CN103838362B - 手势辨识装置及复合式光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手势辨识装置，其包括一基板、一发光元件、一影像传感器以及一处理单元。发光元件适于根据一第一频率讯号而提供一光束。影像传感器设置于基板上并适于根据一第二频率讯号而接收一物体移动时所反射发光元件的光束，以产生一物体影像。处理单元设置于基板上并适于辨识影像传感器所感测的物体影像而提供一命令讯号。第一频率讯号与第二频率讯号有一特定的周期相关性。本发明亦提供一种复合式光学装置。

Description

手势辨识装置及复合式光学装置

技术领域

本发明涉及一种辨识装置及光学装置，且特别是有关于一种手势辨识装置及复合式光学装置。

背景技术

现有用于智能型手机、一般手持装置或显示装置上关于电话号码或应用程序选单的选取方式，通常是根据触控屏幕上显示图案进行目标物的直接触碰选取与确认，或者是利用输入装置进行选取或输入。

举例来说，在桌上型计算机或平板计算机上则是根据键盘、鼠标、或触控版进行选取与确认。而在现行一般手机上，则可通过近接式传感器(proximity sensor)进行非接触式感测，如手机靠近头部接听电话时，手机屏幕会关闭。然而目前现行近接感测装置、环境光侦测装置以及手势辨识装置通常都是各自形成模块后再设置于一电子装置中(如手机)，因此整体体积便无法有效地被缩小。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种手势辨识装置，其减少外部处理器的处理时间及降低输入输出(input/output,IO)讯号的转换，从而可节省电力的消耗。

本发明的另一目的在于，提出一种复合式光学装置，其整合多个光学感测元件于一模块中，而可具有复合式光学感测机制外，同时具有体积较小的优点。

本发明的其它目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述之一或部分或全部目的或是其它目的，本发明的一实施例提出一种手势辨识装置，其包括一基板、一发光元件、一影像传感器以及一处理单元。发光元件适于根据一第一频率讯号而提供一光束。影像传感器设置于基板上并适于根据一第二频率讯号而接收一物体移动时所反射发光元件的光束，以产生一物体影像。处理单元设置于基板上并适于辨识影像传感器所感测的物体影像而提供一命令讯号。第一频率讯号与第二频率讯号有一特定的周期相关性。

在本发明的一实施例中，影像传感器适于提供一同步讯号，以使第一频率讯号与第二频率讯号具有特定的周期相关性。

在本发明的一实施例中，发光元件设置于基板上。

在本发明的一实施例中，第一频率讯号与第二频率讯号属于同一相同的周期频率。在本发明的一实施例中，第二频率讯号为第一频率讯号的整数倍。

本发明的另一实施例提出一种复合式光学装置，其包括一发光元件、一影像传感器、一光传感器以及一处理单元。发光元件适于提供一不可见光束。影像传感器适于接收一物体移动或靠近时所反射发光元件所提供的不可见光束，以产生一第一影像讯号。光传感器适于侦测一可见光束，以提供一第二影像讯号。处理单元适于处理第一影像讯号或第二影像讯号而分别输出一第一命令讯号或一第二命令讯号。

在本发明的一实施例中，第一命令讯号包括一手势命令讯号或一近接感测讯号。

在本发明的一实施例中，第二命令讯号包括一环境光感测讯号。

在本发明的一实施例中，发光元件、影像传感器、光传感器以及处理单元至少其二设置于一基板上。

在本发明的一实施例中，影像传感器适于提供一同步讯号，以使影像传感器的一曝光频率讯号与发光元件的一开启频率讯号具有一特定的周期相关性。

本发明的又一实施例提出一种复合式光学装置，其包括一发光元件、一不可见光传感器、一影像传感器以及一处理单元。发光元件适于提供一不可见光束。不可见光传感器适于接收一物体靠近时所反射发光元件所提供的不可见光束，以产生一第一影像讯号。影像传感器适于接收物体移动时所反射发光元件所提供的不可见光束，以产生一第二影像讯号。处理单元适于处理第一影像讯号或第二影像讯号而分别输出一第一命令讯号或一第二命令讯号。

