CN1834878B - 光学导航系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学导航系统。该光学导航系统包括能够光学耦合到物体表面的图像传感器、数据存储设备和导航电路。图像传感器包括多个感光元件，其中设置在第一方向上的感光元件的数目比设置在第二方向上的感光元件的数目多。第二方向垂直于第一方向。图像传感器能够捕获所述表面的多个区域的连续图像，并且这多个区域沿与第一方向平行的轴分布。数据存储设备能够存储所捕获的图像。导航电路包括第一数字电路，用于确定图像传感器和物体之间沿所述轴的相对位移的估计，其中该估计是通过比较在所述位移后捕获的图像和在所述位移前捕获的图像而获得的。

Description

光学导航系统

技术领域

本发明涉及光学导航系统。

背景技术

用户控制当今计算机系统最常用并且最有用的输入设备是鼠标。鼠标作为输入设备的主要目的是将操作者的手的运动转变为计算机可以使用的信号。这是通过在计算机监视器的屏幕上显示响应于用户的手移动而移动的光标来实现的。可以由用户选择的命令一般被键入在光标位置处。可以首先利用鼠标的移动将光标定位到屏幕上的适当位置，然后激活按钮或激发鼠标，从而选择期望的命令。

对监视器上光标位置的定位控制最初是通过机械检测鼠标相对于固定的参考帧(即，电脑桌或鼠标垫的上表面)的相对运动来获得的。常用技术是使用鼠标内的滚动球，该球在运行中与电脑桌接触，并且在鼠标运动时滚动。在鼠标内有两个与滚动球接触的滚轮，它们随滚动球的滚动而滚动。一个滚轮定向为检测标称X方向的运动，另一个定向为与第一个滚轮成90度，可以检测相关联的Y方向运动。这两个滚轮连接到独立的轴，并且每个轴连接到独立的光学编码器，光学编码器输出与关联滚轮的运动相对应的电信号。该信号被适当地编码，一般以二进制数据的形式被发送到计算机，计算机接着解码其接收到的信号，并且将计算机屏幕上的光标移动一段对应于鼠标物理移动的量。

最近，已使用光学导航技术来产生指示沿坐标轴方向的相对运动的运动信号。这些技术例如已用在光学鼠标和触摸跟踪设备中以替换传统的鼠标和跟踪球，用于计算机系统的窗口化用户界面中的屏幕指针位置控制。这种技术有多种优点，例如没有在使用时易于积累污物并且会有机械磨损的运动部件。

根据情况不同，可以以不同的方式对纸张在打印机内的移动进行距离测量。对于打印机应用，我们可以通过对步进马达的步数进行计数从而测量运动的距离，因为马达的每一步将移动某一已知的距离。另一种替换方法是使用编码轮，这种编码轮被设计来测量导致该轮发生转动的表面的相对运动。也可以在纸张上设置可由传感器检测的标记。

在使用光学导航技术的系统中，通过跟踪一系列图像的相对位移来测量运动。首先，参考表面的一个区域的二维视图被聚焦到光电探测器阵列上，其输出被数字化，并且作为参考图像存储在相应的存储器阵列中。短暂时间后第二图像被数字化。如果没有运动，则在参考图像后获得的图像和参考图像基本相同。相反，如果已有某种运动，则后续图像将已沿运动轴移动了一段与光电探测器阵列的物理运动量相对应的图像移位量。用来替换机械鼠标在计算机系统中进行位置控制的所谓的光学鼠标就应用了这种技术。

在实践中，可以通过将参考图像与第二图像的一系列移位版本相比较来测量光学设备的运动方向和幅度。与光学鼠标的实际运动最佳对应的移位图像是通过以下操作来确定的：在参考图像和每个移位后的第二图像之间执行互相关，而正确的移位将提供最大相关值。使用前述技术，后续图像可用来指示光学鼠标的后续移动。

但是，在光学鼠标移动的某些点处，所获得的要用来与参考图像相比较的图像可能不再与参考图像重叠得足够多，以至于不能精确地标识鼠标发生的运动.在这种情况可能发生之前，有必要将后续图像之一定义为新的参考图像.参考图像的这种重新定义被称作重定参考.

光学导航系统中的测量不准是由于这种系统获得它们的运动信息的方式导致的。光学导航传感器是通过获得下层表面的一系列图像来工作的。该表面具有微细纹理。当这种微细纹理被光线照明(一般成一定角度)时，该表面的微细纹理形成由光电探测器阵列检测的阴影图案。这些阴影图案的一序列图像被获得，并且光学导航传感器试图计算引起图像变化的表面的相对运动。因此，如果在时刻t(n+1)获得的图像相对于在时刻t(n)获得的图像左移一个象素，则光学导航传感器非常有可能相对于所观测的表面右移了一个象素。

只要参考帧和当前帧重叠足够多的量，就可以以小于象素(sub-pixel)的精度来计算移动。然而，在参考帧和当前帧之间不具有足够的重叠时就会出现问题，因为在这种情形中不能精确地确定移动。为了防止这种问题，无论何时只要参考帧和当前帧之间的重叠小于某一阈值，就选择新的参考帧。但是，由于光学传感器阵列中的噪声，每次改变参考帧时都会在移动量测量中引入一定量的误差。因此，随着所测量移动的大小增加，误差量将随着越来越多地选择新参考帧而增大。

由于缺乏绝对位置参考，每次重定参考时，源自前一重定参考过程的任何位置误差都被积累起来。当光学鼠标传感器移动长距离时，累积起来的总的位置误差可能相当大。如果光学传感器阵列是30×30，鼠标每移动约15个象素就可能需要发生重定参考(15个每个60微米的象素＝每0.9mm进行一次参考帧更新)。在给定的距离上测量误差量与E*(N)^1/2成比例，其中E是每次参考帧改变的误差，N是参考帧更新的次数。

发明内容

在代表性的实施例中，光学导航系统包括能够光学耦合到物体表面的图像传感器、数据存储设备和导航电路。图像传感器包括多个感光元件，其中设置在第一方向上的感光元件的数目比设置在第二方向上的感光元件的数目多。第二方向垂直于第一方向。图像传感器能够捕获所述表面的多个区域的连续图像，并且这些区域沿与第一方向平行的轴分布。数据存储设备能够存储所捕获的图像，并且导航电路包括第一数字电路，用于确定图像传感器和物体之间沿所述轴的相对位移的估计，其中该估计是通过将在该位移后捕获的图像与在该位移前捕获的图像进行比较而获得的。

