CN107885350A - 具有可调整追踪参数的导航装置 - Google Patents

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Abstract

一种导航装置，该导航装置包含图像传感器、存储单元和处理单元。所述图像传感器用以获取工作表面的图像帧。所述存储单元预先储存有包含不同表面类别的表面品质侧像的查找表。所述处理单元用以计算关联于不同品质阈值的工作表面的表面品质及比较所述表面品质与所述查找表以决定所述工作表面的表面类别，并由此选择关联于所述工作表面的表面类别的追踪策略。

Description

具有可调整追踪参数的导航装置
本申请是申请号为201410099328.3、申请日为2014年3月17日、名称为“具有可调整追踪参数的导航装置”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明关于一种输入装置，特别关于一种导航装置和其操作方法，其根据工作表面形式具有可调整的追踪参数。
背景技术
光学鼠标通常操作在工作表面上且用以计算相对所述工作表面的相对移动。所述光学鼠标通常包含图像传感器和处理单元。所述图像传感器以曝光参数获取图像帧。所述处理单元用以计算所述图像帧的平均强度并根据所求得的平均强度决定是否调整所述曝光参数。例如，如果所述工作表面为反射面，所获取的图像帧具有较高的平均强度以至于曝光时间被减少以允许所述处理单元能够正确计算所述相对移动。相反地，如果所述工作表面为吸收面，所获取的图像帧则具有较低的平均强度以至于可能需要延长所述曝光时间来增加图像特征。
然而，已知所述光学鼠标的追踪策略并不会随着所述曝光参数的调整而改变。所述追踪策略会是决定计算所述相对移动的正确性的重要因素。
发明内容
有鉴于此，本发明还提出一种导航装置和所述导航装置的操作方法，其可基于工作表面的不同表面形式选择不同追踪策略以增进计算精确度或计算效率。
本发明提出一种导航装置和所述导航装置的操作方法，其可对应所述导航装置目前操作所在的工作表面的表面形式决定追踪策略。
本发明还提出一种导航装置和所述导航装置的操作方法，其可对应所述工作表面的不同表面形式进行不同的自动曝光机制以减少功率消耗或增强图像品质。
本发明提出一种用于在工作表面上操作导航装置，其包含图像传感器、存储单元和处理单元。所述图像传感器以预设图像获取参数获取所述工作表面的图像帧。所述存储单元储存有查找表和多组追踪参数，所述查找表包含关联于所述预设图像获取参数的不同表面类别的表面品质侧像，其中每一所述表面类别关联于一组追踪参数，每一所述表面品质侧像包含对照不同品质阈值的多个表面品质。所述处理单元用于计算所述图像帧的平均亮度、根据所述平均亮度决定一组图像获取参数、以及使用关联于所述图像获取参数的不同组合的预设偏移算法加入偏移至所述表面品质侧像。
本发明还提出一种用于在工作表面上操作导航装置，其包含图像传感器、存储单元和处理单元。所述图像传感器以预设图像获取参数获取所述工作表面的图像帧。所述存储单元储存有多个查找表和多组追踪参数，所述多个查找表的每一个包含关联于所述预设图像获取参数的不同表面类别的表面品质侧像，其中每一所述表面类别关联于一组追踪参数，每一所述表面品质侧像包含对照不同品质阈值的多个表面品质。所述处理单元用于计算所述图像帧的平均亮度、根据所述平均亮度决定一组图像获取参数、以及根据所述图像获取参数对应的查找表决定所述工作表面的表面类别。
一实施方式中，每一所述表面品质侧像包含对照不同品质阈值的多个表面品质，其中所述表面品质和所述品质阈值可为滤波后图像帧的像素强度。
一实施方式中，每一组所述追踪参数包含景深、数位滤波器形式和区块尺寸的至少其中一者。
一实施方式中，所述图像获取参数可包含所述光源和所述图像传感器两者获取所述图像帧时的参数，例如曝光时间、快门时间、图像增益、照明持续时间和照明亮度的至少其中一者。
本发明的所述导航装置和其操作方法可对应不同表面类别来计算位移、进行抬升检测和自动曝光机制以至于能选用不同追踪策略来达到减少功率消耗或增加计算精确度的目的。
