TW201716933A - 具有補償失焦影像的光學導航裝置及其補償電路 - Google Patents

Abstract

本發明實施例提供一種具有補償失焦影像的光學導航裝置及其補償電路。所述的光學導航裝置包括光源、影像感測電路及補償電路。光源用以照射至一工作表面。影像感測電路用以擷取此工作表面的第一影像。補償電路則用以分別將此第一影像及一點擴散函數信息轉換為頻域下的第一及第二轉換結果，並對第一轉換結果與第二轉換結果之倒數進行乘積運算，並將乘積運算後的結果再經由頻域轉換為時域，以藉此產生出第二影像。

Description

具有補償失焦影像的光學導航裝置及其補償電路

本發明是有關於一種具有補償失焦影像的光學導航裝置及其補償電路，且特別是一種能藉由點擴散函數(Point Spread Function，PSF)來進行反褶積(Deconvolution)運算，以補償失焦影像的光學導航裝置及其補償電路。

光學導航裝置(例如，光學滑鼠)係照射一光源至一工作表面，並且利用影像感測電路來擷取得到關聯於此工作表面的多張連續影像，然後對該些影像進行比對與分析，以藉此判斷出此光學導航裝置於一時間區間內的位移量，進而依據位移量控制螢幕上之游標，達到導航的效果。

然而，影像感測電路所設置於光學導航裝置內的位置則必須控制在一定範圍內，否則會讓擷取的影像失焦。因此，如果光學導航裝置在組裝公差不良的情況下，將會容易造成擷取的影像因失焦而模糊，連帶地影響到位移計算的正確性，亦進而導致定位精準度的下降。

本發明實施例提供一種具有補償失焦影像的光學導航裝置。所 述的光學導航裝置包括光源、影像感測電路及補償電路。光源用以照射至一工作表面。影像感測電路用以擷取被光源照射的此工作表面的第一影像。補償電路則用以分別將第一影像及一點擴散函數信息轉換為頻域下的第一及第二轉換結果，並對第一轉換結果與第二轉換結果之倒數進行乘積運算，並將乘積運算後的結果再經由頻域轉換為時域，以藉此產生出第二影像。

本發明實施例另提供一種補償電路，用以提供光學導航裝置進行補償失焦影像的操作，其中光學導航裝置包括用以照射至一工作表面的光源，以及用以擷取此工作表面的第一影像的影像感測電路。所述的補償電路則包括解析函數建立單元、轉換單元以及運算處理單元。解析函數建立單元用以產生出關聯於此光源的點擴散函數信息。轉換單元用以分別將第一影像及點擴散函數信息轉換為頻域下的第一及第二轉換結果，以及將該第一轉換結果與該第二轉換結果之倒數所進行乘積運算後的結果再經由頻域轉換為時域，以藉此產生出一第二影像。運算處理單元則用以對第一轉換結果與第二轉換結果之倒數進行乘積運算。

本發明實施例另提供一種具有補償失焦影像的光學導航裝置。所述的光學導航裝置包括光源、影像感測電路及補償電路。光源用以照射至一工作表面。影像感測電路用以擷取被光源照射的此工作表面的第一影像。補償電路則用以根據一點擴散函數信息對此第一影像進行運算以產生出第二影像。

綜上所述，本發明實施例所提供的具有補償失焦影像的光學導航裝置及其補償電路，可以是藉由關聯於此光學導航裝置之光源的點擴散函數，來對於影像感測電路所擷取得到的第一影像進行去模糊演算法運算，以補償因失焦影像所造成的影響，進而達到定位精準度的提升。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來 說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

1‧‧‧光學導航裝置

11‧‧‧光源

13‧‧‧影像感測電路

15‧‧‧補償電路

S‧‧‧工作表面

17‧‧‧濾波器

19‧‧‧位移估測電路

151‧‧‧解析函數建立單元

153‧‧‧轉換單元

155‧‧‧運算處理單元

圖1是本發明實施例所提供的具有補償失焦影像的光學導航裝置的功能方塊圖。

圖2是本發明實施例所提供的具有補償失焦影像的光學導航裝置的補償電路之功能方塊圖。

在下文中，將藉由圖式說明本發明之各種實施例來詳細描述本發明。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。此外，在圖式中相同參考數字可用以表示類似的元件。