在另一个代表性的实施例中，光学导航系统包括：第一图像传感器，其能够光学耦合到物体的表面；第二图像传感器，其能够光学耦合到所述表面并且在第一方向上与第一图像传感器相隔一定距离；数据存储设备；以及导航电路。第一和第二图像传感器能够捕获所述表面的若干区域的连续图像，其中这些区域沿与第一方向平行的轴分布。数据存储设备能够存储所捕获的图像，并且导航电路包括第一数字电路，用于确定图像传感器和物体之间沿所述轴的相对位移的估计，其中该估计是通过将在所述位移后捕获的图像与在所述位移前捕获的图像进行比较而获得的。

在又一个代表性的实施例中，光学导航系统包括能够光学耦合到物体表面的大图像传感器、数据存储设备和导航电路.大图像传感器包括具有至少2,000微米×2,000微米的总有效面积的象素阵列.大图像传感器能够捕获所述表面的多个区域的连续图像.数据存储设备能够存储第一大图像传感器捕获的连续图像，并且大图像传感器能够在物体和该大图像传感器之间的相对运动前捕获至少一幅图像并且在其后捕获一组图像.导航电路能够将大图像传感器捕获并存储的连续图像与至少一个已存储的由该大图像传感器捕获的图像进行比较，并且获得匹配程度大于预选值的被比较图像之间的表面偏移距离.

在另外一个代表性的实施例中，一种方法包括：捕获表面的一个区域的参考图像；将所捕获的参考图像存储到数据存储设备中；图像传感器捕获新图像；将新图像存储到数据存储设备中；比较新图像和参考图像；基于比较新图像和参考图像步骤的结果，计算从参考图像开始移动的距离。图像由图像传感器捕获，其中图像传感器包括多个感光元件。设置在第一方向上的感光元件的数目比设置在第二方向上的感光元件的数目多，其中第二方向垂直于第一方向。图像传感器能够捕获所述表面的多个区域的连续图像，其中这些区域沿与第一方向平行的轴分布。上述步骤被按需重复。

在附加的一个代表性实施例中，一种方法包括：第一图像传感器捕获表面的一个区域的参考第一图像；第二图像传感器捕获所述表面的另一区域的关联第二图像；将所捕获的一组图像存储到数据存储设备中；利用第一和第二图像传感器捕获一组新的图像；将所捕获的一组新图像存储到数据存储设备中；将新图像与参考第一图像相比较；并且基于将新图像与前一参考图像相比较步骤的结果，计算从该参考图像开始移动的距离。上述步骤被按需重复。

结合附图参考下面的详细描述，这里给出的代表性实施例的其他方面和优点将变清楚。

附图说明

附图提供了可视表示，将用于更全面地描述各种代表性的实施例，并且可以由本领域的技术人员用来更好地理解它们及其内在优点。在这些附图中，相似的标号表示对应的元素。

图1示出了在各种代表性实施例中描述的光学导航系统的框图。

图2A示出了在各种代表性实施例中描述的导航表面。

图2B示出了图2A的导航表面的另一个图。

图2C示出了图2A的导航表面的又一个图。

图2D示出了图2A的导航表面的另外一个图。

图3A示出了在各种代表性实施例中描述的另一个光学导航系统的框图。

图3B示出了在各种代表性实施例中描述的又一个光学导航系统的一部分的框图。

图3C示出了在各种代表性实施例中描述的图像传感器的框图。

图3D示出了图3A的光学导航系统的一部分的更详细的框图。

图4示出了在各种代表性实施例中描述的一个表面的图像在时间和位置上的分布图。

图5A的流程图示出了在各种代表性实施例中描述的使用光学导航系统的方法。

图5B是图5A的方法的一部分的更详细的流程图。

图6A示出了在各种代表性实施例中描述的三图像传感器光学导航系统的框图。

图6B示出了在各种代表性实施例中描述的四图像传感器光学导航系统的框图。

具体实施方式

如出于说明目的的附图所示，本专利文件公开了一种新颖的光学导航系统。以前有光学导航能力的系统具有受限的测量距离精度。在代表性的实施例中，公开了这样的光学导航系统，其在需要重定参考前使传感器的移动增加，导致可获得的精度提高。

在下面的详细描述和几张附图中，相似的元素用相似的标号标识。

如前所示，光学导航传感器用于检测照明表面的相对运动。具体地说，光学鼠标检测该鼠标下面的表面的相对运动，并且将运动信息传递给关联的计算机。运动信息包含运动的方向和幅度。尽管一般认为测量运动量对于移动光标足够了，但是对于其他应用例如测量打印机内的纸张的运动可能就不够精确。

由于缺少绝对位置参考，所以每次重定参考时，源自前一重定参考过程的任何位置误差都被积累起来。当鼠标传感器移动长距离时，累积起来的总的位置误差可能相当大。尤其在打印机和其他应用中。

因此，一种提高测量精度的方法是增加在参考帧更新之间所能测量的运动量，同时保持每个参考帧相同的误差。增加光电传感器阵列的大小将减少参考帧更新的次数。如果大小增加使参考帧更新减小4倍，则系统的总体改进效果是2倍，这是由于误差与所发生的重定参考的次数的平方根成比例。如果预期移动的方向已知，则仅需在该方向上增加光电传感器阵列的大小。仅沿一个轴增加阵列大小的优点在于减小包含该光电探测器阵列的芯片的大小，从而由于有更少的可能发生故障的光电探测器，所以可以获得更高的产率。

如果在多于一个方向上运动，则可以使用多个测量系统，每个测量系统针对一个运动方向。例如，如果可能在X方向和Y方向运动，则可以使用二维系统，一个针对X方向运动，另一个针对Y方向运动。

如果使用多个测量系统，各个光电探测器可以是一个以上系统的一部分。例如，不采用总共具有1600个光电探测器的两个独立的20×40的光电探测器阵列，而代之以在两个测量系统之间共享20×20的光电探测器阵列。因此，一个由第一20×20阵列加20×20共享阵列组成的20×40阵列和另一个由第二20×20阵列加20×20共享阵列组成的20×40阵列导致仅有1200个光电探测器，这在光电探测器数量上减少了25％。