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1显示本发明一实施例的导航装置的示意图；
图2显示本发明实施例的导航装置计算表面品质计数的示意图；
图3A-3B显示本发明中包含不同表面类别的表面品质侧像的示例性的查找表；
图4显示本发明一实施例的导航装置的操作方法的流程图；
图5显示本发明另一实施例的导航装置的操作方法的流程图。
附图标记说明
1 导航装置
11 光源
12 图像传感器
13 存储单元
14 处理单元
15 滤波器
16 品质单元
IF 图像帧
IF_过滤 滤波后图像帧
S 工作表面。
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，作详细说明如下。此外，于本发明的说明中，相同的构件以相同的符号表示，在此提前说明。
请参照图1，其显示本发明的一实施例的导航装置1的示意图，其于此显示类似于光学鼠标。所述导航装置1用以在工作表面S上操作以根据获取所述工作表面S的图像帧进行追踪操作，例如计算位移和/或进行抬升检测。所述导航装置1包含光源11、图像传感器12、存储单元13和处理单元14，其中所述存储单元13可以或不用内建在所述处理单元14中。此外，本发明的所述导航装置1可还包含用以调整光程(optical path)的透镜或透镜组。
本发明的所述导航装置1用以对应所述工作表面S的不同类别采取不同追踪策略，例如在具有明显图像特征的表面类别中，可采取较小比较区块、较小滤波器尺寸和滤波器强度以及较小景深(depth of field,DOF)；相反地，在不具有明显图像特征的表面类别中，则采取较大比较区块、较大滤波器尺寸和滤波器强度以及较大景深。
所述滤波器尺寸和滤波器强度可决定用来处理所述图像传感器12所获取的图像帧IF的数位滤波器的滤波效果。所述比较区块可为计算位移所使用的参考区块和搜寻区块，例如，所述处理单元14可在第一图像帧中选择参考区块且于第二图像帧中选择搜寻区块以根据所述参考区块与所述搜寻区块的间的相关性来计算位移。调整所述比较区块的区块尺寸的细节例如可参照本发明相同受让人所拥有的美国专利公开第2011/0150363号，标题为”位移检测装置和方法(Displacement detection apparatus and method)”。所述景深可用于抬升检测。由于所述景深、数位滤波器形式和区块尺寸可影响追踪操作，其于本发明中称为追踪参数。
所述光源11可为至少一个发光二极体、雷射二极体或其他主动发光源。所述光源11以照明持续时间、照明频率和/或照明亮度(例如由所述光源的驱动电流或电压决定)照亮所述工作表面S。例如，当所述照明持续时间和/或照明亮度较大时，所述工作表面S可反射较强的反射光；反之，当所述照明持续时间和/或照明亮度较小时，所述工作表面S则反射较弱的反射光。所述光源11能发出固定波长或可变波长的光，其较佳为不可见光的光谱。
所述图像传感器12可为电荷耦合元件(CCD)图像传感器、互补式金氧半导体(CMOS)图像传感器或其他适用于转换光能量至电信号的传感器。所述图像传感器12以曝光时间、快门时间和/或图像增益依次获取自所述光源11所照亮的所述工作表面S的反射光以输出图像帧IF。例如，当所述曝光时间、快门时间和/或图像增益较大时，所述图像帧IF的平均亮度较高；反之，当所述曝光时间、快门时间和/或图像增益较小时，所述图像帧IF的平均亮度则较低。由于所述曝光时间、快门时间和图像增益可影响所获取的所述图像帧IF，其于本发明中称为图像获取参数。此外，由于所述光源11的操作参数，例如所述照明持续时间和照明亮度也可影响所获取的所述图像帧IF，在此所述图像获取参数可还包含所述光源11的所述照明持续时间和所述照明亮度。一实施例中，所述图像传感器12的取样频率可高于所述光源11的照明频率以至于能计算亮图像帧(也即光源开启时)与暗图像帧(也即光源关闭时)间的差异以消除环境噪声。
