CN105988596B - 光学导航装置及其相关自动倍率调整方法 - Google Patents

Abstract

一种应用在光学导航装置的自动倍率调整方法，光学导航装置包含发光模块、参考模块及取像模块。参考模块包含具有已知参数的参考特征。自动倍率调整方法包含有驱动该发光模块与该参考模块交替输出一侦测光及一参考光或有图案的影像，利用该取像模块撷取一是列导航影像，该些导航影像包含该侦测光形成的一侦测影像和该参考光形成的一参考影像，分析该参考影像以辨识出该参考特征，根据该参考特征之一侦测参数计算一补偿参数，以及藉由该补偿参数调整该侦测影像的缩放倍率以输出相应的坐标位移量。

Description

光学导航装置及其相关自动倍率调整方法

技术领域

本发明是提供一种光学导航装置，尤指一种具有自动倍率调整功能以提高导航精确度的光学导航装置及其相关的自动倍率调整方法。

背景技术

传统的导航装置通常利用滚轮机构或光学感测模块去计算导航装置相对于承载平面的坐标变化。滚轮机构的轮体藉由摩擦力在承载平面上进行旋转，故灰尘脏污易沾染到轮体而降低滚轮机构的灵敏度及反应能力。光学感测模块具有光发射器和光接受器，光发射器产生的光线投射到特定平面上，再由光接收器取得来自特定平面的反射光线，据此分析得知传感器相对特定平面移动的坐标变化。特定平面可能为软性材质的鼠标垫，例如纸张。然而，光发射器与光接受器之间的光传输路径会因软性鼠标垫的扭曲相应改变，使计算坐标变化时产生明显误差。

发明内容

本本发明是提供一种具有自动倍率调整功能以提高导航精确度的光学导航装置及其相关的自动倍率调整方法，以解决上述之问题。

本发明之申请专利范围是揭露一种自动倍率调整方法，应用在具有一发光模块、一参考模块及一取像模块的一光学导航装置。该参考模块包含至少一个或多个参考特征，且该参考特征具有一已知参数。该自动倍率调整方法包含有驱动该发光模块与该参考模块交替输出一侦测光及一参考光或有图案的影像，利用该取像模块撷取一是列导航影像，该些导航影像包含该侦测光形成的一侦测影像和该参考光形成的一参考影像，分析该参考影像以辨识出该参考特征，根据该参考特征之一侦测参数计算一补偿参数，以及藉由该补偿参数调整该侦测影像的缩放倍率以输出相应的坐标位移量。

本发明之申请专利范围另揭露根据该参考影像之该侦测参数计算该补偿参数之步骤包含比较该侦测参数与该已知参数，以及依据该侦测参数和该已知参数的比较结果计算该补偿参数。藉由该补偿参数调整该侦测影像的缩放倍率以输出该相应的坐标位移量之步骤包含分析该侦测影像的初始坐标位移量，以及依据该初始坐标位移量和该补偿参数去算出该相应的坐标位移量。该参考模块是周期性地产生该参考影像、或根据该光学导航装置之一估计量值输出该参考影像。该参考模块包含一参考光源以及一参考光学组件，该参考特征选择性设置在该参考光源或该参考光学组件上。该已知参数是可表示该参考特征的尺寸特征。该参考特征另可包含复数个参考点，且该已知参数是为该些参考点之间距。

本发明之申请专利范围另揭露一种具有自动倍率调整功能的光学导航装置，其包含有一发光模块、一参考模块、一取像模块以及一控制器。该发光模块用以输出一侦测光。该参考模块邻设于该发光模块旁以输出一参考光或有图案的影像。该参考模块包含一参考特征，且该参考特征具有一已知参数。该取像模块邻设于该发光模块与该参考模块，用来撷取该侦测光形成的一侦测影像和该参考光形成的一参考影像。该控制器电连接于该发光模块、该参考模块和该取像模块。该控制器是驱动该发光模块与该参考模块交替产生该侦测影像及该参考影像，分析该参考影像以辨识出该参考特征，并根据该参考特征之一侦测参数计算一补偿参数，以藉由该补偿参数调整该侦测影像的缩放倍率以输出相应的坐标位移量。

本发明之申请专利范围另揭露一种自动倍率调整方法，应用在具有一发光模块与一取像模块的一光学导航装置。该发光模块包含至少一个或多个参考特征，且该参考特征具有内嵌或内建的已知参数。该自动倍率调整方法包含有利用该取像模块撷取由该发光模块产生的一侦测影像，分析该侦测影像以辨识出该参考特征，根据该参考特征之一侦测参数计算一补偿参数，从该侦测影像中选择性移除该参考特征，以及藉由该补偿参数调整不具该参考特征之该侦测影像的缩放倍率，以输出相应的坐标位移量。

