KR100448153B1 - Navigation method and navigation system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 네비게이션 방법 및 시스템에 관한 것으로, 네비게이션 정보를 갖고 있는 프레임을 순차적으로 제공하며 광센서의 위치를 나타내는 전기적인 신호를 발생시키는 단계, 초기에 발생된 제 1 프레임을 기준 프레임으로서 기준 프레임 메모리에 저장하는 단계, 제 1 프레임에 뒤따라 연속적으로 입력되는 입력 프레임을 입력 프레임 메모리에 저장하는 단계, 기준 프레임에 소정의 크기를 갖는 마스크 윈도우를 설정하는 단계, 마스크 윈도우를 상기 입력 프레임 전체에 대하여 한 픽셀씩 이동하면서 풀 서치 비교를 하여 상관값을 찾아내는 단계, 각 위치에 대한 상관값들 중에서 상관값이 가장 큰 위치에서 X축과 Y축에 대한 변위값을 계산하는 단계, 및 상기 입력 프레임을 사용하여 상기 기준 프레임을 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a navigation method and system, comprising: sequentially providing a frame having navigation information and generating an electrical signal indicating a position of an optical sensor; Storing an input frame continuously input following the first frame in an input frame memory, setting a mask window having a predetermined size in a reference frame, and setting a mask window for the entire input frame. Finding a correlation value by performing a full search comparison while moving pixel by pixel, calculating a displacement value for the X-axis and the Y-axis at the position of the largest correlation value among the correlation values for each position, and using the input frame And updating the reference frame. All.
본 발명에 따른 네비게이션 방법 및 시스템에 의하면, 광마우스 장치가 빠르게 움직일 때도 광센서의 샘플링 속도를 증가시키지 않고 움직임을 검출할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 네비게이션 방법 및 시스템에 의하면, 종래의 기술에 비해 전력소모도 적고 반도체 장치 내의 노이즈도 감소시킬 수 있다.According to the navigation method and system according to the present invention, even when the optical mouse device moves quickly, the movement can be detected without increasing the sampling rate of the optical sensor. In addition, according to the navigation method and system according to the present invention, it is possible to reduce the power consumption and reduce the noise in the semiconductor device as compared with the conventional technology.
Description
본 발명은 네비게이션 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 현재 입력 프레임의 픽셀 전체를 기준 프레임과 비교하여 픽셀매핑을 행하는 네비게이션 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a navigation method and system, and more particularly, to a navigation method and system for performing pixel mapping by comparing an entire pixel of a current input frame with a reference frame.
일반적으로, 광마우스 장치에서는 도 1에 도시된 바와 같이 광원(8)으로부터 나온 광(7)이 작업대 표면(2)에서 반사되고, 그 반사된 광(6)이 렌즈(5)를 통과하여 반도체 칩으로 구성된 광 센서(3)에 입력된다. 작업대 표면의 이미지는 광 센서(3)에 의해 연속적으로 포획되고 메모리(미도시)에 저장된다. 현재 메모리에 입력된 이미지 데이터와 먼저 메모리에 저장된 데이터와의 상관값을 계산하고 움직인 거리를 출력하여 컴퓨터 시스템으로 전송한다.In general, in the optical mouse device, as shown in FIG. 1, the light 7 from the light source 8 is reflected on the work surface 2, and the reflected light 6 passes through the lens 5 and the semiconductor. It is input to the optical sensor 3 consisting of a chip. An image of the work surface is captured continuously by the light sensor 3 and stored in a memory (not shown). It calculates the correlation between the image data currently entered in the memory and the data stored in the memory first, and outputs the distance traveled to the computer system.
종래의 네비게이션 방법에 대해서는 미국등록특허번호 5,664,139 등에 개시되어 있다. 도 2에는 현재의 입력 프레임과 기준 프레임과의 상관값(correlation)를 찾기 위한 종래의 픽셀매핑 방법이 나타나 있으며, 이하 이에 대해 설명한다.Conventional navigation methods are disclosed in US Pat. No. 5,664,139 and the like. 2 shows a conventional pixel mapping method for finding a correlation between a current input frame and a reference frame, which will be described below.
