CN106708287A - 具有补偿失焦影像的光学导航装置及其补偿电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种具有补偿失焦影像的光学导航装置及其补偿电路。所述的光学导航装置包括光源、影像感测电路及补偿电路。光源用以照射至一工作表面。影像感测电路用以提取此工作表面的第一影像。补偿电路则用以分别将此第一影像及一点扩散函数信息转换为频域下的第一及第二转换结果，并对第一转换结果与第二转换结果的倒数进行乘积运算，并将乘积运算后的结果再经由频域转换为时域，以藉此产生出第二影像。

Description

具有补偿失焦影像的光学导航装置及其补偿电路

技术领域

本发明涉及一种具有补偿失焦影像的光学导航装置及其补偿电路，且特别是一种能通过点扩散函数(Point Spread Function，PSF)来进行反卷积(Deconvolution)运算，以补偿失焦影像的光学导航装置及其补偿电路。

背景技术

光学导航装置(例如，光学滑鼠)是照射一光源至一工作表面，并且利用影像感测电路来提取得到关联于此工作表面的多张连续影像，然后对所述多张影像进行比对与分析，以藉此判断出此光学导航装置于一时间区间内的位移量，进而依据位移量控制屏幕上的游标，达到导航的效果。

然而，影像感测电路所设置于光学导航装置内的位置则必须控制在一定范围内，否则会让提取的影像失焦。因此，如果光学导航装置在组装公差不良的情况下，将会容易造成提取的影像因失焦而模糊，连带地影响到位移计算的正确性，亦进而导致定位精准度的下降。

发明内容

本发明实施例提供一种具有补偿失焦影像的光学导航装置。所述的光学导航装置包括光源、影像感测电路及补偿电路。光源用以照射至一工作表面。影像感测电路用以提取被光源照射的此工作表面的第一影像。补偿电路则用以分别将第一影像及一点扩散函数信息转换为频域下的第一及第二转换结果，并对第一转换结果与第二转换结果的倒数进行乘积运算，并将乘积运算后的结果再经由频域转换为时域，以藉此产生出第二影像。

本发明实施例另提供一种补偿电路，用以提供光学导航装置进行补偿失焦影像的操作，其中光学导航装置包括用以照射至一工作表面的光源，以及用以提取此工作表面的第一影像的影像感测电路。所述的补偿电路则包括解析函数建立单元、转换单元以及运算处理单元。解析函数建立单元用以产生出关联于此光源的点扩散函数信息。转换单元用以分别将第一影像及点扩散函数信息转换为频域下的第一及第二转换结果，以及将该第一转换结果与该第二转换结果的倒数所进行乘积运算后的结果再经由频域转换为时域，以藉此产生出一第二影像。运算处理单元则用以对第一转换结果与第二转换结果的倒数进行乘积运算。

本发明实施例另提供一种具有补偿失焦影像的光学导航装置。所述的光学导航装置包括光源、影像感测电路及补偿电路。光源用以照射至一工作表面。影像感测电路用以提取被光源照射的此工作表面的第一影像。补偿电路则用以根据一点扩散函数信息对此第一影像进行运算以产生出第二影像。

综上所述，本发明实施例所提供的具有补偿失焦影像的光学导航装置及其补偿电路，可以是通过关联于此光学导航装置的光源的点扩散函数，来对于影像感测电路所提取得到的第一影像进行去模糊演算法运算，以补偿因失焦影像所造成的影响，进而达到定位精准度的提升。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与说明书附图仅是用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。

附图说明

图1是本发明实施例所提供的具有补偿失焦影像的光学导航装置的功能方块图。

图2是本发明实施例所提供的具有补偿失焦影像的光学导航装置的补偿电路的功能方块图。

附图标记说明：

1：光学导航装置

11：光源

13：影像感测电路

15：补偿电路

S：工作表面

17：滤波器

19：位移估测电路

151：解析函数建立单元

153：转换单元

155：运算处理单元

具体实施方式

在下文中，将通过附图说明本发明的各种实施例来详细描述本发明。然而，本发明概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。此外，在附图中相同参考数字可用以表示类似的元件。

