CN108469909B - 可动态学习不同工作表面之材质的光学导航装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是公开一种可动态学习不同工作表面之材质的光学导航的方法，包含：利用至少一发光单元，发射至少一光线至该工作表面，反射成像至一影像传感器；根据该影像传感器之至少一感测像素在一特定时间内所感测到之至少一影像移动信息，感测并计算该至少一感测像素于该特定时间内所感测到之至少一平均影像位移；以及，根据该至少一平均影像位移与一临界值，动态判断该至少一感测像素所感测到之至少一影像值是对应于一固定图案或是对应于一光学导航装置移动时之一特征影像。

Description

可动态学习不同工作表面之材质的光学导航装置及方法

技术领域

本发明是关于一种光学导航机制，尤指一种能够动态学习光学导航装置移动时之不同工作表面之材质的方法及对应的光学导航装置。

背景技术

目前传统光学鼠标有采用亮场技术的光学鼠标以及采用雷射光源侦测与暗场技术的雷射光学鼠标，一般采用亮场技术的光学鼠标在玻璃工作表面等比较光滑的工作表面使用时，因为光反射特性不同的关系，无法稳定准确地侦测出光学鼠标于表面的移动量，因此，为了能够使用于玻璃工作表面，一般均采用雷射光源侦测及暗场的技术，以侦测玻璃工作表面上的粉尘颗粒，据此来推算光学鼠标的移动量，然而，雷射光源侦测无可避免地需要吃较大的电源功率，有较大的功耗，不符合现今使用者的需求。目前并未有可同时节省功耗且又稳定准确地侦测出光学鼠标于光滑工作表面之移动量的机制。

发明内容

因此本案之目的之一在于提供一种能够动态学习一光学导航装置移动时之不同工作表面之材质的方法及对应的光学导航装置，达到同时节省功耗且又稳定准确地侦测出光学导航装置于光滑工作表面之移动量，解决上述的问题。

根据本发明实施例，其揭露了一种能够动态学习一光学导航装置移动时之一工作表面之材质的方法。该方法包含：利用至少一发光单元，发射至少一光线至该工作表面，反射成像至一影像传感器；根据该影像传感器之至少一感测像素在一特定时间内所感测到之至少一影像移动信息，感测并计算该至少一感测像素于该特定时间内所感测到之至少一平均影像位移；以及，根据该至少一平均影像位移与一临界值，动态判断该至少一感测像素所感测到之至少一影像值是对应于一固定图案或是对应于该光学导航装置移动时之一特征影像。

根据本发明实施例，其揭露了一种能够动态学习该光学导航装置移动时之一工作表面之材质的光学导航装置。该光学导航装置包含一影像传感器、至少一发光单元及一处理器。该发光单元用以发射至少一光线至该工作表面，反射成像至该影像传感器。该处理器耦接至该影像传感器，用以根据该影像传感器之至少一感测像素在一特定时间内所感测到之至少一影像移动信息，计算该至少一感测像素于该特定时间内所感测到之至少一平均影像位移，以及根据该至少一平均影像位移与一临界值，动态判断该至少一感测像素所感测到之至少一影像值是对应于一固定图案或是对应于该光学导航装置移动时之一特征影像。

附图说明

图1为本发明一实施例之光学导航装置的方块示意图。

图2为图1所示之光学导航装置的操作流程图。

附图标号说明：

100	光学导航装置
		105	影像传感器
110	发光单元
		115	处理器
1151	特征增强单元
		1152	过滤单元
1153	光学导航单元
		1154	特征统计单元
1155	固定图案侦测单元

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

图1为本发明一实施例之电子装置100的方块示意图，图2为图1所示之电子装置100的操作流程图。电子装置100为一可携式的光学导航装置，例如实作上可为一光学鼠标(此非本发明的限制)，可动态学习该电子装置100本身移动时所位于之一工作表面的材质，当初次放置于一工作表面或该电子装置100启动时，电子装置100可先于一第一时间(学习时间)学习目前之工作表面的材质，之后于第二时间实际使用时再根据所学习到之材质的信息来校正感测到的影像，可大幅提升电子装置100实际使用时的准确率及稳定性，该电子装置100特别适用于不同材质的工作表面(光滑工作表面及粗糙工作表面均适用)。