首先，請參閱圖1，圖1是本發明實施例所提供的具有補償失焦影像的光學導航裝置的功能方塊圖。所述的光學導航裝置1包括光源11、影像感測電路13以及補償電路15。其中影像感測電路13及補償電路15可以是透過純硬件電路來實現，或者是透過硬件電路搭配固件或軟件來實現。總而言之，本發明並不限制光學導航裝置1的具體實現方式。另外，上述光源11、影像感測電路13以及補償電路15可以是整合或是分開設置，且本發明亦不以此為限制。除此之外，光源11、影像感測電路13及補償電路15在光學導航裝置1內的設置位置，並不限於圖1中所示的位置，本技術領域中具有通常知識者可依據實際需求或應用來進行設計。

詳細來說，光源11用以照射照明至一工作表面S。因此光源11可以一個或多個發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)、雷射二極體(Laser Diode，LD)，或本技術領域中具有通常知識者所習知的任何主動式光源元件來實現。總而言之，本發明並不限制光 源11的種類與數量。另外，所述光源11較佳可採用的波長為可見光、不可見光或紅外光等，本發明亦不以此為限制。

其次，影像感測電路13用以擷取到被光源11照射的工作表面S的第一影像。因此影像感測電路13可以一個CCD感測器、CMOS感測器，或本技術領域中具有通常知識者所習知的任何影像感測器來實現。總而言之，本發明亦不限制影像感測電路13的種類。值得注意的是，由於光源11及影像感測電路13為本技術領域中具有通常知識者所習知，因此有關於光源11及影像感測電路13的細部內容於此就不再多加贅述。

接著，補償電路15則用以分別將第一影像及一點擴散函數信息轉換為頻域下的第一轉換結果及第二轉換結果，並對第一轉換結果與第二轉換結果之倒數進行乘積運算，並將乘積運算後的結果再經由頻域轉換為時域，以藉此產生出第二影像。

更進一步來說，如前面內容所述，由於影像感測電路13所設置於光學導航裝置1內的位置必須控制在一定範圍內，因此如果在光學導航裝置1組裝公差不良的情況下，將會使得影像感測電路13的位置超過於景深(Depth of field，DOF)的成像範圍，進而容易造成影像感測電路13所擷取到的第一影像因失焦而模糊。有鑑於此，本發明實施例的光學導航裝置1主要精神乃在於，可透過其內部的補償電路15，來有效地對於影像感測電路13所擷取到的第一影像進行去模糊演算法運算，以補償因失焦影像所造成的影響，進而達到定位精準度的提升。

因此，為了更進一步說明關於補償電路15對於失焦影像進行補償所帶來的影響，本發明會是進一步地以假定第一影像已經因失焦而模糊的例子來做說明。對此，根據上述已知的信息，並且透過現有技術，本技術領域中具有通常知識者應可歸納得出第一影像簡化成如下表示： b(x)=psf(x)* o(x)+n(x) 方程式(1)。

其中，b(x)表示為第一影像，psf(x)表示為已知的點擴散函數信息，o(x)則表示為在理想狀態下未因失焦而模糊的第一影像，n(x)表示為雜訊，且*表示為褶積(Convolution)運算。

值得注意的是，由於點擴散函數為本技術領域中具有通常知識者所習知的光對點源解析能力的函數，因此有關於點擴散函數的細部內容於此就不再多加贅述。實務上，本發明實施例的光學導航裝置1可以係藉由補償電路15，來產生出關聯於光源11的點擴散函數信息，然本發明並不以此為限制。另外，根據以上內容之教示，本技術領域中具有通常知識者應可理解到，函數的摺積即對應表示為函數傅立葉轉換後的乘積，因此方程式(1)將更可更進一步地簡化成如下表示：B(k)=PSF(k)O(k)+N(k) 方程式(2)。

有鑑於此，本技術領域中具有通常知識者應可理解到，補償電路15中所分別將第一影像b(x)及點擴散函數信息psf(x)轉換為頻域下的第一及第二轉換結果，即可表示如為上述方程式(2)中的B(k)及PSF(k)。另外一方面，根據上述已知的信息，並且透過現有技術，本技術領域中具有通常知識者應可歸納得出，補償電路15對於影像感測電路13擷取得到的第一影像b(x)，所進行的去模糊演算法運算應簡化成如下表示：B(k)/MTF(k)=O(k)+N(k)/MTF(k) 方程式(3)。

其中，1/MTF(k)即表示為點擴散函數信息psf(x)經轉換後的倒數。換言之，1/MTF(k)亦為第二轉換結果PSF(k)之倒數。然而，由於在失焦影像中的雜訊n(x)，可以容易被忽略不計，因此方程式(3) 還可更進一步地簡化成如下表示： 。

