TWI472989B - 影像調整方法以及使用此影像調整方法的光學導航裝置 - Google Patents

影像調整方法以及使用此影像調整方法的光學導航裝置 Download PDF

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Description

影像調整方法以及使用此影像調整方法的光學導航裝置
本發明有關係影像調整方法以及使用此影像調整方法的光學導航裝置，特別有關於根據影像的各種亮度資訊執行對比度增強動作的影像調整方法以及使用此影像調整方法的光學導航裝置。
光學導航裝置(例如光學滑鼠)會以影像感測器擷取連續的影像，然後以這些影像中的特徵(如明暗度)計算出此光學導航裝置的位移。然而，被擷取的影像可能會受到某些因素的影響因而失焦或特徵不明顯，而影響到位移計算的正確性。
舉例來說，影像感測器所設置的印刷電路板厚度須控制在一定範圍內，否則會讓擷取的影像失焦。或者光學導航經過的表面沒有什麼明顯的特徵，因此會得到具有不明確特徵的影像。
因此，本發明之一目的為提供一種影像調整方法，其利用影像的亮度資訊決定是否要對影像進行對比度強化動作以及決定對比度強化動作的強度。
本發明之另一目的為提供一種使用前述影像調整方法的光學導航裝置，其利用影像的亮度資訊決定是否要對影像進行對比度強化動作以及決定對比度強化動作的強度以提供容易判斷的影像，以進 行更精確的位移偵測動作。
本發明一實施例揭露了一種電腦可讀取媒體，具有至少一程式碼紀錄於其上，當該些程式碼被讀取並執行時，可進行一影像調整方法。此影像調整方法包含：(a)擷取一現今影像；(b)計算該現今影像至少一種亮度資訊；(c)對不同種類的該亮度資訊，分別設定相對應的門檻值；以及(d)根據該亮度資訊超過該門檻值的次數，決定是否對該現今影像施行一對比度增強動作來產生一調整後影像。
本發明另一實施例揭露了一種光學導航系統，包含；至少一光源，用以投射光至一物體；一影像感測器，用以擷取該物體根據該光產生的一現今影像；以及一位移偵測模組，用以計算該現今影像至少一種亮度資訊，並對不同種類的該亮度資訊分別設定相對應的門檻值，亦根據該亮度資訊超過該門檻值的次數決定是否對該現今影像施行一對比度增強動作來產生一調整後影像；其中若該位移偵測模組有執行該對比度增強動作，則該位移偵測模組將該調整後影像作為判斷該物體與該光學導航裝置間是否有位移動作的依據，若無則該位移偵測模組將該現今影像作為判斷該物體與該光學導航裝置間是否有位移動作的依據。
根據前述的實施例，可用各種亮度資訊來決定是否調整影像，並可根據亮度資訊或影像中的不明確特徵來決定如何調整影像的對比度，藉此可調整出更明確的影像，以降低習知技術中影像失焦或具有不明確特徵的問題。而使用藉由這些機制調整出的影像進行光學導航，可以獲得更精確的位移偵測。
第1圖繪示了根據本發明實施例的影像調整方法中的對比度增強動作示意圖。然請留意這只是其中一種實施方式，並非用以限定本發明。如第1圖所示，會去計算出影像的平均亮度值avg，此平均亮度值avg可以是前一影像的平均亮度值，也可以是現今影像的平均亮度值。然後，會計算現今影像的一待調整像素之一待調整像素亮度值和平均亮度值avg之亮度值差異，並根據亮度值差異來調整待調整像素。舉例來說，待調整像素P1 與平均亮度值avg的亮度值差異為X，在一實施例中會使調整後的待調整像素P1 ’與平均亮度值avg的亮度值差異加倍，也就是使調整後的待調整像素P1 ’的亮度值為2X。或者，待調整像素P2 與平均亮度值AV的亮度值差異為-0.5X，在一實施例中會使調整後的待調整像素P2 ’與平均亮度值AV的亮度值差異加倍，也就是使調整後的待調整像素P2 ’的亮度值為-X。然請留意，調整後的待調整像素與平均亮度值AV的差異不一定為待調整像素與平均亮度值AV的差異的兩倍，也可以是其他比例。而且，更可用影像的其他亮度資訊來調整此比例，並判斷是否要執行對比度增強動作。
第2圖繪示了根據本發明實施例的影像調整方法的詳細流程圖，其包含了下列步驟。
步驟201
設定各種參數。這些參數包含了各種門檻值，之後求出的影像之 亮度資訊會和這些門檻值做比對，並據以判斷是否需要做對比度增強動作或調整比例。
