TWI423169B - 位移偵測裝置及其位移偵測方法 - Google Patents

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Description

位移偵測裝置及其位移偵測方法
本發明係關於一種位移偵測裝置，特別係關於一種具有高工作表面容忍度以及位移偵測精確度之位移偵測裝置及其位移偵測方法。
習知光學滑鼠通常包括一影像感測器及一處理單元；該影像感測器於不同取樣時間擷取一工作表面之複數影像，該處理單元比對該等影像間之相關性(correlation)以計算光學滑鼠相對該工作表面之一位移量。一控制單元則根據該光學滑鼠所輸出之位移量相對控制顯示於一顯示器之游標的動作。
當一光學滑鼠操作於一臨界表面(critical surface)時，由於影像感測器所擷取影像之特徵變化過於細微(例如對比或灰階值變化太低)，處理單元難以根據影像間之相關性求出光學滑鼠相對於該臨界表面之正確位移量。因此，該光學滑鼠則無法於該臨界表面正確控制顯示於一顯示器之游標的動作。此外，當光學滑鼠靜止不動時，游標會存在原地抖動(rest jiggle)；當光學滑鼠從一工作表面被提起時，游標會存在提起抖動(lift jiggle)的情形。
習知可透過計算一特徵指標來估測影像之特徵變化或影像品質，藉以決定所擷取之影像是否適合用來計算一位移量。當影像感測器所擷取一工作表面影像之特徵指標小於一門檻值時，則表示光學滑鼠無法於該工作表面正確操控一游標之動作。然而，該門檻值的選擇會決定光學滑鼠對工作表面之容忍度。當門檻值較高時，雖然可降低游標抖動的情形，但用以操作光學滑鼠之工作表面必須存在較明顯的特徵變化因而提高了可操作工作表面的限制；當門檻值較低時，雖然光學滑鼠所能操作之工作表面限制較低，但游標抖動之情形較為明顯。
有鑑於此，有必要提出一種能夠同時增加光學滑鼠之工作表面容忍度及降低游標原地抖動及提起抖動之位移偵測裝置及其位移偵測方法。
本發明之一目的係提出一種位移偵測裝置及其位移偵測方法，透過加入一固定圖樣以增加所擷取影像之特徵指標。
本發明之另一目的係提出一種位移偵測裝置及其位移偵測方法，其具有較高之工作表面容忍度及抗抖動(jiggle suppression)能力。
本發明提出一位移偵測方法，包含下列步驟：擷取一第一影像圖框；計算該第一影像圖框之一第一特徵指標；比較該第一特徵指標與一門檻值；及當該第一特徵指標小於該門檻值，加入一固定圖樣至該第一影像圖框以形成一第二影像圖框。
一種實施態樣中，本發明之位移偵測方法另包含下列步驟：計算該第二影像圖框之一第二特徵指標；比較該第二特徵指標與該門檻值；及當該第二特徵指標大於該門檻值，利用該第二影像圖框計算一位移量。
另一種實施態樣中，本發明之位移偵測方法另包含下列步驟：計算該第二影像圖框之一第二特徵指標；比較該第二特徵指標與該門檻值；當該第二特徵指標大於該門檻值，判定該第二影像圖框為可用圖框；及當該第二特徵指標小於該門檻值，判定該第二影像圖框為不可用圖框。
另一種實施態樣中，該第一影像圖框為擷取一工作表面之影像圖框。本發明之位移偵測方法另包含下列步驟：計算該第二影像圖框之一第二特徵指標；比較該第二特徵指標與該門檻值；當該第二特徵指標大於該門檻值，判定該工作表面為可用工作表面；及當該第二特徵指標小於該門檻值，判定該工作表面為不可用工作表面。
本發明另提出一種位移偵測裝置，包含一影像感測器及一處理單元。該影像感測器用以擷取一影像圖框。該處理單元計算該影像圖框之一特徵指標並將該特徵指標與一門檻值比較，當該特徵指標小於該門檻值時加入一固定圖樣至該影像圖框。
