CN1648938A

CN1648938A - 影像导航芯片

Info

Publication number: CN1648938A
Application number: CNA2004100028925A
Authority: CN
Inventors: 林俊煌; 蓝正丰; 黄建章
Original assignee: Pixart Imaging Inc
Current assignee: Pixart Imaging Inc
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2024-01-20
Also published as: CN100430875C

Abstract

一种影像导航芯片，适用于一光指针装置，用以计算上述影像导航芯片相对于一工作表面的一位移量，包括：一影像感测数组，由一影像感测控制电路所驱动以感测上述工作表面的一影像；一讯号读出电路，耦接上述影像感测数组，以模拟型态读出上述影像数据；一模拟至数字转换电路，耦接上述讯号读出电路，用以将上述影像数据由模拟型态转换成数字型态；一影像品质判断电路，耦接上述模拟至数字转换电路，用以判断上述影像数据的品质并输出一品质指针；以及一位移计算电路，根据上述品质指针，决定是否输出上述位移量。

Description

影像导航芯片

技术领域

本发明涉及一种影像导航芯片，特别是涉及一种适用于一光指针装置的影像导航芯片。

背景技术

在各种计算机外设设备之中，鼠标是使用者最常使用的计算机外设设备之一，主要用来当成一种形式的计算机输入装置，特别适用于视觉图像上的应用，因此目前鼠标已经成为不可缺少的输入工具。滚轮鼠标使用滚轮的机械结构再搭配一个微控制器芯片来处理位移讯号、按键讯号以及与计算机沟通的接口讯号，如PS2、USB或是无线通讯讯号。在光学鼠标中，利用一具有光学导航功能的CMOS影像感测芯片来取代滚轮的机械结构，且CMOS影像感测芯片本身即具有数字讯号处理的能力，因此，微控制器芯片所用到的功能可以整合进具有光学导航功能的CMOS影像感测芯片中，成为单芯片以降低成本及功率消耗。

再者，CMOS影像感测芯片根据不同时间所撷取的影像，比较不同时间所撷取影像的相关性，用以判断光学操纵感应器的位移量，因此影像的品质会决定光学操纵感应器判断位移量的结果，其中，影响影像品质的原因大致为噪声，影像传感器未对准焦距使影像模糊，以及光源也会影响影像的品质。所以在此单芯片中，需要提供一电路来判断影像品质。

发明内容

有鉴于此，本发明主要目的在于提供一种影像导航芯片，适用于一光指针装置，用以计算上述影像导航芯片相对于一工作表面的一位移量，包括：一影像感测数组，由一影像感测控制电路所驱动以感测上述工作表面的一影像；一讯号读出电路，耦接上述影像感测数组，以模拟型态读出上述影像数据；一模拟至数字转换电路，耦接上述讯号读出电路，用以将上述影像数据由模拟型态转换成数字型态；一影像品质判断电路，耦接上述模拟至数字转换电路，用以判断上述影像数据的品质并输出一品质指针；以及一位移计算电路，根据上述品质指针，决定是否输出上述位移量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并结合附图详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的影像导航芯片的系统架构图。

附图符号说明

10～影像导航芯片； 101～影像感测数组；

102～讯号读出电路； 103～模拟至数字转换电路；

104～影像品质判断电路； 105～影像处理电路；

106～位移计算电路； 107～轨迹处理电路；

108～接口电路； 109～影像感测控制电路。

具体实施方式

图1为本发明的影像导航芯片的系统架构图。此处需特别说明，图1为本发明的实施例，实际上可以有不同的电路布局，而非仅限定于图1的情形。在光学鼠标中所使用的影像导航芯片10包括影像感测数组101、讯号读出电路102、模拟至数字转换电路103、影像感测控制电路109、影像品质判断电路104、影像处理电路105、位移计算电路106、轨迹处理电路107以及接口电路108。其中影像感测数组101为多个影像感测组件所组成的二维数组，此数组大小并无一定限制，当使用越大的数组，则可判断的位移量越大，所产生的影像数据量也越大。在本实施例中，使用18×18个互补金属氧化物半导体晶体管(CMOS)感测组件所组成的二维数组。此影像感测数组101可由一影像感测控制电路(未图标出)来控制每一个影像感测组件的曝光时间。当实际使用光学鼠标时，影像感测数组101经由CMOS感测组件感测上述工作表面的影像。