步驟203
擷取影像。
步驟205
計算現今影像的亮度資訊，這些亮度資訊可包含下列至少其一：影像平均亮度值、影像最大亮度值、影像最小亮度值、影像亮度區間(即影像最大亮度值與影像最小亮度值的差異)、影像中亮度大於一最大亮度門檻值的像素數目、影像中亮度小於一最小亮度門檻值的像素數目、以及影像中複數個相鄰像素之亮度差異的最大值。
步驟207
依據這些亮度資訊與設定的門檻值之比對，判斷是否需要做對比度增強動作。若是則到步驟209，若否則到步驟217。
判斷的機制可包含一判斷機制或是多種判斷機制，舉例來說，可根據影像亮度平均值、影像最大亮度值以及影像最小亮度值其中至少其一的值來判斷是否要進行對比度增強動作。此外，亦可以根據影像亮度區間來判斷，因為若亮度區間已足夠大，則已經容易判斷，因此不須再進行對比度增強動作。此外，亦可根據影像中亮度大於最大亮度門檻值的像素數目或影像中亮度小於最小亮度門檻值的像素數目來判斷是否需要做對比度增強動作，因為若大於最大亮度門 檻值的像素數目或小於最小亮度門檻值的像素數目較多，則代表影像已過暗或過亮，即使做了對比度增強動作，特徵亦不會因此而變得明顯。或者，可根據影像中複數個相鄰像素之亮度差異的最大值來判斷是否需要做對比度增強動作，因為若相鄰像素之亮度差異已相當明顯，則影像已易於判斷，不需要另外做對比度增強。
步驟209
步驟209會決定調整的比例，即步驟211中的K值。在一實施例中，K的值由亮度資訊超過門檻值的次數來決定，舉例來說，在步驟221中計算現今影像中像素過暗的次數Cetup，若Cetup大於門檻值Upth且K尚未超過所設定的門檻值Kmax，則增加K。而在步驟223中計算現今影像中像素過亮的次數Cetdn，若Cetdn大於門檻值dnth且K不為0，則減少K，若兩類次數均未超過門檻值，則進入步驟225維持K。步驟221和223的次序可互相對掉。然請留意，步驟221、223、225僅用以舉例，當可用其他機制來設定K的值。
步驟211
進行對比度增強動作。
在一實施例中，是以公式(1)來進行對比度增強動作，如下所示P’=P+(P-avgcur )*K 公式(1)
其中P表示調整前的待調整像素亮度值、P’表示調整後的待調整 像素亮度值，avgcur 表示現今影像的平均亮度值，K與亮度資訊相關且為任一有理數。當K為1時，便可得到如第1圖所示的對比度增強動作。因此，公式(1)的動作可表示為包含下列步驟：計算現今影像的一待調整像素之一待調整像素亮度值(P)和平均亮度(avgcur )之亮度值差異；以及根據亮度值差異、待調整像素亮度值以及亮度資訊(用以決定K)來調整待調整像素。
而在另一實施例中，可以公式(2)來進行對比度增強動作，如下所示P’=P+(P-avgpre )*K 公式(2)
其中P表示調整前的待調整像素亮度值、P’表示調整後的待調整像素亮度值，avgpre 表示前一影像的平均亮度值，K與亮度資訊相關且為任一有理數。當K為1時，便可得到如第1圖所示的對比度增強動作。因此，公式(2)的動作可表示為包含下列步驟：計算一前一影像的一平均亮度值；計算現今影像的一待調整像素之一待調整像素亮度值(P)和平均亮度(avgpre )之亮度值差異；以及根據亮度值差異、待調整像素亮度值以及亮度資訊(用以決定K)來調整待調整像素。
在一實施例中，未執行對比度強化的影像，以及進行過對比度強化的影像，其亮度平均值會相同，但不限定。
步驟213
擷取對比度強化過後的影像(調整後影像)之特徵。
步驟215
根據步驟213中擷取的影像中的特徵，來判斷是否可能需要進行對比度增強動作。舉例來說，若不明確特徵的數量仍然很多，則可能需要於下一張影像再進行對比度加強動作。若判斷可能需要進行對比度增強動作，則回到步驟209，若判斷可能不需要進行對比度增強動作，則到步驟217。
步驟217
依其他程序處理影像。舉例來說，當使用在光學導航裝置時，不做對比度增強動作而依正常程序擷取影像然後計算光學導航裝置的位移。