在本发明的一实施例中，处理单元适于根据第一命令讯号而提供一启动讯号，以启动影像传感器的一曝光频率讯号。

在本发明的一实施例中，影像传感器的一曝光频率讯号与发光元件的一开启频率讯号具有一特定的周期相关性。

在本发明的一实施例中，第一命令讯号包括一近接感测讯号。

在本发明的一实施例中，第二命令讯号包括一手势命令讯号。

在本发明的一实施例中，复合式光学装置更包括一可见光传感器，适于侦测一可见光束，以提供一第三影像讯号。在本发明的一实施例中，处理单元适于处理第三影像讯号而输出一第三命令讯号。在本发明的一实施例中，第三命令讯号包括一环境光感测讯号。

在本发明的一实施例中，发光元件、影像传感器、不可见光传感器以及处理单元至少其二设置于一基板上。

基于上述，本发明的手势辨识装置及复合式光学装置至少具有下列优点。由于手势辨识装置及复合式光学装置中至少会有两种元件整合于同一模块内，如此便可直接地输出具有对应的控制命令，而可减少外部处理器的处理时间外，亦可降低输入输出(input/output,IO)讯号的转换，而可节省电力的消耗。此外，本发明的手势辨识装置及复合式光学装置采用上述架构亦可有效地缩小模块的体积及尺寸。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1A为本发明一实施例的手势辨识装置的示意图；

图1B分别绘示控制图1A的影像传感器及发光元件的频率的示意图；

图2为本发明另一实施例的复合式光学装置的示意图；

图3为本发明又一实施例的复合式光学装置的示意图；

图4为本发明又一实施例的复合式光学装置的示意图。

图中符号说明

100 手势辨识装置

110、250、350 基板

120、210、310 发光元件

130 影像传感器

140、240、340 处理单元

TL1 第一频率讯号

L1 光束

TL2 第二频率讯号

200、300、400 复合式光学装置

220、330 影像传感器

230 光传感器

320 不可见光传感器

410 可见光传感器

L1 不可见光束

IM1 第一影像讯号

C1 第一命令讯号

L2 可见光束

IM2 第二影像讯号

SYN1 同步讯号

IM21 第一影像讯号

IM22 第二影像讯号

C21 第一命令讯号

C22 第二命令讯号

GS1 手势侦测单元

C32 第三命令讯号

IM3 第三影像讯号

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

为1A为本发明一实施例的手势辨识装置的示意图，而图1B分别绘示控制图1A的影像传感器及发光元件的频率的示意图。请先参考图1A，本实施例的手势辨识装置100包括一基板110、一发光元件120、一影像传感器130以及一处理单元140。发光元件120可配置于基板110上并适于根据一第一频率讯号TL1而提供一光束L1。在本实施例中，发光元件120可以是采用发光二极管，且为了使得手势辨识装置100具有较佳的感测效果及较快速的辨识速率，发光元件120可以是使用可提供不可见光的发光二极管，其中光束L1可以是红外光或紫外光，本实施例以红外光作为举例说明，但不限于此，此部分可视使用者的需求而略为调整。另外，上述的基板110可以为一般硬质电路板、软性电路板或是导线架，而发光元件120配置于基板110的方式可采用表面黏着(SMT)的方式、打线接合(wire bonding)的方式或是其它适当的方式。

请继续参考图1A，影像传感器130设置于基板110上并适于根据一第二频率讯号TL2而接收一物体(如：手部)移动时所反射发光元件120的光束L1，以产生一物体影像。具体来说，影像传感器130可依据发光元件120所提供的波长范围而定，亦即发光元件120若是采用红外光发光二极管时，影像传感器130便会使用红外光影像传感器。于一实施例中，发光元件120也可以是选用可见光的波长，此时，影像传感器130便可采用可侦测可见光波长的影像传感器。在本实施例中，影像传感器130可以是CMOS影像传感器或是CCD影像传感器，其中本实施例以CMOS影像传感器作为实施范例。