一種實施態樣中，本發明之位移偵測裝置之處理單元另計算加入該固定圖樣後之影像圖框之一第二特徵指標，並根據該第二特徵指標與該門檻值之比較結果判定該影像圖框是否為一可用影像圖框。
另一種實施態樣中，本發明之位移偵測裝置之處理單元另計算加入該固定圖樣後之影像圖框之一第二特徵指標；當該第二特徵指標大於該門檻值時，該處理單元根據加入該固定圖樣後之影像圖框計算一位移量。
本發明另提出一種位移偵測方法，包含下列步驟：擷取一影像圖框；計算該影像圖框之一特徵指標；及比較該特徵指標與一門檻值以決定是否加入一固定圖樣至該影像圖框。
一種實施態樣中，當該特徵指標大於一門檻值時，維持該影像圖框；當該特徵指標小於該門檻值時，加入一固定圖樣至該影像圖框。
本發明之位移偵測裝置及其位移偵測方法中，該固定圖樣可使該影像圖框之部份區域的灰階值偏位，較佳使該影像圖框之邊緣區域的灰階值偏位。
本發明之位移偵測裝置及其位移偵測方法中，該特徵指標可為該影像圖框之灰階值變化、對比變化或其他用以表示影像品質之特徵參數。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。
此外，於本發明各圖示中僅顯示了部份構件並省略了與本發明說明不直接相關之構件。
請參照第1圖所示，其顯示本發明一實施例之位移偵測裝置之方塊示意圖。位移偵測裝置1偵測並傳送一位移資訊至一主機(host)8；該主機8則根據所接收之位移資訊控制一顯示裝置9上一游標91之動作或執行一應用程式。該位移偵測裝置1例如可為一光學滑鼠(optical mouse)。
該位移偵測裝置1包含一影像感測器11、一類比數位轉換單元(ADC)12、一處理單元13、一傳輸單元14、一導光單元15及一光源16。該位移偵測裝置1係用以操作於一工作表面S以輸出一位移資訊至該主機8，其中該位移偵測裝置1與該主機8間之資料傳輸方式例如可利用習知無線傳輸技術或有線傳輸技術來實現。
該光源16可為一發光二極體、一雷射二極體或其他適當光源，用以照明該工作表面S以使該影像感測器11所擷取之影像圖框具有足夠亮度。該導光單元15例如，但不限於，可為由適當材質所構成之一透鏡或透鏡組，用以將來自該工作表面S之反射光引導至該影像感測器11以增加其感光效率。該影像感測器11例如可為一CCD影像感測器、一CMOS影像感測器或其他適當影像感測器，用以感測來自該工作表面S之反射光以輸出一類比影像圖框111。該類比數位轉換單元(ADC)12轉換該類比影像圖框111為一數位影像圖框121，其中類比與數位影像圖框間之轉換係為習知技術，故於此不再贅述。
該處理單元13接收該數位影像圖框121後，計算該數位影像圖框121之一特徵指標(舉例說明於後)以判定其是否具有足夠之特徵變化可用以計算位移量；當該數位影像圖框121之特徵變化不夠明顯，則可能無法據以正確計算出位移量。本發明中所述之特徵指標例如，但不限於，為影像圖框之亮度變化、對比變化或其他用以表示影像品質之特徵參數。
當該特徵指標大於一門檻值時，該處理單元13判斷該數位影像圖框121為一可用影像圖框並利用該數位影像圖框121計算一位移量，其中該位移量例如可利用計算影像間之相關性(correlation)來求得；當該特徵指標小於一門檻值時，該處理單元13則加入一固定圖樣(fixed pattern)至該數位影像圖框121以增加該特徵指標之值。當加入固定圖樣後之影像圖框之特徵指標大於一門檻值時，才用來計算位移量；當加入固定圖樣後之影像圖框之特徵指標仍然小於該門檻值時，該處理單元13則判定該數位影像圖框121為不可用影像圖框，亦即該位移偵測裝置1並不適用於該工作表面S。