本发明之申请专利范围另揭露一种具有自动倍率调整功能的光学导航装置，其包含有一发光模块、一取像模块以及一控制器。该发光模块输出一侦测光以形成一侦测影像。该发光模块包含一参考特征，且该参考特征具有一已知参数。该取像模块邻设于该发光模块，用以撷取该侦测影像。该控制器，电连接于该发光模块与该取像模块。该控制器是分析该侦测影像以辨识出该参考特征，根据该参考特征之一侦测参数计算一补偿参数，再从该侦测影像中移除该参考特征，以藉由该补偿参数调整不具该参考特征之该侦测影像的缩放倍率并输出相应的坐标位移量。

本发明的光学导航装置及其相关自动倍率调整方法能有效克服鼠标垫浮动造成的位移偏差，坐标位移量可被精确校正以表示光标移动量及鼠标的真实轨迹，继而相应改善光学导航装置的导航精确度以提高产品的市场竞争力。

附图说明

图1为本发明第一实施例之光学导航装置之功能方块图。

图2为本发明第一实施例之光学导航装置之剖视图。

图3与图4分别为本发明不同实施例之参考特征之示意图。

图5为本发明第一实施例之应用在光学导航装置之自动倍率调整方法之流程图。

图6为本发明第一实施例之侦测影像与参考影像之比较图。

图7为本发明实施例之第二实施例之光学导航装置之功能方块图。

图8为本发明实施例之第二实施例之光学导航装置之剖视图。

图9为本发明第二实施例之应用在光学导航装置之自动倍率调整方法之流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1与图2，图1为本发明第一实施例之光学导航装置10之功能方块图，图2为本发明第一实施例之光学导航装置10之剖视图。光学导航装置10较佳为电连接于计算机主机的鼠标。光学导航装置10能在鼠标垫12上移动以控制鼠标显示在计算机屏幕上的光标移动(意即其坐标位移量)。鼠标垫12可由软性材质制作、或具有凹凸不平的表面，例如橡胶软垫或一般纸张。使用薄片纸张作为鼠标垫12时，纸张可能受外力挤压扭曲而有部分区域向上抬升或左右歪斜，光学导航装置10的光学透镜或传感器和鼠标垫12表面的距离易因鼠标垫12扭曲产生微小变化，相应改变光学导航装置10之取像模块的光学对焦结果，使得侦测到的光标移动常常无法正确反映出光学导航装置10的真实轨迹。因此，本发明提供一种可应用在光学导航装置10的自动倍率调整技术以提高光标控制的导航精确度。

光学导航装置10包含发光模块14、参考模块16、取像模块18以及控制器20。控制器20电连接于发光模块14、参考模块16与取像模块18以执行功能控制。发光模块14至少包含侦测光源141和侦测光学组件142。侦测光源141产生的光线经由侦测光学组件142投射在鼠标垫12上，藉此输出侦测光并产生相应的侦测影像。参考模块16邻设于发光模块14。参考模块16至少包含参考光源161、参考光学组件162、以及具有内嵌或内建已知参数的参考特征163。参考光源161产生的光线经由参考光学组件162投射到鼠标垫12，据此输出参考光(用来产生参考影像)或有图案的影像。参考影像会包含参考特征163的相关信息，影像中的图案即为参考特征163的投射图案。鼠标垫12扭曲晃动时，实时取得的参考特征163的侦测参数会不同于其原始已知参数，故会造成坐标位移量的计算误差。取像模块18邻设于发光模块14与参考模块16。取像模块18至少包含取像传感器181以及取像光学组件182。取像传感器181透过取像光学组件182的对焦以撷取到侦测影像和参考影像。

请参阅图3与图4，图3与图4分别为本发明不同实施例之参考特征163之示意图。如图3所示，参考特征163设置在参考光源161上，参考特征163是微尺寸的光学特征，例如参考特征163可以是形成在参考光源161之出射面165(例如透光罩)的微凸透镜，且已知参数是表示参考特征163的尺寸特征(例如宽度、长度、径向尺寸等)和/或形状特征(例如凸透镜的造型)。参考特征163另可包含复数个参考点163a，每一个参考点163a可为间隔于另一参考点163a的微凸透镜，且已知参数即表示该些分散参考点163a的间距。再者，参考特征163不仅可以是用来在参考影像中提供亮点的微凸透镜，也可以是用来在参考影像上形成暗区域的微遮蔽物。如图4所示，参考特征163的参考点163a是形成在参考光学组件162(其是为凸透镜)上的微凸透镜或微遮蔽物，且已知参数是为参考点163a的尺寸、和/或该些参考点163a的间距。因此，参考特征163能够选择性设置在参考光源161或参考光学组件162上、或是设置在光源与鼠标垫表面之间的外部光学组件上。控制器20依据参考特征163之侦测参数和已知参数的差异决定是否启动自动倍率调整功能。