如上所述，由于所述图像获取参数可影响所获取的所述图像帧IF，为了公平地对所述工作表面S分类，所述图像传感器12较佳以预设图像获取参数获取所述工作表面S的图像帧。所述存储单元13预先储存有包含关联于所述预设图像获取参数的不同表面类别的表面品质侧像的查找表以及储存有多组追踪参数，其中，所述查找表的每一表面类别关联于一组所述追踪参数。
举例而言，图3A显示包含关联于所述预设图像获取参数的四个表面类别A至D的表面品质侧像的查找表。每一个所述表面类别关联于一组所述追踪参数，例如包含具有不同数值的景深A至景深D、滤波器A至滤波器D以及区块尺寸A至区块尺寸D。如图3A所示，每一所述表面品质侧像关联于一个类别且包含多个表面品质(也即表面品质计数)对照不同品质阈值，例如包含8、16、24…64。本发明中，所述表面品质表示所述图像帧IF的画素强度的数位值，例如所述图像帧IF相邻画素之间的强度差或有关所述光源11所发出不同光色的强度反应，但不限于此。所述画素强度也可以是其他用以展现所述图像帧IF特征的性质。可以了解的是，所述类别和品质阈值的数量并不限于图3A所示。
举例而言，建构表面品质侧像的方法可如图2所示。所述图像传感器12输出数位图像帧IF。滤波器15用以对所述图像帧IF进行滤波并输出滤波后图像帧IF_过滤，其中所述滤波器15适用于展现所述图像帧IF特征的数位滤波器。品质单元16接着比较所述滤波后图像帧IF_过滤的每一个画素的强度(或相邻画素之间的强度差)与不同品质阈值(例如图3A所示的8至64)并得到具有大于所述品质阈值强度的画素数量(例如本说明中为表面品质计数)。例如图3A的A类别中，111个画素的强度大于品质阈值(TH)8、94个画素的强度大于品质阈值16…以此类推。而且对应所述工作表面S的不同类别可进行相同程序。借此，可以建构包含不同表面类别的表面品质侧像的查找表并预先储存在所述存储单元13中。更精确地说，表面品质侧像表示相对所述品质阈值的表面品质分布。本发明中，所述滤波器15和所述品质单元16可以或不用内建在所述处理单元14之中。
所述处理单元14可为数位信号处理器(DSP)或用以后处理(post-process)自所述图像传感器12所输出的所述图像帧IF。本发明中，所述处理单元14用以计算图像帧IF的表面品质、比较所述图像帧IF的所述表面品质与所述查找表以决定所述工作表面S的表面类别、以及根据对应所述工作表面S的表面类别的该组追踪参数进行追踪操作。
所述处理单元14计算关联于用以建构所述查找表的不同品质阈值(例如图3A所示的8、16…64)的至少一部分的所述图像帧IF的表面品质以得到所述工作表面S的表面品质侧像，例如图3A所示的105、80、69…25。可以了解的是，计算越多品质阈值可得到越高的分类精确度。
在比较所述图像帧IF的所述品质侧像与所述查找表之后，例如计算所述图像帧IF的所述图像品质与所述查找表的所述表面品质侧像之间的相似度，即可对所述工作表面S作出分类。举例而言，可以在每一个品质阈值下计算所述图像帧IF的所述表面品质与每一表面品质侧像的所述表面品质计数的间的差异的绝对值加和或差异的平方值加和以作为所述相似度，但不限于此，例如图3A显示所述图像帧IF与类别A的所述表面品质侧像具有最高相似度。所述处理单元14接着选择对应所述工作表面S的表面类别的该组追踪参数，例如景深A、滤波形式A和区块尺寸A，以计算所述位移以及进行抬升检测。可以了解的是，在长时间操作中，所述导航装置1可周期性地确认所述工作表面S的类别以决定是否改变所述追踪策略。
此外，所述导航装置1还用以对应所述工作表面S的表面类别进行自动曝光；也即，每一表面类别可关联于各自不同的自动曝光机制。举例而言，调整所述图像获取参数的预设可调整范围可预先设置对应每一个自动曝光机制以维持所述图像传感器12所获取的所述图像帧IF的所述平均亮度在预设范围之内，例如255灰阶尺度的150至180灰阶，但不限于此。在具有明显特征的类别中，可选用减少功率消耗的自动曝光机制，而在不具有明显特征的类别中，可选用增加计算精确度的自动曝光机制。
