TWI482054B - 具有多數個彩色光源的高解析度與高敏感度移動偵測器 - Google Patents

具有多數個彩色光源的高解析度與高敏感度移動偵測器 Download PDF

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Description

具有多數個彩色光源的高解析度與高敏感度移動偵測器
本發明為一高解析度(high resolution)與高敏感度(high sensitivity)光學滑鼠，該光學滑鼠具有多數個光源。該多數光源的配置與調變法，係根據色彩學的調色法(Colorimetry)，自動調整其功能(如投射光強度，intensity)。其比色之依據，係來自於該光學滑鼠所捕捉到的彩色數位影像(digital image)。
現今有許多的電子系統，例如工業電腦、工作站、桌上型電腦、筆記型電腦、手機等等，都必需要靠光學滑鼠來感測操作員手部(或者是手指)的運動，然後把該運動轉譯成一個指令，或是一個顯示器(Display)上的游標(Cursor)的移動向量(Motion vector)。在傳統光學滑鼠的內部裡，置有一個影像偵測器(Image sensor)，能以每秒極多的張數(Frame rate)，拍攝一系列的照片，進而分析這些照片。這樣的設計，存在著幾個設計上的變因，會影響到該影像偵測器(Image sensor)的功能；例如，光電二極體(Photodiode)的尺寸大小(此與畫素大小Pixel size有關)，鏡頭(Lens)的品質，照明光(Illuminating light)的強度(Intensity)與角度(Incident angle)，等等。在光學滑鼠工業 裡，所謂的解析度(Resolution)指的是當滑鼠移動時，整個影像偵測器加上鏡頭的模組，每一吋裡能看到多少個畫素(Pixels per inch)。如果某光學滑鼠的解析度高，則操作員可以以較少的滑鼠移動量來達到所需的游標移動向量，如此可降低對該滑鼠每秒拍攝照片的張數(Frame rate)的要求，並且進而達到省電的目的。以現今技術而言，大部份的光學滑鼠可以達到每秒拍攝數千張照片的規格，而其解析度約在每吋有700至800個畫素(700-800 pixels per inch)左右。遊戲用的滑鼠比一般的光學滑鼠有較高的解析度(例如大於1000 pixels per inch)，如此可使其操作的平順度與精確度再提昇一些。上述的滑鼠雖可滿足一般使用者的需求(例如，把一個滑鼠擺在木板上)。當遇到一個非常光滑的表面(例如一個有光澤的板子)，傳統的光學滑鼠會變得相當遲鈍、緩慢，而且不穩定。此時有許多的能量都浪費到多餘的計算上，更有甚者，其結果還是錯的。
圖一所示為一傳統光學滑鼠102，其上具有一滑鼠按鍵101(Select button)，通用串列匯流排(USB,Universal serial bus)連線105，該連線可將該滑鼠連接至電腦。此外，在該滑鼠下部的空室106裡，還嵌有一單色光源103，當其發射的光線照射在被追蹤的桌表面107，部份反射光線將被影像偵測器104擷捕到。
圖二所示為示範例，它解釋一個在桌面上的灰塵顆粒，遇到光學滑鼠時，如何成像於影像偵測器104上。此時整個灰塵顆粒的表面是用畫素201，204，以及205等來代表的。值得注意的是，畫素201與205之間的灰階(Grey level)的差距，通常小於畫素201與203之間的灰階(Grey level)的差距。因此，為 達到最佳的形狀辨識效果，傳統光學滑鼠多希望能藉由光學的方法，有效且快速地辨認出邊界、銳利的尖頭等等。為達此目的，習知的技術多半利用照明的技術來使得物體(例如，表面的紋理，灰塵等)看起來更突出於背景之上。其理論如下：在材料科學裡，物體表面的粗糙度，通常以Ra表示(明確地說，Ra是一個表面與另一個理想的表面間的垂直距離的差距--yi ，取算術平均值)，用數學公式表達，則是。
