TWI403923B - Optical mouse detection device and method - Google Patents

Description

光學滑鼠檢測裝置及方法

本發明係有關一種光學滑鼠的檢測裝置及方法。

圖1繪示光學滑鼠的剖面示意圖，發光二極體12產生光線斜打照射桌面14，將桌面14的特徵反射透過透鏡16成像在光感應矩陣10上，光學滑鼠的控制器再根據光感應矩陣10上的影像判斷滑鼠的移動軌跡。光感應矩陣10上的成像品質決定了光學滑鼠的效能，而一幀影像(Frame)的好壞主要取決於影像的亮度是否足夠，因此反射的光源透過透鏡，需能打在光感應矩陣10的中央位置，使整個光感應矩陣10均勻感光，成像的影像品質才會高。

透鏡16在完成開模後，其焦距距離便被固定了，因此，理想的光學滑鼠機構設計是讓透鏡16到光感應矩陣10的後焦B與透鏡16到桌面14間的前焦A固定為透鏡16預設之理想距離，以使反射的桌面特徵與成像大小能達到1:1的比例，讓擷取到的影像能夠正確的進行分析，換言之，若機構上的誤差或組裝不良的鬆動等，造成前焦A或後焦B產生偏移而失焦，將會使得光感應矩陣10擷取到的影像模糊或漂移，造成辨識錯誤，因而影響光學滑鼠的效能。

影響光學滑鼠整體性能的原因還有很多，例如各製造商製造的透鏡16焦距不同、印刷電路板18架構不同，甚至滑鼠底座15高度的不同都將影響光學滑鼠組裝後的整體性能，大部分的滑鼠製造商只是在光學滑鼠組裝完成後，將滑鼠放在不同材質的桌面上移動，紀錄、統計滑鼠的運動軌跡是否平滑無誤、靈敏度等參數是否滿足使用者需求等等，再決定是否需要對此光學滑鼠做調整，但是此種直覺式的測量方式只能測試滑鼠的基本性能部分，若要對光學滑鼠的光感應矩陣及透鏡的光路、焦距等作深入分析，必須以昂貴的精密光學儀器進行測量，才能加以分析及調校。

本發明的目的，在於提出光學滑鼠的光源中心、光源均勻度、光感應矩陣或焦距的檢測方法。

本發明的目的，在於提出一種光學滑鼠的檢測裝置。

根據本發明，一種光學滑鼠的檢測方法，該光學滑鼠包含一光源照射一反光面產生一影像，一透鏡將該影像投射至該光學滑鼠的光感應矩陣，該檢測方法包括擷取該光感應矩陣上的影像，轉換該影像以得到一灰階影像，根據該灰階影像中繪出該影像的灰階值曲線圖，根據該灰階值曲線圖找出一上邊界，根據該灰階值曲線圖找出一下邊界，以及根據該上邊界、下邊界或上下邊界間的關係，判斷該光學滑鼠的光學特性。

變化地，將該光學滑鼠以不同曝光時間驅動並取得不同曝光時間下的灰階值，以測試該光學滑鼠的感光線性度。

變化地，將該光學滑鼠放置在一黑白相間條紋上進行檢測，再根據該灰階值曲線定義出邊界、黑區像素、或白區像素，根據該邊界個數、黑區像素數目或白區像素數目判斷該光學滑鼠的焦距是否正確。

根據本發明，一種光學滑鼠的檢測裝置，該光學滑鼠包含光源照射反光面產生影像，透鏡將該影像投射至光感應矩陣，該檢測裝置包括微處理器，連接該光感應矩陣，擷取該光感應矩陣上的影像資訊，以及主機，連接該微處理器，包含一軟體將該影像資訊轉換為灰階影像，再將該灰階影像轉換成灰階值曲線圖，並根據該灰階值曲線圖判斷該光學滑鼠的性能優劣。