在传统的鼠标中，参考帧和采样帧都从同一个光电探测器阵列获得。如果沿已知路径运动，则可以使用两个独立的光电探测器阵列来增加参考帧更新之间的时间。沿上行(upstream)光电探测器阵列和下行(downstream)光电探测器阵列之间的路径来测量单向运动。如果在不同的时刻沿两个方向运动，则在两个运动方向之一上对准的两个图像传感器可以用来测量在该方向上的位移，并且在另一运动方向上与其余图像传感器之一对准的另一图像传感器可用来测量在该另一运动方向上的位移。或者，可以使用独立的两对图像传感器(4个图像传感器)，其中每对图像传感器用来独立地测量两个运动方向中的每个方向上的位移。

为了易于描述，假定两个光电探测器阵列的中心之间的距离为10mm.在系统首次开始工作时，下行光电探测器阵列用于通常的光学导航.这意味着采样帧和参考帧都从该下行光电探测器阵列获得.但是，同时，上行光电探测器阵列获取一系列参考帧图像，这些参考帧图像被存储在存储器中.一旦下行传感器的运动测量电路估计下面的导航表面已移动了大约10mm，下行传感器就使用由上行传感器捕获的参考帧.这样，来自上行传感器的参考帧与来自下行传感器的采样帧关联起来.这种情形允许系统每运动约10mm更新一次参考帧.

这样，所测量的运动总量为10*A+0.9*Bmm，其中A是使用来自上行传感器的参考帧测量出的10mm步长的数量，并且B是自最后的10mm步长之后使用来自下行传感器的参考帧测量出的0.9mm步长的数量。

在90mm的距离上，传统的光学导航传感器将执行100次参考帧更新，从而总的误差为10*E。刚描述的代表性实施例仅会执行9次参考帧更新，并且总的误差为3*E。但是，在89.1mm的距离上，传统传感器中总的误差为9.95*E(99次参考帧更新)，而在改进的传感器中为4.24*E(18次参考帧更新，即9×10mm步长和9×0.9mm步长)。

在代表性的实施例中，第一光电探测器阵列照常测量运动。然而，此外其还将图像采样发送到第二光电探测器阵列。与每个图像采样包括在一起的还有对获得该图像采样的相对顺序或时间顺序进行编码的数字。在第二传感器观测到相同的图像时，从第二传感器观测到的图像的相对位置减去第一传感器的当前相对位置，以产生这两个传感器之间的距离的估计。但是，由于这两个传感器之间的距离是已知的，所以第一传感器可以基于两个传感器之间的估计出的距离和已知距离的差来校正它估计出的相对位置。

获取采样图像的频繁程度要在未校正的误差量和保存这些图像所需要的存储器量之间寻求平衡。更多的采样图像需要更多的存储器，但是也会减少第一传感器产生的测量结果的未校正误差量。

代表性的实施例可以双向工作，而不是单向工作。如果正测量的下层表面开始沿相反方向运动，则第一传感器将通知这种情况。在此发生时，第一和第二传感器可以交换它们的角色。

为了削减成本，优选两个光电探测器阵列都包括在单个集成电路芯片上。但是，光电探测器阵列之间形成的距离可能小于期望的距离。为了调整这一点，可以使用类似于双筒望远镜的透镜系统。一对双筒望远镜被设计为使得目镜光轴之间的距离小于物镜光轴之间的距离。双筒望远镜具有这样的特性是因为双筒望远镜的每侧的光路都通过一对棱镜。可以使用类似的思想来扩展光电探测器阵列之间的有效距离，而无需改变包含光电探测器阵列的芯片的大小。

图1示出了在各种代表性实施例中描述的光学导航系统100的框图.光学导航系统100可以附接到另一个设备或者作为另一设备的一部分，例如打印机380、光学鼠标380等.在图1中，光学导航系统100包括：图像传感器110，在这里也被称作第一图像传感器110和第一图像传感器阵列110；光学系统120，其可以是透镜120或透镜系统120，用于将从工作片130反射的光线聚焦到第一图像传感器阵列110上，其中工作片130也被称作物体130，其可以是打印介质130，它可能是一张纸130，这里也被称作页面130.打印介质130的照明由光源140提供.第一图像传感器阵列110优选是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器.但是，也可以使用其他成像器件，例如电荷耦合器件(CCD)、光电二极管阵列或光电晶体管阵列.来自光源140的光线经由光学系统120从打印介质130被反射到第一图像传感器阵列110上.图1中示出的光源140可以是发光二极管(LED).但是，也可以使用其他光源140，例如包括垂直腔表面发射激光器(VCSEL)或其他激光器、白炽灯光源、荧光光源等.另外，也可以使用在光学导航系统100外部的环境光源140，只要其提供的最终光照级足以满足图像传感器阵列110所要求的灵敏度阈值.

在操作中，工作片130和光学导航系统100之间发生相对运动，并且在发生相对运动时周期性地获取工作片130的表面160(在这里也被称作导航表面160)的图像150。相对运动意味着光学导航系统100在静止的导航表面160上向右运动(具体地说，是第一图像传感器阵列110在运动)将产生与物体130在静止的第一图像传感器阵列110下向左运动等效的信息。也被称作第一方向157的图1中的运动方向157指示第一图像传感器阵列110相对于工作片130的运动方向。图1中示出的特定运动方向用于说明目的。取决于应用，工作片130和/或光学导航系统100能够在多个方向上移动。

第一图像传感器阵列110以根据应用确定的并且可以随时间变化的速率来捕获工作片130的图像150。捕获的图像150表示当前光学导航系统100正移动过的导航表面160的区域，其可以是打印纸130的表面160。捕获的图像150作为第一图像信号155被传送到导航电路170，并且可以存储在数据存储设备180中，该数据存储设备180可以是存储器180。

导航电路170将第一图像信号155中的信息转换为传递给控制器190的位置信息，即，导航电路170生成位置信息175，并将其输出到控制器190。控制器190随后生成输出信号195，该信号可用来在工作片130的导航表面160上定位打印头(在打印机的应用中)或者根据需要定位其他设备。导航电路170和/或存储器180可被配置为导航电路170的一个整体部分，或者配置为相互分离。此外，导航电路170可以实现为例如但不限于专用数字信号处理器、专用集成电路、或者逻辑门的组合。

在参考图像和当前导航图像之间的移位大于一定数量的象素(一般为1/2到2/3传感器宽度，但是可以大于或小于该范围)时，光学导航传感器必须重定参考。假定位置随机误差的标准偏差为1/8象素，在给定行程上系统中积累的累积误差将具有标准偏差1/8*(N)^1/2，其中N是发生的重定参考的次数。在当前典型的光学鼠标中，使用具有20×20象素的第一图像传感器阵列110；并且在检测出超过6个象素的位置改变时采取重定参考动作。如果我们假定象素大小为50微米，则第一图像传感器阵列110每行进300微米就必须重定参考。基于上述关系，很清楚，通过减少重定参考的次数可以减少累积误差。