먼저 기준 프레임 데이터를 얻고 그 이후 새로운 입력 프레임 데이터를 얻은 다음 두 프레임 간의 상관값을 계산한다. 기준 프레임 개개의 픽셀 패턴을 현재 입력 프레임의 해당 픽셀 및 그 주변의 근접한 8 개의 픽셀과 서로 비교하고, 비교 후의 이동이 1 픽셀만큼 이루어졌는지를 판단한다. 만일, 한 픽셀만큼 이동이 이루어졌다면 변위(displacement) 값을 출력하고 기준 프레임을 매칭이 이루어진 픽셀로 이동하여 새로 기준 프레임을 설정한다. 이와 같은 알고리즘은 개개의 픽셀에서 9 개 방향으로 1 개 픽셀이내의 움직임을 찾아내는 것이기 때문에, 한 샘플링 주기에 1 개 픽셀 이상 움직인다면 광센서는 움직임을 찾지 못하고 계속하여 오류를 발생시킬 수 있다. 이러한 오류를 방지하기 위해 광센서의 샘플링 속도를 높여서 움직임을 검출하는 방법이 있지만, 반도체 장치로 이루어진 광센서의 전기적 동작속도를 증가시키는 것도 한계가 있고 반도체 장치에서 전기적 동작속도를 계속하여 증가시키면 전력소모가 많아지고 반도체 장치 내의 노이즈가 증가한다는 단점이 있다.First we get the reference frame data, then we get the new input frame data and then calculate the correlation value between the two frames. Each pixel pattern of the reference frame is compared with a corresponding pixel of the current input frame and eight adjacent pixels around it, and it is determined whether the movement after the comparison is made by one pixel. If a shift is made by one pixel, a displacement value is output and a reference frame is newly set by moving the reference frame to the matched pixel. Since this algorithm finds motion within one pixel in each of nine pixels, if the sensor moves more than one pixel in one sampling period, the optical sensor may not find the motion and continue to generate errors. In order to prevent this error, there is a method of detecting the motion by increasing the sampling rate of the optical sensor. However, there is a limit to increasing the electrical operation speed of the optical sensor made of semiconductor devices. There is a disadvantage that the consumption increases and the noise in the semiconductor device increases.
본 발명의 목적은 광마우스 장치가 빠르게 움직일 때도 광센서의 샘플링 속도를 증가시키지 않고 움직임을 검출할 수 있는 네비게이션 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a navigation method and system that can detect movement even when the optical mouse device moves quickly without increasing the sampling rate of the optical sensor.
도 1은 일반적인 광마우스 장치를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a general optical mouse device.
도 2는 현재의 입력 프레임과 기준 프레임과의 상관값을 찾기 위한 종래의 픽셀매핑 방법을 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating a conventional pixel mapping method for finding a correlation value between a current input frame and a reference frame.
도 3은 현재의 입력 프레임과 기준 프레임과의 상관값을 찾기 위한 본 발명에 따른 픽셀매핑 방법을 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating a pixel mapping method according to the present invention for finding a correlation value between a current input frame and a reference frame.
도 4는 서치 영역이 설정된 경우에, 현재의 입력 프레임과 기준 프레임과의 상관값을 찾기 위한 본 발명에 따른 픽셀매핑 방법을 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating a pixel mapping method according to the present invention for finding a correlation value between a current input frame and a reference frame when a search area is set.
도 5는 기준 프레임의 최초 마스크 윈도우에 결함이 존재하는 경우에, 마스크 윈도우를 변경하는 과정을 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating a process of changing a mask window when a defect exists in an initial mask window of a reference frame.