请参阅图5，图5为本发明第一实施例之应用在光学导航装置10之自动倍率调整方法之流程图。首先，执行步骤500，控制器20驱动发光模块14输出侦测影像，且另驱动取像模块18撷取侦测影像以供分析光学导航装置10的坐标位移量。若侦测参数和已知参数的差异高于特定门坎，表示鼠标垫12已过度扭曲而影响光学导航装置10的导航精确度，意即坐标位移量无法正确反映鼠标的真实轨迹，故执行步骤502以启动光学导航装置10的自动倍率调整功能，让控制器20驱动参考模块16周期性地输出参考影像，意即在产生特定数量的复数张侦测影像后才输出一张或多张参考影像。举例来说，发光模块14可于每秒输出二十张侦测影像，且参考模块16可在每秒相应输出五张参考影像。再者，控制器20另可依据光学导航装置10之估计量值的判断去驱动参考模块16输出参考影像。前述的估计量值是以使用者的行为惯性预测坐标位移量，控制器20会在估计量值不符合侦测影像之坐标位移量时启动参考模块16。又或者，使用者还能在认为坐标位移量没有对应到光学导航装置10的真实轨迹时，以手动操作方式启动自动倍率调整功能，例如按压光学导航装置10的特定触发钮。

在步骤502中，因为取像模块18同时撷取到侦测影像和参考影像并无法提供有用信息，因此控制器20是驱动发光模块14与参考模块16依次轮流地交替产生侦测影像及参考影像。接续执行步骤504、506、508，控制器20会驱动取像模块18撷取包含侦测影像和参考影像的一是列导航影像，分析参考影像以辨识出参考特征163，然后根据参考特征163的侦测参数计算补偿参数。请参阅图6，图6为本发明第一实施例之侦测影像I1与参考影像I2之比较图。参考影像I2含有参考特征163和已知参数D，侦测影像I1含有从变形参考特征163’分析取得的侦测参数D’。控制器20比较侦测参数D’与已知参数D以找出其差异处，据此相应计算补偿参数。其中补偿参数可为侦测参数D’相较已知参数D的特定比例值。在步骤510中，控制器20利用补偿参数调整侦测影像的缩放倍率后，即可输出已进行修改及校正的相应坐标位移量。

如图6所示的影像比较图可知，扭曲晃动的鼠标垫12会造成侦测参数D’与已知参数D产生显著差异，分析侦测影像I1取得的初始坐标位移量并无法正确反映光学导航装置10的真实轨迹，因此自动倍率调整方法能自动或手动致能以根据初始坐标位移量和补偿参数的换算产生修改/校正后的相应坐标位移量，使相应坐标位移量可正确表示真实轨迹，以供光学导航装置10利用该相应坐标位移量去控制计算机主机的应用程序。

请参阅图7与图8，图7为本发明实施例之第二实施例之光学导航装置70之功能方块图，图8为本发明实施例之第二实施例之光学导航装置70之剖视图。光学导航装置70包含发光模块72、取像模块74以及控制器76。发光模块72至少包含侦测光源721、侦测光学组件722、和具有已知参数的参考特征723。取像模块74至少包含取像传感器741以及取像光学组件742。控制器76电连接于侦测光源721和取像传感器741。参考特征723具有近似于前述参考特征163的特性，故此不再重复叙明。举例来说，参考特征723可以是选择性设置在侦测光源721或侦测光学组件722上的微凸透镜或微遮蔽物。

因为参考特征723设置在侦测光源721或侦测光学组件722上，发光模块72输出的每一张侦测影像都含有参考特征723，故光学导航装置70能利用自动倍率调整功能校正每张侦测影像中的坐标位移量。值得一提的是，取像模块74取得的侦测影像因为参考特征723之投射会含有至少一个或多个固定图点，固定图点是图像处理中的噪声，必须排除影像中的噪声后，控制器76才能正确分析侦测影像以取得光学导航装置70的坐标位移量。初始坐标位移量是从已移除参考特征723的侦测影像中计算得知，当侦测影像中的侦测参数不符合参考特征723的已知参数时，控制器76会根据补偿参数调整影像的缩放倍率，以将初始坐标位移量转换为相应的坐标位移量，让校正后之相应坐标位移量能正确反映出光学导航装置70的真实轨迹。

