CN103389811B - 光学导航装置及其轨迹平滑化方法 - Google Patents

Abstract

一种光学导航装置，包含影像感测器、处理单元、存储单元及输出单元。该影像感测器用以连续获取影像。该处理单元用以根据该影像计算当前位移量，比较该当前位移量或累积位移量与门槛值，以决定输出位移量。该存储单元用以存储该累积位移量。该输出单元以一报告率输出该输出位移量。

Description

光学导航装置及其轨迹平滑化方法

技术领域

本发明涉及一种人机介面装置，特别涉及一种可提升轨迹平滑度的光学导航装置及其轨迹平滑化方法。

背景技术

传统上，光学鼠标是用作与具有显示屏的电脑系统互动的周边设备之一。光学鼠标通常具有光源、影像感测器及处理单元。该光源投射光至工作表面。该影像感测器接收来自该工作表面的反射光并连续输出影像图框。该处理单元则根据该影像图框计算该光学鼠标相对该工作表面的位移量，并依据一报告率(report rate)将该位移量输出至电脑系统以进行相对应控制。

然而，由于该影像感测器所截取的影像图框中会存在噪声，其会反映在该处理单元所计算出的该位移量中。虽然当该位移量相对噪声所造成的位置偏移较大时，该位置偏移并不会明显影响该位移量；然而，当该位移量很小而大致相等于或仅略大于该位置偏移时，则会导致轨迹出现锯齿状的情形。

例如参照图1所示，其显示普通光学鼠标的输出轨迹的示意图，其中假设该光学鼠标以每秒125次的报告率输出所检测的位移量。此时例如使用者是沿着X方向慢速移动该光学鼠标；当不存在噪声时，光学鼠标可输出直线轨迹，如虚线所示；然而当存在噪声时，例如于16及56毫秒时存在+Δy的噪声而于24及48毫秒时存在-Δy的噪声，此时该光学鼠标则输出呈锯齿状的轨迹。此锯齿状轨迹在细微操作时则会明显影响使用者的操作。

有鉴于此，本发明还提出一种光学导航装置及其轨迹平滑化方法，其可有效消除或大幅降低上述普通光学鼠标输出锯齿状轨迹的情形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学导航装置及其轨迹平滑化方法，其在累积位移量未超出位移门槛值或累积参数未超出预设累积值时输出零位移，以便消除噪声干扰。

本发明提供一种光学导航装置，包含影像感测器、处理单元、存储单元及输出单元。该影像感测器用以连续获取影像。该处理单元用以根据该影像计算当前位移量，比较该当前位移量或累积位移量与门槛值，以决定输出位移量。该存储单元用以存储该累积位移量。该输出单元以一报告率输出该输出位移量。

本发明还提供一种光学导航装置的轨迹平滑化方法，包含下列步骤：利用影像感测器连续获取影像；利用处理单元根据该影像计算当前位移量；以及利用该处理单元比较该当前位移量与门槛值，以决定输出或累积该当前位移量。

本发明还提供一种光学导航装置的轨迹平滑化方法，包含下列步骤：利用影像感测器连续获取影像；利用处理单元根据该影像计算当前位移量；利用该处理单元比较该当前位移量与门槛值；当该当前位移量大于等于该门槛值时，输出该当前位移量；以及当该当前位移量小于该门槛值时，累积该当前位移量至累积位移量并输出零位移。

本发明的光学导航装置及其轨迹平滑化方法中，当计数单元计数的累积参数大于等于预设累积值时，输出该累积位移量或该累积位移量的平均位移量，以避免累积过长时间的位移量。

本发明的光学导航装置及其轨迹平滑化方法中，当该当前位移量小于该门槛值时，该处理单元可将所求得的下一个当前位移量直接累积至该累积位移量，而不比较该下一个当前位移量与该门槛值。当该累积位移量大于等于该门槛值时，一次输出该累积位移量或分次输出该累积位移量的平均位移量；其中，输出该平均位移量的输出次数取决于该累积参数，例如包括累积该当前位移量的累积个数或累积该当前位移量的累积时间。当该累积位移量小于该门槛值时，输出零位移。