物體表面的粗糙度對物體的微觀影像(Microscopic image)，有重大的影響，原因是很多在物體表面的微小的突出物，會在影像裡形成彼此分明的陰影，這些陰影使得影像偵測器比較容易看到欲追蹤的物體。
圖三A表示的是一個傳統光學滑鼠，經過一個傾斜的光源(約與被追蹤物體的表面成45度)照明後，所拍攝的影像。該影像裡的灰塵形成的影子，可以用畫素P1，P2，以及P3來代表。畫素P4代表的是物體的上表面。值得注意的是，畫素P1與代表背景的P5的灰階對比，通常大於物體的上表面(即P4)各畫素間的灰階對比。事實上，為求滑鼠功能最佳表現，P4往往被希望是變化越小越好。為了使影子與背景有最大的對比，而且使物體的上表面有最小的對比，傳統光學滑鼠可以再加上第二個擴散型光源(Diffused light)，當其照在P4的平面上，以及背景處時，會形成看似平坦的物體影像，而這些區域本來就是把不需要用來作形狀辨識的，所以它們的變化越小越好。
從以上所述可得知，傳統的滑鼠使用的是單色光光源，這 個技術已沿襲了數十年。數十年來，傳統光學滑鼠並未有需求要看到彩色的影像。對傳統光學滑鼠而言，最重要的是從拍攝到的影像裡，看到影子或表面的紋理。
過去某些已揭露技術傾向使用擴散光源(Diffused light)，儘管這種技術能夠在一般的情況下發揮作用，一旦遇到一個非常光滑的表面(Ra值太低)，它們還是失去功效，原因是影像裡根本就沒有那麼多的影子可供光學滑鼠使用。
過去還有一些揭露的技術，使用雷射光(Laser)來增強入射光的強度，希望能因此而急遽地增加物體表面的灰塵或紋理的亮度。也有些技術使用暗場技術(Dark field)，如此可將使背景看起來比較暗。更有一些方法是使用一個特殊的光線入射角，希望藉此增高PSNR(Peak signal to noise ratio)。事實上影響PSNR的不只有粗糙度Ra而已，整個材料在光譜上的反應(Spectral response)，對其都有影響。在傳統的光學滑鼠裡，畫面的信噪比一般是以來自被追蹤物件的光線強度，除以來自背景的光線強度來代表。另一個方法，就是使用滑鼠工業裡常用的一個參數SQUAL，它代表的意義是物體的表面品質(Surface quality)。SQUAL是用來計數在一個表面上能被認定為特殊形狀的數目(此時光線強度為定值)。如果一個畫面的信號值因為入射光增強了，或是它的背景值因為光線擴散法而變暗了，那麼它的PSNR就昇高了。一般提高PSNR的方法包括適時地調整入射光的角度，或者使用多個光源等等。
圖三B可表明的是當一個傳統光學滑鼠只看到桌面物體的輪廓時，它的缺點是在什麼方面。此時如果被追蹤的物體的表面的粗糙度值Ra非常低，或是該物體表面是由一種有光澤 的材料所構成的，那麼影像裡還能夠代表影子或者特殊點(unique point)的畫素就比較稀少了(例如P6A與P6B)；此刻我們若比較圖三A與圖三B，將會發現代表影子或者特殊點的畫素總數目自三個降成了兩個。另一個值得注意的是，此時P6A、P6B(影子)的灰階，P71(背景)的灰階，以及P8(物體)的灰階之間的對比值，已經急遽地下降。這個現象使得移動偵測(Motion detection)的結果容易發生錯誤。此處我們定義所謂的灰階是指一個畫素所接收到的光的能量密度，這個光可以是單色光，也可以是多色光，它受到該畫素對各波長的光的敏感度的影響。