首先，请参阅图1，图1是本发明实施例所提供的具有补偿失焦影像的光学导航装置的功能方块图。所述的光学导航装置1包括光源11、影像感测电路13以及补偿电路15。其中影像感测电路13及补偿电路15可以是通过纯硬件电路来实现，或者是通过硬件电路搭配固件或软件来实现。总而言之，本发明并不限制光学导航装置1的具体实现方式。另外，上述光源11、影像感测电路13以及补偿电路15可以是整合或是分开设置，且本发明亦不以此为限制。除此之外，光源11、影像感测电路13及补偿电路15在光学导航装置1内的设置位置，并不限于图1中所示的位置，本技术领域中技术人员可依据实际需求或应用来进行设计。

详细来说，光源11用以照射照明至一工作表面S。因此光源11可以一个或多个发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)、激光二极管(Laser Diode，LD)，或本技术领域中技术人员所现有的任何主动式光源元件来实现。总而言之，本发明并不限制光源11的种类与数量。另外，所述光源11较佳可采用的波长为可见光、不可见光或红外光等，本发明亦不以此为限制。

其次，影像感测电路13用以提取到被光源11照射的工作表面S的第一影像。因此影像感测电路13可以一个CCD感测器、CMOS感测器，或本技术领域中技术人员所现有的任何影像感测器来实现。总而言之，本发明亦不限制影像感测电路13的种类。值得注意的是，由于光源11及影像感测电路13为本技术领域中技术人员所现有，因此有关于光源11及影像感测电路13的细节内容于此就不再多加赘述。

接着，补偿电路15则用以分别将第一影像及一点扩散函数信息转换为频域下的第一转换结果及第二转换结果，并对第一转换结果与第二转换结果的倒数进行乘积运算，并将乘积运算后的结果再经由频域转换为时域，以藉此产生出第二影像。

更进一步来说，如前面内容所述，由于影像感测电路13所设置于光学导航装置1内的位置必须控制在一定范围内，因此如果在光学导航装置1组装公差不良的情况下，将会使得影像感测电路13的位置超过于景深(Depth of field，DOF)的成像范围，进而容易造成影像感测电路13所提取到的第一影像因失焦而模糊。有鉴于此，本发明实施例的光学导航装置1主要精神乃在于，可通过其内部的补偿电路15，来有效地对于影像感测电路13所提取到的第一影像进行去模糊演算法运算，以补偿因失焦影像所造成的影响，进而达到定位精准度的提升。

因此，为了更进一步说明关于补偿电路15对于失焦影像进行补偿所带来的影响，本发明会是进一步地以假定第一影像已经因失焦而模糊的例子来做说明。对此，根据上述已知的信息，并且通过现有技术，本技术领域中技术人员应可归纳得出第一影像简化成如下表示：

b(x)＝psf(x)*o(x)+n(x) 公式(1)。

其中，b(x)表示为第一影像，psf(x)表示为已知的点扩散函数信息，o(x)则表示为在理想状态下未因失焦而模糊的第一影像，n(x)表示为噪声，且*表示为卷积(Convolution)运算。

值得注意的是，由于点扩散函数为本技术领域中技术人员所现有的光对点源解析能力的函数，因此有关于点扩散函数的细节内容于此就不再多加赘述。实务上，本发明实施例的光学导航装置1可以是通过补偿电路15，来产生出关联于光源11的点扩散函数信息，然本发明并不以此为限制。另外，根据以上内容的教示，本技术领域中技术人员应可理解到，函数的卷积即对应表示为函数傅立叶转换后的乘积，因此公式(1)将更可更进一步地简化成如下表示：

B(k)＝PSF(k)O(k)+N(k) 公式(2)。

有鉴于此，本技术领域中技术人员应可理解到，补偿电路15中所分别将第一影像b(x)及点扩散函数信息psf(x)转换为频域下的第一及第二转换结果，即可表示如为上述公式(2)中的B(k)及PSF(k)。另外一方面，根据上述已知的信息，并且通过现有技术，本技术领域中技术人员应可归纳得出，补偿电路15对于影像感测电路13提取得到的第一影像b(x)，所进行的去模糊演算法运算应简化成如下表示：

B(k)/MTF(k)＝O(k)+N(k)/MTF(k) 公式(3)。

其中，1/MTF(k)即表示为点扩散函数信息psf(x)经转换后的倒数。换言的，1/MTF(k)亦为第二转换结果PSF(k)的倒数。然而，由于在失焦影像中的噪声n(x)，可以容易被忽略不计，因此公式(3)还可更进一步地简化成如下表示：