도 6은 본 발명에 따른 네비게이션 시스템을 나타내는 블록도이다.6 is a block diagram illustrating a navigation system according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
61 : 광센서 62 : A/D 컨버터61: optical sensor 62: A / D converter
63 : 기준 프레임 메모리 64 : 입력 프레임 메모리63: reference frame memory 64: input frame memory
65 : 프로세서 66 : 변위 검출회로65 processor 66 displacement detection circuit
본 발명에 따른 네비게이션 방법은 네비게이션 정보를 갖고 있는 프레임을 순차적으로 제공하며 광센서의 위치를 나타내는 전기적인 신호를 발생시키는 단계, 초기에 발생된 제 1 프레임을 기준 프레임으로서 기준 프레임 메모리에 저장하는 단계, 상기 제 1 프레임에 뒤따라 연속적으로 입력되는 입력 프레임을 입력 프레임 메모리에 저장하는 단계, 상기 기준 프레임에 소정의 크기를 갖는 마스크 윈도우를 설정하는 단계, 상기 마스크 윈도우를 상기 입력 프레임 전체에 대하여 한 픽셀씩 이동하면서 풀 서치 비교를 하여 상관값을 찾아내는 단계, 각 위치에 대한 상관값들 중에서 상관값이 가장 큰 위치에서 X축과 Y축에 대한 변위값을 계산하는 단계; 및 상기 입력 프레임을 사용하여 상기 기준 프레임을 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The navigation method according to the present invention sequentially provides a frame having navigation information and generates an electrical signal indicating a position of an optical sensor, and storing the first generated frame as a reference frame in a reference frame memory. Storing an input frame continuously input following the first frame in an input frame memory, setting a mask window having a predetermined size in the reference frame, and setting the mask window one pixel for the entire input frame. Finding a correlation value by performing a full search comparison while moving step by step, calculating a displacement value of the X-axis and the Y-axis at a position having the largest correlation value among the correlation values for each position; And updating the reference frame using the input frame.
본 발명에 따른 네비게이션 시스템은 작업대 표면에서 반사된 빛을 수신하는 광센서, 상기 광센서로부터 아날로그 신호를 수신하여 디지털 신호로 바꿔주는 A/D 컨버터, 상기 A/D 컨버터의 출력인 이미지 데이터를 저장하기 위한 입력 프레임 메모리, 상기 입력 프레임 메모리에 저장되어 있는 이전 입력 프레임 데이터를 수신하여 저장하기 위한 기준 프레임 메모리, 상기 기준 프레임 메모리에 들어 있는 기준 프레임에 대해 마스크 윈도우를 설정하고 상기 입력 프레임 메모리에 들어 있는 입력 프레임에 대해 풀 서치 윈도우를 제어하고 상기 기준 프레임 메모리로부터 기준 프레임 데이터를 수신하고 상기 입력 프레임 메모리로부터 현재의 입력 프레임 데이터를 수신하여 서로 비교하고 상관값을 구하기 위한 프로세서, 및 상기 프로세서의 출력을 수신하여 변위값을 검출하기 위한 변위 검출회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.The navigation system according to the present invention stores an optical sensor for receiving light reflected from a work surface, an A / D converter for receiving an analog signal from the optical sensor and converting it into a digital signal, and storing image data which is an output of the A / D converter. A reference frame memory for receiving and storing previous input frame data stored in the input frame memory, a mask window for a reference frame included in the reference frame memory, and entering the input frame memory A processor for controlling a full search window for an input frame, receiving reference frame data from the reference frame memory, receiving current input frame data from the input frame memory, comparing each other, and obtaining a correlation value; and an output of the processor Can And it characterized by comprising a displacement detection circuit for detecting a displacement value.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 네비게이션 방법 및 그것을 이용한 광마우스 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, a navigation method and an optical mouse device using the same according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3은 현재의 입력 프레임과 기준 프레임과의 상관값을 찾기 위한 본 발명에 따른 픽셀매핑 방법을 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating a pixel mapping method according to the present invention for finding a correlation value between a current input frame and a reference frame.