一般而言，传统光学鼠标被使用于光滑工作表面(例如玻璃表面)时，会因为光滑工作表面之光反射系数的特性而造成鼠标追踪时的准确率极低以及稳定性极差，例如当使用者只是在玻璃表面上轻轻移动传统光学鼠标，传统光学鼠标的鼠标于显示器上可能会产生不定向且大幅度的偏移，因此，为求适用于光滑表面，传统光学鼠标在实作上会采用雷射光发光与暗场的技术，而不采用二极管发光与亮场的技术，然而，雷射光发光与暗场的技术相比来说大幅增加功耗，并不符合现今使用者对可携式电子装置的要求。因此，本案之电子装置100为了解决上述问题，采用了二极管发光与亮场的技术，其具有低功耗的优点，同时为了适用于工作表面之材质为玻璃材质或其他光滑工作表面的材质等，通过了动态学习所使用之工作表面之材质，据此来判断所感测之影像值为对应于电子装置100移动时之特征影像或是对应于光学是统本身之一固定图案影像(fixed pattern)，根据判断的结果修正或校正光学鼠标追踪所参考的感测影像值，令大幅提升光学鼠标追踪时的准确率及稳定性。相较传统雷射鼠标，本案之电子装置100的功耗较低，可有效节省电力，较能满足于现今使用者对于可携式电子装置的要求。

应注意的是，本案所述之特征影像为一影像传感器所对应感测到的影像中可用来较稳定准确地估测出一光学导航装置于一工作表面上之位移的影像，而所述之固定图案影像是一影像传感器所对应感测到的影像中无法用于稳定准确地估测出一光学导航装置于一工作表面上之位移的影像，也就是，该固定图案影像可视为是光学导航追踪的杂讯(例如由不同材质之工作表面所造成的不同杂讯)，该影像传感器所对应感测到的一张感测影像中的一感测像素影像值可能是对应于光学导航装置的特征影像或是对应于固定图案的杂讯，本案之电子装置100可判定每一感测像素之影像值是电子装置100的特征影像或是固定图案的杂讯，并修正对应于固定图案杂讯之一或多个感测像素的影像值，提升后续执行光学导航移动估测时的准确率及稳定性。以下说明电子装置100的实施方式。

电子装置100至少包括一影像传感器105、至少一发光单元110及一处理器115。该至少一发光单元110例如一发光二极管单元，用以发射至少一光线至该工作表面(步骤205)，该表面可以是光滑表面或非光滑表面，反射成像至该影像传感器105，该影像传感器100例如一影像传感器阵列，具有M*N个感测像素，每一感测像素可在其所对应之特定的曝光时间或快门时时感测产生一影像值(步骤210)，该处理器115耦接至影像传感器105，并用以根据该影像传感器100之至少一感测像素在一特定时间内所感测到之至少一影像值，估算得到至少一影像移动信息(motion information)(步骤215)，根据该影像移动信息来计算该至少一感测像素于该特定时间内所感测到之至少一平均影像位移(步骤220)，以及根据该至少一平均影像位移与至少一临界值TH，动态对应地判断该至少一感测像素所感测到之至少一影像值是对应于一固定图案或是对应于电子装置100移动的一特征影像(步骤225)。通过动态判断该至少一感测像素所感测到之至少一影像是相应于固定图案或相应于特征影像，处理器115得以动态学习该工作表面的材质，此外，可通过一特定的演算法机制，判别每一感测像素或一组感测像素之影像值是特征影像或是固定图案，因此，后续进行光学导航追踪时可通过修正对应于固定图案之感测像素之影像值、采用修正后之影像值来进行光学导航追踪，如此可避免参考到固定图案来进行光学导航追踪，大幅提升使用于光滑表面之光学导航追踪的准确度及稳定性。

处理器115包含一特征增强单元1151、一过滤单元1152、一光学导航单元1153、一特征统计单元1154及一固定图案侦测单元1155，上述单元可采用软件、硬件或软硬件组合来实现；以软件而言，该些单元可包括于一特定程序码中，该特定程序码储存于一非挥发性存储器，该处理器115通过载入并执行该特定程序码来进行该些单元的操作与功能。以硬件实现，则该些单元可采用电路元件来实现。

本案提升光学鼠标于光滑表面追踪的准确率及稳定性的机制可分有两个部分，其主要部分是通过该特征统计单元1154及该固定图案侦测单元1155在上述第一学习时间先动态学习目前之工作表面的材质，之后于第二时间实际使用时再通过该光学导航单元1153根据所学习到之材质的信息来校正感测到的影像，提升电子装置100使用时的准确率及稳定性；而辅助的部份是通过该特征增强单元1151用以增强原本感测影像(raw image)中的特征，实作上，该特征增强单元1151可以通过提升一类比数位转换器之分辨率位元数来增强特征(例如增加2至3位元的分辨率)，及/或通过先将原本感测影像中的直流值扣除、将剩余的交流值乘上一个特定增益值之后再将原直流值加回去，其中，较佳实施例为同时采用上述两种机制，而在另一实施例，该处理器115可不包括该特征增强单元1151，亦即该特征增强单元1151是可选的(optional)。