请参阅图9，图9为本发明第二实施例之应用在光学导航装置70之自动倍率调整方法之流程图。首先，执行步骤900及902，控制器76驱动发光模块72输出侦测影像、且驱动取像模块74撷取反射自鼠标垫12的侦测影像。侦测影像的坐标位移量已分析取得但尚未输出。因为所有侦测影像都含有参考特征723，自动倍率调整功能可以套用在任何一张侦测影像上。在步骤904中，控制器76分析侦测影像以辨识出参考特征723。接着执行步骤906与步骤908，且其执行顺序不限于图9所示。控制器76能依据参考特征723的侦测参数去计算补偿参数，然后自侦测光形成的侦测影像中选择性移除参考特征723，以供计算初始坐标位移量。最后，执行步骤910，使控制器76能藉由补偿参数调整初始坐标位移量的缩放倍率，据此输出能正确表示光学导航装置70之真实轨迹的相应坐标位移量。

在本发明中，第一实施例利用参考模块投射参考特征到鼠标垫上，发光模块产生的侦测影像未含有对应为参考特征的噪声，侦测影像上的任一区域都可用来计算坐标位移量，因此参考影像及侦测影像是间歇性地交替产生，让取像模块能撷取到参考影像以取得补偿参数、并透过补偿参数相应调整侦测影像之缩放倍率，以输出能正确反映光学导航装置之真实轨迹的相应坐标位移量。另外，第二实施例将参考特征设置在发光模块，而非设置在额外的参考模块。侦测影像中含有参考特征的区域需被排除，以供计算尚未输出的初始坐标位移量，第二实施例依参考特征之侦测参数的分析结果校正初始坐标位移量，使得校正后的相应坐标位移量能正确反映光学导航装置之真实轨迹。相较先前技术，本发明的光学导航装置及其相关自动倍率调整方法能有效克服鼠标垫浮动造成的位移偏差，坐标位移量可被精确校正以表示光标移动量及鼠标的真实轨迹，继而相应改善光学导航装置的导航精确度以提高产品的市场竞争力。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (22)

1.一种自动倍率调整方法，其特征在于，应用在具有一发光模块、一参考模块及一取像模块的一光学导航装置，该参考模块包含至少一参考特征，且该参考特征具有一已知参数，该参考特征包含复数个参考点，且该已知参数是为该些参考点之间距，该自动倍率调整方法包含有：

驱动该发光模块与该参考模块交替输出一侦测光及一参考光；

利用该取像模块撷取一是列导航影像，该些导航影像包含该侦测光形成的一侦测影像和该参考光形成的一参考影像；

分析该参考影像以辨识出该参考特征；

根据该参考特征之一侦测参数计算一补偿参数；以及

藉由该补偿参数调整该侦测影像的缩放倍率以输出相应的坐标位移量。

2.如权利要求1所述之自动倍率调整方法，其特征在于，根据该参考影像之该侦测参数计算该补偿参数之步骤包含：

比较该侦测参数与该已知参数；以及

依据该侦测参数和该已知参数的比较结果计算该补偿参数。

3.如权利要求1所述之自动倍率调整方法，其特征在于，藉由该补偿参数调整该侦测影像的缩放倍率以输出该相应的坐标位移量之步骤包含：

分析该侦测影像的初始坐标位移量；以及

依据该初始坐标位移量和该补偿参数去算出该相应的坐标位移量。

4.如权利要求1所述之自动倍率调整方法，其特征在于，该参考模块是周期性地产生该参考影像、或根据该光学导航装置之一估计量值输出该参考影像。

5.如权利要求1所述之自动倍率调整方法，其特征在于，该参考模块包含一参考光源以及一参考光学组件，该参考特征选择性设置在该参考光源或该参考光学组件上。

6.如权利要求1所述之自动倍率调整方法，其特征在于，该已知参数是表示该参考特征的尺寸特征。

7.一种具有自动倍率调整功能的光学导航装置，其特征在于，其包含有：

一发光模块，用以输出一侦测光；

一参考模块，邻设于该发光模块旁以输出一参考光，该参考模块包含一参考特征，且该参考特征具有一已知参数，该参考特征包含复数个参考点，且该已知参数是为该些参考点之间距；