另一實施例中，一固定圖樣132亦可被加入至該類比影像圖框111後，與原始類比影像圖框111一起被該類比數位轉換單元12轉換為數位影像圖框；亦即，該固定圖樣可為一類比圖框資料或一數位圖框資料。最後，該處理單元13所求得之位移量則透過該傳輸單元14傳輸至該主機8。需特別注意者，此實施例主要為說明利用比較一特徵指標與一門檻值之大小，作為是否加入一固定圖樣之判斷規則。實施例中雖以特徵指標小於該門檻值作為加入一固定圖樣之判斷規則，但習知此項技術者在理解本發明後，可在不破壞特徵指標特性的情況下修改特徵指標，例如修改特徵指標之正負標號，進而設計出其他相對應的判斷規則，亦應為本發明之發明精神所包含。
請參照第2a~2c圖所示，第2a圖顯示本發明一實施例之固定圖樣之示意圖而第2b~2c圖顯示第2a圖之固定圖樣中灰階值分佈之示意圖，其中該固定圖樣例如於邊緣區域具有較高或較低之灰階值。本發明中，加入至該影像感測器11所擷取影像圖框之固定圖樣係用以使影像圖框之部份區域的灰階值偏位(offset)以增加其特徵指標，如此該處理單元13能夠據以正確計算位移量以避免該位移偵測裝置11於靜止或被提起時之游標抖動。例如當該處理單元13利用一參考圖框(reference frame)及一目前圖框(current frame)間之相關性計算位移量時，該固定圖樣係同時被加入至該參考圖框及該目前圖框。如此，當該位移偵測裝置1靜止於該工作表面S或自該工作表面S被提起時，該處理單元13根據該參考圖框及該目前圖框中之固定圖樣計算該位移偵測單元1相對於工作表面S為靜止，藉以解決靜止抖動或提起抖動等問題。
第2b顯示一灰階值較高之區域被加入至該影像感測器11所擷取影像圖框之邊緣區域而第2c顯示一灰階值較低之區域被加入至該影像感測器11所擷取影像圖框之邊緣區域。由於該處理單元13於計算位移量時較常使用影像圖框之中央部份，因此本發明中較佳偏位該影像圖框之邊緣區域的灰階值以避免影響位移量之計算。此外，固定圖樣並不限定為第2a~2c圖所示，只要加入之灰階值分佈能夠增加特徵指標之值即可。
請參照第3圖所示，其顯示本發明一實施例之位移偵測方法之流程圖，包含下列步驟：擷取一第一影像圖框(步驟S11 )；計算該第一影像圖框之一第一特徵指標(步驟S12 )；判定該第一特徵指標是否大於一門檻值(步驟S13 )；若是，利用該第一影像圖框計算一位移量(步驟S14 )；若否，於該第一影像圖框加入一固定圖樣以形成一第二影像圖框(步驟S15 )；計算該第二影像圖框之一第二特徵指標(步驟S16 )；判定該第二特徵指標是否大於該門檻值(步驟S17 )；以及利用該第二影像圖框計算一位移量(步驟S18 )。
請同時參照第1及3圖所示，接著說明本發明實施例之位移偵測方法。首先，該影像感測器11擷取一第一影像圖框(步驟S11 )，此處該第一影像圖框為數位影像圖框或類比影像圖框，其中當該第一影像圖框為類比影像圖框時，需經過類比數位轉換單元12轉換為數位影像圖框後再輸入至該處理單元13。該處理單元13計算該第一影像圖框之一第一特徵指標(步驟S12 )並判定該第一特徵指標是否大於一門檻值(步驟S13 )，其中第一特徵指標及門檻值將於後以例示說明。當該處理單元13判定該第一特徵指標大於該門檻值，則直接利用該第一影像圖框計算一位移量(步驟S14 )並將其輸出至該傳輸單元14。