움직임의 검출은 일정한 샘플링 주기로 입력되는 광센서의 픽셀들로 이루어진 하나의 프레임 값과 다음 샘플링 주기에 입력되는 프레임을 서로 비교하여 이루어진다. 이전에 들어오는 프레임을 기준 프레임으로 하고 그 기준 프레임 중 일부분을 마스크 윈도우로 설정한다. 이 마스크 윈도우 값과 새로 입력된 프레임을 비교하는데, 마스크 윈도우 내의 픽셀들 개개에 대하여 최단 인접한 픽셀들과 비교하지 않고 마스크 윈도우 단위로 입력 프레임의 픽셀 전부와 비교(full search)를 진행한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 네비게이션 방법은 이전에 들어온 데이터 프레임인 기준 프레임(예에서는, 12 × 12)에서 임의의 윈도우인 마스크 윈도우(예에서는, 4 × 4)를 설정하고 이 마스크 윈도우를 입력 프레임(예에서는, 12 × 12) 전체에 대해서 한 픽셀씩 이동하면서 풀 서치(full search) 비교를 하여 상관값을 찾아낸다. 기준 프레임 중의 마스크 윈도우와 샘플 프레임 중의 1 영역을 비교하여 상관값을 찾고, 2 영역으로 이동하여 같은 식으로 비교하여 상관값을 찾고, 이 과정을 N 영역까지 되풀이한다. 각 위치에 대한 상관값들 중에서 상관값이 가장 큰 위치에서 X축과 Y축에 대한 변위(displacement) 값을 발생시킨다. X축, Y축 각 방향에 대한 변위값은 광마우스 장치가 정지하고 있을 때의 값인 (0,0)으로부터 최대값인 (n,n)까지 나올 수 있다. 여기서 최대로 움직인 변위값(n)은 입력 프레임의 풀 서치(full search) 윈도우와 기준 프레임의 마스크 윈도우의 크기에 따라서 결정되며, n = (풀 서치 윈도우 - 마스크 윈도우)/2 이 된다. 여기서 구한 변위값은 광센서가 움직인 거리로서, 컴퓨터 시스템의 제어회로로 전송되어 마우스의 커서 이동값으로 사용된다.The motion is detected by comparing one frame value consisting of pixels of the optical sensor input at a constant sampling period with the frame input at the next sampling period. Set the previous incoming frame as the reference frame and set a portion of the reference frame as the mask window. The mask window value is compared with the newly input frame, and each pixel in the mask window is compared with all the pixels of the input frame in the unit of the mask window without comparing with the shortest adjacent pixels. As shown in FIG. 3, the navigation method according to the present invention sets a mask window (4 × 4 in this example) which is an arbitrary window in a reference frame (12 × 12 in this example) which is a previously input data frame. A full search comparison is performed by moving the mask window by one pixel over the entire input frame (12 × 12 in the example) to find the correlation value. A correlation value is found by comparing a mask window in a reference frame with one region of a sample frame, and the correlation value is found by moving to two regions and comparing in the same manner, and the process is repeated to N regions. Among the correlation values for each position, displacement values for the X and Y axes are generated at the position with the largest correlation value. The displacement values in the X- and Y-axis directions can range from (0,0), which is the value when the optical mouse device is stationary, to (n, n), which is the maximum value. The maximum displacement value n is determined according to the size of the full search window of the input frame and the mask window of the reference frame, where n = (full search window-mask window) / 2. The displacement value obtained here is the distance traveled by the optical sensor, which is transmitted to the control circuit of the computer system and used as the cursor movement value of the mouse.
