CN103873786B - 影像调整方法以及使用这个影像调整方法的光学导航装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种影像调整方法，包含：(a)撷取现今影像；(b)计算该现今影像至少一种亮度信息；(c)对不同种类的该亮度信息，分别设定相对应的门坎值；以及(d)根据该亮度信息超过该门坎值的次数，决定是否对该现今影像施行对比度增强动作来产生调整后影像，并根据该亮度信息超过该门坎值的次数决定该对比度增强动作的比例。

Description

影像调整方法以及使用这个影像调整方法的光学导航装置

技术领域

本发明涉及一种影像调整方法以及使用这个影像调整方法的光学导航装置，特别有关一种根据影像的各种亮度信息执行对比度增强动作的影像调整方法以及使用这个影像调整方法的光学导航装置。

背景技术

光学导航装置(例如光学鼠标)会以影像传感器撷取连续的影像，然后以这些影像中的特征(如明暗度)计算出这个光学导航装置的位移。然而，被撷取的影像可能会受到某些因素的影响因而失焦或特征不明显，而影响到位移计算的正确性。

举例来说，影像传感器所设置的印刷电路板厚度须控制在一个定范围内，否则会让撷取的影像失焦。或者光学导航经过的表面没有什么明显的特征，因此会得到具有不明确特征的影像。

发明内容

因此，本发明的一个目的是公开一种影像调整方法，其通过影像的亮度信息决定是否要对影像进行对比度强化动作以及决定对比度强化动作的强度。

本发明的另一个目的是公开一种使用前述影像调整方法的光学导航装置，其通过影像的亮度信息决定是否要对影像进行对比度强化动作以及决定对比度强化动作的强度以提供容易判断的影像，以进行更精确的位移侦测动作。

本发明一个实施例公开了一种影像调整方法，包含：(a)撷取现今影像；(b)计算该现今影像至少一种亮度信息；(c)对不同种类的该亮度信息，分别设定相对应的门坎值；以及(d)根据该亮度信息超过该门坎值的次数，决定是否对该现今影像施行对比度增强动作来产生调整后影像，并根据该亮度信息超过该门坎值的次数决定该对比度增强动作的比例。

本发明另一个实施例公开了一种光学导航系统，包含：光源，用以投射光至物体；影像传感器，用以撷取该物体根据该光产生的现今影像；以及位移侦测模块，用以计算该现今影像至少一种亮度信息，并对不同种类的该亮度信息分别设定相对应的门坎值，也根据该亮度信息超过该门坎值的次数决定是否对该现今影像施行对比度增强动作来产生调整后影像；其中若该位移侦测模块有执行该对比度增强动作，则该位移侦测模块将该调整后影像作为判断该物体与该光学导航装置间是否有位移动作的依据，若无则该位移侦测模块将该现今影像作为判断该物体与该光学导航装置间是否有位移动作的依据。其中位移侦测模块根据亮度信息超过门坎值的次数决定对比度增强动作的比例

根据前述的实施例，可用各种亮度信息来决定是否调整影像，并可根据亮度信息或影像中的不明确特征来决定如何调整影像的对比度，藉这个可调整出更明确的影像，以降低现有技术中影像失焦或具有不明确特征的问题。而使用通过这些机制调整出的影像进行光学导航，可以获得更精确的位移侦测。

附图说明

图1绘示了根据本发明实施例的影像调整方法的示意图。

图2绘示了根据本发明实施例的影像调整方法的详细流程图。

图3绘示了根据本发明实施例的去梯度动作的示意图。

图4绘示了去梯度前的影像示意图。

图5绘示了去梯度后的影像示意图。

图6绘示了根据本发明实施例的光学导航装置的方块图。

其中，附图标记说明如下：

201-225 步骤

600 光学导航装置

601 光源

603 影像传感器

605 位移侦测模块

607 影像信号处理单元

609 影像信号分析单元

611 位移计算单元

613 控制单元

具体实施方式

图1绘示了根据本发明实施例的影像调整方法中的对比度增强动作示意图。然请留意这只是其中一种实施方式，并非用以限定本发明。如图1所示，会去计算出影像的平均亮度值avg，这个平均亮度值avg可以是前一影像的平均亮度值，也可以是现今影像的平均亮度值。然后，会计算现今影像的一个待调整像素的一个待调整像素亮度值和平均亮度值avg的亮度值差异，并根据亮度值差异来调整待调整像素。举例来说，待调整像素P₁与平均亮度值avg的亮度值差异是X，在一个实施例中会使调整后的待调整像素P₁’与平均亮度值avg的亮度值差异加倍，也就是使调整后的待调整像素P₁’的亮度值是2X。或者，待调整像素P₂与平均亮度值AV的亮度值差异是-0.5X，在一个实施例中会使调整后的待调整像素P₂’与平均亮度值AV的亮度值差异加倍，也就是使调整后的待调整像素P₂’的亮度值是-X。然请留意，调整后的待调整像素与平均亮度值AV的差异不一定是待调整像素与平均亮度值AV的差异的两倍，也可以是其它比例。而且，更可用影像的其它亮度信息来调整这个比例，并判断是否要执行对比度增强动作。