本發明為一高解析度(High resolution)與高敏感度(High sensitivity)光學滑鼠，該滑鼠具有多數個光源。該些多數光源係根據色彩學(Color Science)的調色法(Colorimetry)，自動調整其功能(如投射光亮度，intensity)。其調色之依據，係來自於該光學滑鼠所捕捉到的彩色數位影像(digital image)。在調色過程中，本發明將所捕捉到的彩色(color)數位影像(digital image)，依原色分成數個次畫面(subimage)，每一個次畫面上的單位元素(element)的信號，均來自於該整體數位影像(digital image)中對不同原色敏感的元素(element)的信號。在正常操作情況下，本發明所使用的多數光源數量應為至少三個；其發光的顏色雖彼此不同，但均為原色(primary color)。
本發明所使用的彩色數位影像偵測器(digital image sensor)，其上覆蓋有一彩色濾光器陣列(Color filter array, CFA)，該彩色濾光器陣列上的每一元素(彩色濾光器)，均對準該數位影像偵測器上的光電二極體，並且使得該些光電二極體所接收的光的顏色，與該些光源的顏色匹配(Match)。
本發明能單獨調整該多數光源中的任意一光源的強度，而不需耽心其結果會影響到其它光源的效果。
當本發明啟用多數光源時，其每一光源之光譜能量密度(Spectral energy density)，均會被記錄下來，供滑鼠內的光源控制電路(Light control circuitry)內的程式(Program)參考使用。當該些光源照射在一物體表面時，該光源控制電路能單獨調整任意其任一光源的強度(Intensity)，或其它有關該光源的特性(如功率密度Power density)。
本發明最特殊與最重要的部份，係在於其控制器內的演算法(Algorithm)，該演算法包含了調色法(Colorimetry)的知識。本發明定義調色法至少具有以下幾個涵義：
(1)兩個刺激信號(亦稱為刺激元)，在光譜上能辨別出彼此不同(例如：紅色與藍色)，經由結合(可以用物裡方法，或是在數學上作相同功能的演算)，產生一個新的刺激信號(例如：紫色)；這些信號(結合之前的兩個，與結合後的第三個)，可以供不同的儀器使用(例如：LED，彩色濾波器，電腦程式，光學滑鼠，電子級顯示器，等等)。
(2)三個刺激元足以形成色彩空間(Color space)的基底(Basis)。它們可以是紅、藍、綠，或者是其它的刺激元，像是YMC，YUV，等等。
(3)把所有的能容許的刺激元(即人眼或儀器分辨的顏色)放在一起，並用座標定位，可以形成完整的色域圖(Color gamut)。
(4)調色法(Colorimetry)是一種準確量測與表達顏色的方法；它不僅僅是一個觀念，用調色法得出的顏色資料，可以幫助工程師在不同的儀器上精準地調控顏色。
(5)一基礎刺激元組(Primary stimuli set)，得以藉以下的轉變過程(Transformation process)，化為不同的刺激元組。
例如，現今CMOS影像偵測器(Image sensor)較常用的刺激元
是紅、藍、綠(RGB)。經由方程式(EQ 8)的轉變，RGB可以變成YUV或者Lab等等。使用於H.264的數位影片(Video)檔案(iPhone使用這個格式)，它的基礎刺激元是YUV，因為這個刺激元組較適合作移動偵測(Motion detection)。因此，現今之影像偵測器，幾乎都需要在作移動偵測之前，把接收進來的顏色刺激元轉變成另一組刺激元。而這種轉變，通常就叫作色彩管理(Color management)。我們可以注意到，色彩管理的基礎是調色法，因為它能提供準確的顏色資料。
由於將調色法(Colorimetry)的物理知識實施於電路與照明系統上，本發明的光學滑鼠的控制器得以知道當影像內某一原色光改變其功率密度(Power density)時，其它幾個原色光對 於該影像偵測器並不影響。因此，本發明的光學滑鼠只需要一次調整一個原色光光源的功率密度(Power density)，而不會影響到其它幾個原色光對影像所成的結果。這種方法對於提高該滑鼠在不同的物體表面上的解析度與敏感度，是既具有強大的效果，又有相當廣泛(Comprehensive)的作用力的。