需要说明的是，上述的第一频率讯号TL1与第二频率讯号TL2有一特定的周期相关性，如图1B所示。举例来说，第二频率讯号TL2可为第一频率讯号TL1的整数倍，也就是说，发光元件120的发光时间可为每单位时间开启一次，而影像传感器130的曝光时间则可为每单位时间曝光两次，如此便可使得影像传感器130在不同时间下分别获得一张有打光的影像与另一张未打光的影像，其中通过处理单元140处理有打光的影像与未打光的影像，可滤除背景的杂讯，而可获得较佳的手势辨识表现。于一实施例中，第一频率讯号TL1与第二频率讯号TL2亦可属于同一相同的周期频率，也就是说，影像传感器130可仅撷取有打光的影像，而处理单元140亦可仅处理有打光的影像，而直接获得手势辨识信息。特别的是，影像传感器130可适于提供一同步讯号SYN1至发光元件120，以使具有特定的周期相关性的第一频率讯号TL1与第二频率讯号TL2同步，如此除了可避免发光元件120随时处于开启状态而浪费电力外，亦可使得影像传感器130较精准地可感测到有打光的影像。

请继续参考图1A，处理单元140设置于基板110上并适于辨识影像传感器130所感测的物体影像而提供一命令讯号C1。具体而言，处理单元140可为一数字讯号处理单元(Digital signal processor,DSP)，其中处理单元140可接收并处理影像传感器130所感测的物体影像，以判断物体移动的信息(如：向上手势、向下手势、向左手势、向右手势、向前手势、向后手势或旋转手势)，从而输出对应的控制命令C1至一电子装置(未绘示)，以控制电子装置的动作。

另一需要说明的是，由于本实施例的影像传感器130与处理单元140可整合于同一模块内(如：二者皆配置于前述的基板110上)，如此便可直接地输出具有对应的手势的控制命令C1，而可减少外部处理器的处理时间外，亦可降低输入输出(input/output,IO)讯号的转换，而可节省电力的消耗。举例来说，若影像传感器130所传送的整张影像为VGA影像(如：640X480Bytes)，则输出数据量便为640X480Bytes，然而，本实施例的处理单元140可直接处理整张影像后再输出控制命令C1，其中输出控制命令C1的数据量仅为1Bytes，换言之，采用本实施例的架构至少可以减少30万倍的IO电力外，亦可减少IO元件的数量，而可有效地缩小模块的体积及尺寸。

图2为本发明另一实施例的复合式光学装置的示意图。请参考图2，本实施例的复合式光学装置200包括一发光元件210、一影像传感器220、一光传感器230以及一处理单元240。在本实施例中，发光元件210例如是采用上述提及的发光元件120，因此发光元件210适于提供一不可见光束L1。另外，为了可侦测被物体（如：手）所反射的不可见光束L1，影像传感器220可以是采用可侦测不可见光的影像传感器，意即本实施例的影像传感器220适于接收物体移动或靠近时所反射发光元件210所提供的不可见光束L1，以产生一第一影像讯号IM1。

具体而言，影像传感器220可以用来作为侦测前述手势判断之用，或者是用来当作近接式传感器之用。详细来说，当一物体(如：使用者的手部或脸部或是通过身体所移动的物体)逐渐靠近复合式光学装置200时，影像传感器220便会侦测到物体影像逐渐变亮以及变大，此时，复合式光学装置200便可利用影像传感器220作为近接式感应器之用。当然，于一实施例中，当复合式光学装置200感测到物体接近时，亦可切换成前述所提及的手势侦测模式，意即，可利用影像传感器220所撷取的影像，通过处理单元240进行手势判断而输出一第一命令讯号C1。在本实施例中，第一命令讯号C1可根据处理单元240的判断以及复合式光学装置200所使用的模式(如：手势判断模式或近接感测模式)而可为一手势命令讯号或一近接感测讯号。

请继续参考图2，本实施例的光传感器230适于侦测一可见光束L2，以提供一第二影像讯号IM2。具体来说，光传感器230例如是采用传统的环境光传感器，其可为单一画素或是多个画素。详细来说，当环境光改变时(如：变暗或变亮时)，光传感器230便可侦测周围环境光线的强度，而产生第二影像讯号IM2至处理单元240，此时，处理单元240便会针对所接收的第二影像讯号IM2进行处理而产生一第二命令讯号C2，意即，第二命令讯号C2例如是一环境光感测讯号。

另外，处理单元240例如是采用前述提及的处理单元140，也就是说，处理单元240可接收并处理前述的第一影像讯号IM1或第二影像讯号IM2，从而可分别输出前述的第一命令讯号C1或前述的第二命令讯号C2至一电子装置(未绘示)，以控制电子装置的动作。