在代表性的实施例中，使用大传感器阵列来减少在给定的行进距离上所要求的重定参考次数。在本发明的一种实施例中，使用40×40的图像传感器阵列110，其中每个象素大小为50微米。在检测到超过12个象素的位置改变后图像传感器110将重定参考。在这种情形中，重定参考距离是600微米，该距离是标准传感器的距离的两倍。在相同的行进距离上，参考距离增加为2倍将所要求的重定参考次数减少为二分之一。当与标准的20×20传感器阵列相比较时，累积误差为1/8*(N/2)^1/2或约为前一累积误差的71％。增加传感器阵列大小还有助于提高互相关计算中的信噪比，从而降低每次重定参考的随机位置误差。

尽管增加传感器大小改善了累积位置误差，但是它需要更多的计算功率和存储器来实现.有可能在不增加导航电路170的处理需求的情况下改善累积误差.在本发明的另一个实施例中，传感器阵列是矩形阵列，该阵列沿最重要的方向具有增加的象素数目.需要这种设计的应用包括打印机控制，在该应用中，沿进纸方向的打印纸位置最为关键.例如，可以使用40×10的传感器阵列来保持较小的总象素数目，同时沿图像传感器110的长度方向同样使误差减小到以前误差的71％.

图2A示出了在各种代表性实施例中描述的导航表面160。该图也示出了图像150的轮廓，该图像在后面将被称为第一图像151，如在各个代表性的实施例中所述，该图像由第一图像传感器阵列110从导航表面160的一个区域获得。在图2A中，导航表面160具有独特的表面特征或图案。在本实施例中，为了说明，表面图案用字母字符A…Z和a表示，其也被称作表面图案A…Z和a。如前所述，正在覆盖导航表面160的是用第一图像传感器阵列110从图2A的最左边开始覆盖导航表面160可获得的图像150的轮廓。因此，如果第一图像传感器阵列110如图2A所示定位在导航表面160上，第一图像传感器阵列110将能够捕获由表面图案A…I所表示的导航表面160的表面图案区域。对于图2A的代表性实施例，第一图像传感器阵列110具有9个象素215，在这里也被称作感光元件215，它们的捕获区域表示为由垂直虚线和水平虚线隔离的区域，并且单独表示为第一象素215a覆盖导航表面图案A、第二象素215b覆盖导航表面图案B、第三象素215c覆盖导航表面图案C、第四象素215d覆盖导航表面图案D、第五象素215e覆盖导航表面图案E、第六象素215f覆盖导航表面图案F、第七象素215g覆盖导航表面图案G、第八象素215h覆盖导航表面图案H、和第九象素215I覆盖导航表面图案I。出于导航目的，由字母字符A…I表示的捕获的图像150作为参考图像150，用来获得由导航表面160和第一图像传感器阵列110之间的后续相对运动产生的导航信息。相对运动意味着第一图像传感器阵列110在静止导航表面160上的后续向右运动(运动方向157)将产生与导航表面160在静止的第一图像传感器阵列110下向左运动等效的信息。

图2B示出了图2A的导航表面160的另一个图。该图示出了可由第一图像传感器阵列110在相对于图2A的导航表面160的多个位置中获得的图像150的轮廓。图2B中示出的覆盖导航表面160的是在图2A的参考位置上用第一图像传感器阵列110覆盖导航表面160，以及在第一图像传感器阵列110三次向右独立运动(或者等效于导航表面160的随后3次向左运动)之后的位置上可获得的图像150的轮廓。在图2B中，参考图像表示为初始参考图像150(0)，而后续移动之后的参考图像表示为图像150(1)、图像150(2)和图像150(3)。

在第一次移动之后，能够被第一图像传感器阵列110捕获到的图像150是图像150(1)，其包括表面图案G-O。对于图像150(0)和150(1)之间的中间移动也可以捕获相关的图像150，但是为了说明的简单和清楚，未在图2B中示出。无论如何，必须利用现在变成新的参考图像150的图像150(1)来进行重定参考，否则将丢失位置参考信息。

在第二次移动之后，能够被第一图像传感器阵列110捕获到的图像150是图像150(2)，其包括表面图案M-U。对于图像150(1)和150(2)之间的中间移动也可以捕获相关的图像150，但是为了说明的简单和清楚，未在图2B中示出。无论如何，必须利用现在变成新的参考通信150的图像150(2)来进行重定参考，否则将丢失位置参考信息。

在第三次移动之后，能够被第一图像传感器阵列110捕获到的图像150是图像150(3)，其包括表面图案S-Z和a.对于图像150(2)和150(3)之间的中间移动也可以捕获相关的图像150，但是为了说明的简单和清楚，未在图2B中示出.无论如何，必须利用现在变成新的参考通信150的图像150(3)来进行重定参考，否则将丢失位置参考信息.

图2C示出了图2A的导航表面160的另一个图。该图示出了在各种代表性实施例中可由第一图像传感器阵列110从导航表面160的区域获得的图像150的轮廓。在一个代表性的实施例中，增大了图像传感器110的总体尺寸(即，在二维上)，这增大了必须重定参考前的移动距离。在如图2C所示的另一个代表性实施例中，在运动方向157上增大的图像传感器110的尺寸，这也增大了必须进行重定参考前的移动距离。在图2C中，图像传感器110包括多个感光元件215，设置在第一方向157上的感光元件215的数目大于设置在第二方向158上的感光元件215的数目。图像传感器110能够捕获表面160的连续区域351的图像150。区域351沿与第一方向平行的X轴分布。

图2D示出了图2A的导航表面160的另一个图。该图示出了可由第一图像传感器阵列110在相对于图2A的导航表面160的多个位置上获得的图像150的轮廓。图2D示出了导航表面160，但是只标明了图像150(0)和图像150(3)。将与讨论图3A一起更全面地讨论图2D。