讯号读出电路102耦接上述影像感测数组101，以模拟型态读出上述影像数据，现今最常用的读出方法是相关性双取样技术(correlation doublesampling、CDS)，如美国专利第6,433,632、6,248,991、6,018,364与5,877,715号所述，以提供一较低定格噪声(fixed pattern noice、FPN)。再者，讯号读出电路102包括一可编程增益放大器(未图示出)可以将上述影像数据的讯号放大，以供应下一级电路。接着，耦接上述讯号读出电路102的模拟至数字转换电路将上述影像数据由模拟型态转换成数字型态，而后将此影像数据送至影像品质判断电路104。影像感测控制电路109与影像感测数组101、讯号读出电路102及模拟至数字转换电路103相耦接，分别产生影像感测数组101、讯号读出电路102及模拟至数字转换电路103所需的控制讯号，并且控制CMOS感测组件的曝光时间。

影像品质判断电路104可以实时判断上述影像数据的品质并输出一品质指针，以显示上述影像数据是否符合品质要求。影像品质判断电路104可以用来判断多张或单张影像是否符合品质要求。亦即，影像品质判断电路104可以取多张影像的平均值，或者只需要判断单张影像是否符合品质要求而不需比对多张影像，也不需要任何缓冲器来暂存影像。常见的作法有，为了判断影像品质，可以取一维的影像来分析影像品质，例如取X方向的一维影像，然后分析全部X方向的一维影像，或是Y方向的一维影像，然后分析全部Y方向的一维影像。

假设使用者欲将光学鼠标由目前位置移动至下一个位置，首先，当光学鼠标在目前位置时，影像感测数组101撷取对应于目前位置的影像，并经由讯号读出电路102、模拟至数字转换电路103及影像品质判断电路104，来产生数字型态的一样版影像数据，其中，若此样版影像数据无法使用时，例如影像不清楚(不符合品质要求)，则重新撷取一影像以产生新的样版影像数据。接下来，当使用者将光学鼠标移动至下一个位置时，影像感测数组101撷取对应于下一个位置的影像，并经由讯号读出电路102、模拟至数字转换电路103及影像品质判断电路104，来产生数字型态的一影像数据。然后，位移计算电路106耦接上述模拟至数字转换电路103及上述影像品质判断电路104，接收由上述模拟至数字转换电路103所输出的数字型态的上述影像数据，并且计算上述影像数据与样版影像数据的相关值，以求出上述影像导航芯片10相对于工作表面的位移量，此计算方式有诸多选择方案，例如一般是使用区块比较法(block match method)来判断影像导航芯片10的位移量。区块比较法可根据比较函数(例如均方差MSE(mean squared error)或绝对值平均法MAD(mean absolute difference)所取得的符合区块与原始区块作比较而求得影像导航芯片10的位移量。另外，在台湾专利公报公告第530,489与529,309号中，亦披露了可以用来计算位移量的“影像传感器的移动量检测方法”。

最后，位移计算电路106根据接收自影像品质判断电路104的品质指针，来决定是否输出上述位移量，若上述品质指针显示上述影像数据符合品质要求，则将上述位移量输出至下一级电路，若不符合品质要求，则取先前计算出的多笔位移量的平均值再输出至下一级电路。

接口电路108接收上述位移计算电路106所输出的上述位移量，并且根据一接口规格，例如PS2接口规格、USB接口规格、无线传输接口规格或以上任意组合，对上述位移量作运算来产生输出接口值，此输出接口值作为光学鼠标输出至后端装置的数字数据，以供后端装置做进一步的处理，例如输出至个人计算机，用以移动屏幕上的一指针。在前述运算步骤中，接口电路108亦可根据接口规格，将其它信息，例如光学鼠标按键动作或Z轴滑轮动作，与上述位移量一起加以包装后输出。