도 4는 서치 영역이 설정된 경우에, 현재의 입력 프레임과 기준 프레임과의 상관값을 찾기 위한 본 발명에 따른 픽셀매핑 방법을 나타내는 도면이다. 도 4는 기준 프레임의 마스크 윈도우와 샘플 프레임(현재 입력된 프레임)의 상관값을 찾을 때, 샘플 프레임 전체에 대해서 풀 서치를 하지 않고 샘플 프레임 중에서 소정의영역 안에서만 풀 서치를 하는 예를 보여주고 있다. 샘플 프레임의 새로 설정된 풀 서치 윈도우 중에서 1 영역을 기준 프레임과 비교하여 상관값을 찾고, 2 영역으로 이동하여 같은 방법으로 비교하여 상관값을 찾고, 이 과정을 M 영역까지 되풀이한다. 조명이 한쪽으로 치우쳐 있어서 빛이 한쪽 측면으로는 잘 들어오지 않거나 샘플 프레임의 주변 픽셀이 어떤 결함을 갖고 있는 경우에, 한쪽 끝 가장자리 부분에 대해서 상관값을 계산할 때 잘못된 결과를 가져올 수 있기 때문에, 도 4에 도시된 바와 같은 네비게이션 방법을 사용하여 샘플 프레임의 일정 부분을 제외한 전체 영역에서 움직임을 찾을 수 있다.4 is a diagram illustrating a pixel mapping method according to the present invention for finding a correlation value between a current input frame and a reference frame when a search area is set. FIG. 4 shows an example of performing a full search only within a predetermined region of a sample frame without performing a full search for the entire sample frame when searching for a correlation value between a mask window of a reference frame and a sample frame (the currently input frame). . Among the newly set full search windows of the sample frame, one region is compared with a reference frame to find a correlation value, the second region is moved to find a correlation value by comparing in the same manner, and the process is repeated to the M region. If the light is biased to one side and the light does not enter well on one side, or if the surrounding pixels of the sample frame have some defects, it may give an incorrect result when calculating the correlation value for one end edge part. Using a navigation method as shown in FIG. 2, the motion can be found in the entire region except for a portion of the sample frame.
도 5는 기준 프레임의 최초 마스크 윈도우에 결함이 존재하는 경우에, 마스크 윈도우를 변경하는 과정을 나타내고 있다. 기준 프레임에 최초로 설정된 마스크 윈도우 내에 결함을 갖는 픽셀이 존재할 경우에는 마스크 윈도우를 시프트(shift)하여 설정할 수도 있고, 결함을 갖는 픽셀을 제외하고 최초로 설정된 마스크 윈도우의 크기보다 줄어든 새로운 마스크 윈도우를 설정할 수도 있다.5 illustrates a process of changing a mask window when a defect exists in an initial mask window of a reference frame. When a defective pixel exists in a mask window initially set in a reference frame, the mask window may be shifted and set, or a new mask window may be set to be smaller than the size of the mask window initially set except for a defective pixel. .
도 6은 본 발명에 따른 네비게이션 시스템을 나타내는 블록도로서, 작업대(미도시) 표면에서 반사된 빛을 수신하는 광센서(61), 광센서(61)로부터 아날로그 신호를 수신하여 디지털 신호로 바꿔주는 A/D 컨버터(62), A/D 컨버터(62)의 출력인 이미지 데이터를 저장하기 위한 입력 프레임 메모리(64), 입력 프레임 메모리(64)에 저장되어 있는 이전 입력 프레임 데이터를 수신하여 저장하기 위한 기준 프레임 메모리(63), 기준 프레임 메모리(63)에 들어 있는 기준 프레임에 대해 마스크 윈도우를 설정하고 입력 프레임 메모리(64)에 들어 있는 입력 프레임에 대해 풀 서치 윈도우를 제어하고, 기준 프레임 메모리(63)로부터 기준 프레임 데이터를 수신하고 입력 프레임 메모리(64)로부터 현재의 입력 프레임 데이터를 수신하여 서로 비교하고 상관값을 구하기 위한 프로세서(65), 프로세서(65)의 출력을 수신하여 변위값(DOUT)을 검출하기 위한 변위 검출회로(66)를 구비한다.6 is a block diagram illustrating a navigation system according to the present invention, in which an analog signal is received from an optical sensor 61 and an optical sensor 61 for receiving light reflected from a surface of a work table (not shown) and converted into a digital signal. Receiving and storing the previous input frame data stored in the input frame memory 64, the input frame memory 64 for storing image data output from the A / D converter 62, the A / D converter 62, and the like. The reference frame memory 63, the mask window is set for the reference frame in the reference frame memory 63, the full search window is controlled for the input frame in the input frame memory 64, and the reference frame memory ( 63) a process for receiving reference frame data from and receiving current input frame data from the input frame memory 64 to compare with each other and obtain a correlation value. The processor 65 includes a displacement detection circuit 66 for receiving the output of the processor 65 and detecting the displacement value DOUT.