一取像模块，邻设于该发光模块与该参考模块，用来撷取该侦测光形成的一侦测影像和该参考光形成的一参考影像；以及

一控制器，电连接于该发光模块、该参考模块和该取像模块，该控制器是驱动该发光模块与该参考模块交替产生该侦测影像及该参考影像，分析该参考影像以辨识出该参考特征，并根据该参考特征之一侦测参数计算一补偿参数，以藉由该补偿参数调整该侦测影像的缩放倍率以输出相应的坐标位移量。

8.如权利要求7所述之光学导航装置，其特征在于，该控制器比较该侦测参数与该已知参数，且依据该侦测参数和该已知参数的比较结果计算该补偿参数，该控制器另分析该侦测影像的初始坐标位移量，以依据该初始坐标位移量和该补偿参数去算出该相应的坐标位移量。

9.如权利要求7所述之光学导航装置，其特征在于，该控制器是驱动该参考模块周期性地产生该参考影像、或驱动该参考模块根据该光学导航装置之一估计量值输出该参考影像。

10.如权利要求7所述之光学导航装置，其特征在于，该参考模块包含一参考光源以及一参考光学组件，该参考特征选择性设置在该参考光源或该参考光学组件上。

11.如权利要求10所述之光学导航装置，其特征在于，该参考特征为一微尺寸凸透镜，形成在该参考光学组件上、或该参考光源之一出射面上。

12.如权利要求7所述之光学导航装置，其特征在于，该已知参数是表示该参考特征的尺寸特征。

13.一种自动倍率调整方法，其特征在于，应用在具有一发光模块与一取像模块的一光学导航装置，该发光模块包含至少一参考特征，且该参考特征具有一已知参数，该参考特征包含复数个参考点，且该已知参数是为该些参考点之间距，该自动倍率调整方法包含有：

利用该取像模块撷取由该发光模块产生的一侦测影像；

分析该侦测影像以辨识出该参考特征；

根据该参考特征之一侦测参数计算一补偿参数；

从该侦测影像中移除该参考特征；以及

藉由该补偿参数调整不具该参考特征之该侦测影像的缩放倍率，以输出相应的坐标位移量。

14.如权利要求13所述之自动倍率调整方法，其特征在于，根据该参考特征之该侦测参数计算该补偿参数之步骤包含：

比较该侦测参数与该已知参数；以及

依据该侦测参数和该已知参数的比较结果计算该补偿参数。

15.如权利要求13所述之自动倍率调整方法，其特征在于，藉由该补偿参数调整不具该参考特征之该侦测影像的缩放倍率以输出相应的坐标位移量之步骤包含：

分析该侦测影像的初始坐标位移量；以及

依据该初始坐标位移量和该补偿参数去算出该相应的坐标位移量。

16.如权利要求13所述之自动倍率调整方法，其特征在于，该发光模块包含一侦测光源以及一侦测光学组件，该参考特征选择性设置在该侦测光源或该侦测光学组件上。

17.如权利要求13所述之自动倍率调整方法，其特征在于，该已知参数是表示该参考特征的尺寸特征。

18.一种具有自动倍率调整功能的光学导航装置，其特征在于，其包含有：

一发光模块，输出一侦测光以形成一侦测影像，该发光模块包含一参考特征，且该参考特征具有一已知参数，该参考特征包含复数个参考点，且该已知参数是为该些参考点之间距；

一取像模块，邻设于该发光模块，用以撷取该侦测影像；以及

一控制器，电连接于该发光模块与该取像模块，该控制器是分析该侦测影像以辨识出该参考特征，根据该参考特征之一侦测参数计算一补偿参数，再从该侦测影像中移除该参考特征，以藉由该补偿参数调整不具该参考特征之该侦测影像的缩放倍率并输出相应的坐标位移量。

19.如权利要求18所述之光学导航装置，其特征在于，该控制器比较该侦测参数与该已知参数，且依据该侦测参数和该已知参数的比较结果计算该补偿参数，该控制器另分析该侦测影像的初始坐标位移量，以依据该初始坐标位移量和该补偿参数去算出该相应的坐标位移量。

20.如权利要求18所述之光学导航装置，其特征在于，该发光模块包含一侦测光源以及一侦测光学组件，该参考特征选择性设置在该侦测光源或该侦测光学组件上。

21.如权利要求20所述之光学导航装置，其特征在于，该参考特征为一微尺寸凸透镜，形成在该侦测光学组件上、或该侦测光源之一出射面上。

22.如权利要求18所述之光学导航装置，其特征在于，该已知参数是表示该参考特征的尺寸特征。