公式(4)。

换句话说，补偿电路15对于第一转换结果与第二转换结果的倒数所进行乘积运算后的结果是为B/MTF，其中B为第一转换结果，且1/MTF为第二转换结果的倒数。根据以上内容的教示，本技术领域中技术人员应可理解到，由于上述乘积运算后的结果仍属为频域下的结果，因此补偿电路15将需要对于上述乘积运算后的结果再经由频域转换为时域，才能够完整地产生出该第二影像。值得注意的是，上述所谓的将第一影像b(x)及点扩散函数信息psf(x)转换为频域下的第一转换结果B(k)及第二转换结果PSF(k)的详细技术手段，可以是分别对第一影像b(x)及点扩散函数信息psf(x)进行快速傅立叶转换(Fast FourierTransform，FFT)，以获得到分别对应于第一影像b(x)及点扩散函数信息psf(x)的第一转换结果B(k)及第二转换结果PSF(k)。总而言之，本发明并不限制函数转换为频域结果的具体实现方式。

另外一方面，复参阅回图1，光学导航装置1中更可以包括有滤波器17以及位移估测电路19。其中，滤波器17用以对第二影像进行滤波，并且以输出滤波后的第二影像。位移估测电路19则用以于一时间间隔内获取得到多张滤波后的第二影像，并且根据其所获取得到的所述多张滤波后的第二影像，来判断出光学导航装置1的位移信息。

根据以上内容的教示，本技术领域中技术人员应可理解到，本发明实施例的光学导航装置1，可以是通过其内部的补偿电路15来计算出一个第二影像，且此计算出的第二影像能够趋近于理想状态下未因失焦而模糊的第一影像，因此光学导航装置1在采用此第二影像所判断出的位移量，能够具有较高的正确性，并且相对进而可达到定位精准度的提升。除此之外，本发明亦可以有效地提升组装公差的范围。

另外一方面，为了更进一步说明关于光学导航装置1中补偿电路15的实现细节，本发明进一步提供其补偿电路15的一种实施方式。请参阅图2，图2是本发明实施例所提供的具有补偿失焦影像的光学导航装置的补偿电路的功能方块图。然而，下述仅是光学导航装置1内补偿电路15的其中一种详细实现方式，其并非用以限制本发明。另外，本例所述的补偿电路15可以在图1所示的光学导航装置1执行，因此请一并参阅图1与图2以利理解。其中图2中部分与图1相同的元件以相同的图号标示，因此在此不再详述其细节。

详细来说，补偿电路15包括解析函数建立单元151、转换单元153以及运算处理单元155。其中上述各单元可以是通过纯硬件电路来实现，或者是通过硬件电路搭配固件或软件来实现。总而言之，本发明并不限制补偿电路15的具体实现方式。另外，解析函数建立单元151、转换单元153以及运算处理单元155可以是整合或是分开设置，且本发明亦不以此为限制。

进一步来说，解析函数建立单元151用以产生出关联于光源11的点扩散函数信息。转换单元153用以分别将第一影像及点扩散函数信息转换为频域下的第一及第二转换结果，以及将第一转换结果与第二转换结果的倒数所进行乘积运算后的结果再经由频域转换为时域，以藉此产生出第二影像。运算处理单元155则用以对第一转换结果与第二转换结果的倒数进行乘积运算。

简单来说，光源11经聚焦后而衍射形成一个扩大的像点，而此光学导航装置1对于光源11解析能力的函数，则可称作为点扩散函数。因此，通过点扩散函数更能够准确地提取到关联于此光学导航装置1的图像信息。值得注意的是，本发明并不限制解析函数建立单元151在取得到点扩散函数信息的详细实现方式，本技术领域中技术人员可依据实际需求或应用来进行设计。

另外，根据以上内容的教示，本技术领域中技术人员应可理解到，转换单元153可以是对第一影像及点扩散函数信息分别进行快速傅立叶转换，以获得到分别对应于第一影像及点扩散函数信息的第一转换结果及第二转换结果，并且将第一转换结果与第二转换结果的倒数所进行乘积运算后的结果再经由频域转换为时域，以藉此产生出第二影像。最后，同理可知，运算处理单元155所进行的乘积运算是为B/MTF，其中B为第一转换结果，且1/MTF为第二转换结果的倒数。