图2绘示了根据本发明实施例的影像调整方法的详细流程图，其包含了下列步骤。

步骤201

设定各种参数。这些参数包含了各种门坎值，之后求出的影像的亮度信息会和这些门坎值做比对，并据以判断是否需要做对比度增强动作或调整比例。

步骤203

撷取影像。

步骤205

计算现今影像的亮度信息，这些亮度信息可包含下列至少其一：影像平均亮度值、影像最大亮度值、影像最小亮度值、影像亮度区间(即影像最大亮度值与影像最小亮度值的差异)、影像中亮度大于一个最大亮度门坎值的像素数目、影像中亮度小于一个最小亮度门坎值的像素数目、以及影像中多个相邻像素的亮度差异的最大值。

步骤207

依据这些亮度信息与设定的门坎值的比对，判断是否需要做对比度增强动作。若是则到步骤209，若否则到步骤217。

判断的机制可包含一个判断机制或是多种判断机制，举例来说，可根据影像亮度平均值、影像最大亮度值以及影像最小亮度值其中至少其一的值来判断是否要进行对比度增强动作。此外，也可以根据影像亮度区间来判断，因为若亮度区间已足够大，则已经容易判断，因此不须再进行对比度增强动作。此外，也可根据影像中亮度大于最大亮度门坎值的像素数目或影像中亮度小于最小亮度门坎值的像素数目来判断是否需要做对比度增强动作，因为若大于最大亮度门坎值的像素数目或小于最小亮度门坎值的像素数目较多，则代表影像已过暗或过亮，即使做了对比度增强动作，特征也不会因此而变得明显。或者，可根据影像中多个相邻像素的亮度差异的最大值来判断是否需要做对比度增强动作，因为若相邻像素的亮度差异已相当明显，则影像已易于判断，不需要另外做对比度增强。

步骤209

步骤209会决定调整的比例，即步骤211中的K值。在一个实施例中，K的值由亮度信息超过门坎值的次数来决定，举例来说，在步骤221中计算现今影像中像素过暗的次数Cetup，若Cetup大于门坎值Upth且K尚未超过所设定的门坎值Kmax，则增加K。而在步骤223中计算现今影像中像素过亮的次数Cetdn，若Cetdn大于门坎值dnth且K不是0，则减少K，若两类次数均未超过门坎值，则进入步骤225维持K。步骤221和223的次序可互相对掉。然请留意，步骤221、223、225仅用以举例，当可用其它机制来设定K的值。

步骤211

进行对比度增强动作。

在一个实施例中，是以公式(1)来进行对比度增强动作，如下所示

P’＝P+(P-avg_cur)*K 公式(1)

其中P表示调整前的待调整像素亮度值、P’表示调整后的待调整像素亮度值，avg_cur表示现今影像的平均亮度值，K与亮度信息相关且是任一有理数。当K是1时，便可得到如图1所示的对比度增强动作。因此，公式(1)的动作可表示为包含下列步骤：计算现今影像的一个待调整像素的一个待调整像素亮度值(P)和平均亮度(avg_cur)的亮度值差异；以及根据亮度值差异、待调整像素亮度值以及亮度信息(用以决定K)来调整待调整像素。

而在另一个实施例中，可以公式(2)来进行对比度增强动作，如下所示

P’＝P+(P-avg_pre)*K 公式(2)

其中P表示调整前的待调整像素亮度值、P’表示调整后的待调整像素亮度值，avg_pre表示前一影像的平均亮度值，K与亮度信息相关且是任一有理数。当K是1时，便可得到如图1所示的对比度增强动作。因此，公式(2)的动作可表示为包含下列步骤：计算一个前一影像的一个平均亮度值；计算现今影像的一个待调整像素的一个待调整像素亮度值(P)和平均亮度(avg_pre)的亮度值差异；以及根据亮度值差异、待调整像素亮度值以及亮度信息(用以决定K)来调整待调整像素。