綜上所述，根據本發明實施例的影像調整方法可簡示為包含下列步驟：(a)擷取一現今影像；(b)計算該現今影像至少一種亮度資訊；(c)對不同種類的該亮度資訊，分別設定相對應的門檻值；以及(d)根據該亮度資訊超過該門檻值的次數，決定是否對該現今影像施行一對比度增強動作來產生一調整後影像。且以上的影像調整方法，可藉由一電腦可讀取媒體上的程式碼來執行。
而在計算亮度資訊前，可進行一去梯度動作來使影像的亮度分佈更為均衡。第3圖繪示了根據本發明實施例的去梯度動作的示意圖，在此實施例中，會先計算影像中各像素列的亮度平均值，然後 再將各像素列的亮度平均值和鄰近像素列的亮度平均值做比較，便可計算出影像的亮度趨向。舉例來說，像素列2會跟其像素列1以及像素列3做比對，而像素列3會跟其像素列2以及像素列4做比對，如此一來，可以得知每一像素列的亮度平均值跟其前後列的亮度平均值之關係，因此可以得到影像的亮度趨向。在第3圖的例子中，可得知影像有一漸暗的亮度趨向，若不做去梯度處理而直接進行對比度強化，則可能會產生不正確的調整後影像而影響光學導航裝置計算位移的精確性。
去梯度動作可由多種方式來施行，於一實施例中，是計算出整張影像的亮度平均值，然後再根據每一像素列的亮度平均值與整張影像的亮度平均值之差異，對每一列進行補償(例如增加其亮度值或減少其亮度值)。而且，除了根據每一像素列的亮度平均值外，亦可根據每一像素列的最大亮度值或最小亮度值來計算影像的亮度趨向。舉例來說，以像素列2的最大亮度值跟像素列1的最大亮度值以及像素列3的最大亮度值做比對，或以像素列3的最大亮度值跟像素列2的最大亮度值以及像素列4的最大亮度值做比對。於一實施例中，若根據平均亮度值，最大亮度值以及最小亮度值計算出來的亮度傾向不一致，則不做去梯度處理。
第4圖繪示了去梯度前的影像示意圖，其跟第3圖所示的實施例相對應。如第4圖所示，影像IM由上至下有由亮漸暗的趨向。而在第5圖中的影像IM經過去梯度處理後會有較均勻的亮度分佈。
第6圖繪示了根據本發明實施例的光學導航裝置600之方塊圖。然請留意根據本發明實施例的光學導航裝置並不限定於包含第6圖 所示的所有元件。如第6圖所示，光學導航裝置600包含了一光源601(亦可為一個以上)、一影像感測器603以及一位移偵測模組605。光源601用以投射光至一物體(此例中為一表面Sr)。影像感測器603用以擷取表面Sr根據光產生的一現今影像LPA。位移偵測模組605用以計算現今影像LPA至少一種亮度資訊，並對不同種類的亮度資訊分別設定相對應的門檻值，亦根據亮度資訊超過門檻值的次數決定是否對現今影像LPA施行一對比度增強動作來產生一調整後影像PLPA。若位移偵測模組605有執行對比度增強動作，則位移偵測模組將調整後影像PLPA作為判斷表面Sr與光學導航裝置600間是否有位移動作的依據，若無則該位移偵測模組將現今影像LPA作為判斷表面Sr與光學導航裝置600間是否有位移動作的依據。
於一實施例中，位移偵測模組605包含了一影像訊號處理單元607、一影像訊號分析單元609以及一位移計算單元611(但不限定)。影像訊號處理單元607和影像訊號分析單元609分別接收現今影像LPA。影像訊號分析單元609會分析現今影像LPA的亮度資訊(亦可分析前幾張影像的亮度資訊後儲存起來)，然後將亮度資訊LI傳送給影像訊號處理單元607，影像訊號處理單元607會根據亮度資訊LI決定是否要執行對比度強化動作。若影像訊號處理單元607未執行對比度強化動作，位移計算單元611會根據現今影像LPA判斷表面Sr與光學導航裝置600間是否有位移動作並輸出位移資訊MI。相反的，若影像訊號處理單元607執行了對比度強化動作，位移計算單元611會根據調整後影像PLPA判斷表面Sr與光學導航裝 置600間是否有位移動作並輸出位移資訊MI。於一實施例中，位移資訊MI會傳送給控制單元613，然後控制單元613會據此控制光源601和影像感測器603的動作，但不限定。
光學導航裝置600的詳細動作可根據前述實施例推得，故於此不再贅述。
根據前述的實施例，可用各種亮度資訊來決定是否調整影像，並可根據亮度資訊或影像中的不明確特徵來決定如何調整影像的對比度，藉此可調整出更明確的影像，以降低習知技術中影像失焦或具有不明確特徵的問題。而使用藉由這些機制調整出的影像進行光學導航，可以獲得更精確的位移偵測。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