前述的接口规格，可以以硬件方式，将电路实践在芯片上，整合进接口电路108中，或者接口电路108可以内建一储存单元(未图标出)及一处理单元(未图标出)，先将上述接口规格以固件程序来储存在该储存单元中，而后该处理单元接收由上述位移计算电路106所输出的上述位移量，并根据储存于上述储存单元的上述接口规格，对上述位移量作运算来产生上述输出接口值。

为提供更好的功能，此影像导航芯片10也可以选择性地将一影像处理电路105整合进来。该影像处理电路105耦接于上述模拟至数字转换电路103及上述位移计算电路106之间，根据影像处理公式，将上述模拟至数字转换电路103所输出的上述影像数据作影像处理，然后再将处理结果输出至上述位移计算电路106。常见的影像处理公式有两种，分别可以将上述影像数据作滤波处理及数据压缩处理。

另外，为提供更好的功能，此影像导航芯片10进一步可以选择性地将一轨迹处理电路107整合进来。该轨迹处理电路107耦接于上述位移计算电路106及上述接口电路108之间，根据轨迹处理公式，将上述位移计算电路106输出的上述位移量作轨迹处理，然后再将处理结果输出至上述接口电路108。常见的轨迹处理公式有两种，分别可以将上述位移量作分辨率转换处理及轨迹平滑化处理。

综上所述，本发明所提供的影像导航芯片10，将传统光学鼠标中微控制器芯片所用到的功能整合进具有光学导航功能的CMOS影像导航芯片10中，成为一单芯片，且提供一影像品质判断电路104，在影像数据被读出之后，可以实时判断上述影像数据的品质并输出一品质指针，以供下一级电路做为参考。

本发明虽以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可做若干的更动与润饰，因此本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。

Claims

1.一种影像导航芯片，适用于一光指针装置，用以计算上述影像导航芯片相对于一工作表面的一位移量，包括：

一影像感测数组，由一影像感测控制电路所驱动以感测上述工作表面的一影像；

一讯号读出电路，耦接上述影像感测数组，以模拟型态读出上述影像数据；

一模拟至数字转换电路，耦接上述讯号读出电路，用以将上述影像数据由模拟型态转换成数字型态；

一影像品质判断电路，耦接上述模拟至数字转换电路，用以判断上述影像数据的品质并输出一品质指针；以及

一位移计算电路，根据上述品质指针，决定是否输出上述位移量。

2.如权利要求1所述的影像导航芯片，其中上述影像感测数组为多个互补金属氧化物半导体晶体管所组成的二维数组。

3.如权利要求1所述的影像导航芯片，其中上述讯号读出电路是运用相关性双取样技术以读出上述影像数据。

4.如权利要求1所述的影像导航芯片，其中上述讯号读出电路包括一放大器，用以放大上述影像数据。

5.如权利要求1所述的影像导航芯片还包括一影像处理电路，耦接于上述模拟至数字转换电路及上述位移计算电路之间，根据一影像处理公式，用以将上述模拟至数字转换电路输出的上述影像数据作运算并输入至上述位移计算电路。

6.如权利要求5所述的影像导航芯片，其中上述影像处理公式是用以对上述影像数据作滤波处理或数据压缩处理。

7.如权利要求1所述的影像导航芯片还包括一轨迹处理电路，耦接上述位移计算电路，根据一轨迹处理公式，用以将上述位移计算电路输出的上述位移量作运算并输出。

8.如权利要求7所述的影像导航芯片，其中上述轨迹处理公式是用以对上述位移量作分辨率转换处理或轨迹平滑化处理。

9.如权利要求1所述的影像导航芯片还包括一接口电路，耦接上述位移计算电路，根据一接口规格，对上述位移量作运算并输出一输出接口值，其中上述接口规格选自于由PS2接口规格、USB接口规格及无线传输接口规格所组成的族群中的接口规格。

10.如权利要求9所述的影像导航芯片，其中上述接口电路包括：

一储存单元，用以储存上述接口规格；以及

一处理单元，耦接上述储存单元及上述位移计算电路，用以读出上述接口规格，且根据上述接口规格，对上述位移量作运算并输出上述输出接口值。