此外，所述预设图像获取参数可根据先前图像帧的平均亮度被图像获取参数所取代。也就是说，可先获取校对图像帧并计算其平均亮度。接着，所述导航装置1根据求得的平均亮度决定一组图像获取参数。本实施例中，所述存储单元13可预先储存有关联于图像获取参数不同组合(也即不同类别)的多个查找表，如图3B所示。当决定一组图像获取参数时(例如获取参数1或2)，则可决定所对应的查找表。或者，所述存储单元13可仅储存一个查找表，接着使用关联于所述图像获取参数的不同组合的预设偏移演算法加入偏移至所述表面品质侧像，例如图3B中A'与B'类别分别具有自A与B类别的向下偏移(downward offset)。可以了解的是，所述偏移并不限于向下偏移，也可以是向上偏移(upward offset)。
请参照图4，其显示本发明一实施例的导航装置的操作方法的流程图，其包含步骤：以预设图像获取参数获取工作表面的图像帧(步骤S21)；计算关联于不同品质阈值的所述图像帧的表面品质(步骤S22)；比较所述表面品质与查找表以决定所述工作表面的表面类别(步骤S23)；以及根据所述工作表面的表面类别进行追踪操作(步骤S24)。
本实施例中，为了决定表面类别，所述导航装置1始终(即使在操作期间)使用预设图像获取参数，例如包含曝光时间、快门时间、图像增益、照明持续时间和照明亮度的至少其中一者来获取图像帧IF(步骤S21)。所述处理单元14接着计算关联于用来构建所述查找表的不同品质阈值的所述图像帧IF的表面品质，例如图3A所示的8、16、24…64(步骤S22)。如上所述，所述处理单元14可计算仅关联于所述品质阈值的部分的所述图像帧IF的表面品质。在得到所述图像帧IF的所述表面品质之后，所述处理单元14接着比较所述图像帧IF的所述表面品质与所述查找表的所述表面品质侧像以决定所述导航装置1目前所操作的所述工作表面S的表面类别(步骤S23)。最后，所述导航装置1根据所述工作表面S的表面类别进行追踪操作，例如，使用对应的追踪参数，例如景深、数位滤波器形式或区块尺寸的至少其中一者，以计算所述位移和/或进行抬升检测。也可对应所选择的表面类别进行所述自动曝光(步骤S24)。
请参照图5，其显示本发明另一实施例的导航装置的操作方法的流程图，其包含步骤：以预设图像获取参数获取所述工作表面的第一图像帧(步骤S301)；计算所述第一图像帧的平均强度以决定操作图像获取参数(步骤S302)；以所述操作图像获取参数获取所述工作表面的第二图像帧(步骤S31)；计算关联于不同品质阈值的所述第二图像帧的表面品质(步骤S32)；比较所述表面品质与查找表以决定所述工作表面的表面类别(步骤S33)；以及根据所述工作表面的表面类别进行追踪操作(步骤S34)，其中，所述第二图像帧可以是在所述第一图像帧之后所获取的任意图像帧。
本实施例与图4的差异在于对所述工作表面S进行分类之前，先决定适合的操作图像获取参数。本实施例可被用于(1)确认表面类别在操作期间是否改变，或者(2)确认用来识别表面类别的所述图像帧是否恰当。也就是说，所述导航装置1可储存有关联于不同操作图像获取参数的多个查找表，或储存有查找表和如图3B所示所述表面品质侧像中表面品质计数的偏移机制。所述图像传感器12首先以预设图像获取参数获取第一图像帧(步骤S301)，其中，所述第一图像帧用来确认所述预设图像获取参数是否恰当而非用来分类所述工作表面S。所述处理单元14接着根据所述第一图像帧的平均亮度决定合适的操作图像获取参数(步骤S302)，其中，所述平均亮度可为所述第一图像帧的画素的部分或全部的平均。可以了解的是，如果所述第一图像帧够好，例如其平均亮度在合适范围内，所述操作图像获取参数可与所述预设图像获取参数相同。决定所述操作图像获取参数之后，所述处理单元14根据所述第一图像帧后所获取的第二图像帧并根据图5的步骤S31至S34识别表面类别。本实施例中，由于步骤S31至S34与图4中步骤S21至S24相似，图4中仅所述预设图像获取参数被所述操作图像获取参数所取代以及图4中所述图像帧被所述第二图像帧所取代，因此步骤S31至S34的细节于此不再重复说明。