在本实施例中，发光元件210、影像传感器220、光传感器230以及处理单元240至少其二可设置于同一基板250上。类似地，若上述的影像传感器230、光传感器230与处理单元240可整合于同一模块内(如：至少二者皆配置于同一基板250时)，如此便可直接地分别输出具有对应的手势的控制命令C1或近接式感测的控制命令C2，而可减少外部处理器的处理时间外，亦可降低输入输出(input/output,IO)讯号的转换，而可节省电力的消耗。同样地，若影像传感器220所传送的整张影像为VGA影像(如：640X480Bytes)，则输出数据量便为640X480Bytes，然而，本实施例的处理单元240可直接处理整张影像后再输出控制命令C1或C2，其中输出控制命令C1、C2的数据量仅为1Bytes，换言之，采用本实施例的架构同样地可减少至少30万倍的IO电力外，亦可减少IO元件的数量，而可有效地缩小模块的体积及尺寸。

值得一提的是，本实施例的影像传感器220亦可提供一同步讯号SYN1至发光元件210，以避免发光元件210随时处于开启状态而浪费电力外，亦可使得影像传感器220较精准地可感测到有打光的影像。

图3为本发明又一实施例的复合式光学装置的示意图。请参考图3，本实施例的复合式光学装置300与前述的复合式光学装置200类似，二者不同处在于：本实施例的复合式光学装置300是利用两个不同类型的传感器各自进行手势判断之用以及近接感测之用。详细来说，本实施例的复合式光学装置300包括一发光元件310、一不可见光传感器320、一影像传感器330以及一处理单元340。发光元件310例如是前述的发光元件120、210，在此便不再赘述。另外，不可见光传感器320适于接收一物体（如：使用者的手部）靠近时所反射发光元件310所提供的不可见光束L1，以产生一第一影像讯号IM21，其中处理单元340会处理第一影像讯号IM21并判断是否有物体接近而产生一第一命令讯号C21。意即，在复合式光学装置300中，发光元件310与不可见光传感器320可构成一近接式感测单元PS1，以作为判断物体是否靠近之用。

另外，影像传感器330可以是采用前述的影像传感器130，因此影像传感器330可接收物体移动时所反射发光元件310所提供的不可见光束L1，以产生一第二影像讯号IM22，其中处理单元340会处理第二影像讯号IM22并判断物体是否进行一手势轨迹而产生一第二命令讯号C22。意即，在复合式光学装置300中，发光元件310与影像传感器330可构成一手势侦测单元GS1，以作为判断物体的移动轨迹是否为一手势运动之用。在本实施例中，处理单元340例如采用前述的提及的处理单元140、240，在此便不再赘述。值得一提的是，处理单元340亦可根据第一命令讯号C21而提供一启动讯号，以启动影像传感器330的一曝光频率讯号。简单来说，为了节省复合式光学装置300所耗用的电量，可通过发光元件310与不可见光传感器320来侦测是否有物体靠近，若有物体靠近时，处理单元340便可启动影像传感器330，以进行手势感测。特别的是，近接式感测单元PS1与手势侦测单元GS1可共享同一个发光元件310。

类似地，影像传感器340的一曝光频率讯号与发光元件310的一开启频率讯号亦可具有一特定的周期相关性，而可具有上述的优点，在此便不再赘述。同样地，于复合式光学装置300中，发光元件310、影像传感器330、不可见光传感器320以及处理单元340至少其二设置于一基板350上，而可有效地减少IO电力、IO元件的数量以及缩小模块的体积及尺寸，其原因如前述的说明，在此便不再赘述。

图4为本发明又一实施例的复合式光学装置的示意图。请同时参考图3与图4，本实施例的复合式光学装置400与前述的复合式光学装置300类似，二者不同处在于：本实施例的复合式光学装置400更包括一可见光传感器410，可见光传感器410适于侦测一可见光束，以提供一第三影像讯号IM3，其中处理单元340适于处理第三影像讯号IM31而输出一第三命令讯号C32。在本实施例中，可见光传感器410例如是采用前述提及的光传感器230，因此，第三命令讯号C32便为前述的环境光感测讯号，细节之处可参考前述，在此不再赘言。需要说明的是，处理单元340可依据第三命令讯号C32而可选择性地调整影像传感器330、不可见光传感器320或发光元件310的动作。举例来说，由于可见光传感器410主要是来侦测环境光的变化，因此若环境光若变暗时，发光元件310的光强度便可调低，以节省电力，或者是调低影像传感器330或不可见光传感器320的图框率(frame rate)，以提高处理单元340的处理速度。

