下方的光学系统14可以被配置成为该计算机系统提供显示和输入功能二者。相应地，图1显示操作耦合到该光学系统的控制器16。该控制器可以是被配置成向该光学系统提供显示数据以及从该光学系统接收输入数据的任何设备。在一些实施例中，该控制器可以包括计算机的全部或部分；在其他的实施例中，该控制器可以是经由有线或无线通信链路而被操作耦合到计算机的任何设备。

为了提供显示功能，光学系统14可以被配置成将可见图像投射到触敏显示表面上。为了提供输入功能，该光学系统可以被配置成至少捕获位于触敏显示表面上或在其附近的对象的部分图像，其中所述对象例如是手指、电子设备、纸卡或棋子。相应地，该光学系统可以被配置成照射这样的对象，并检测从这些对象反射的光。以这种方式，该光学系统可以记录被放置在触敏显示表面上的任何适当对象的位置、足迹、图案、标记和其他特性。

图2是显示一个实施例中的光学系统14的各方面的示意性横断面视图。该光学系统包括背光源（backlight）18、成像光学部件20、光阀22和漫射器24。背光源和光阀可以操作耦合到控制器16并被配置成将视觉显示图像提供给触敏显示表面12。特别地，光阀22可以被配置成根据从控制器16接收的指令将来自背光源18的光调制到视觉显示图像中。光阀22可以被定位成光学地介于显示表面12与楔形光导27的正面之间。

背光源18可以是被配置成发射可见光的任何光源。来自背光源的光（例如，光线26）通过成像光学部件20被投射并且利用光阀22的许多光门控元件在颜色和强度方面进行调制。在一些实施例中，光阀可以包括液晶显示设备，但是也可以使用其他的光调制设备。以这种方式，背光源和光阀可以一起创建显示图像。显示图像通过漫射器24被投射并因而被提供给触敏显示表面12。为了确保足够的显示图像强度，成像光学部件和漫射器可以被配置成至少在垂直于触敏显示表面的方向上透射入射到其上的相当部分的可见光，其中典型地将从所述方向观看该显示图像。

在图2所示的实施例中，成像光学部件20包括具有正面28和背面30的楔形光导27。图3更详细地举例说明一个示例楔形光导。然而，将理解的是，图3的任何方面都不打算是限制的，因为许多楔形光导变型被预期。

现在参照图3，在一些实施例中，楔形光导的相对的正面和背面可以是基本上平坦的并且近乎平行的，但是彼此偏移某一楔角（例如，1°或更小的楔角）。在一个特定的实施例中，该楔角可以是例如0.72度。如在本文中使用的，“基本上平坦的”表面是在不考虑表面粗糙度和制造异常时大致与平面相符的一个表面。例如，在一个特定的实施例中，基本上平坦的表面可以具有3纳米粗糙度（平均粗糙度）或更少粗糙度。楔形光导可以相对于水平面和/或与触敏显示表面12平行的任何平面对称地进行定向。因此，在光导的正面或背面和平行于触敏显示表面的任何平面之间的夹角可以是楔角的一半。

楔形光导27具有较薄侧32以及与该较薄侧相对的较厚侧34。在图3所示的示例中，可以在较厚侧上对该楔形光导进行碾磨，以限定被中心锐角包围的球体部分。如此限定的该部分的曲率半径可以基于该楔形光导将安装在其中的光学系统14的详细配置来确定。在一个特定的实施例中，较厚侧的厚度约为较薄侧的两倍，并且较厚侧的曲率半径约为楔形光导的长度的两倍。在一些实施例中，楔形光导的一侧或多侧（例如，较薄侧32或较厚侧34）可以起着透镜的作用，其中曲率半径限定该透镜的焦距。

在图4中显示一个非限制实施例中的较厚侧34的更详细的截面图。该图显示沿着楔形光导的较厚侧水平地延伸的基本上平坦的小平面36的阵列。这些小平面限定一系列水平脊，这些脊延伸至与较厚侧的前后边缘相交。这些小平面可以被涂敷反射材料，以便在较厚侧上形成交错的反射器。如此形成的交错的反射器可以服务于其中安装该光导的光学系统中的各种功能，例如，将图像从触敏显示表面上的对象引导到检测器。在一个非限制示例中，可以在楔形光导的较厚侧中形成二十七个小平面，形成一系列水平脊，其中这些水平脊间隔开大约840微米并且从较厚侧的前边缘或后边缘延伸大约80微米。在其他示例中，楔形光导的较厚侧可以具有任何其他适当的形状或轮廓。基于在这里描述的楔形光导，成像光学部件20可以被配置成至少部分地通过来自楔形光导的边界的全内反射而在相对的第一面和第二面之间横向地透射光。当然，将理解的是，在这里描述的以及在图3中的配置的细节出于示例的目的而给出，而不打算以任何方式进行限制。