201-225‧‧‧步驟
600‧‧‧光學導航裝置
601‧‧‧光源
603‧‧‧影像感測器
605‧‧‧位移偵測模組
607‧‧‧影像訊號處理單元
609‧‧‧影像訊號分析單元
611‧‧‧位移計算單元
613‧‧‧控制單元
第1圖繪示了根據本發明實施例的影像調整方法的示意圖。
第2圖繪示了根據本發明實施例的影像調整方法的詳細流程圖。
第3圖繪示了根據本發明實施例的去梯度動作的示意圖。
第4圖繪示了去梯度前的影像示意圖。
第5圖繪示了去梯度後的影像示意圖。
第6圖繪示了根據本發明實施例的光學導航裝置之方塊圖。
201-225‧‧‧步驟

Claims (22)

  1. 一種電腦可讀取媒體，具有至少一程式碼紀錄於其上，當該些程式碼被讀取並執行時，可進行一影像調整方法，該影像調整方法包含：(a)擷取一現今影像；(b)計算該現今影像至少一種亮度資訊；(c)對不同種類的該亮度資訊，分別設定相對應的門檻值；以及(d)根據該亮度資訊超過該門檻值的次數，決定是否對該現今影像施行一對比度增強動作來產生一調整後影像。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電腦可存取媒體，其中該亮度資訊包含下列資訊至少其一：該現今影像的一平均亮度值；該現今影像的一最大亮度值；以及該現今影像的一最小亮度值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電腦可存取媒體，其中該亮度資訊包含下列資訊至少其一：該現今影像的一亮度區間；該現今影像中亮度小於一最小亮度門檻值的像素數目；該現今影像中亮度大於一最大亮度門檻值的像素數目；以及該現今影像中複數個相鄰像素之亮度差異的最大值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電腦可存取媒體，其中該亮度資訊包含該現今影像的一平均亮度值，且該對比度增強動作包含：計算該現今影像的一待調整像素之一待調整像素亮度值和該平均亮度值之亮度值差異；以及根據該亮度值差異、該待調整像素亮度值以及該亮度資訊來調整該待調整像素。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的電腦可存取媒體，其中該對比度增強動作包含以下列公式來調整該待調整像素以增強對比度：P’=P+(P-avgcur )*K其中P表示調整前的該待調整像素亮度值、P’表示調整後的該待調整像素亮度值，avgcur 表示該現今影像的該平均亮度值，K與該亮度資訊相關且為任一有理數。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的電腦可存取媒體，其中該K的值由該亮度資訊超過該門檻值的次數來決定。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的電腦可存取媒體，其中該影像調整方法更包含計算一前一影像的一平均亮度值，且該對比度增強動作包含：計算該現今影像的一待調整像素之一待調整像素亮度值和該平均亮度值之亮度值差異；以及根據該亮度值差異、該待調整像素亮度值以及該亮度資訊來調整該 待調整像素。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的電腦可存取媒體，其中該對比度增強動作包含以下列公式來調整該現今影像的該待調整像素以增強對比度：P’=P+(P-avgpre )*K其中P表示調整前的該待調整像素亮度值、P’表示調整後的該待調整像素亮度值，avgpre 表示該前一影像的該平均亮度值，K與該亮度資訊相關且為任一有理數。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的電腦可存取媒體，其中該K的值由該亮度資訊超過該門檻值的次數來決定。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的電腦可存取媒體，其中該現今影像跟該調整後影像的平均亮度值相同。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的電腦可存取媒體，其中該影像調整方法更包含在該步驟(a)後，更執行一去梯度動作來處理該現今影像。