附图说明

图1显示光学滑鼠的输出轨迹的示意图。

图2A显示本发明实施例的光学导航装置的示意图。

图2B显示本发明实施例的光学导航装置的框图。

图3显示本发明实施例的光学导航装置的轨迹平滑化方法的流程图。

图4显示本发明实施例的光学导航装置的轨迹平滑化方法的运作示意图。

主要元件符号说明

1 光学导航装置 10 壳体

11 光源 12 影像感测器

13 处理单元 14 输出单元

15 计数单元 16 存储单元

17 光源控制单元 9 电子装置

S 工作表面 H 开口

S₁₁~S₁₉ 步骤 ΔD 位移量

∑ΔD 累积位移量 Ave ∑ΔD平均位移量

C 累积参数 TH 门槛值

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，作如下详细说明。在本发明的说明中，相同的构件是以相同的符号表示，在此提前说明。

请参照图2A及2B所示，图2A显示本发明实施例的光学导航装置的示意图；图2B显示本发明实施例的光学导航装置的框图。

光学导航装置1包括壳体10、光源11、影像感测器12、处理单元13、输出单元14、计数单元15及存储单元16。实施例中，该光学导航装置1可另包含光源控制单元17用以控制该光源11的点亮及熄灭，且该光源控制单元17可包含于该处理单元13内或独立于其外。该光学导航装置1用以放置在工作表面S供使用者操控。

该壳体10的底面具有开口H。该光源11例如可为发光二极体、雷射二极体或其他主动光源，较佳用以发出红光或不可见光并透过该开口H照明该工作表面S。

该影像感测器12例如可为CCD影像感测器、CMOS影像感测器或其他可感测光能量的感测器，其以取样频率透过该开口H接收来自该工作表面S的反射光，用以连续获取并输出影像。

该处理单元13例如可为数位处理器(DSP)，接收传送自该影像感测器12的该影像后，根据该影像计算当前位移量，比较该当前位移量或累积位移量与门槛值，以决定并输出输出位移量。实施例中，当该处理单元13判定该当前位移量大于等于该门槛值，则控制该输出单元14输出该当前位移量；即，该输出位移量为该当前位移量。当该处理单元13判定该当前位移量小于该门槛值，累积该当前位移量至该累积位移量并存储于该存储单元16中，同时控制该输出单元14输出零位移(即该输出位移量为0)，并直接累积下一个当前位移量至该累积位移量；此时，该处理单元13可比较或不比较该下一个当前位移量与该门槛值。接着，当该处理单元13判定该累积位移量大于等于该门槛值或判定累积参数大于等于预设累积值(详述于后)，则另计算该累积位移量的平均位移量，并控制该输出单元14一次输出该累积位移量或分次输出该平均位移量；即，该输出位移量为该累积位移量或该平均位移量。必须说明的是，当该处理单元13所输出者为该累积位移量时，则可无须计算该平均位移量。当该处理单元13判定该累积位移量小于该门槛值且该累积参数小于该预设累积值，该处理单元13控制该输出单元14输出零位移；即，该输出位移量为0。

该输出单元14以固定报告率(report rate)，例如120次/秒或125次/秒，利用有线或无线的方式输出该输出位移量至电子装置9，以进行相对应控制；其中，光学导航装置控制电子装置的方式已被熟知，例如利用光学鼠标控制游标或应用程式，所以这里不再赘述，本发明的精神在于如何平滑化光学导航装置1的输出位移量。此外，上述报告率的数值仅为例示性，并非用以限定本发明。

该计数单元15用以计数累积参数，例如计数所累积该当前位移量的累积个数或累积该当前位移量的累积时间，以避免累积该当前位移量的时间过长或次数过多而影响使用者的操作。因此，本实施例中，该处理单元13还可比较该累积参数与预设累积值，当判定该累积参数大于等于该预设累积值，则另计算该累积位移量的平均位移量，并控制该输出单元14一次输出该累积位移量或分次输出该平均位移量；其中，该输出单元14输出该平均位移量的输出次数决定于该累积参数，例如较佳等于该累积个数(举例详述于后)。如上所述，当该处理单元13输出值为该累积位移量时，则无须计算该平均位移量。