现在返回到图2，光学系统14可以进一步被配置成将输入功能提供给计算系统10。相应地，所示的光学系统包括检测器38。该检测器可以是照相机，例如，红外敏感的数码相机。成像光学部件20可以被配置成将来自正接触或者几乎接触触敏显示表面12的一个或多个对象的光引导到该检测器上。这样的光可以源于各种源，如下文中所描述的。相应地，该检测器可以至少捕获所述一个或多个对象的部分图像。检测器38可以选择地包括两个或更多检测设备，这些检测设备可以被配置成检测一个或多个波长范围内的光。

图2显示与触敏显示表面12接触的对象40以及远离该对象传播的光线42。所示的光线被显示为通过光学系统14的各个组件并进入成像光学部件20。为了将来自触敏显示表面的光成像到检测器38上，成像光学部件可以被配置成将该光转向楔形光导的反射性较厚端并且经由全内反射在途中将转向的光局限于该检测器。相应地，成像光学部件的背面30包括多层转向结构44。本公开内容包含该多层转向结构的许多变型。例如，该多层转向结构可以是反射性的，以致光被向后引导通过楔形光导27。

如上所指出的，来自被布置在触敏显示表面上的一个或多个对象的光可以源于各种源。在一些实施例中，该光可以由这些对象发射。在一些实施例中，照射这些对象的参考光可以包括红外光的波段和可见光的波段。

在图2所示的实施例中，至少一些参考光通过对象的漫射照明来提供，并且被向后反射通过触敏显示表面。因此，图2显示例如红外发光二极管之类的红外发射器72以及照明光导74。在图2所示的配置中，照明光导被配置成从触敏显示表面的后面照射所述一个或多个对象。照明光导可以是被配置成接纳（admit）来自一个或多个入口区76的红外光并且从出口区78投射至少一些红外光的任何光学部件。该照明光学部件的入口区和出口区均可以包括转向膜或其他转向结构。为了接纳来自红外发射器的光并且同时提供所期望的光转向功能，与入口区和出口区相关联的转向结构可以彼此不同地定向。进一步，出口区可以包括低角度漫射膜。

图2显示例如红外光线80，其通过入口区76进入照明光导74，经由入口区的转向结构被转向，并且在照明光导的边界处经历内反射。内反射是所示的光线以大于斯涅尔定律（Snell’s Law）临界角的角度与边界相交的结果。继续往前，所示的光线与出口区78的转向结构相互作用，并且从出口区基本上向上进行反射。所示光线的至少一些现在通过照明光导的边界被透射以照射对象40，而不是被全内反射；这是因为所示的光线现在以小于临界角的角度与边界相交。

在图2所示的实施例中，照明光导74的出口区78是平坦的并且基本上平行于触敏显示表面12。在这种配置中，从对象40反射的光从出口区被投射并传到光阀22。然而，将理解的是，许多其他的照明配置是可能的，并且同样与本公开内容相一致。

基本上平坦的小平面36的阵列可以引入孔径衍射和/或其他的光学效应，这些效应可能降低传递到检测器38的参考光的可解析分辨率。作为非限制示例，分辨率可以有效地被降至近似1mm，这对于一些标记的检测可能是不够的。例如，精确地读取条形码可能由于差于0.5mm的分辨率而受阻。进一步，分辨率的任何退化可能导致不能使用检测器38的全部性能。

分辨率可以通过在来自触敏显示表面12的参考光到达检测器38之前对其过滤而得到增强。特别地，光阀22可以用于创建小窗口的阵列，其中参考光可以通过这些窗口，而没有穿过这样的窗口的参考光被阻挡。小窗口阵列的分辨率可能是足够低的，以使得参考光通过楔形光导而无退化。光阀22可以用于空间地逐帧移动窗口的位置，以便能够从两帧或更多帧的检测到的参考光中一起集成整幅高分辨率图像。