附带一提的是，上述转换单元153及运算处理单元155所采用的细节实施方式在此仅是用以举例，其并非用以限制本发明。因此，根据以上内容的教示，本技术领域中技术人员应可理解到，本发明的光学导航装置及其补偿电路的主要精神乃可简化在于，用以根据一点扩散函数信息，来对第一影像进行运算，以产生出相对应于第一影像而未失焦模糊的一第二影像。

综上所述，本发明实施例所提供的具有补偿失焦影像的光学导航装置及其补偿电路，可以是通过关联于此光学导航装置的光源的点扩散函数，来对于影像感测电路所提取到的第一影像进行去模糊演算法运算，以补偿因失焦影像所造成的影响，进而达到定位精准度的提升。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。

Claims (12)

1.一种具有补偿失焦影像的光学导航装置，其特征在于，该光学导航装置包括：

一光源，用以照射一工作表面；

一影像感测电路，用以提取被该光源照射的该工作表面的一第一影像；以及

一补偿电路，用以分别将该第一影像及一点扩散函数信息转换为频域下的一第一转换结果及一第二转换结果，并对该第一转换结果与该第二转换结果的倒数进行一乘积运算，并将该乘积运算后的结果再经由频域转换为时域，以藉此产生出一第二影像。

2.如权利要求1所述的光学导航装置，其中该第一转换结果与该第二转换结果的倒数所进行该乘积运算后的结果是为B/MTF，其中B为该第一转换结果，且1/MTF为该第二转换结果的倒数。

3.如权利要求1所述的光学导航装置，其中该补偿电路是对该第一影像及该点扩散函数信息分别进行一快速傅立叶转换，以获得到分别对应于该第一影像及该点扩散函数信息的该第一转换结果及该第二转换结果。

4.如权利要求1所述的光学导航装置，其中该光学导航装置还包括：

一滤波器，用以对该第二影像进行滤波，并且以输出一滤波后的第二影像；以及

一位移估测电路，用以于一时间间隔内获取得到多张的该滤波后的第二影像，并且根据其所获取得到的所述多张滤波后的第二影像，来判断出该光学导航装置的一位移信息。

5.一种补偿电路，用以提供一光学导航装置进行补偿失焦影像的操作，其中该光学导航装置包括用以照射一工作表面的一光源，以及用以提取该工作表面的一第一影像的一影像感测电路，其特征在于，该补偿电路包括：

一解析函数建立单元，用以产生出关联于该光源的一点扩散函数信息；

一转换单元，用以分别将该第一影像及该点扩散函数信息转换为频域下的一第一转换结果及一第二转换结果，以及将该第一转换结果与该第二转换结果的倒数所进行一乘积运算后的结果再经由频域转换为时域，以藉此产生出一第二影像；以及

一运算处理单元，用以对该第一转换结果与该第二转换结果的倒数进行该乘积运算。

6.如权利要求5所述的补偿电路，其中该运算处理单元所进行的该乘积运算是为B/MTF，其中B为该第一转换结果，且1/MTF为该第二转换结果的倒数。

7.如权利要求5所述的补偿电路，其中该转换单元是对该第一影像及该点扩散函数信息分别进行一快速傅立叶转换，以获得到分别对应于该第一影像及该点扩散函数信息的该第一转换结果及该第二转换结果。

8.如权利要求5所述的补偿电路，其中该光学导航装置还包括：

一滤波器，用以对该第二影像进行滤波，并且以输出一滤波后的第二影像；以及

一位移估测电路，用以于一时间间隔内获取得到多张的该滤波后的第二影像，并且根据其所获取得到的所述多张滤波后的第二影像，来判断出该光学导航装置的一位移信息。

9.一种具有补偿失焦影像的光学导航装置，其特征在于，该光学导航装置包括：

一光源，用以照射一工作表面；

一影像感测电路，用以提取被该光源照射的该工作表面的一第一影像；以及

一补偿电路，用以根据一点扩散函数信息来对该第一影像进行运算，以产生出一第二影像。

10.如权利要求9所述的光学导航装置，其中该第二影像为分别根据该第一影像及该点扩散函数信息的一频域转换结果所计算而产生。

11.如权利要求9所述的光学导航装置，其中该光学导航装置还包括：

一位移估测电路，根据多个该第二影像以计算该光学导航装置的一位移信息。

12.如权利要求9所述的光学导航装置，其中该光学导航装置还包括：

一滤波器，用以对该第二影像进行滤波，并且以输出一滤波后的第二影像。