值得一提的是，上述光传感器与影像传感器本身亦可同时整合有数字讯号处理电路(DSP)，而将处理后的讯号传递至上述的处理单元，此时由光传感器与影像传感器所产生的被处理讯号可以是前述的影像讯号或是命令讯号，其中上述处理单元便可以是控制单元(MCU)或者是数字讯号处理电路(DSP)，上述仅为举例说明，但本发明并不限于此。

基于上述，本发明的手势辨识装置及复合式光学装置至少具有下列优点。由于手势辨识装置及复合式光学装置中至少会有两种元件整合于同一模块内，如此便可直接地输出具有对应的控制命令，而可减少外部处理器的处理时间外，亦可降低输入输出(input/output,IO)讯号的转换，而可节省电力的消耗。此外，本发明的手势辨识装置及复合式光学装置由于采用前述架构，因此除了具有复合式光学感测机制外同时可有效地缩小模块的体积及尺寸。

只是以上所述，仅为本发明的较佳实施例，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求书及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims (12)

1.一种复合式光学装置，其特征在于，包括：

一发光元件，适于提供一不可见光束；

一影像传感器，适于接收一物体移动或靠近时所反射该发光元件所提供的该不可见光束，以产生一第一影像讯号；

一光传感器，适于侦测一可见光束，以提供一第二影像讯号；以及

一处理单元，适于处理该第一影像讯号而输出一第一命令讯号，且适于处理该第二影像讯号而输出一第二命令讯号；

其中，该影像传感器、该光传感器以及该处理单元至少其二设置于一基板上，由此，该影像传感器、该光传感器以及该处理单元整合为单一模块；

由此，该处理单元所输出的该第一命令讯号的数据量小于该第一影像讯号的数据量，且，该处理单元所输出的该第二命令讯号的数据量小于该第二影像讯号的数据量。

2.如权利要求1所述的复合式光学装置，其中，该第一命令讯号包括一手势命令讯号或一近接感测讯号。

3.如权利要求1所述的复合式光学装置，其中，该第二命令讯号包括一环境光感测讯号。

4.如权利要求1所述的复合式光学装置，其中，该影像传感器适于提供一同步讯号，以使该影像传感器的一曝光频率讯号与该发光元件的一开启频率讯号具有一特定的周期相关性。

5.一种复合式光学装置，其特征在于，包括：

一发光元件，适于提供一不可见光束；

一不可见光传感器，适于接收一物体靠近时所反射该发光元件所提供的该不可见光束，以产生一第一影像讯号；

一影像传感器，适于接收该物体移动时所反射该发光元件所提供的该不可见光束，以产生一第二影像讯号；以及

一处理单元，适于处理该第一影像讯号而输出一第一命令讯号，且适于处理该第二影像讯号而输出一第二命令讯号；

其中，该影像传感器、该不可见光传感器以及该处理单元至少其二设置于一基板上，由此，该影像传感器、该不可见光传感器以及该处理单元整合为单一模块；

由此，该处理单元所输出的该第一命令讯号的数据量小于该第一影像讯号的数据量，且，该处理单元所输出的该第二命令讯号的数据量小于该第二影像讯号的数据量。

6.如权利要求5所述的复合式光学装置，其中，该处理单元适于根据该第一命令讯号而提供一启动讯号，以启动该影像传感器的一曝光频率讯号。

7.如权利要求5所述的复合式光学装置，其中，该影像传感器的一曝光频率讯号与该发光元件的一开启频率讯号具有一特定的周期相关性。

8.如权利要求5所述的复合式光学装置，其中，该第一命令讯号包括一近接感测讯号。

9.如权利要求5所述的复合式光学装置，其中，该第二命令讯号包括一手势命令讯号。

10.如权利要求5所述的复合式光学装置，其中，还包括：

一可见光传感器，适于侦测一可见光束，以提供一第三影像讯号。

11.如权利要求10所述的复合式光学装置，其中，该处理单元适于处理该第三影像讯号而输出一第三命令讯号。

12.如权利要求11所述的复合式光学装置，其中，该第三命令讯号包括一环境光感测讯号。