图5示意性地举例说明这个概念。特别地，图5显示在其下侧包括字母“C”的对象90。这样的对象可以被放置在显示表面12上，以使得字母“C”可以利用检测器38来成像（即，读取）。当参考光从对象90传播到检测器38时，有效的分辨率可能退化，因为光在基本上平坦的小平面36的阵列处反射。为了示意性地举例说明这个概念，图5显示对象90的低分辨率图像92。为了说明的简单起见，低分辨率图像92被绘制成在水平和竖直维度二者上具有分辨率退化，尽管基本上平坦的小平面的阵列可能仅在一个维度上引起分辨率退化。此外，低分辨率图像92被绘制成具有1比特颜色深度，其中每个像素为黑色或白色，尽管检测器38可能能够检测多比特灰度和/或彩色图像，并且一些像素可能被检测为在纯黑色和纯白色之间的色调。换言之，实际的退化可能比图5中所示的更少失常（pixilated）。

图1的控制器16可以被配置成使得光阀22在对象区域处连续地显示一系列分辨率增强图案，以阻挡从对象90的不同部分反射的参考光。如图5中所示，在时间t₀，所述一系列分辨率增强图案中的第一分辨率增强图案94可以用于阻挡从对象90传播到检测器38的参考光。该分辨率增强图案包括N个像素组中的空间重复块96。例如，图5显示块96具有四个像素组，即，左上像素组、右上像素组、右下像素组和左下像素组。在时间t₀，左下像素组是打开的（即，不阻挡参考光），而其他三个像素组被关闭（即，阻挡参考光）。像素组可以包括任意适当数量的像素。作为一个示例，每个像素组可以包括来自液晶显示器的单个像素，或者作为另一个示例，像素组可以包括来自液晶显示器的4 x 4矩阵的相邻像素。

图5示意性地显示在利用光阀22显示第一分辨率增强图案94的同时由检测器38检测的高分辨率子图像98。为了说明的简单起见，高分辨率子图像98也被绘制成具有1比特颜色深度，其中每个像素为黑色或白色。

如在时间t₁、t₂和t₃上所示，块96中的不同像素组打开，以允许参考光从该对象传播到该检测器，而该块中的所有其他像素组关闭，以阻挡参考光从该对象传播到该检测器。具体地，在时间t₁，左上像素组打开；在时间t₂，右上像素组打开；并且在时间t₃，右下像素组打开。这个顺序可以继续，直到所有的像素组已经对于至少一个帧被打开，并且随后该顺序可以重复。

如利用高分辨率子图像100、高分辨率子图像102和高分辨率子图像104所展示的，当每个不同的分辨率增强图案用于过滤参考光时，检测器38可以对不同的像素成像。在高分辨率子图像中成像的每个像素与紧邻的像素无关地进行成像，这是因为紧邻的像素利用分辨率增强图案来过滤。因此，高分辨率子图像的有效分辨率比未过滤图像的有效分辨率更精细。然而，高分辨率子图像并不独立地代表整幅图像。例如，图5的每幅高分辨率子图像仅仅对整幅图像的四分之一进行成像，这是因为分辨率增强图案的每个空间重复块96包括四个像素组，并且这四个像素组中每次只有一个像素组被打开。

控制器16可以被配置成将在连续显示分辨率增强图案期间由检测器检测的参考光集成为集成的高分辨率图像106。特别地，该控制器可以集成在N个连续帧期间由检测器检测到的参考光，其中N为构成该分辨率增强图案的空间重复块的像素组的数量。使用图5的示例，该控制器可以集成与时间t₀、t₁、t₂和t₃相对应的四个连续帧期间由检测器检测到的参考光。

如通过比较能够明白的，集成的高分辨率图像106具有比未过滤的低分辨率图像92更精细的分辨率。可以选择用于形成窗口的像素组的尺寸，以实现期望的分辨率，其中参考光通过这些窗口而被过滤。