圖2係本發明一實施例的示意圖，主機24供電給光學滑鼠20，在本實施例中，光學滑鼠20被放置在平滑半反光材質的平面上進行檢測，例如磁磚、玻璃或壓克力板等反光特性較佳的桌面材質。當進行檢測時，光學滑鼠20中的發光二極體發射光源透過透鏡模組打到桌面，桌面的影像被反射，經由透鏡成像在光感應矩陣上，並儲存於光感應矩陣的內部暫存器內，微處理器(MCU)22連接光學滑鼠20，擷取該內部暫存器中的影像，並將該影像透過USB埠傳回到主機24以進行分析。在本實施例中，主機24供電驅動光學滑鼠20，並接收處理影像資訊。在其他實施例中，亦可以用一台主機驅動光學滑鼠20，再用另一台主機接收該影像資訊，或者只用外接電源供應器提供電源給光學滑鼠20，主機僅用來擷取影像。

圖3是光感應矩陣大小為20×20的理想光學滑鼠置於平滑半反光材質的桌面上產生的影像，因為影像是由透鏡成像，所以會呈現一正中央亮度最大再往外圍慢慢遞減的圓形影像。當影像正確投影在光感應矩陣的中間位置時，亮度最高的像素位置將如圖3一樣落在整幀影像的中間位置，圖4是將圖3中由左而右、由上至下(像素1~像素400)每一個像素位置的灰階值依序排列繪成的曲線圖，x軸代表像素位置，y軸代表每一個像素的灰階值大小，圖3中灰階最大值(Max)為184，中間值(Mean)為123，最小值(Min)為49，如圖4所示，若影像正確投影在感應矩陣的中間位置，灰階值最大的像素位置將落在第200個像素位置附近。

本發明提出一種光學滑鼠的檢測方法，先將整幀影像中每一行的所有像素值取出，如圖3所示，一張20 x 20的影像依序為第一行(Row 1)到第二十行(Row 20)，每一行有20個像素，例如圖3中Row 1(像素1~像素20)的影像資料可對應到圖4框示處內的曲線。找出每一行中出現灰階最大值和灰階最小值的像素位置後，將各個灰階最大值像素位置連線，以定義出圖4之灰階值曲線圖的上邊界26，將各個灰階最小值像素位置連線，以定義出下邊界28。定義出上邊界26與下邊界28後，便可進行以下的光學滑鼠特性分析：

一、光源中心偏移的驗證

若光學滑鼠產生之影像的光源偏上，如圖5所示，其對應的灰階值曲線圖將如圖6，可以看出上邊界30和下邊界32的波峰明顯前移。圖7為光源偏下的灰階影像，圖8為其對應的灰階值曲線圖，亦可以看出光源偏下的影像將使得其上邊界34和下邊界36的波峰後移。使用者可藉由預先分析統計，定義出可容許範圍的上邊界和下邊界，若光學滑鼠因為機構或設計不良等因素，造成照射光源偏移，其產生之影像繪成之影像曲線圖的上邊界和下邊界便會落到理想的目標曲線範圍外，因而可以輕易地分辨出來。

二、光源均勻度的驗證

不同發光二極體投影在光感應矩陣上的光源均勻性也會不同，所以在定義理想的上邊界和下邊界範圍時，也可以將此因素考慮進去，表一列出當光源對中，但均勻性不同時，上下邊界曲線的變化與各情況的特性說明。