換句話說，補償電路15對於第一轉換結果與第二轉換結果之倒數所進行乘積運算後的結果係為B/MTF，其中B為第一轉換結果，且1/MTF為第二轉換結果之倒數。根據以上內容之教示，本技術領域中具有通常知識者應可理解到，由於上述乘積運算後的結果仍屬為頻域下的結果，因此補償電路15將需要對於上述乘積運算後的結果再經由頻域轉換為時域，才能夠完整地產生出該第二影像。值得注意的是，上述所謂的將第一影像b(x)及點擴散函數信息psf(x)轉換為頻域下的第一轉換結果B(k)及第二轉換結果PSF(k)的詳細技術手段，可以是分別對第一影像b(x)及點擴散函數信息psf(x)進行快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform，FFT)，以獲得到分別對應於第一影像b(x)及點擴散函數信息psf(x)的第一轉換結果B(k)及第二轉換結果PSF(k)。總而言之，本發明並不限制函數轉換為頻域結果的具體實現方式。

另外一方面，復參閱回圖1，光學導航裝置1中更可以包括有濾波器17以及位移估測電路19。其中，濾波器17用以對第二影像進行濾波，並且以輸出濾波後的第二影像。位移估測電路19則用以於一時間間隔內獲取得到複數張濾波後的第二影像，並且根據其所獲取得到的該些濾波後的第二影像，來判斷出光學導航裝置1的位移資訊。

根據以上內容之教示，本技術領域中具有通常知識者應可理解到，本發明實施例的光學導航裝置1，可以是透過其內部的補償電路15來計算出一個第二影像，且此計算出的第二影像能夠趨近於理想狀態下未因失焦而模糊的第一影像，因此光學導航裝置1在採用此第二影像所判斷出的位移量，能夠具有較高的正確性，並 且相對進而可達到定位精準度的提升。除此之外，本發明亦可以有效地提升組裝公差的範圍。

另外一方面，為了更進一步說明關於光學導航裝置1中補償電路15的實現細節，本發明進一步提供其補償電路15的一種實施方式。請參閱圖2，圖2是本發明實施例所提供的具有補償失焦影像的光學導航裝置的補償電路之功能方塊圖。然而，下述僅是光學導航裝置1內補償電路15的其中一種詳細實現方式，其並非用以限制本發明。另外，本例所述的補償電路15可以在圖1所示的光學導航裝置1執行，因此請一併參閱圖1與圖2以利理解。其中圖2中部分與圖1相同之元件以相同之圖號標示，因此在此不再詳述其細節。

詳細來說，補償電路15包括解析函數建立單元151、轉換單元153以及運算處理單元155。其中上述各單元可以是透過純硬件電路來實現，或者是透過硬件電路搭配固件或軟件來實現。總而言之，本發明並不限制補償電路15的具體實現方式。另外，解析函數建立單元151、轉換單元153以及運算處理單元155可以是整合或是分開設置，且本發明亦不以此為限制。

進一步來說，解析函數建立單元151用以產生出關聯於光源11的點擴散函數信息。轉換單元153用以分別將第一影像及點擴散函數信息轉換為頻域下的第一及第二轉換結果，以及將第一轉換結果與第二轉換結果之倒數所進行乘積運算後的結果再經由頻域轉換為時域，以藉此產生出第二影像。運算處理單元155則用以對第一轉換結果與第二轉換結果之倒數進行乘積運算。

簡單來說，光源11經聚焦後而衍射形成一個擴大的像點，而此光學導航裝置1對於光源11解析能力的函數，則可稱作為點擴散函數。因此，透過點擴散函數更能夠準確地提取到關聯於此光學導航裝置1的圖像信息。值得注意的是，本發明並不限制解析函數建立單元151在取得到點擴散函數信息的詳細實現方式，本 技術領域中具有通常知識者可依據實際需求或應用來進行設計。

另外，根據以上內容之教示，本技術領域中具有通常知識者應可理解到，轉換單元153可以是對第一影像及點擴散函數信息分別進行快速傅立葉轉換，以獲得到分別對應於第一影像及點擴散函數信息的第一轉換結果及第二轉換結果，並且將第一轉換結果與第二轉換結果之倒數所進行乘積運算後的結果再經由頻域轉換為時域，以藉此產生出第二影像。最後，同理可知，運算處理單元155所進行的乘積運算係為B/MTF，其中B為第一轉換結果，且1/MTF為第二轉換結果之倒數。

附帶一提的是，上述轉換單元153及運算處理單元155所採用的細部實施方式在此僅是用以舉例，其並非用以限制本發明。因此，根據以上內容之教示，本技術領域中具有通常知識者應可理解到，本發明的光學導航裝置及其補償電路的主要精神乃可簡化在於，用以根據一點擴散函數信息，來對第一影像進行運算，以產生出相對應於第一影像而未失焦模糊的一第二影像。