该存储单元16用以存储该门槛值、该累积位移量、该累积参数和/或该预设累积值等。

请参照图3所示，其显示本发明实施例的光学导航装置的轨迹平滑化方法的流程图，包含下列步骤：连续获取影像(步骤S₁₁)；根据该影像计算当前位移量ΔD(步骤S₁₂)；比较该当前位移量ΔD与门槛值TH(步骤S₁₃)；当该当前位移量ΔD大于等于该门槛值TH时，输出该当前位移量ΔD(步骤S₁₄)；当该当前位移量ΔD小于该门槛值TH时，累积该当前位移量ΔD至累积位移量∑ΔD、计数累积参数C及输出零位移(步骤S₁₅)；连续获取影像(步骤S₁₁′)；计算下一个当前位移量ΔD(步骤S₁₂′)；直接累积该下一个当前位移量ΔD至该累积位移量∑ΔD，并计数该累积参数C(步骤S₁₆)；比较该下一个当前位移量ΔD或该累积位移量∑ΔD与该门槛值TH，并比较该累积参数C与预设累积值N(步骤S₁₇)；当该累积位移量∑ΔD或该下一个当前位移量ΔD大于等于该门槛值TH，或该累积参数C大于等于该预设累积值N时，一次输出该累积位移量∑ΔD或分次输出该累积位移量的平均位移量Ave∑ΔD(步骤S₁₈)；当该累积位移量∑ΔD与该下一个当前位移量ΔD皆小于该门槛值TH，且该累积参数C小于该预设累积值N时，输出零位移(步骤S₁₉)。

请参照图3及4，接着说明本发明实施例的光学导航装置的轨迹平滑化方法的一种实施方式。

步骤S₁₁：利用影像感测器12以取样频率连续获取影像。此时，存储单元16所存储的累积位移量∑ΔD=0。

步骤S₁₂：例如在时间t₁时，处理单元13接收该影像并据以计算当前位移量ΔD。

步骤S₁₃：

处理单元13比较当前位移量ΔD与门槛值TH，以决定输出或累积当前位移量ΔD。

步骤S₁₄：

当当前位移量ΔD大于等于门槛值TH，处理单元13输出当前位移量ΔD至输出单元14，以透过输出单元14传送当前位移量ΔD至外部电子装置9，并回到步骤S₁₁以进行下一次的位移检测。

步骤S₁₅：

当当前位移量ΔD(例如第4图之ΔD₁)小于门槛值TH，处理单元13累积当前位移量ΔD₁至累积位移量∑ΔD(例如0+ΔD₁)并存储至存储单元16中；同时计数单元15计数累积参数C，例如可为所累积该当前位移量的累积个数(此时例如为1)或累积该当前位移量的累积时间(此时例如为8毫秒)，并存储至存储单元16中；同时处理单元13输出零位移至输出单元14以透过输出单元14传送该零位移至外部电子装置9，并进行下一次的位移检测。

接着，影像感测器12以该取样频率持续获取影像(步骤S₁₁′)；处理单元13接收该影像并据以计算下一个当前位移量ΔD(步骤S₁₂′)，例如图4中的ΔD₂。此时，存储单元16所存储的累积位移量∑ΔD可能不为零(例如此时为ΔD₁)。可以了解的是，步骤S₁₁与步骤S₁₁′是以相同影像感测器12获取影像；步骤S₁₂与步骤S₁₂′是以相同处理单元13计算当前位移量，而图3中为清楚显示运作流程而将其分开。

步骤S₁₆：

直接累积下一个当前位移量ΔD₂至累积位移量∑ΔD(例如ΔD₁+ΔD₂)。计数单元15则持续增加累积参数C。换句话说，当存储单元16中存储的累积位移量∑ΔD不为零，处理单元13求出当前位移量ΔD时，直接累积该当前位移量ΔD至累积位移量∑ΔD，而不先比较该当前位移量ΔD与门槛值TH后，才判断是否累积该当前位移量ΔD。

步骤S₁₇~S₁₈：

处理单元13比较累积位移量∑ΔD与门槛值TH和/或比较累积参数C与预设累积值N；当累积位移量∑ΔD大于等于门槛值TH和/或当累积参数C大于等于预设累积值N，处理单元13输出累积位移量∑ΔD或该累积位移量的平均位移量Ave∑ΔD，例如处理单元13可控制输出单元14一次输出累积位移量∑ΔD或分次输出该累积位移量的平均位移量Ave∑ΔD。其他实施例中，处理单元13亦可比较下一个当前位移量ΔD₂与门槛值TH，当该下一个当前位移量ΔD₂大于等于门槛值TH，处理单元13输出累积位移量∑ΔD或该累积位移量的平均位移量Ave∑ΔD。本实施例中，处理单元13是根据累积参数C决定输出平均位移量Ave∑ΔD的输出次数。