图3A示出了在各种代表性实施例中描述的另一个光学导航系统100的框图。光学导航系统100可以附接到另一个设备或者作为另一设备的一部分，例如打印机380、光学鼠标380、其他设备380等。在图3A中，光学导航系统100包括：第一图像传感器阵列110；第二图像传感器阵列112，在这里也被称作第二图像传感器112；光学系统120，它可以是透镜120或透镜系统120，并且可以包括用于如图3A所示适当地分隔图像151和152的一个或多个棱镜或者一个或多个其他器件，用于将从工作片130反射的光线聚焦到第一和第二图像传感器110、112上，其中工作片130也被称作物体130，它可以是打印介质130，这可以是也被称作页面130的一张打印纸130。如图3A所示，第一和第二图像传感器110、112优选地制造在单个衬底313上，该衬底313例如可以是半导体衬底313，该半导体衬底可以是硅、砷化镓等。但是，不要求第一和第二图像传感器110、112一定制造在单个衬底313上。但是，这样制造可以削减成本。

打印介质130的照明由光源140提供。第一和第二图像传感器110、112优选是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。但是，也可以使用其他成像器件，例如电荷耦合器件(CCD)、光电二极管阵列或光电晶体管阵列。来自光源140的光线经由光学系统120从打印介质130被反射到第一和第二图像传感器110、112上。图3A中示出的光源140可以是发光二极管(LED)。但是，也可以使用其他光源140，例如包括垂直腔表面发射激光器(VCSEL)或其他激光器、白炽灯光源、荧光光源等。另外，也可以使用在光学导航系统100外部的环境光源140，只要其提供的最终光照级足以满足第一和第二图像传感器110、112所要求的灵敏度阈值。

在操作中，工作片130和光学导航系统100之间发生相对运动，并且在发生相对运动时获取工作片130的表面160的连续第一图像151以及与之配对的连续第二图像152.无需以固定的速率获取图像.例如，光学鼠标可以改变其获得表面图像的速率，这取决于各种因素，包括对该鼠标正在移动的速度的估计.鼠标移动得越快，图像获取得就越快.在任意给定时刻，表面160的第一图像151被光学系统120聚焦到第一图像传感器阵列110上，并且表面160的第二图像152也被光学系统120聚焦到第二图像传感器阵列112上.无论何时，只要在光学导航系统100和工作片130之间已发生了足够的相对运动，使得表面160的第一区域351(从该区域获得用作参考图像的特定第一图像151)向第二图像传感器112提供了第二图像，就将考虑重定参考.换言之，当源自表面160的第一区域351的第一图像151发生移动，使得由第二图像传感器112捕获的第二图像152与被参考的第一图像151匹配时，将考虑重定参考.图3A也示出了表面160的第二区域352，从该区域第二图像传感器112获得第二图像152.

再参考图2D，假定某一特定时刻由第一图像传感器阵列110捕获的第一图像151来自表面图案S-Z和a，同时由第二图像传感器112捕获的第二图像152来自表面图案A-I。实际上，直到仅有一部分参考第一图像151(表面图案S-Z和a)保持被第二图像传感器112捕获，才需要进行重定参考。

图像传感器阵列110、112以上述可变的速率捕获工作片130的图像151、152。捕获的图像151、152表示当前光学导航系统100正移动过的导航表面160的那些区域，其可以是打印纸130的表面160。捕获的第一图像151作为第一图像信号155被传送到导航电路170，并且可以存储在数据存储设备180中，该数据存储设备180可以是存储器180。捕获的第二图像152作为第二图像信号156被传送到导航电路170，并且也可以存储在数据存储设备180中。

导航电路170将第一和第二图像信号155、156中的信息转换为传递给控制器190的位置信息。导航电路170能够将第二图像传感器112捕获的连续的第二图像152与所存储的在稍早时刻由第一图像传感器阵列110捕获的第一图像151进行比较，并且获得在匹配程度大于预定值的被比较图像151、152之间的表面160偏移距离360。第一和第二图像传感器110、112之间隔着一段传感器分隔距离365，该分隔距离365可以与图像偏移距离360相同，或者不同。如上所述，重定参考之前的实际行进距离可以与偏移距离360加上表面160投射在第一图像传感器阵列110上的区域的长度的一段一样大。另外，尽管这里的讨论集中于优选配置，在这种配置中第一和第二图像传感器110、112相同，但是如果在比较图像151、152时对导航电路170进行适当的调整，则不要求如此。

导航电路170生成位置信息175，并将其输出到控制器190。控制器190随后生成输出信号195，该信号可用来在工作片130的导航表面160上定位打印头(在打印机应用中)或者根据需要定位其他设备。这种定位可以是沿工作片130的相对运动方向的纵向或者横向。每个方向可以需要不同组的图像传感器110、112，也可以在两个运动方向之间共享图像传感器之一。导航电路170和/或存储器180可被配置为导航电路170的一个完整部分，或者配置为相互分离。此外，导航电路170可以实现为例如但不限于专用数字信号处理器、专用集成电路、或者逻辑门的组合。导航电路170跟踪参考图像150和相关表面160位置。

图3B示出了在各种代表性实施例中描述的又一个光学导航系统100的一部分的框图。在图3B中，第一透镜系统121将第一图像151从工作片130的表面160的第一区域351聚焦到第一图像传感器阵列110上，第二透镜系统122将第二图像152从工作片130的表面160的第二区域352聚焦到第二图像传感器阵列112上。第一和第二图像传感器110、112可以根据应用的需要位于公用衬底上或者不位于公用衬底上。

图3C示出了在各种代表性实施例中描述的图像传感器110的框图.在图3C中，图像传感器110为“L”形状.对于这种构造，图像传感器110的延长部分310提供了额外的感光元件215，用于扩展因第二方向158上的移动需要进行重定参考之前移动的距离.因此，在不需要建立完整的大正方形阵列的情况下，可以减少第一和第二方向X、Y这两个方向中的误差.

图3D示出了图3A的光学导航系统100的一部分的更详细的框图。在图3D中，导航电路170包括位移估计数字电路371和图像指定数字电路375，位移估计数字电路371在这里也被称作第一数字电路371，用于确定图像传感器110和物体130之间沿X轴的相对位移的估计，该估计是通过将在该位移后获得的图像150与在该位移前获得的图像150进行比较而获得的；图像指定数字电路375也被称作第五数字电路375，用于指定在确定图像传感器110和物体130之间沿X轴的相对位移的估计时使用哪幅图像150。先进先出存储器180可用于此。

位移估计数字电路371包括图像移位数字电路372、移位比较数字电路373和移位计算数字电路374，图像移位数字电路372也被称作第二数字电路372，用于执行图像150之一的多次移位；移位比较数字电路373也被称作第三数字电路373，用于执行另一幅图像150与移位后的多幅图像150之间的比较，这种比较可以是互相关比较；移位计算数字电路374也被称作第四数字电路374，用于使用具有最大互相关的移位后图像150的移位信息来计算图像传感器110和物体130之间沿X轴的相对位移的估计。