该过滤单元1152包括至少一影像滤波器(image filter)，例如采用两个影像滤波器，对于一张感测影像的每一感测像素之影像值，第一影像滤波器执行八个不同方向的边缘(edge)抑制产生八张边缘抑制后的影像、从该些抑制后的影像选取出其中具有较弱特征的影像，而第二影像滤波器执行八个不同方向的边缘抑制、从该些抑制后的影像选取出其中具有较强特征的影像，当判断出该张影像的特征影像较强或较多时，该过滤单元1152选取第一影像滤波器所产生输出的影像作为目前像素的像素值，而当该张影像的特征影像较弱或较少时，该过滤单元1152选取第二影像滤波器所产生输出的影像作为目前像素的像素值。另外，若电子装置100已判别出目前之工作表面的材质比较干净(例如固定图案影像之值较少)，该过滤单元1152选取第二影像滤波器所产生输出的影像作为目前像素的像素值，而若电子装置100已判别出目前之工作表面的材质比较脏(例如固定图案影像之值较多)，该过滤单元1152选取第一影像滤波器所产生输出的影像作为目前像素的像素值。也就是说，该过滤单元1152可因应于感测到之特征影像的强弱及/或所学习到之工作表面材质的差异，动态选取出具有较强特征或较弱特征的影像作为一感测像素的影像值。

接着，处理器115可通过该特征统计单元1154，判断一张感测影像中一或多个感测像素之影像值是否产生位移，例如判断一个感测像素之影像值是否产生位移的操作可针对于每一感测像素为单位范围进行判断，而判断多个感测像素之影像值是否产生位移的操作可针对于例如32*32的感测像素为单位范围进行判断(非本案的限制)。如果发生位移，则再计算一或多个感测像素之影像值于一特定时间内的一平均影像位移之值(代表平均位移的影像强度值)，接着，处理器115可通过该固定图案侦测单元1155，比对该平均影像位移之值与上述该临界值TH，动态判断一或多个感测像素之影像值对应于一固定图案或是对应于电子装置100的特征影像，当该平均影像位移之值小于该临界值TH时，处理器115判断该影像值对应于固定图案，而当该平均影像位移之值大于该临界值TH，处理器115判断该影像值对应于特征影像。

之后，根据固定图案侦测单元1155对于一或多个感测像素的判断结果，电子装置100通过该光学导航单元1153，当一或多个感测像素所感测到之影像值被判定为对应于一固定图案时，该处理器115是对一或多个感测像素所感测到之影像值执行一校正操作，产生至少一校正后影像像素值，以及接着根据该至少一校正后影像像素值，执行光学导航追踪的移动估测，稳定准确追踪电子装置100于目前工作表面的移动。实作上，该校正操作可以是对应地从一或多个感测像素所感测到之影像值扣除掉该平均影像位移的值，产生该至少一校正后影像像素值，然此并非本案的限制。此外，在校正时，处理器115亦可通过该光学导航单元1153，将被判定为对应于一固定图案的一或多个感测像素所感测到之影像值，指派至少一对应的位元来取代一或多个感测像素所感测到之影像值，例如指派位元“1”或位元“0”来取代一或多个感测像素所感测到之影像值，令该光学导航单元1153于参照到位元“1”或位元“0”时，即可知道对应的感测像素之影像值为相应于一固定图案，而不采用对应的感测像素之影像值来执行光学导航追踪的移动估测。再者，指派位元“1”或位元“0”来取代一或多个感测像素所感测到之影像值的好处在于，光学导航单元1153根据所指派之位元“1”或位元“0”可动态学习到固定图案杂讯于整张影像范围的长相为何。

应注意的是，上述的临界值TH可因应于不同的感测像素而设定为不同数值，亦即，处理器115于比对不同感测像素之影像值与临界值TH时，可分别采用不同数值的临界值TH。再者，本案电子装置100于动态学习一工作表面之材质时，该工作表面并没有限定，亦即电子装置100适用于动态学习所有可能之工作表面的材质(干净的表面或是比较脏的表面均适用)。

另外，电子装置100于出厂前，可被置于一完全干净的表面(理论上无微小颗粒粒子)进行移动感测的测试，处理器115可通过该特征统计单元1154，估计计算一或多个感测像素之影像值的一平均影像位移之值，亦可计算每一感测像素之影像值于一特定时间内之一平均影像位移的值，该平均影像位移的值可代表光学是统本身的固定图案杂讯的强度值，处理器115可记录出厂测试时的固定图案杂讯之强度值于一非挥发性存储器中，之后，待电子装置100实际被使用时，处理器115可从该非挥发性存储器载入该固定图案杂讯的强度值，并根据此强度值来校正对应感测像素所感测产生之影像值，之后根据校正后之影像值来进行光学导航追踪的移动估测。