綜上所述，本發明實施例所提供的具有補償失焦影像的光學導航裝置及其補償電路，可以是藉由關聯於此光學導航裝置之光源的點擴散函數，來對於影像感測電路所擷取到的第一影像進行去模糊演算法運算，以補償因失焦影像所造成的影響，進而達到定位精準度的提升。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

1‧‧‧光學導航裝置

11‧‧‧光源

13‧‧‧影像感測電路

15‧‧‧補償電路

17‧‧‧濾波器

19‧‧‧位移估測電路

S‧‧‧工作表面

Claims (12)

1. 一種具有補償失焦影像的光學導航裝置，包括：一光源，用以照射一工作表面；一影像感測電路，用以擷取被該光源照射的該工作表面的一第一影像；以及一補償電路，用以分別將該第一影像及一點擴散函數(Point Spread Function，PSF)信息轉換為頻域下的一第一轉換結果及一第二轉換結果，並對該第一轉換結果與該第二轉換結果之倒數進行一乘積運算，並將該乘積運算後的結果再經由頻域轉換為時域，以藉此產生出一第二影像。
2. 如請求項第1項所述的光學導航裝置，其中該第一轉換結果與該第二轉換結果之倒數所進行該乘積運算後的結果係為B/MTF，其中B為該第一轉換結果，且1/MTF為該第二轉換結果之倒數。
3. 如請求項第1項所述的光學導航裝置，其中該補償電路係對該第一影像及該PSF信息分別進行一快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform，FFT)，以獲得到分別對應於該第一影像及該PSF信息的該第一轉換結果及該第二轉換結果。
4. 如請求項第1項所述的光學導航裝置，其中該光學導航裝置更包括：一濾波器，用以對該第二影像進行濾波，並且以輸出一濾波後的第二影像；以及一位移估測電路，用以於一時間間隔內獲取得到複數張的該濾波後的第二影像，並且根據其所獲取得到的該些濾波後的第二影像，來判斷出該光學導航裝置的一位移資訊。
5. 一種補償電路，用以提供一光學導航裝置進行補償失焦影像的操作，其中該光學導航裝置包括用以照射一工作表面的一光源，以及用以擷取該工作表面的一第一影像的一影像感測電 路，且該補償電路包括：一解析函數建立單元，用以產生出關聯於該光源的一PSF信息；一轉換單元，用以分別將該第一影像及該PSF信息轉換為頻域下的一第一轉換結果及一第二轉換結果，以及將該第一轉換結果與該第二轉換結果之倒數所進行一乘積運算後的結果再經由頻域轉換為時域，以藉此產生出一第二影像；以及一運算處理單元，用以對該第一轉換結果與該第二轉換結果之倒數進行該乘積運算。
6. 如請求項第5項所述的補償電路，其中該運算處理單元所進行的該乘積運算係為B/MTF，其中B為該第一轉換結果，且1/MTF為該第二轉換結果之倒數。
7. 如請求項第5項所述的補償電路，其中該轉換單元係對該第一影像及該PSF信息分別進行一快速傅立葉轉換，以獲得到分別對應於該第一影像及該PSF信息的該第一轉換結果及該第二轉換結果。
8. 如請求項第5項所述的補償電路，其中該光學導航裝置更包括：一濾波器，用以對該第二影像進行濾波，並且以輸出一濾波後的第二影像；以及一位移估測電路，用以於一時間間隔內獲取得到複數張的該濾波後的第二影像，並且根據其所獲取得到的該些濾波後的第二影像，來判斷出該光學導航裝置的一位移資訊。
9. 一種具有補償失焦影像的光學導航裝置，包括：一光源，用以照射一工作表面；一影像感測電路，用以擷取被該光源照射的該工作表面的一第一影像；以及一補償電路，用以根據一PSF信息來對該第一影像進行運算，以產生出一第二影像。
10. 如請求項第9項所述的光學導航裝置，其中該第二影像為分別根據該第一影像及該PSF信息的一頻域轉換結果所計算而產生。
11. 如請求項第9項所述的光學導航裝置，其中該光學導航裝置更包括：一位移估測電路，根據複數個該第二影像以計算該光學導航裝置的一位移資訊。
12. 如請求項第9項所述的光學導航裝置，其中該光學導航裝置更包括：一濾波器，用以對該第二影像進行濾波，並且以輸出一濾波後的第二影像。