在一些实施例中，可以在显示表面12之上或其附近检测的对象之下显示分辨率增强图案，而显示表面的其他区域用于向用户显示其他的图像。例如，图6示出显示视觉显示图像110的示例计算系统10。在所示的实施例中，第一对象40a和第二对象40b正停留在计算系统10的显示表面12上。图6也显示利用计算系统10的光阀显示的视觉显示图像110的示意性表示，其中省略了第一对象40a和第二对象40b。如能够看到的，视觉显示图像110包括在第一对象40a之下对齐的第一分辨率增强图案112a和在第二对象40b之下对齐的第二分辨率增强图案112b。用户114看不到这样的分辨率增强图案，因为这些分辨率增强图案位于第一对象40a和第二对象40b之下。

计算系统10的控制器可以被配置成分析利用检测器检测的参考光的量或图案，以确定对象所在的显示表面上的对象区域。当以这种方式检测对象区域时，该控制器能够指示光阀利用包括在检测的对象区域上的分辨率增强图案的视觉显示图像中断先前呈现的视觉显示图像。在一些实施例中，光阀可以基本上对于一个或多个波段的光而言是透明的，并且这些波段的光可以用于确定该对象所在的显示表面上的对象区域，而不管正利用光阀呈现的视觉显示图像如何。在一些实施例中，具有800nm或更长波长的光可以用于以这种方式来检测对象。

图7显示在包括楔形光导的触敏显示器中增强输入成像分辨率的示例方法120，其中所述楔形光导包括小平面的阵列。在122，方法120包括利用在对象与楔形光导之间显示的一系列分辨率增强图案连续地阻挡从该对象的不同部分反射的参考光。在124，方法120包括检测利用所述一系列分辨率增强图案过滤、穿过楔形光导并且反射离开楔形光导内的小平面阵列的参考光。在126，方法120包括集成在对象与楔形光导之间显示一系列分辨率增强图案中的不同分辨率增强图案的同时检测到的参考光。

如上面所介绍的，本文公开的分辨率增强技术可以适用于其中来自被检测对象的光通过能够连续地显示一系列分辨率增强图案的光阀的任何图像检测系统。作为非限制示例，图8显示包括检测器38’的图像检测系统128，其中所述检测器被配置成在来自对象40’的光通过光阀22’之后检测该光。图像检测系统128包括控制器16’，该控制器操作耦合到光阀22’并且被配置成在来自对象40’的光通过光阀22’的同时使得光阀22’连续地显示一系列分辨率增强图案。

如上所讨论的，光阀可以在保留在本公开内容的范围之内的同时不同地进行配置。在一些实施例中，光阀22’可以采取液晶显示器的形式。在其他实施例中，光阀22’可以采取电湿润显示器或者其他适当光阀的形式。检测器38’可以包括电荷耦合器件（CCD）图像传感器、互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器或者另一适当的图像传感器。控制器16’可以是能够使得光阀22’连续地显示一系列分辨率增强图案的任何适当设备（例如，图9的计算系统10’）。

如本文所描述的，上面描述的方法和处理可以被束缚到计算系统10’。图9示意性地显示可以执行上面描述的方法和处理中的一个或多个的计算系统10’的框图。计算系统10’包括可以协作地用作图1的控制器16的逻辑子系统130和数据保持子系统132。计算系统10’也可以包括光学系统14，如上所述。

逻辑子系统130可以包括被配置成执行一个或多个指令的一个或多个物理设备。例如，该逻辑子系统可以被配置成执行一个或多个指令，所述指令是一个或多个程序、例程、对象、组件、数据结构或者其他逻辑构造的一部分。这样的指令可以被实施，以执行任务、实现数据类型、变换一个或多个设备的状态或者以其他方式达到希望的结果。该逻辑子系统可以包括被配置成执行软件指令的一个或多个处理器。另外或者作为选择，该逻辑子系统可以包括被配置成执行硬件或固件指令的一个或多个硬件或固件逻辑机器。该逻辑子系统可以选择地包括在一些实施例中可以远程定位的遍及两个或更多设备分布的个别组件。

数据保持子系统132可以包括一个或多个物理的非暂时性设备，这些设备被配置成保持可由逻辑子系统执行以实现本文描述的方法和处理的数据和/或指令。在实现这样的方法和处理时，可以变换数据保持子系统132的状态（例如，以保持不同的数据）。数据保持子系统132可以包括可移动媒体和/或内置设备。特别地，数据保持子系统132可以包括光学存储设备、半导体存储设备和/或磁性存储设备。数据保持子系统132可以包括具有一个或多个以下特性的设备：易失性，非易失性，动态，静态，读/写，只读，随机存取，顺序访问，位置可寻址，文件可寻址，和内容可寻址。在一些实施例中，逻辑子系统130和数据保持子系统132可以被集成到诸如专用集成电路或片上系统之类的一个或多个常见设备中。