當今有許多相機都可以把一組刺激元轉變成其它組的刺激元，而某些刺激元組合，會對某種特殊的應用較為敏感。例如，影像格式YUV4：2：2對光的亮度較敏感；影像格式YMC較易處理黃色，等等。值得注意的是，在光學滑鼠的底下，影像偵測器所面對的空室，實際上相當於一個攝影暗房；在這個暗房裡，許多光學現象會發生，例如：吸收(Absorption)，穿透(Transmission)，Lambertian diffusion(一種光擴散現象)，螢光(Florescence)，閃光(Scintillating)，等等。這些現象在日光下可能不容易被發現，但是當該暗室面對的是一個地毯，花崗石，木材，或耐隆塑膠，等等時，上述的光學現象，就很容易造成假信號(Artifacts)，傳統的光學滑鼠並不一定有能力處理這些假信號。
根據光學，使用三個原色光即可描述出整個色域(Color gamut)，使用更多的原色光雖然仍可被接受，但本發明為求說明清楚，在其所有的實施例裡，均僅使用三個原色光。其意義在於清楚地表達一物理現象--使用不同強度比例的三個原色光照射在一物體表面上，能夠使其視覺上的顏色，依照一個連續的模式(Continuous mode)呈現出其它的顏色。而上述連續的模式，是根據數學定義的。在數學裡，所謂連續的模式是指在任意兩個灰階(Grey value)之間，必還存在另一中 間值(Middle value)。因此，該物體所呈現的色調(Color tone)，可以經由調整該些原色光光源的功率，產生連續式的變化，而其整個色調的改變範圍，就是根據使用該組原色光，照射在該物體上，所產生的表現色域(Apparent color gamut)而定的。此時本發明使用原色光的優點亦呈現出來。由於使用原色光可使得被照射的物體的表現顏色(Apparent color)在整個表現色域(Apparent color gamut)上移動，這使得本發明之光學滑鼠，幾乎能在各種不同的表面上發揮功用一只要該表面能反射足夠強度的光線。
本發明所使用的調整各有色光源的方法是既簡單、迅速、省電，又能有效幫助滑鼠偵測移動(Motion detection)的方法。這主要是因為本發明所使用的方法並不以追求畫面品質(Image quality)為目標。也就是說，本發明所使用的調整各有色光源的方法，並不必然只是追求達到某個PSNR值(Peak signal to noise ratio)；相反的，它所追求的是提高次畫面裡(Subimage)的動態範圍(Dynamic range)，以及形狀辨識(Pattern recognition)的成效。所謂的次畫面，是指從針對某一物件以本發明之光學滑鼠的某一個單色光，經過照射，反射，以及影像擷取過程所形成的一個影像。如就本發明所演示的實施例而言，一個有三個原色光源的光學滑鼠，經過這樣的過程將會產生三個不同的次畫面，每一個次畫面由單一一種顏色來呈現。
提高動態範圍能促使本發明之光學滑鼠，以較高的敏感度(High sensitivity)、較高的解析度(High resolution)，來追蹤物件表面上的某些形狀；其結果是一這使得本發明在敏感 度與解析度上超越了傳統的單色光光學滑鼠。同理，當一個照光系統能夠幫助形狀辨識的工作(例如，它使得物體的輪廓較不會混淆、模糊)，則整個光學滑鼠對於移動偵測功能之表現，亦將提昇。
本發明之光學滑鼠最特殊之處，在於其影像偵測器(Image sensor)與控制電路之間的合作互動(Collaboration)關係。藉由影像偵測器所提供的資料，本發明之光學滑鼠能根據調色法(Colorimetry)來準確地調整其上多數個光源的設定值。有了這項關鍵的功能，本發明之光學滑鼠能夠在不倚賴物件表面粗糙度或邊緣的情況下，擷取到影像裡精細的變化。