三、異物或光感應矩陣異常檢測

習知要檢查有無異物附著於光感應矩陣上時，必須使用光學電子顯微鏡來觀察，圖9為有異物附著於光感應矩陣上時，從光學電子顯微鏡所觀察到的情況。圖10為有異物附著於光感應矩陣時，投影在光感應矩陣上的影像，經由前述之檢測，得到圖11之灰階值曲線圖，由圖11可以看出當有異物附著於光感應矩陣時，其灰階影像出現顆粒(particle)，被異物附著的像素因為無法接收到光源或者受光不完全，像素灰階值變小甚至趨近於零，因此上邊界38沒有變化，但下邊界40卻出現一個或多個突然向下的異常波谷；當然，此一現象也可能是光感應矩陣本身的像素異常所造成。光感應矩陣本身的異常也可能造成某些像素的灰階值比周邊像素的灰階值高的情形，此時則可藉由上邊界是否平滑，來判斷光感應矩陣中各像素是否正常。本發明還提出另一種檢測光感應矩陣中的像素是否正常的方法。光感應矩陣中每一像素位置的灰階值大小，主要是由發光二極體打光的時間長短來決定，因此理想像素灰階值應與曝光時間成正比關係，光感應矩陣的曝光時間越久，像素灰階值應越大，最大飽和值為255，而曝光時間越短，像素灰階值應越小，最小值為0。圖12為理想的光學滑鼠放置於平滑半反光材質桌面上產生的曝光時間與影像像素灰階值的關係曲線圖，X軸代表曝光時間，單位為μs，y軸代表像素灰階值，方框連線代表整幀影像在此曝光時間內整張影像像素中的最大灰階值，圓圈連線代表整幀影像在此曝光時間內取得的最小灰階值，使用者可藉由統計分析，預先定義出可容許的曝光時間與灰階值關係曲線範圍。

本發明根據圖12之曝光時間與灰階值的理想關係曲線圖提出一種驗證方法，首先將圖12中光感應矩陣的曝光時間定出五個時間進行分析，例如在理想曲線圖中，時間一的曝光時間為0μs，整幀影像中的最大和最小灰階值皆為0；時間二的曝光時間為50μs，整幀影像中的最大灰階值約為120，最小灰階值約為65，依此類推。要對待測滑鼠進行檢測時，首先將待測滑鼠曝光0μs，並透過圖2之光學滑鼠檢測裝置擷取待測滑鼠在曝光時間為0μs時光感應矩陣上的影像，找出整幀影像中的最大灰階值和最小灰階值，再與圖12中時間一時的最大及最小灰階值做比較，同理依序提供待測滑鼠在曝光時間為50μs、100μs、150μs和200μs時出現的最大灰階值和最小灰階值，並與圖12之理想值比較，換言之，即檢測該待測滑鼠影像的最大值曲線和最小值曲線是否落在理想曲線的最大值曲線和最小值曲線之內，藉以分辨該待測滑鼠的光感應矩陣的感光線性度是否正常。參照圖2，該曝光時間可以由使用者手動輸入到主機24的軟體介面，再由主機24透過USB將曝光時間的資訊傳給MCU 22，MCU 22再將曝光時間的資訊傳給光學滑鼠20的光感應矩陣。

本發明提出之曝光時間檢測法亦可用於判斷光感應矩陣是否異常或有異物附著，例如在圖12中，正常的光感應矩陣在曝光時間為0μs時，所有像素的灰階值應該都要接近0，此時若發現某些像素的灰階值過大，就可以知道此像素可能是異常的。而當曝光時間五，即曝光時間為200μs時，正常光感應矩陣上的所有像素皆應達到接近飽和的狀態，因此若檢測出此時有像素的灰階值遠低於255，亦可判斷該像素異常。當然，前述現象都會使得待測滑鼠受測產生的最大值曲線和最小值曲線超出理想的最大值曲線和最小值曲線範圍，因而可被輕易篩選出來。

光學滑鼠的優劣由光感應矩陣上的成像品質決定，而影響成像品質的主要因素除了光源是否充足之外，透鏡焦距是否正確也很重要。光學滑鼠需以正確的機構組合，使透鏡的前焦和後焦正確，才能使反射的桌面特徵和成像大小達到1:1，否則光感應矩陣上的影像將會模糊或偏移，無法供處理器正確判斷移動軌跡，因此，本發明提出一種檢測光學滑鼠焦距的方法。

本實施例設計一光滑且有黑白相間條紋的桌面如圖13左側所示，該黑白相間條紋的解析度為200dpi，當理想的光學滑鼠放置於該桌面時，該虛線框示處之影像將被反射到該理想光學滑鼠的光感應矩陣，成像如圖13右側所示。光感應矩陣的解析度為400dpi，其每個像素為63微米(400分之一英吋)見方的正方形像素，當桌面上解析度為200dpi的黑白相間條紋為126微米寬度的黑線和一條126微米寬度的白線相間組成的圖案時，該圖案經由透鏡以1:1的倍率投影成像至光感應矩陣產生之圖13右側影像便由寬度分別為2個像素的灰階白區42和灰階黑區44相間組成。