例如图4所示实施例中，假设当前位移量ΔD₄或累积位移量∑ΔD=ΔD₁+ΔD₂+ΔD₃+ΔD₄大于等于门槛值TH和/或时间t₄时累积参数C大于等于预设累积值N(例如N=4次或32毫秒)，处理单元13控制输出单元14在时间t₄一次输出累积位移量∑ΔD；或者，处理单元13控制输出单元14在时间t₄时仅输出该累积位移量的平均位移量Ave∑ΔD(例如Ave∑ΔD=∑ΔD/4)，并分别在时间t₅时输出(平均位移量Ave∑ΔD+当前位移量ΔD₅)，在时间t₆时输出(平均位移量Ave∑ΔD+当前位移量ΔD₆)，并在时间t₇时输出(平均位移量Ave∑ΔD+当前位移量ΔD₇)；更详细地说，处理单元13可根据累积参数C分次输出平均位移量Ave∑ΔD，且累积该当前位移量ΔD的累积个数可设定为平均位移量Ave∑ΔD的输出次数。换句话说，图4中，若处理单元13一次输出累积位移量∑ΔD时，在时间t₅时则重新回到步骤S₁₁；而当处理单元13分次输出平均位移量Ave∑ΔD时，在时间t₈时才重新回到步骤S₁₁。必须说明的是，分次输出平均位移量Ave∑ΔD时，在输出平均位移量Ave∑ΔD的期间，例如图4中的时间t₅~t₇则可不需进入图3的轨迹平滑化方法，而直接将所求得的当前位移量ΔD加上平均位移量Ave∑ΔD后再进行输出，待平均位移量Ave∑ΔD输出完后，例如图4中的时间t₈，才再度进入本发明实施例的轨迹平滑化方法。可以了解的是，分次输出平均位移量的次数并不限定等于该累积个数，亦可固定为固定次数或累积个数的倍数，并无特定限制。

步骤S₁₉：

当下一个当前位移量ΔD₂与累积位移量∑ΔD皆小于门槛值TH，且累积参数C小于预设累积值N，处理单元13输出零位移至输出单元14以透过输出单元14传送零位移至外部电子装置9，并回到步骤S₁₁′以计算下一个当前位移量，例如ΔD₃。接着，重复执行步骤S₁₆~S₁₉，直到当前位移量ΔD、累积位移量∑ΔD和/或累积参数C满足步骤S₁₇的条件(如前述)，才开始一次输出累积位移量∑ΔD或分次输出该累积位移量的平均位移量Ave∑ΔD。

必须说明的是，虽然图3的步骤S₁₇中显示可比较下一个当前位移量ΔD与门槛值TH或者比较累积位移量∑ΔD与门槛值TH，然而当下一个当前位移量ΔD大于等于门槛值TH时，累积位移量∑ΔD自然大于等于门槛值TH。因此，步骤S₁₇中，可仅比较累积位移量∑ΔD与门槛值TH即可，而不需另比较下一个当前位移量ΔD与门槛值TH。

综上所述，普通光学滑鼠在微小位移量时可能会输出锯齿状轨迹而影响操控正确性。本发明还提出一种光学导航装置(图2A及2B)及其轨迹平滑化方法(图3)，其在累积位移量未超出位移门槛值且累积参数未超出预设累积值时可输出零位移，直到该累积位移量超出该位移门槛值或者该累积参数超出该预设累积值才一次输出该累积位移量或分次输出该累积位移量的平均位移量，由于此时所输出的位移量相对噪声具有较大的值，因此可排除噪声对小位移操作的干扰。

虽然本发明已通过上述实施例所公开，但其并非用以限定本发明，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，可作各种更动与修改。因此本发明的保护范围当以后附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (13)