以上所述是本發明之光學滑鼠超越傳統光學滑鼠的主要特徵。傳統光學滑鼠並未有任何智慧的、快速的方法來調整其照明條件。人類的眼睛可以分辨出百萬種以上的顏色，而環繞在我們週遭的物件，也通常是由許多顏色混合來代表的(例如，一個由白楊木作成的桌面，它的的顏色是由紅色與黃色混合而成的)。由於缺乏一個智慧的法則來調整多個光源的照明條件，過去曾提出來的多光源滑鼠發明案，並無法在真正的商業市場裡，找到很大的運用機會。舉個例子來講，一個滑鼠會面對到的物件表面是相當多種類的。有時候它可以是淺色的白楊木，有時候它也可以是顏色較深(反射率較低，紅色成份較多)的胡桃木，等等不一而足。事實上白楊木與胡桃木的呈色(Apparent color)裡，具有不同比例的紅色與黃色的成份。而如果就白楊木更進一步而言，它的顏色裡只含有少量藍色的成份；此時傳統的習知技術，並無法指示出一個 有效的方向(或方法)來提高光學滑鼠的敏感度(Sensitivity)與解析度(Resolution)。
101‧‧‧滑鼠按鍵
102‧‧‧滑鼠外殼
103‧‧‧單色光源
104‧‧‧影像偵測器
105‧‧‧連接埠
106‧‧‧空室
107‧‧‧桌面
201‧‧‧位於物件表面幾何中心處畫素(pixel)影像
202‧‧‧位於物件邊緣處畫素(pixel)影像
203‧‧‧背景畫素影像
204‧‧‧位於物件表面幾何中心處畫素(pixel)影像
P1、2、3‧‧‧位於物件邊緣處畫素(pixel)影像
P4‧‧‧位於物件表面幾何中心處畫素(pixel)影像
P5‧‧‧位於背景處畫素(pixel)影像
P6A、B‧‧‧位於物件邊緣處畫素(pixel)影像
P71‧‧‧位於背景處畫素(pixel)影像
P8‧‧‧位於物件邊緣處畫素(pixel)影像
402‧‧‧滑鼠
403‧‧‧本發明之光學滑鼠第一光源(藍色)
404‧‧‧第二光源(紅色)
405‧‧‧第三光源(綠色)
406‧‧‧信號傳輸埠(如USB)
407‧‧‧彩色影像偵測器(image sensor)
408‧‧‧空室
409‧‧‧桌面
412‧‧‧光源控制電路
413‧‧‧影像處理器
414‧‧‧記憶體(如DRAM)
415‧‧‧信號輸入輸出控制電路(I/O controller)
704‧‧‧由光源714照在突出物708所形成的影子
705‧‧‧由光源715照在突出物708所形成的影子
706‧‧‧由光源716照在突出物708所形成的影子
707‧‧‧桌子表面
708‧‧‧桌子表面突出物
714‧‧‧第一原色光源(紅色)
715‧‧‧第二原色光源(藍色)
716‧‧‧第三原色光源(綠色)
718‧‧‧空室
719‧‧‧滑鼠按鍵
720‧‧‧滑鼠外殼
R1、2、3、4、5、6‧‧‧圖九示範例裡，物體成像在影像偵測器上，各紅色畫素的灰階(Grey level)
B1、2、3、4‧‧‧圖九示範例裡，物體成像在影像偵測器上，各藍色畫素的灰階(Grey level)
1003‧‧‧圖十示範例裡，突出物1006受到某第一光源照射形成的影子
1004‧‧‧圖十示範例裡，突出物1006受到某第二光源照射形成的影子
1005‧‧‧圖十示範例裡，突出物1006受到某第三光源照射形成的影子
1006‧‧‧突出物
1007‧‧‧被追蹤之桌子表面
1008‧‧‧鏡頭與突出物所在之表面的距離
1022‧‧‧鏡頭
1023‧‧‧彩色影像偵測器
1025‧‧‧突出物在彩色影像偵測器上的成像
1108‧‧‧由影像偵測器(1203)所擷取的畫面分出來的紅色次畫面
1109‧‧‧由影像偵測器(1203)所擷取的畫面分出來的藍色次畫面
1110‧‧‧由影像偵測器(1203)所擷取的畫面分出來的綠色次畫面