圖14為具有理想焦距的光學滑鼠反射該黑白相間條紋產生的影像，圖15為其對應的灰階值曲線圖，與圖16之不正確焦距反射該黑白相間條紋產生的影像及其灰階值曲線圖17比較，可以看出圖14之正確焦距影像會有明顯的兩條白區、兩條黑區互相間隔，對應到圖15時可看出高灰階值的白區與低灰階值的黑區中間會有一個灰階值落差很大的邊界，在圖14中共有10個黑區與白區的交界處，因此在圖15中便出現10個相鄰像素的灰階值落差極大的邊界，使用者可預先以理想的焦距影像灰階曲線圖定義出一個落差值當作標準值，然後與受測滑鼠產生之影像轉換成的灰階值曲線圖做比較，將相鄰像素間落差值大於該標準值者視為邊界，再統計邊界的個數以判斷該光學滑鼠的焦距是否正確。此外，圖14之影像雖能明顯的區別出白區與黑區，但因為桌面材質特性和反射時陰影等因素造成的變化，在白區中會發現有幾處的像素灰階值偏低，假如將圖15之焦距正確影像的灰階值曲線圖與圖17之焦距不正確影像的灰階值曲線圖相比較，可以發現圖15中白區最小值46的灰階值還是遠大於圖17的白區最小值50。使用者可藉由統計分析預先定義出一個理想白區最小值及理想的白區像素個數，再將受測光學滑鼠產生之影像的灰階值與理想白區最小值比較，灰階值大於該理想白區最小值的像素判斷為白區，再統計出白區像素個數，以白區像素個數是否符合預設的理想白區像素個數，判斷該受測滑鼠的焦距是否正確。

同理，正常的光感應矩陣造成之影像的黑區灰階值也會因為桌面材質特性而略有變動，但其黑區最大值仍必然遠小於焦距不正確影像的黑區最大值，例如圖15之黑區最大值48遠小於圖17之黑區最大值52，因此亦可以預先定義理想黑區最大值及黑區像素個數，與受測滑鼠產生之影像的各像素灰階值比較，將灰階值小於該理想黑區最大值的像素判斷為黑區像素，並統計出黑區像素個數，根據該黑區像素個數是否符合預設的理想黑區像素個數，判斷該受測滑鼠的焦距誤差是否正確。

以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。

10．．．光感應矩陣

12．．．發光二極體

14．．．桌面

15．．．滑鼠底座

16．．．透鏡

18．．．印刷電路板

20．．．光學滑鼠

22．．．MCU

24．．．主機

26．．．上邊界

28．．．下邊界

30．．．上邊界

32．．．下邊界

34．．．上邊界

36．．．下邊界

38．．．上邊界

40．．．下邊界

42．．．灰階白區

44．．．灰階黑區

46．．．白區最小值

48．．．黑區最大值

50．．．白區最小值

52．．．黑區最大值

圖1係光學滑鼠的剖面示意圖；

圖2是本發明之光學滑鼠檢測裝置一實施例的示意圖；

圖3是理想光學滑鼠上光感應矩陣充份感光時的灰階影像；

圖4為轉換圖3之灰階影像產生的灰階值曲線圖；

圖5是光源偏上的光學滑鼠受測產生的灰階影像；

圖6為轉換圖5之灰階影像產生的灰階值曲線圖；

圖7是光源偏下的光學滑鼠受測產生的灰階影像；

圖8為轉換圖7之灰階影像產生的灰階值曲線圖；

圖9是以光學電子顯微鏡觀察到的有異物附著的光感應矩陣上視圖；

圖10為有異物附著於光感應矩陣時的灰階影像；

圖11為轉換圖10之灰階影像產生的灰階值曲線圖；

圖12為理想光學滑鼠的曝光時間與灰階值關係圖；

圖13繪示本實施例設計之黑白相間條紋及該條紋反射產生之灰階影像；

圖14係理想光學滑鼠反射該黑白相間條紋產生之灰階影像；

圖15為轉換圖14之灰階影像產生的灰階值曲線圖；

圖16係具不正確焦距的光學滑鼠反射該黑白相間條紋產生之灰階影像；以及

圖17為轉換圖16之灰階影像產生的灰階值曲線圖。

20．．．光學滑鼠

22．．．MCU

24．．．主機

Claims (27)