當該處理單元13判定該第一特徵指標小於該門檻值，則於該第一影像圖框加入一固定圖樣(如第2a~2c圖所示)以形成一第二影像圖框，此處該固定圖樣例如可為一數位圖框資料或一類比圖框資料；例如當該固定圖樣為數位圖框資料時，其係加入至數位影像圖框121，其中此過程例如可直接於該處理單元13中進行；當該固定圖樣為類比圖框資料時，其係加入至類比影像圖框111(步驟S15 )。該處理單元13計算該第二影像圖框之一第二特徵指標(步驟S16 )並比較該第二影像圖框及該門檻值(步驟S17 )。當該處理單元13判定該第二特徵指標大於該門檻值，則利用該第二影像圖框計算一位移量(步驟S18 )並將其輸出至該傳輸單元14。
請參照第4圖所示，其顯示本發明另一實施例之位移偵測方法之流程圖，其包含下列步驟：擷取一第一影像圖框(步驟S21 )；計算該第一影像圖框之一第一特徵指標(步驟S22 )；判定該第一特徵指標是否大於一門檻值(步驟S23 )；若是，判定該第一影像圖框為可用影像圖框(步驟S24 )；若否，於該第一影像圖框加入一固定圖樣以形成一第二影像圖框(步驟S25 )；計算該第二影像圖框之一第二特徵指標(步驟S26 )；判定該第二特徵指標是否大於該門檻值(步驟S27 )；若是，判定該第二影像圖框為可用影像圖框(步驟S28 )；若否，判定該第二影像圖框為不可用影像圖框(步驟S29 )。本實施例之各步驟之詳細實施方式類似於第3圖，故於此不再贅述。
此外，當該第一特徵指標小於該門檻值時，表示位移偵測裝置1可能不適用目前之工作表面。本發明可透過加入一固定圖樣以增加特徵指標，藉以增加可適用工作表面。當該第二特徵指標大於該門檻值時，表示該位移偵測裝置1使用本發明之位移偵測方法仍適用於目前之工作表面，但如果該第二特徵指標仍然小於該門檻值時，表示該移偵測裝置1不適用於目前之工作表面。因此，本發明亦可用以增加位移偵測裝置對於工作表面之容忍度。
綜而言之，本發明之位移偵測方法係包含下列步驟：擷取一影像圖框；計算該影像圖框之一特徵指標；當該特徵指標大於一門檻值時，維持該影像圖框；當該特徵指標小於該門檻值時，加入一固定圖樣至該影像圖框。
接著提出一種特徵指標之範例，但此範例僅用以說明本發明，並非用以限定本發明。
請參照第5圖所示，其顯示本發明實施例之位移偵測方法中一種特徵指標之示意圖。一影像特徵變化例如可為該影像感測器所擷取一影像圖框之一維畫素的灰階值變化，而該特徵指標例如可為該一維畫素之灰階值變化的峰值數目。例如，可假設該影像圖框之一列或一行畫素中，一畫素兩邊畫素之灰階值低於該畫素一定程度時，該畫素則為一上波峰；一畫素兩邊畫素之灰階值高於該畫素一定程度時，該畫素則為一下波峰；例如第5圖中包含兩上波峰U1 、U2 及兩下波峰D1 、D2 。該特徵指標例如可為該上波峰數目、下波峰數目及/或上下波峰之總數目等；門檻值則設定為該等波峰數目之預設數值。該影像擷取單元11所擷取之影像圖框中，波峰數目愈高則表示所擷取影像圖框之特徵變化愈明顯，因此可利用設定不同波峰數目門檻值來決定影像圖框之特徵變化。此外，本發明中所述之特徵指標例如可為用以表示影像品質之其他特徵參數，並不限於第5圖所揭示者。
如前所述，由於習知位移偵測裝置存在游標抖動之問題；因此本發明另提出一種位移偵測裝置(第1圖)及位移偵測方法(第3~4圖)。本發明中，透過加入一固定圖樣至所擷取之影像圖框中以增加其特徵變化，藉以增加一位移偵測裝置之工作表面容忍度及抗抖動能力。
雖然本發明已以前述實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1．．．位移偵測裝置
11．．．影像感測器
111．．．類比影像圖框