在一个实施例中，未执行对比度强化的影像，以及进行过对比度强化的影像，其亮度平均值会相同，但不限定。

步骤213

撷取对比度强化过后的影像(调整后影像)的特征。

步骤215

根据步骤213中撷取的影像中的特征，来判断是否可能需要进行对比度增强动作。举例来说，若不明确特征的数量仍然很多，则可能需要于下一张影像再进行对比度加强动作。若判断可能需要进行对比度增强动作，则回到步骤209，若判断可能不需要进行对比度增强动作，则到步骤217。

步骤217

依其它程序处理影像。举例来说，当使用在光学导航装置时，不做对比度增强动作而依正常程序撷取影像然后计算光学导航装置的位移。

综上所述，根据本发明实施例的影像调整方法可简示为包含下列步骤：(a)撷取一个现今影像；(b)计算该现今影像至少一种亮度信息；(c)对不同种类的该亮度信息，分别设定相对应的门坎值；以及(d)根据该亮度信息超过该门坎值的次数，决定是否对该现今影像施行一个对比度增强动作来产生一个调整后影像。且以上的影像调整方法，可通过一个计算机可读取媒体上的程序代码来执行。

而在计算亮度信息前，可进行一个去梯度动作来使影像的亮度分布更为均衡。图3绘示了根据本发明实施例的去梯度动作的示意图，在这个实施例中，会先计算影像中各像素列的亮度平均值，然后再将各像素列的亮度平均值和邻近像素列的亮度平均值做比较，便可计算出影像的亮度趋向。举例来说，像素列2会跟其像素列1以及像素列3做比对，而像素列3会跟其像素列2以及像素列4做比对，这样一来，可以得知每一个像素列的亮度平均值跟其前后列的亮度平均值的关系，因此可以得到影像的亮度趋向。在图3的例子中，可得知影像有一个渐暗的亮度趋向，若不做去梯度处理而直接进行对比度强化，则可能会产生不正确的调整后影像而影响光学导航装置计算位移的精确性。

去梯度动作可由多种方式来施行，在一个实施例中，是计算出整张影像的亮度平均值，然后再根据每一个像素列的亮度平均值与整张影像的亮度平均值的差异，对每一列进行补偿(例如增加其亮度值或减少其亮度值)。而且，除了根据每一个像素列的亮度平均值外，也可根据每一个像素列的最大亮度值或最小亮度值来计算影像的亮度趋向。举例来说，以像素列2的最大亮度值跟像素列1的最大亮度值以及像素列3的最大亮度值做比对，或以像素列3的最大亮度值跟像素列2的最大亮度值以及像素列4的最大亮度值做比对。在一个实施例中，若根据平均亮度值，最大亮度值以及最小亮度值计算出来的亮度倾向不一致，则不做去梯度处理。

图4绘示了去梯度前的影像示意图，其跟图3所示的实施例相对应。如图4所示，影像IM由上至下有由亮渐暗的趋向。而在图5中的影像IM经过去梯度处理后会有较均匀的亮度分布。

图6绘示了根据本发明实施例的光学导航装置600的方块图。然请留意根据本发明实施例的光学导航装置并不限定在包含图6所示的所有元件。如图6所示，光学导航装置600包含了一个光源601(也可为一个以上)、一个影像传感器603以及一个位移侦测模块605。光源601用以投射光至一个物体(这个例中为一个表面Sr)。影像传感器603用以撷取表面Sr根据光产生的一个现今影像LPA。位移侦测模块605用以计算现今影像LPA至少一种亮度信息，并对不同种类的亮度信息分别设定相对应的门坎值，也根据亮度信息超过门坎值的次数决定是否对现今影像LPA施行一个对比度增强动作来产生一个调整后影像PLPA。若位移侦测模块605有执行对比度增强动作，则位移侦测模块将调整后影像PLPA作为判断表面Sr与光学导航装置600间是否有位移动作的依据，若无则该位移侦测模块将现今影像LPA作为判断表面Sr与光学导航装置600间是否有位移动作的依据。

在一个实施例中，位移侦测模块605包含了一个影像信号处理单元607、一个影像信号分析单元609以及一个位移计算单元611(但不限定)。影像信号处理单元607和影像信号分析单元609分别接收现今影像LPA。影像信号分析单元609会分析现今影像LPA的亮度信息(也可分析前几张影像的亮度信息后存储起来)，然后将亮度信息LI传送给影像信号处理单元607，影像信号处理单元607会根据亮度信息LI决定是否要执行对比度强化动作。若影像信号处理单元607未执行对比度强化动作，位移计算单元611会根据现今影像LPA判断表面Sr与光学导航装置600间是否有位移动作并输出位移信息MI。相反的，若影像信号处理单元607执行了对比度强化动作，位移计算单元611会根据调整后影像PLPA判断表面Sr与光学导航装置600间是否有位移动作并输出位移信息MI。在一个实施例中，位移信息MI会传送给控制单元613，然后控制单元613会据这个控制光源601和影像传感器603的动作，但不限定。