1.一种光学导航装置，包含：

影像感测器，用以连续获取影像；

处理单元，用以根据所述影像计算当前位移量，比较该当前位移量或累积位移量与门槛值，以决定输出位移量；

存储单元，用以存储所述累积位移量；

计数单元，用以计数累积参数；以及

输出单元，以一报告率输出所述输出位移量，

其中，当所述处理单元判定所述当前位移量小于所述门槛值时，累积所述当前位移量至所述累积位移量，且当所述处理单元判定所述累积位移量大于等于所述门槛值或判定所述累积参数大于等于预设累积值时，计算所述累积位移量的平均位移量，并控制所述输出单元分次输出所述平均位移量。

2.根据权利要求1所述的光学导航装置，其中当所述处理单元判定所述当前位移量大于等于所述门槛值时，控制所述输出单元输出所述当前位移量。

3.根据权利要求1所述的光学导航装置，其中所述输出单元输出所述平均位移量的输出次数决定于所述累积参数。

4.根据权利要求1所述的光学导航装置，其中当所述处理单元判定所述累积位移量小于所述门槛值且所述累积参数小于预设累积值时，所述处理单元控制所述输出单元输出零位移。

5.根据权利要求1所述的光学导航装置，其中当所述处理单元判定所述当前位移量小于所述门槛值时，所述处理单元直接累积下一个当前位移量至所述累积位移量。

6.一种光学导航装置的轨迹平滑化方法，包含下列步骤：

利用影像感测器连续获取影像；

利用处理单元根据所述影像计算当前位移量；

利用所述处理单元比较所述当前位移量与门槛值，以决定输出或累积所述当前位移量；以及

当所述当前位移量小于所述门槛值时，

累积所述当前位移量至累积位移量并利用计数单元计数累积参数；及

当所述累积参数大于等于预设累积值时，所述处理单元根据所述累积参数分次输出所述累积位移量的平均位移量。

7.根据权利要求6所述的轨迹平滑化方法，其中当所述当前位移量小于所述门槛值时，所述轨迹平滑化方法还包含下列步骤：

利用所述处理单元计算下一个当前位移量；

直接累积所述下一个当前位移量至所述累积位移量；

利用所述处理单元比较所述累积位移量与所述门槛值；以及

当所述累积位移量大于等于所述门槛值时，输出所述累积位移量。

8.根据权利要求7所述的轨迹平滑化方法，还包含下列步骤：

当所述累积位移量小于所述门槛值且所述累积参数小于预设累积值时，输出零位移。

9.根据权利要求6所述的轨迹平滑化方法，其中当所述当前位移量小于所述门槛值时，所述轨迹平滑化方法还包含下列步骤：

利用所述处理单元计算下一个当前位移量；

直接累积所述下一个当前位移量至所述累积位移量；

利用所述处理单元比较所述累积位移量与所述门槛值；以及

当所述累积位移量大于等于所述门槛值时，分次输出所述累积位移量的所述平均位移量。

10.根据权利要求6所述的轨迹平滑化方法，其中所述轨迹平滑化方法还包含下列步骤：

当所述当前位移量大于等于所述门槛值时，输出所述当前位移量。

11.一种光学导航装置的轨迹平滑化方法，包含下列步骤：

利用影像感测器连续获取影像；

利用处理单元根据所述影像计算当前位移量；

利用所述处理单元比较所述当前位移量与门槛值；

当所述当前位移量大于等于所述门槛值时，输出所述当前位移量；以及

当所述当前位移量小于所述门槛值时，

累积所述当前位移量至累积位移量并输出零位移；

利用计数单元计数累积参数；及

当所述累积参数大于等于预设累积值时，所述处理单元根据所述累积参数分次输出所述累积位移量的平均位移量。

12.根据权利要求11所述的轨迹平滑化方法，其中当所述当前位移量小于所述门槛值时，所述轨迹平滑化方法另包含下列步骤：

利用所述处理单元计算下一个当前位移量；

直接累积所述下一个当前位移量至所述累积位移量；

利用所述处理单元比较所述累积位移量与所述门槛值；以及

当所述累积位移量大于等于所述门槛值时，一次输出所述累积位移量或分次输出所述累积位移量的所述平均位移量。

13.根据权利要求12所述的轨迹平滑化方法，还包含下列步骤：

当所述累积位移量小于所述门槛值且所述累积参数小于预设累积值时，输出零位移。