  12. 一種光學導航系統，包含：至少一光源，用以投射光至一物體；一影像感測器，用以擷取該物體根據該光產生的一現今影像；以及 一位移偵測模組，用以計算該現今影像至少一種亮度資訊，並對不同種類的該亮度資訊分別設定相對應的門檻值，亦根據該亮度資訊超過該門檻值的次數決定是否對該現今影像施行一對比度增強動作來產生一調整後影像；其中若該位移偵測模組有執行該對比度增強動作，則該位移偵測模組將該調整後影像作為判斷該物體與該光學導航裝置間是否有位移動作的依據，若無則該位移偵測模組將該現今影像作為判斷該物體與該光學導航裝置間是否有位移動作的依據。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的光學導航系統，其中該亮度資訊包含下列資訊至少其一：該現今影像的一平均亮度值；該現今影像的一最大亮度值；以及該現今影像的一最小亮度值。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的光學導航系統，其中該亮度資訊包含下列資訊至少其一：該現今影像的一亮度區間；該現今影像中亮度小於一最小亮度門檻值的像素數目；該現今影像中亮度大於一最大亮度門檻值的像素數目；以及該現今影像中複數個相鄰像素之亮度差異的最大值。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的光學導航系統，其中該亮度資訊 包含該現今影像的一平均亮度值，且該對比度增強動作包含：計算該現今影像的一待調整像素之一待調整像素亮度值和該平均亮度值之亮度值差異；以及根據該亮度值差異、該待調整像素亮度值以及該亮度資訊來調整該待調整像素。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的光學導航系統，其中該位移偵測模組以下列公式來調整該現今影像的該待調整像素以施行該對比度增強動作：P’=P+(P-avgcur )*K其中P表示調整前的該待調整像素亮度值、P’表示調整後的該待調整像素亮度值，avgcur 表示該現今影像的該平均亮度值，K與該亮度資訊相關且為任一有理數。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的光學導航系統，其中該K的值由該亮度資訊超過該門檻值的次數來決定。
  18. 如申請專利範圍第12項所述的光學導航系統，其中該位移偵測模組亦計算一前一影像的一平均亮度值，且該對比度增強動作包含：計算該現今影像的一待調整像素之一待調整像素亮度值和該平均亮度值之亮度值差異；以及根據該亮度值差異、該待調整像素亮度值以及該亮度資訊來調整該 待調整像素。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的光學導航系統，其中該位移偵測模組以下列公式來調整該現今影像的該待調整像素以施行該對比度增強動作：P’=P+(P-avgpre )*K其中P表示調整前的該待調整像素亮度值、P’表示調整後的該待調整像素亮度值，avgpre 表示該前一影像的該平均亮度值，K與該亮度資訊相關且為任一有理數。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的光學導航系統，其中該K的值由該亮度資訊超過該門檻值的次數來決定。
  21. 如申請專利範圍第12項所述的光學導航系統，其中該現今影像跟該調整後影像的平均亮度值相同。
  22. 如申請專利範圍第12項所述的光學導航系統，其中該位移偵測模組更包含在該影像感測器擷取該現今影像後，執行一去梯度動作來處理該現今影像。
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