1. 一種光學滑鼠的檢測方法，該光學滑鼠包含光源照射反光面產生影像，透鏡將該影像投射至該光學滑鼠的光感應矩陣，該檢測方法包括下列步驟：(A)擷取該光感應矩陣上的影像；(B)轉換該影像以得到灰階影像；(C)根據該灰階影像繪出該灰階影像的灰階值曲線圖；(D)根據該灰階值曲線圖找出上邊界；(E)根據該灰階值曲線圖找出下邊界；以及(F)根據該上邊界、下邊界或上下邊界間的關係，判斷該光學滑鼠的光學特性。
2. 如請求項1之檢測方法，其中該步驟D包括將該灰階影像中各行或各列的最大灰階值連線形成該上邊界。
3. 如請求項1之檢測方法，其中該步驟E包括將該灰階影像中各行或各列的最小灰階值連線形成該下邊界。
4. 如請求項1之檢測方法，其中該步驟F包括根據該上邊界及下邊界的波峰位置判斷該光學滑鼠的光源是否偏移。
5. 如請求項1之檢測方法，其中該步驟F包括根據該上下邊界間的振幅判斷該光源的均勻性。
6. 如請求項1之檢測方法，其中該步驟F包括根據該上邊界或下邊界是否平滑判斷該光感應矩陣有無異常。
7. 如請求項1之檢測方法，其中該步驟F包括根據該上邊界或下邊界是否平滑判斷該光感應矩陣上有無異物附著。
8. 一種光學滑鼠的檢測方法，該光學滑鼠包含光源照射反光面產生影像，透鏡將該影像投射至該光學滑鼠的光感應矩陣，該檢測方法包括下列步驟：(A)以該光感應矩陣接收該反光面的反光達第一曝光時間，在該光感應矩陣上造成第一影像；(B)擷取該第一影像，取得該第一影像的最大灰階值及最小灰階值；(C)以該光感應矩陣接收該反光面的反光達第二曝光時間，在該光感應矩陣上造成第二影像；(D)擷取該第二影像，取得該第二影像的最大灰階值及最小灰階值；以及(E)根據該第一曝光時間、該第二曝光時間、該第一影像的最大灰階值及最小灰階值，以及該第二影像的最大灰階值及最小灰階值之間的線性度，判斷該光感應矩陣是否正常；其中，該第一及第二影像的最大灰階值的連線小於或等於預設的最大值曲線，而且該第一及第二影像的最小灰階值的連線皆大於或等於預設的最小值曲線時，判斷該光感應矩陣正常。
9. 如請求項8之檢測方法，其中該步驟E更包括根據該線性度判斷該光感應矩陣上是否有異物附著。
10. 一種光學滑鼠的檢測方法，該光學滑鼠包含光源照射具黑白相間條紋的反光面產生黑白相間影像，透鏡將該黑白相間影像投射至該光學滑鼠的光感應矩陣，該檢測方法包括下列步驟：(A)擷取該光感應矩陣上的黑白相間影像； (B)轉換該影像以產生該黑白相間影像的灰階影像；(C)根據該灰階影像繪出灰階值曲線圖；(D)根據該灰階值曲線圖定義出邊界；以及(E)計算該邊界的個數以判斷該光學滑鼠的焦距是否正確；其中，當該邊界的個數小於第一臨界值時，判斷該光學滑鼠的焦距不正確。
11. 如請求項10之檢測方法，其中該步驟D包括：預設標準值；以及當相鄰像素的灰階值落差大於該標準值時，判斷為邊界。