光学导航装置600的详细动作可根据前述实施例推得，故在此不再赘述。

根据前述的实施例，可用各种亮度信息来决定是否调整影像，并可根据亮度信息或影像中的不明确特征来决定如何调整影像的对比度，藉此可调整出更明确的影像，以降低现有技术中影像失焦或具有不明确特征的问题。而使用通过这些机制调整出的影像进行光学导航，可以获得更精确的位移侦测。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (23)

1.一种影像调整方法，包含：

(a)撷取现今影像；

(b)计算该现今影像至少一种亮度信息；

(c)对不同种类的该亮度信息，分别设定相对应的门坎值；以及

(d)根据该亮度信息超过该门坎值的次数，决定是否对该现今影像施行对比度增强动作来产生调整后影像；

其中该亮度信息包含该现今影像的平均亮度值，且该对比度增强动作包含：计算该现今影像的待调整像素的待调整像素亮度值和该平均亮度值的亮度值差异；以及根据该亮度值差异、该待调整像素亮度值以及该亮度信息来调整该待调整像素；

该对比度增强动作包含以下列公式来调整该待调整像素以增强对比度：

P’＝P+(P-avg_cur)*K

其中P表示调整前的该待调整像素亮度值、P’表示调整后的该待调整像素亮度值，avg_cur表示该现今影像的该平均亮度值，K与该亮度信息相关且是任一有理数。

2.如权利要求1项所述的影像调整方法，其中该亮度信息包含下列信息至少其一：

该现今影像的平均亮度值；

该现今影像的最大亮度值；以及

该现今影像的最小亮度值。

3.如权利要求2所述的影像调整方法，其中该亮度信息包含下列信息至少其一：

该现今影像的亮度区间；

该现今影像中亮度小于最小亮度门坎值的像素数目；

该现今影像中亮度大于最大亮度门坎值的像素数目；以及

该现今影像中多个相邻像素的亮度差异的最大值。

4.如权利要求1所述的影像调整方法，其中该K的值由该亮度信息超过该门坎值的次数来决定。

5.如权利要求1所述的影像调整方法，其中该影像调整方法进一步包括在该步骤(a)后，更执行去梯度动作来处理该现今影像。

6.一种影像调整方法，包含：

(a)撷取现今影像；

(b)计算该现今影像至少一种亮度信息；

(c)对不同种类的该亮度信息，分别设定相对应的门坎值；以及

(d)根据该亮度信息超过该门坎值的次数，决定是否对该现今影像施行对比度增强动作来产生调整后影像；

还进一步包括计算前一影像的平均亮度值，且该对比度增强动作包含：计算该现今影像的待调整像素的待调整像素亮度值和该平均亮度值的亮度值差异；以及根据该亮度值差异、该待调整像素亮度值以及该亮度信息来调整该待调整像素；

该对比度增强动作包含以下列公式来调整该现今影像的该待调整像素以增强对比度：

P’＝P+(P-avg_pre)*K

其中P表示调整前的该待调整像素亮度值、P’表示调整后的该待调整像素亮度值，avg_pre表示该前一影像的该平均亮度值，K与该亮度信息相关且是任一有理数。

7.如权利要求6项所述的影像调整方法，其中该亮度信息包含下列信息至少其一：

该现今影像的平均亮度值；

该现今影像的最大亮度值；以及

该现今影像的最小亮度值。

8.如权利要求7所述的影像调整方法，其中该亮度信息包含下列信息至少其一：

该现今影像的亮度区间；

该现今影像中亮度小于最小亮度门坎值的像素数目；

该现今影像中亮度大于最大亮度门坎值的像素数目；以及

该现今影像中多个相邻像素的亮度差异的最大值。

9.如权利要求6所述的影像调整方法，其中该K的值由该亮度信息超过该门坎值的次数来决定。

10.如权利要求6所述的影像调整方法，其中该现今影像跟该调整后影像的平均亮度值相同。

11.如权利要求6所述的影像调整方法，其中该影像调整方法进一步包括在该步骤(a)后，更执行去梯度动作来处理该现今影像。

12.一种光学导航系统，包含：

光源，用以投射光至物体；

影像传感器，用以撷取该物体根据该光产生的现今影像；以及

位移侦测模块，用以计算该现今影像至少一种亮度信息，并对不同种类的该亮度信息分别设定相对应的门坎值，也根据该亮度信息超过该门坎值的次数决定是否对该现今影像施行对比度增强动作来产生调整后影像；