如上所述，已知光学鼠标无法对应曝光参数或表面形式调整追踪参数。因此，为了提高计算准确度或计算效率，本发明还提出导航装置(图1)和所述导航装置的操作方法(图4和5)，其可对应不同工作表面选择合适的追踪参数组。
虽然本发明已通过前述实施例披露，但是其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中具有通常知识的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视后附的申请权利要求所界定的范围为准。

Claims (15)

1.一种导航装置，用于在工作表面上操作，该导航装置包含：
图像传感器，该图像传感器以预设图像获取参数获取所述工作表面的图像帧；
存储单元，该存储单元储存有查找表和多组追踪参数，所述查找表包含关联于所述预设图像获取参数的不同表面类别的表面品质侧像，其中每一所述表面类别关联于一组追踪参数，每一所述表面品质侧像包含对照不同品质阈值的多个表面品质；以及
处理单元，该处理单元用于计算所述图像帧的平均亮度、根据所述平均亮度决定一组图像获取参数、以及使用关联于所述图像获取参数的不同组合的预设偏移算法加入偏移至所述表面品质侧像。
2.根据权利要求1所述的导航装置，其中所述处理单元还用于计算所述图像帧的表面品质与偏移的所述表面品质侧像之间的相似度以决定所述工作表面的表面类别、以及根据对应所述工作表面的表面类别的那组追踪参数进行追踪操作。
3.根据权利要求2所述的导航装置，其中所述处理单元用于计算关联于至少一部分所述不同品质阈值的所述图像帧的所述表面品质。
4.根据权利要求1所述的导航装置，其中每一组所述追踪参数包含景深、数位滤波器形式和区块尺寸的至少其中一者。
5.根据权利要求1所述的导航装置，其中所述预设图像获取参数和图像获取参数包含曝光时间、快门时间、图像增益、照明持续时间和照明亮度的至少其中一者。
6.根据权利要求1所述的导航装置，其中所述处理单元还用于根据对应所述工作表面的表面类别的那组追踪参数进行抬升检测。
7.根据权利要求1所述的导航装置，其中所述导航装置还用于对应所述工作表面的表面类别进行自动曝光。
8.一种导航装置，用于在工作表面上操作，该导航装置包含：
图像传感器，该图像传感器以预设图像获取参数获取所述工作表面的图像帧；
存储单元，该存储单元储存有多个查找表和多组追踪参数，所述多个查找表的每一个包含关联于所述预设图像获取参数的不同表面类别的表面品质侧像，其中每一所述表面类别关联于一组追踪参数，每一所述表面品质侧像包含对照不同品质阈值的多个表面品质；以及
处理单元，该处理单元用于计算所述图像帧的平均亮度、根据所述平均亮度决定一组图像获取参数、以及根据所述图像获取参数对应的查找表决定所述工作表面的表面类别。
9.根据权利要求8所述的导航装置，其中所述处理单元还用于根据对应所述工作表面的表面类别的那组追踪参数进行追踪操作。
10.根据权利要求8所述的导航装置，其中所述处理单元用于计算所述图像帧的表面品质、计算所述图像帧的所述表面品质与决定的所述查找表的所述表面品质侧像之间的相似度以决定所述工作表面的所述表面类别。
11.根据权利要求10所述的导航装置，其中所述处理单元用于计算关联于至少一部分所述不同品质阈值的所述图像帧的所述表面品质。
12.根据权利要求8所述的导航装置，其中每一组所述追踪参数包含景深、数位滤波器形式和区块尺寸的至少其中一者。
13.根据权利要求8所述的导航装置，其中所述预设图像获取参数和图像获取参数包含曝光时间、快门时间、图像增益、照明持续时间和照明亮度的至少其中一者。
14.根据权利要求8所述的导航装置，其中所述处理单元还用于根据对应所述工作表面的表面类别的那组追踪参数进行抬升检测。
15.根据权利要求8所述的导航装置，其中所述导航装置还用于对应所述工作表面的表面类别进行自动曝光。
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