某些集成电路(例如在光学鼠标中使用的Agilent ADNS-2030)使用所谓的“预测”技术，该技术减少互相关所需的计算量。理论上说，光学鼠标可以通过针对任何给定的图像对执行每种可能的图像互相关(即，在所有方向上移位1个象素，在所有的方向上移位2个象素，等等)来工作。与此相伴的问题在于随着所考虑的移位数量的增加，所需要的计算增加得更快。例如，对于9×9象素的光学鼠标，考虑最大移位为1个象素，仅有9种可能位置(8个每次移位1个象素的和1个未移动的)，但是对于最大考虑2个象素的移位，则存在25种可能位置。预测通过基于估计的鼠标速度来预先移位多幅图像之一以试图准确地重叠这些图像，从而减少计算量。这样，由于移位与预测过程中的误差有关，而不是与鼠标的绝对速度有关，所以两幅图像之间的最大移位量变小。结果，需要更少的计算。参见Gordon等的专利号为6,433,780的美国专利。

图4示出了在各种代表性实施例中描述的表面160的图像151、152在时间和位置上的分布图。在图4中，时间绘制在垂直轴上，并且在页面上向下增大，导航表面160上的位置绘制在水平轴上。假定第一和第二图像传感器110、112相隔的距离由r1和r0之间的差来表示。此外，在图4中，第一图像传感器110捕获的第一图像151表示为第一图像1-0、1-1、1-2、…、1-15、1-16，并且第二图像传感器112捕获的第二图像152表示为2-0、2-1、2-2、…、2-15、2-16。第一和第二图像对151、152如下获取：第一图像1-0在获取与其配对的第二图像2-0的相同时刻t0被获取，第一图像1-1在获取与其配对的第二图像2-1的相同时刻t1被获取，第一图像1-2在获取与其配对的第二图像2-2的相同时刻t2被获取，…，第一图像1-15在获取与其配对的第二图像2-15的相同时刻t15被获取，第一图像1-16在获取与其配对的第二图像2-16的相同时刻t16被获取。

在第一和第二图像传感器110、112发起图像捕获之前，没有第一图像151被存储在存储器180中.因此，不能进行第一和第二图像对151、152之间的比较.直到当前捕获的第二图像152的至少某一部分与存储的第一图像151之一重叠时，将进行参考图1所讨论的重定参考.这种重叠在时刻t5处开始发生，该时刻对应于光学导航系统100已行进了距离r4.注意，在运动方向上，距离差r1到r2、r2到r3、r3到r4…是第一和第二图像传感器110、112在运动方向上的长度的2/3.因此，对于图4的示例，在时刻t5，光学导航系统100已在运动方向157上行进了等于1-2/3个第一和第二图像传感器110、112长度的距离，在位置r4处对应于第一图像1-0的左边沿和第二图像2-5的右边沿.为了说明目的，假定存储的第一图像151和当前第二图像152之间仅有1/3的重叠时发生重定参考，那么直到至少在时刻t6才可能在第一和第二图像151、152之间发生重定参考，该时刻对应于来自第一图像传感器110的第一图像1-0和来自第二图像传感器112的第二图像2-6有1/3的重叠.在至少时刻t6之前，将在时刻t2及时刻t4处发生重定参考，时刻t2对应于从第一图像1-0到第一图像1-2的重定参考，时刻t4对应于从第一图像1-2到第一图像1-4的重定参考.

在对应于存储的第一图像1-0和当前第二图像2-6之间的1/3图像重叠的时刻t6，可以在存储的第一图像1-0和当前第二图像2-6之间发生重定参考，这导致重定参考的精度提高。假定重定参考必须具有至少1/3重叠，则可以最多直到时刻t10才发生从最初存储的第一图像1-0到第二图像152的重定参考，在该时刻，最初存储的图像1-0与第二图像2-10进行比较。因此，不是每2/3个图像传感器110、112长度就必须进行重定参考，再次假定在运动方向上第一和第二图像传感器110、112二者的长度相等，并且假定在第一和第二图像151、152之间具有1/3长度的图像重叠时发生重定参考，则在启动时段之后，重定参考可以延迟差不多3-1/3个图像传感器110、112所捕获的图像的长度。第一和第二图像传感器110、112之间更长的距离导致需要发生重定参考之前更长的距离。

另外，将表面160的一个区域的第一图像151与表面160的相同区域的第二图像152相比较的能力提供了获得更精确的重定参考距离的能力。但是，在所述条件下(2/3个图像传感器长度重叠)，第一和第二图像151、152之间的重定参考可以早至时刻t6发生，晚至时刻t10发生，这对应于r3(在行进方向上图像传感器长度的2倍)到r5(在行进方向上图像传感器长度的3-1/3倍)的进行距离。

图5A的流程图示出了在各种代表性实施例中用于使用光学导航系统的方法500。在框510中，将光学导航系统100放置在工作片130附近后，第一图像传感器阵列110捕获导航表面160的一个区域的第一图像151，并且第二图像传感器112捕获导航表面160的另一个区域的第二图像152。然后，框510将控制转移到框520。

在框520中，所捕获的第一组图像151、152被存储到存储设备180中。框510和520用于将第一组第一和第二图像151、152加载到存储器180中。然后，框520将控制转移到框530。

在框530中，第一和第二图像传感器110、112捕获另一组图像151、152。具体地说，第一图像传感器阵列110捕获导航表面160的一个区域的第一图像151，并且第二图像传感器112捕获导航表面160的另一个区域的第二图像152。从导航表面160中获得该组图像151、152的那些区域可以是与获得先前捕获的图像组151、152时相同的区域，也可以是新区域。换言之，不管光学导航系统100是否已相对于工作片130发生了移动，在捕获所述一组图像对151、152后的指定时刻，都捕获图像151、152。然后，框530将控制转移到框535。

在框535中，新捕获的图像组151、152被存储到数据存储设备180中。然后，框535将控制转移到框540。

在框540中，从数据存储设备180取出前一参考图像151。然后，框540将控制转移到框545。

在框545中，导航电路170将当前捕获的图像151、152之一与前一参考图像151相比较，以计算从参考图像151开始移动的距离。后面图5B的讨论提供了该确定过程的细节。然后，框545将控制转移到框530。

图5B是图5A的方法的一部分的更详细的流程图。在图5B中，控制从框540(参见图5A)被转移到框545(参见图5A)中的框550。如果当前第二图像152与存储的参考图像重叠得足够多，则框550将控制转移到框560。否则，框550将控制转移到框555。