其中若该位移侦测模块有执行该对比度增强动作，则该位移侦测模块将该调整后影像作为判断该物体与该光学导航装置间是否有位移动作的依据，若无则该位移侦测模块将该现今影像作为判断该物体与该光学导航装置间是否有位移动作的依据；

其中该亮度信息包含该现今影像的平均亮度值，且该对比度增强动作包含：计算该现今影像的待调整像素的待调整像素亮度值和该平均亮度值的亮度值差异；以及根据该亮度值差异、该待调整像素亮度值以及该亮度信息来调整该待调整像素；

该位移侦测模块以下列公式来调整该现今影像的该待调整像素以施行该对比度增强动作：

P’＝P+(P-avg_cur)*K

其中P表示调整前的该待调整像素亮度值、P’表示调整后的该待调整像素亮度值，avg_cur表示该现今影像的该平均亮度值，K与该亮度信息相关且是任一有理数。

13.如权利要求12所述的光学导航系统，其中该亮度信息包含下列信息至少其一：

该现今影像的平均亮度值；

该现今影像的最大亮度值；以及

该现今影像的最小亮度值。

14.如权利要求13所述的光学导航系统，其中该亮度信息包含下列信息至少其一：

该现今影像的亮度区间；

该现今影像中亮度小于最小亮度门坎值的像素数目；

该现今影像中亮度大于最大亮度门坎值的像素数目；以及

该现今影像中多个相邻像素的亮度差异的最大值。

15.如权利要求12所述的光学导航系统，其中该K的值由该亮度信息超过该门坎值的次数来决定。

16.如权利要求12所述的光学导航系统，其中该现今影像跟该调整后影像的平均亮度值相同。

17.如权利要求12所述的光学导航系统，其中该位移侦测模块进一步包括在该影像传感器撷取该现今影像后，执行去梯度动作来处理该现今影像。

18.一种光学导航系统，包含：

光源，用以投射光至物体；

影像传感器，用以撷取该物体根据该光产生的现今影像；以及

位移侦测模块，用以计算该现今影像至少一种亮度信息，并对不同种类的该亮度信息分别设定相对应的门坎值，也根据该亮度信息超过该门坎值的次数决定是否对该现今影像施行对比度增强动作来产生调整后影像；

其中若该位移侦测模块有执行该对比度增强动作，则该位移侦测模块将该调整后影像作为判断该物体与该光学导航装置间是否有位移动作的依据，若无则该位移侦测模块将该现今影像作为判断该物体与该光学导航装置间是否有位移动作的依据；

该位移侦测模块也计算前一影像的平均亮度值，且该对比度增强动作包含：计算该现今影像的待调整像素的待调整像素亮度值和该平均亮度值的亮度值差异；以及根据该亮度值差异、该待调整像素亮度值以及该亮度信息来调整该待调整像素；

该位移侦测模块以下列公式来调整该现今影像的该待调整像素以施行该对比度增强动作：

P’＝P+(P-avg_pre)*K

其中P表示调整前的该待调整像素亮度值、P’表示调整后的该待调整像素亮度值，avg_pre表示该前一影像的该平均亮度值，K与该亮度信息相关且是任一有理数。

19.如权利要求18所述的光学导航系统，其中该亮度信息包含下列信息至少其一：

该现今影像的平均亮度值；

该现今影像的最大亮度值；以及

该现今影像的最小亮度值。

20.如权利要求19所述的光学导航系统，其中该亮度信息包含下列信息至少其一：

该现今影像的亮度区间；

该现今影像中亮度小于最小亮度门坎值的像素数目；

该现今影像中亮度大于最大亮度门坎值的像素数目；以及

该现今影像中多个相邻像素的亮度差异的最大值。

21.如权利要求18所述的光学导航系统，其中该K的值由该亮度信息超过该门坎值的次数来决定。

22.如权利要求18所述的光学导航系统，其中该现今影像跟该调整后影像的平均亮度值相同。

23.如权利要求18所述的光学导航系统，其中该位移侦测模块进一步包括在该影像传感器撷取该现今影像后，执行去梯度动作来处理该现今影像。