12．．．類比數位轉換單元
121．．．數位影像圖框
13．．．處理單元
131．．．位移量
132．．．固定圖樣
14．．．傳輸單元
15．．．導光單元
16．．．光源
8．．．主機
9．．．影像顯示器
91．．．游標
U1 、U2 ．．．上波峰
D1 、D2 ．．．下波峰
S11 ~S18 ．．．步驟
S21 ~S29 ．．．步驟
第1圖顯示本發明一實施例之位移偵測裝置之方塊示意圖。
第2a圖顯示本發明實施例之一固定圖樣之示意圖。
第2b圖顯示第2a圖之固定圖樣中灰階值分佈之示意圖。
第2c圖顯示第2a圖之固定圖樣中灰階值分佈之另一示意圖。
第3圖顯示本發明一實施例之位移偵測方法之流程圖。
第4圖顯示本發明另一實施例之位移偵測方法之流程圖。
第5圖顯示本發明實施例之位移偵測方法中一種特徵指標之示意圖。
S11 ~S18 ．．．步驟

Claims (10)

  1. 一種位移偵測方法，包含下列步驟：擷取一第一影像圖框；計算該第一影像圖框之一第一特徵指標，其中該第一特徵指標為該第一影像圖框之灰階值變化、對比變化或表示影像品質之特徵參數；比較該第一特徵指標與一門檻值；及當該第一特徵指標小於該門檻值，加入一固定圖樣至該第一影像圖框以形成一第二影像圖框。
  2. 根據申請專利範圍第1項之位移偵測方法，其中該固定圖樣使該第一影像圖框之邊緣區域的灰階值偏位。
  3. 根據申請專利範圍第1項之位移偵測方法，另包含下列步驟：計算該第二影像圖框之一第二特徵指標；比較該第二特徵指標與該門檻值；及當該第二特徵指標大於該門檻值，利用該第二影像圖框計算一位移量。
  4. 根據申請專利範圍第1項之位移偵測方法，其中該第一影像圖框為擷取一工作表面之影像圖框，該位移偵測方法另包含下列步驟：計算該第二影像圖框之一第二特徵指標；比較該第二特徵指標與該門檻值； 當該第二特徵指標大於該門檻值，判定該第二影像圖框為可用圖框或判定該工作表面為可用工作表面；及當該第二特徵指標小於該門檻值，判定該第二影像圖框為不可用圖框或判定該工作表面為不可用工作表面。
  5. 一種位移偵測裝置，包含：一影像感測器，用以擷取一影像圖框；一處理單元，計算該影像圖框之一特徵指標並將該特徵指標與一門檻值比較，當該特徵指標小於該門檻值時加入一固定圖樣至該影像圖框，其中該特徵指標為該影像圖框之灰階值變化、對比變化或表示影像品質之特徵參數。
  6. 根據申請專利範圍第5項之位移偵測裝置，其中該固定圖樣使該影像圖框之邊緣區域的灰階值偏位。
  7. 根據申請專利範圍第5項之位移偵測裝置，其中該處理單元另計算加入該固定圖樣後之影像圖框之一第二特徵指標；該處理單元根據該第二特徵指標與該門檻值之比較結果判定該影像圖框是否為一可用影像圖框或當該第二特徵指標大於該門檻值時根據加入該固定圖樣後之影像圖框計算一位移量。
  8. 一種位移偵測方法，包含下列步驟：擷取一影像圖框；計算該影像圖框之一特徵指標；及 比較該特徵指標與一門檻值以決定是否加入一固定圖樣至該影像圖框，其中該特徵指標為該影像圖框之灰階值變化、對比變化或表示影像品質之特徵參數。
  9. 根據申請專利範圍第8項之位移偵測方法，其中該固定圖樣使該影像圖框之邊緣區域的灰階值偏位。
  10. 根據申請專利範圍第8項之位移偵測方法，其中比較該特徵指標與一門檻值之步驟另包含下列步驟：當該特徵指標大於一門檻值時維持該影像圖框；及當該特徵指標小於該門檻值時，加入一固定圖樣至該影像圖框。
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