在框555中，基于存储的参考第一图像151和当前第一图像151计算出移动的距离。可以通过将一系列移位后的当前第一图像151与参考图像进行比较来完成该确定。可以通过在参考图像和各个移位后的第一图像151之间应用互相关函数来确定最佳匹配于参考图像的移位后第一图像151，其中最佳匹配即具有最大的互相关值。使用这种技术，可以分辩出小于一个象素的移动距离。然后，框555将控制转移到框565。

在框565中，如果满足用于重定参考的预选图像重叠标准，则框565将控制转移到框575。用于重定参考的标准一般要求保持与参考图像重叠约1/2到2/3个当前第一图像151长度(但是可以大于或小于该范围)。挑选该标准是在获得尽可能大的重定参考间的位移以及为可靠的互相关确保足够的图像重叠之间权衡。否则，框565将控制转移到框510。

在框575中，当前第一图像151被指定为新参考图像。然后，框575将控制转移到框510。

在框560中，基于存储的参考图像和当前第二图像152计算移动的距离。可以通过将一系列移位后的当前第二图像152与参考图像进行比较来完成该确定。可以通过在参考图像和各个移位后的第二图像152之间应用互相关函数来确定最佳匹配于参考图像的移位后第二图像152，其中最佳匹配即具有最大的互相关值。使用这种技术，可以分辨出小于一个象素的移动距离。然后，框560将控制转移到框570。

在框570中，如果满足用于重定参考的预选图像重叠标准，则框570将控制转移到框580。用于重定参考的标准一般要求：在当前第二图像152的中心已过了参考图像的中心后，即在当前第二图像152已完全重叠参考图像后当前第二图像152与参考图像重叠约2/3到1/2个长度(但是可以大于或小于该值)，但是这也可以在完全重叠之前发生。该标准的选择是在获得尽可能大的重定参考间的位移和为可靠的互相关确保足够的图像重叠之间的一种折衷。一种替代选择是在当前第二图像152完全重叠参考图像时。后一选择可以提供更大的信噪比。否则，框570将控制转移到框510。

在框580中，当前第二图像152被指定为新参考图像。然后，框580将控制转移到框510。

图6A示出了在各种代表性实施例中描述的三图像传感器110、112、610光学导航系统100的框图.在图6A中，第一和第二图像传感器110、112配置为用于在X方向导航.而第二图像传感器112和第三图像传感器610配置为用于在Y方向导航.利用第一和第二图像传感器110、112之间的图像比较，如上所述地执行X方向的导航.利用第二和第三图像传感器112、610之间的图像比较，如上所述地执行Y方向的导航.X方向上的运动在图6A中示作水平方向运动157-H，并且Y方向上的运动示作垂直方向运动157-V.

图6B示出了在各种代表性实施例中描述的四图像传感器110、112、610、612光学导航系统100的框图。在图6B中，第一和第二图像传感器110、112配置为用于X方向导航。而第三图像传感器610和第四图像传感器612配置为用于Y方向导航。利用第一和第二图像传感器110、112之间的图像比较，如上所述地执行X方向的导航。利用第三和第四图像传感器610、612之间的图像比较，如上所述地执行Y方向的导航。X方向上的运动在图6B中示作水平方向运动157-H，并且Y方向上的运动示作垂直方向运动157-V。在图6B中添加第四图像传感器612提供了这样的能力：用于将第三和第四图像传感器610、612的导航运动检测与第一和第二图像传感器110、112的导航运动检测从物理上解耦合。这种独立运动可以在或者不在不同的时刻发生。第一和第二图像传感器110、112例如可以跟踪打印头相对于正附着到滚筒棒的打印纸张130的向上和向下运动。而第三和第四图像传感器610、612例如可以跟踪打印头相对于正附着到打印头自身的打印纸张130的横向运动。

这里所述的代表性实施例提供了若干优于先前技术的优点。具体地说，对于给定的光学导航系统100的相对运动方向157，可以增大必须进行重定参考前的行进距离。这种距离增加降低了计算出的光学导航系统位置的误差。

已作为示例而非限制给出了在这里已详细描述的代表性实施例。本领域的技术人员应当理解，可以对所描述的实施例的形式和细节作出各种改变，这种改变导致的等同实施例仍在所附权利要求的范围内。

本发明的主题与Gordon等人的名称为“Seeing Eye Mouse for aComputer System”，于2002年8月13日授权并已转让给安捷伦科技有限公司的美国专利No.6,433,780有关。这篇专利描述了用于减少互相关所需计算量的一种基本技术，其中包括本文中描述的代表性实施例中的元件。因此，以参考的方式将美国专利No.6,433,780包含在本文中。

Claims (18)

1.一种光学导航系统，包括：

图像传感器，其能够光学耦合到物体的表面，其中所述图像传感器包括多个感光元件，其中设置在第一方向上的感光元件的数目比设置在第二方向上的感光元件的数目多，其中，所述第一方向是所述图像传感器相对于所述物体而运动的方向，所述第二方向垂直于所述第一方向，其中所述图像传感器能够捕获所述表面的多个区域的连续图像，并且其中所述多个区域沿与所述第一方向平行的轴分布；

数据存储设备，其中所述数据存储设备能够存储所捕获的图像；以及

导航电路，其中所述导航电路包括第一数字电路，用于确定所述图像传感器和所述物体之间沿所述轴的相对位移的估计，所述估计是通过比较在不同时刻捕获的图像而获得的。

2.如权利要求1所述的光学导航系统，其中，所述第一数字电路包括：

第二数字电路，该电路执行所述图像之一的多次移位，以及第三数字电路，该电路执行另一幅图像与移位后的多幅图像之间的互相关；以及

第四数字电路，该电路使用具有最大互相关的移位后图像的移位信息来计算所述图像传感器和所述物体之间沿所述轴的相对位移的估计。

3.如权利要求1所述的光学导航系统，其中，所述导航电路还包括第五数字电路，该电路指定在确定所述图像传感器和所述物体之间沿所述轴的相对位移的估计时使用哪些图像。

4.如权利要求1所述的光学导航系统，其中，所述光学导航系统被附接到打印机。

5.如权利要求1所述的光学导航系统，其中，所述图像传感器在所述第二方向上延长了一部分所述图像传感器在所述第一方向上的延伸程度。

6.一种光学导航系统，包括：

第一图像传感器，其能够光学耦合到物体的表面；

第二图像传感器，其能够光学耦合到所述表面并且在第一方向上与所述第一图像传感器相隔一定距离，其中所述第一和第二图像传感器能够同时捕获所述表面的不同区域的连续图像，并且其中所述区域沿与所述第一方向平行的轴分布；