以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。

Claims (13)

1.一种可动态学习不同工作表面之材质的光学导航的方法，其特征在于，包含：

利用至少一发光单元，发射至少一光线至一工作表面，反射成像至一影像传感器；

根据该影像传感器之至少一感测像素在一特定时间内所感测到之至少一影像移动信息，感测并计算该至少一感测像素于该特定时间内所感测到之至少一平均影像位移；以及

根据该至少一平均影像位移与一临界值，动态判断该至少一感测像素所感测到之至少一影像值是对应于一固定图案或是对应于一光学导航装置移动时之一特征影像，其中所述固定图案是光学导航追踪的杂讯；

根据判断的结果修正或校正该至少一感测像素所感测到之至少一影像值。

2.如权利要求1所述之方法，其特征在于，其中根据该至少一平均影像位移与该临界值，动态判断该至少一感测像素所感测到之该至少一影像值的步骤包含：

比对该至少一平均影像位移与该临界值，动态判断该至少一感测像素所感测到之该至少一影像值是该固定图案或是该特征影像。

3.如权利要求2所述之方法，其特征在于，其中比对且动态判断的步骤包含有：

当该至少一平均影像位移小于该临界值，判断该至少一影像值是该固定图案；以及

当该至少一平均影像位移大于该临界值，判断该至少一影像值是该特征影像。

4.如权利要求1所述之方法，其特征在于，另包含：

当该至少一感测像素所感测到之该至少一影像值被判定是对应于该固定图案时，对该至少一感测像素所感测到之该至少一影像值执行一校正操作，产生至少一校正后影像像素值；以及

根据该至少一校正后影像像素值，执行一移动估测，以准确追踪该光学导航装置于该工作表面之该移动。

5.如权利要求4所述之方法，其特征在于，其中执行该校正操作的步骤包含：

对应地从该至少一感测像素所感测到之该至少一影像值扣除掉该至少一平均影像位移，产生该至少一校正后影像像素值。

6.如权利要求4所述之方法，其特征在于，其中执行该校正操作的步骤包含：

将被判定是对应于该固定图案的该至少一感测像素所感测到之该至少一影像值，指派至少一对应的位元来取代该至少一感测像素所感测到之该至少一影像值。

7.一种光学导航装置，其特征在于，可动态学习不同工作表面之材质，该光学导航装置包含：

一影像传感器；

至少一发光单元，用以发射至少一光线至一工作表面，反射成像至该影像传感器；

一处理器，耦接至该影像传感器，用以根据该影像传感器之至少一感测像素在一特定时间内所感测到之至少一影像移动信息，计算该至少一感测像素于该特定时间内所感测到之至少一平均影像位移，以及根据该至少一平均影像位移与一临界值，动态判断该至少一感测像素所感测到之至少一影像值是对应于一固定图案或是对应于该光学导航装置移动时之一特征影像，其中所述固定图案是光学导航追踪的杂讯；

根据判断的结果修正或校正该至少一感测像素所感测到之至少一影像值。

8.如权利要求7所述之光学导航装置，其特征在于，其中该处理器是比对该至少一平均影像位移与该临界值，动态判断该至少一感测像素所感测到之该至少一影像值是该固定图案或是该特征影像。

9.如权利要求8所述之光学导航装置，其特征在于，其中：

当该至少一平均影像位移小于该临界值，该处理器判断该至少一影像值是该固定图案；以及

当该至少一平均影像位移大于该临界值，该处理器判断该至少一影像值是该特征影像。

10.如权利要求7所述之光学导航装置，其特征在于，其中当该至少一感测像素所感测到之该至少一影像值被判定是对应于该固定图案时，该处理器是对该至少一感测像素所感测到之该至少一影像值执行一校正操作，产生至少一校正后影像像素值；以及，该处理器是根据该至少一校正后影像像素值，执行一移动估测，以准确追踪该光学导航装置于该工作表面之该移动。

11.如权利要求10所述之光学导航装置，其特征在于，其中该处理器是对应地从该至少一感测像素所感测到之该至少一影像值扣除掉该至少一平均影像位移，产生该至少一校正后影像像素值。

12.如权利要求10所述之光学导航装置，其特征在于，其中该处理器是将被判定是对应于该固定图案的该至少一感测像素所感测到之该至少一影像值，指派至少一对应的位元来取代该至少一感测像素所感测到之该至少一影像值。

13.如权利要求7所述之光学导航装置，其特征在于，为一光学鼠标。

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