图9也显示计算机可读可移动媒体134形式的数据保持子系统的方面，其可以用于存储和/或传送可执行以实现本文描述的方法和处理的数据和/或指令。

将理解的是，本文描述的配置和/或方法本质上是示例性的，并且这些特定实施例或示例不应在限制性意义上进行考虑，因为许多的变型是有可能的。本文描述的特定例程或方法可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个。因此，所举例说明的各个动作可以以所示的顺序、以其他的顺序、并行地执行，或者在一些情况下被省略。同样，可以改变上面描述的处理的顺序。

本公开内容的主题包括本文公开的各种处理、系统和配置以及其他特征、功能、动作和/或特性及其任何和所有等效物的所有新颖的且非显而易见的组合和子组合。

Claims (14)

1.一种图像检测系统，包括：

光阀（22’）；

检测器（38’），其被定位成检测通过所述光阀从对象（40’）传播的光；以及

控制器（16’），其被配置成使得所述光阀连续地显示一系列分辨率增强图案，以便连续地阻挡来自所述对象的不同部分的光，并集成在连续显示所述分辨率增强图案期间在不同时间利用所述检测器检测到的光。

2.权利要求1的图像检测系统，其中所述光阀是液晶显示器。

3.权利要求1的图像检测系统，进一步包括一个或多个红外发射器，所述发射器被配置成在所述光阀连续地显示所述一系列分辨率增强图案的同时产生将从所述对象中并通过所述光阀反射的一个或多个波段的参考光。

4.权利要求1的图像检测系统，其中所述分辨率增强图案包括N个像素组的空间重复块，并且其中对于N个连续帧，所述块中的不同像素组打开，以允许光从所述对象传播到所述检测器，而所述块中的所有其他像素组关闭，以阻挡光从所述对象传播到所述检测器。

5.权利要求4的图像检测系统，其中所述控制器集成在N个连续帧期间利用所述检测器检测到的光。

6.权利要求1的图像检测系统，进一步包括显示表面以及光学地介于所述显示表面与所述检测器之间的楔形光导。

7.权利要求6的图像检测系统，其中所述光阀被配置成将图像光调制到被提供给所述显示表面的视觉显示图像中。

8.权利要求6的图像检测系统，其中所述控制器进一步被配置成确定所述对象所在的显示表面上的对象区域。

9.权利要求8的图像检测系统，其中所述控制器被配置成使得所述光阀将所述一系列分辨率增强图案的连续显示局限于所述对象区域。

10.权利要求6的图像检测系统，其中所述楔形光导包括面对所述显示表面的正面、背对所述显示表面的背面、较薄侧和较厚侧，所述较厚侧具有小平面阵列；以及其中在所述显示表面上从所述对象反射的光通过所述楔形光导的正面传播到所述楔形光导中并且在离开所述楔形光导的较薄侧而传播到所述检测器之前反射离开所述小平面阵列。

11.一种在触敏显示器中增强输入成像分辨率的方法（120），所述触敏显示器包括楔形光导，所述楔形光导包括小平面阵列，所述方法包括：

利用在对象与所述楔形光导之间显示的一系列分辨率增强图案，连续地阻挡（122）从所述对象的不同部分反射的参考光；

检测（124）利用所述一系列分辨率增强图案过滤的、穿过所述楔形光导并且反射离开所述楔形光导内的小平面阵列的参考光；和

集成（126）在所述对象与所述楔形光导之间显示所述一系列分辨率增强图案之中不同的分辨率增强图案的同时检测到的参考光。

12.权利要求11的方法，进一步包括：通过光阀将图像光调制到被提供给所述触敏显示器的显示表面的视觉显示图像中。

13.权利要求11的方法，进一步包括：在将参考光反射离开所述楔形光导内的小平面阵列之前，在所述楔形光导的正面上接收在所述触敏显示器的显示表面上从所述对象反射的参考光。

14.权利要求11的方法，进一步包括：确定在所述对象所在的触敏显示器的显示表面上的对象区域，并将利用所述一系列分辨率增强图案对参考光的连续阻挡局限于所述对象区域。

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