12. 一種光學滑鼠的檢測方法，該光學滑鼠包含光源照射具黑白相間條紋的反光面產生黑白相間影像，透鏡將該黑白相間影像投射至該光學滑鼠的光感應矩陣，該檢測方法包括下列步驟：(A)擷取該光感應矩陣上的黑白相間影像；(B)轉換該影像以產生該黑白相間影像的灰階影像；(C)根據該灰階影像繪出灰階值曲線圖；(D)根據該灰階值曲線圖定義出白區像素及黑區像素；以及(E)計算該黑區像素數目或白區像素數目以判斷該光學滑鼠的焦距是否正確；其中，當該黑區像素數目或白區像素數目達到臨界值時，判斷該光學滑鼠的焦距正確。
13. 如請求項12之檢測方法，其中該步驟D包括：預設白區最小值；以及將灰階值大於該白區最小值的像素定義為白區像素。
14. 如請求項13之檢測方法，其中該步驟E包括：預設理想白區像素個數；計算該白區像素的個數；以及將該白區像素個數與該理想白區像素個數比較，以判斷該光學滑鼠的焦距是否正確。
15. 如請求項12之檢測方法，其中該步驟D包括：預設黑區最大值；以及將灰階值小於該黑區最大值的像素定義為黑區像素。
16. 如請求項15之檢測方法，其中該步驟E包括：預設理想黑區像素個數；計算該黑區像素的個數；以及將該黑區像素個數與該理想黑區像素個數比較，以判斷該光學滑鼠的焦距是否正確。
17. 一種光學滑鼠的檢測裝置，該光學滑鼠包含光源照射反光面產生影像，透鏡將該影像投射至光感應矩陣，該檢測裝置包括：微處理器，連接該光感應矩陣，擷取該光感應矩陣上的影像資訊；以及主機，連接該微處理器，包含軟體將該影像資訊轉換為灰階影像，再將該灰階影像轉換成灰階值曲線圖，並根據該灰階值曲線圖判斷該光學滑鼠的優劣；其中，在該灰階值曲線圖中的黒區或白區像素數目達到臨界值時，判斷該光學滑鼠為優。
18. 如請求項17之檢測裝置，其中該主機驅動該光學滑鼠。
19. 如請求項17之檢測裝置，更包括第二主機驅動該光學滑鼠。
20. 如請求項17之檢測裝置，更包括外接電源供應器提供電源給該光學滑鼠。
21. 一種光學滑鼠的檢測裝置，該光學滑鼠包含光源照射反光面產生影像，透鏡將該影像投射至光感應矩陣，該檢測裝置包括：微處理器，連接該光感應矩陣，擷取該光感應矩陣上的影像資訊；以及主機，連接該微處理器，包含軟體將該影像資訊轉換為灰階影像，並透過該微處理器控制該光感應矩陣的曝光時間；其中，當該光感應矩陣曝光達第一曝光時間時，在該光感應矩陣上產生第一影像，當該光感應矩陣曝光達第二曝光時間時，在該光感應矩陣上產生第二影像。
22. 如請求項21之檢測裝置，其中該主機驅動該光學滑鼠。
23. 如請求項21之檢測裝置，更包括第二主機驅動該光學滑鼠。
24. 如請求項21之檢測裝置，更包括外接電源供應器提供電源給該光學滑鼠。
25. 一種光學滑鼠的檢測裝置，該光學滑鼠包含光源、透鏡及光感應矩陣，該檢測裝置包括：反光面；供該光源照射產生影像，該透鏡將該影像投射至該光感應矩陣；微處理器，連接該光感應矩陣，擷取該光感應矩陣上的影像資訊；以及主機，連接該微處理器，包含軟體將該影像資訊轉換為灰 階影像，再將該灰階影像轉換成灰階值曲線圖，並根據該灰階值曲線圖判斷該光學滑鼠的優劣；其中，在該灰階值曲線圖中的黒區或白區像素數目達到臨界值時，判斷該光學滑鼠為優。
26. 如請求項25之檢測裝置，其中該反光面包括磁磚、玻璃或壓克力板等反光特性較佳的桌面材質。
27. 如請求項25之檢測裝置，其中該反光面具有黑白相間條紋。