이하, 도 6의 동작을 설명한다.Hereinafter, the operation of FIG. 6 will be described.
포토 다이오드(미도시)로부터 나온 광이 작업대(미도시) 표면에서 반사되고 그 광이 렌즈(미도시)를 통과하여 광센서(61)에 입력된다. A/D 컨버터(62)에서 디지털 신호로 변환된 이미지 데이터는 입력 프레임 메모리(64)에 저장되고 기준 프레임 메모리(63)에는 기준 프레임 데이터가 저장된다. 기준 프레임 메모리(63)에 들어 있는 기준 프레임은 입력 프레임 메모리(64)에 들어 있는 이전 입력 프레임 데이터로 계속하여 갱신된다. 프로세서(65)는 기준 프레임 메모리(63)로부터 기준 프레임 데이터를 수신하고 입력 프레임 메모리(64)로부터 현재의 입력 프레임 데이터를 수신하여 서로 비교하고 상관값을 구한다. 또한 프로세서(65)는 기준 프레임 메모리(63)에 들어 있는 기준 프레임에 대해 마스크 윈도우를 설정하고 입력 프레임 메모리(64)에 들어 있는 입력 프레임에 대해 풀 서치 윈도우를 제어하는 기능을 한다. 변위 검출회로(66)는 프로세서(65)로부터 상관값들을 수신하여 X축과 Y축의 변위값(DOUT)을 검출하여 컴퓨터 시스템의 제어회로로 전송되어 마우스의 커서 이동값으로 사용된다.Light from the photodiode (not shown) is reflected on the surface of the work table (not shown) and the light passes through the lens (not shown) and is input to the optical sensor 61. The image data converted into digital signals by the A / D converter 62 is stored in the input frame memory 64 and the reference frame data is stored in the reference frame memory 63. The reference frame contained in the reference frame memory 63 is continuously updated with previous input frame data contained in the input frame memory 64. The processor 65 receives the reference frame data from the reference frame memory 63 and receives the current input frame data from the input frame memory 64 to compare with each other and obtain a correlation value. The processor 65 also functions to set a mask window for the reference frame in the reference frame memory 63 and to control the full search window for the input frame in the input frame memory 64. The displacement detection circuit 66 receives the correlation values from the processor 65, detects the displacement values DOUT of the X-axis and the Y-axis, and transmits them to the control circuit of the computer system to be used as cursor movement values of the mouse.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 네비게이션 방법 및 시스템에 의하면, 광마우스 장치가 빠르게 움직일 때도 광센서의 샘플링 속도를 증가시키지 않고 움직임을 검출할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 네비게이션 방법 및 시스템에 의하면, 종래의 기술에 비해 전력소모도 적고 반도체 장치 내의 노이즈도 감소시킬 수 있다.As described above, according to the navigation method and system according to the present invention, even when the optical mouse device moves quickly, the movement can be detected without increasing the sampling rate of the optical sensor. In addition, according to the navigation method and system according to the present invention, it is possible to reduce the power consumption and reduce the noise in the semiconductor device as compared with the conventional technology.
Claims (4)
Priority Applications (4)
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