数据存储设备，其中所述数据存储设备能够存储所捕获的图像；以及

导航电路，其中所述导航电路包括第一数字电路，该电路确定所述第一图像传感器和所述物体之间沿所述轴的相对位移的估计，所述估计是通过比较在所述位移后捕获的图像和在所述位移前捕获的图像而获得的。

7.如权利要求6所述的光学导航系统，其中，所述第一数字电路包括：

第二数字电路，该电路执行所述第一图像之一的多次移位，以及第三数字电路，该电路执行所述第一图像中的另一幅图像与移位后的多幅图像之间的互相关；以及

第四数字电路，该电路使用具有最大互相关的移位后图像的移位信息来计算所述第一图像传感器和所述物体之间沿所述轴的相对位移的估计。

8.如权利要求6所述的光学导航系统，其中，所述第一数字电路包括：

第二数字电路，该电路执行所述第一图像之一的多次移位，以及第三数字电路，该电路执行所述第二图像之一与移位后的多幅图像之间的互相关；以及

第四数字电路，该电路使用具有最大互相关的移位后图像的移位信息来计算所述第一图像传感器和所述物体之间沿所述轴的相对位移的估计.

9.如权利要求6所述的光学导航系统，其中，所述第一图像传感器和所述第二传感器制造在公用衬底上。

10.如权利要求6所述的光学导航系统，其中，所述导航电路还包括第五数字电路，用于指定在确定图像传感器和所述物体之间沿所述轴的相对位移的估计时使用哪些图像。

11.如权利要求10所述的光学导航系统，其中，所述数据存储设备是先进先出存储器。

12.如权利要求6所述的光学导航系统，还包括：

第三图像传感器，其能够光学耦合到所述表面，其中所述第三图像传感器在第二方向上与所述第二图像传感器相隔一段距离，所述第二方向与所述第一方向垂直，其中所述第三图像传感器能够捕获所述表面的多个区域的连续图像，其中所述第三图像传感器捕获的图像与所述第二图像传感器捕获的第二图像相关联，其中所述第三图像传感器能够将其捕获的连续图像存储到所述数据存储设备中，其中所述第三和第二图像传感器能够在所述物体和所述第三及第二图像传感器之间在所述第二方向上的相对运动前捕获至少一组图像并且在其后捕获一组图像，并且其中所述导航电路能够将所述第二图像传感器捕获的连续图像与至少一个存储的由所述第三图像传感器捕获的图像进行比较，从而获得由所述第三和第二图像传感器捕获的匹配程度大于预选值的被比较图像之间的表面偏移距离。

13.如权利要求6所述的光学导航系统，还包括：

第四图像传感器，其能够光学耦合到所述物体；以及

第三图像传感器，其能够光学耦合到所述表面，其中所述第三图像传感器在第二方向上与所述第四图像传感器相互分隔，所述第二方向与所述第一方向垂直，其中所述第三图像传感器能够捕获所述表面的多个区域的连续图像，其中所述第四图像传感器能够捕获所述表面的多个区域的连续图像，其中所述第三图像传感器捕获的图像与所述第四图像传感器捕获的图像相关联，其中所述第三图像传感器能够将其捕获的连续图像存储到所述数据存储设备中，其中所述第三和第四图像传感器能够在所述物体和所述第三及第四图像传感器之间在所述第二方向上的相对运动前捕获至少一组图像并且在其后捕获一组图像，并且其中所述导航电路能够将所述第四图像传感器捕获的连续图像与至少一个已存储的由所述第三图像传感器捕获的图像进行比较，从而获得匹配程度大于预选值的被比较图像之间的表面偏移距离。

14.如权利要求13所述的光学导航系统，其中，第一和第二图像传感器构成的组与第三和第四图像传感器构成的组之间的距离是可变的。

15.如权利要求6所述的光学导航系统，其中，所述光学导航系统附接到打印机。

16.一种用于使用光学导航系统的方法，包括：

a)捕获物体表面的一个区域的参考图像，其中所述参考图像由图像传感器来捕获，其中所述图像传感器包括多个感光元件，其中设置在第一方向上的感光元件的数目比设置在第二方向上的感光元件的数目多，其中，所述第一方向是所述图像传感器相对于所述物体而运动的方向，所述第二方向垂直于所述第一方向，其中所述图像传感器能够捕获所述表面的多个区域的连续图像，并且其中所述多个区域沿与所述第一方向平行的轴分布；

b)将所捕获的参考图像存储到数据存储设备中；

c)由所述图像传感器捕获新图像；

d)将所述新图像存储到所述数据存储设备中；

e)比较所述新图像和所述参考图像；

f)基于比较所述新图像和所述参考图像的步骤的结果，计算从所述参考图像开始移动的距离；以及

重复上述步骤c)-f)至少一次。

17.一种用于使用光学导航系统的方法，包括：

a)捕获表面的一个区域的参考第一图像并同时捕获所述表面的另一区域的关联第二图像，其中所述参考第一图像由第一图像传感器捕获，所述关联第二图像由第二图像传感器捕获；

b)将所述参考第一图像和所述关联第二图像存储到数据存储设备中；

c)利用所述第一图像传感器捕获新的第一图像，并且利用所述第二图像传感器捕获新的第二图像；

d)将所捕获的新的第一图像和新的第二图像存储到所述数据存储设备中；

e)将所述新的第一图像和所述新的第二图像中的至少一个与所述参考第一图像相比较；

f)基于将所述新的第一图像和所述新的第二图像中的至少一个与所述参考第一图像相比较步骤的结果，计算从所述参考第一图像开始移动的距离；以及

重复上述步骤c)-f)至少一次。

18.如权利要求17所述的方法，计算从所述参考第一图像开始移动的距离的步骤还包括：

如果所述新的第二图像与所存储的参考第一图像重叠得足够多：

则基于所存储的参考第一图像和所述新的第二图像来计算所述移动的距离，并且

如果满足用于重定参考的预选标准，则将所述新的第二图像指定为新的参考第一图像；

否则：

基于所存储的参考第一图像和所述新的第一图像来计算所述移动的距离，并且

如果满足用于重定参考的预选图像重叠标准，则将所述新的第一图像指定为新的参考第一图像。

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