1111、1112、1113‧‧‧圍繞在被追蹤物1121周圍的影子
1121‧‧‧被追蹤物
1201‧‧‧影像偵測器
1202‧‧‧多數個原色光源
t1‧‧‧滑鼠移動第一時間
t2‧‧‧滑鼠移動第二時間
X(t1)‧‧‧被追蹤物在t1時間與影像偵測器之間的相對位置
X(t2)‧‧‧被追蹤物在t2時間與影像偵測器之間的相對位置
1307A‧‧‧在時間為t1時，本發明之光學滑鼠內彩色影像偵測器所拍攝到的全彩影像(Full color image)
1307B‧‧‧在時間為t2時，本發明之光學滑鼠內彩色影像偵測器1201所拍攝到的全彩影像(Full color image)
1301A‧‧‧在時間為t1時，光學滑鼠內的影像偵測器1201拍攝到的被追蹤物件的影像所形成的畫素(Pixels)
1301B‧‧‧在時間為t2時，光學滑鼠內的影像偵測器1201拍攝到的被追蹤物件的影像所形成的畫素(Pixels)
1306A‧‧‧將在時間為t1時，影像偵測器1201拍攝到影像，抽取出紅色的畫素所形成的次畫面(Subimage)
1306B‧‧‧將在時間為t2時，影像偵測器1201拍攝到影像，抽取出紅色的畫素所形成的次畫面(Subimage)
1304A‧‧‧將在時間為t1時，影像偵測器1201拍攝到影像，抽取出藍色的畫素所形成的次畫面(Subimage)
1304B‧‧‧將在時間為t2時，影像偵測器1201拍攝到影像，抽取出藍色的畫素所形成的次畫面(Subimage)
1302A‧‧‧將在時間為t1時，影像偵測器1201拍攝到影像，抽取出綠色的畫素所形成的次畫面(Subimage)
1302B‧‧‧將在時間為t2時，影像偵測器1201拍攝到影像，抽取出綠色的畫素所形成的次畫面(Subimage)
1303A‧‧‧當時間為t1，由物件1301A所形成的陰影
1303B‧‧‧當時間為t2，由物件1301B所形成的陰影
1305A‧‧‧當時間為t1，在畫面1304A上所形成的陰影
1308A‧‧‧當時間為t1，在畫面1306A上所形成的陰影
1308B‧‧‧當時間為t2，在畫面1306B上所形成的陰影
1401‧‧‧圖十四實施例之第一原色光源
1402‧‧‧圖十四實施例之第二原色光源
1405‧‧‧圖十四實施例之第三原色光源
1406‧‧‧彩色影像偵測器
1403‧‧‧被追蹤物件的表面
1404‧‧‧彩色影像偵測器對向被追蹤物件端的焦點各光源對被追蹤物件所在的平面所形成的傾斜角各光源的主要投射光線，投影在被追蹤物所在的平面上，形成的直線，以1404為角頂(tip)，與被追蹤物所在的平面形成的夾角
‧‧‧自被追蹤物所在的平面射出的法向量
1509‧‧‧光滑的木質桌面(如白楊木上透明漆)
1512‧‧‧年輪
1513‧‧‧年輪間的材質
圖十五，十六，以及十七內的t1、t2、t3、t4、t5不同的時間
1601‧‧‧由某一條年輪的反射光投射到彩色影像偵測器所形成的一條柱狀影像(由圖十六中畫素R1-G5-R5-G13-R8-G20代表)
1602‧‧‧由某兩條年輪間偏黃色的材質所反射的光，投射到彩色影像偵測器所形成的一條柱狀影像(由圖十六中畫素G1-B1-G9-B5-G17-B9代表)
1701‧‧‧在時間為t4時，由1601的年輪反射的光，投射到彩色影像偵測器所形成的一條柱狀影像(由圖十七中畫素G1-B1-G9-B5-G17-B9代表)
1702‧‧‧在時間為t4時，由1602的兩條年輪間偏黃色的材質所反射的光，投射到彩色影像偵測器所形成的一條柱狀影 像(由圖十七中畫素R1-G5-R5-G13-R8-G20代表)
1810‧‧‧數位信號處理器(Digital signal processor)
1811‧‧‧使用於本發明的光源控制電路
1812‧‧‧輸出入控制電路
1816‧‧‧影像偵測器(Image sensor)
1807‧‧‧比較各次畫面自t1至t5的受光強度變化(variation of intensity)表
1815‧‧‧一個演算法(Algorithm)，用來給本發明之滑鼠檢查各紅、藍、綠光的信號強度變化量
‧‧‧紅光強度變化的絕對值
‧‧‧綠光強度變化的絕對值
‧‧‧藍光強度變化的絕對值
△t‧‧‧自前一次調整光源強度至現在所經過的時間
tlcp ‧‧‧預先設定的兩次調整光源強度程序之間所需經過的時間間隔
Red_light→Red_light --‧‧‧紅光強度下降一單位(例如：1 mW)
Blue_light→Blue_light --‧‧‧藍光強度下降一單位(例如：1 mW)
Green_light→Green_light --‧‧‧綠光強度下降一單位(例如：1 mW)
S1,S2,and S3‧‧‧各光源電源開關
2001‧‧‧光電二極體
2002‧‧‧重設信號(Reset)
2003‧‧‧反相器(Inverter，輸出與輸入信號邏輯相反)
2004‧‧‧延遲電路(Delay circuitry)
2105‧‧‧色域圖(color gamut)上的紫色的邊緣線
2007‧‧‧比較放大器(Differential Amplifier)
2008‧‧‧電容Cm
2009‧‧‧比較器(Comparator)
2010‧‧‧旗標信號(Flag signal)
2011‧‧‧入射光的能量
2012‧‧‧比較器的啟動電路(Enable)
圖一為傳統使用單色光源的光學滑鼠。
圖二為一示範(exemplary)的圖例，顯示出傳統光學滑鼠面對一物體時，所看到的畫素圖(Pixel map)。
圖三A為一示範的圖例，顯示出傳統光學滑鼠面對一物體時，所看到的畫素圖(Pixel map)。
圖三B為一示範的圖例，顯示出傳統光學滑鼠面對一物體時，所看到的畫素圖(Pixel map)。
圖四A為本發明的光學滑鼠(較廣義的定義是移動偵測器)，它使用了多數個光源。
圖四B所示為本發明之光學滑鼠的簡明式(Brief)電路圖(Circuit diagram)。
圖五為一示範的圖例，表示的是本發明的光學滑鼠(較廣義的定義是移動偵測器)，經多數個光源照射後，所產生的畫素圖(Pixel map)。
圖六A,B,C，以及D表示的是一示範的過程，經由此程，本發明的光學滑鼠將一張主畫面(圖六A)切割出數個次畫面(Sub image)一亦即圖六B,C，及D。
圖七A,B,C，以及D表示的是本發明最佳實施例，此時本發明之光學滑鼠，經多數個光源從不同角度照射後，產生了影子(Shadow)。
圖八為一示範的圖例，顯示的是本發明所使用的對紅、 藍、綠光敏感的光電二極體(Photodiode)陣列。
圖九A,B,C，以及D表示的是本發明的示範例，顯示的是一物件對紅、藍光具有強烈的反射效應，但對綠光無反射效應。
圖十表示的是本發明的所使用的鏡頭(Lens)，彩色影像偵測器(Color image sensor)在空間裡的相對關係(Spatial arrangement)；藉由此種安排，多個特殊的陰影呈現了出來。
圖十一表示的是圖十所指示的特殊的陰影，是由不同顏色的光源所形成的，它們分別呈現在不同的次畫面(Sub image)裡。
圖十二表示的是一個被追蹤的物件與一個彩色影像偵測器(Color image sensor)之間的相對位置關係；當時間改變時，由於相對運動的作用，兩者之間的相對位置亦有所改變。
圖十三表示的是在圖十二的情況下，經由影像偵測器拍攝，在兩個不同的時間所得到的影像。
圖十四表示的是該些多數光源的相對位置關係，並且表示出一影像偵測器與一欲追蹤之物件，該物件位於一平面上。
圖十五表示的是一示範的演示，用以解釋影像偵測器內的一個對某種原色光敏感的光電二極體，當該影像偵測器置於本發明之多光源光學滑鼠之內，隨著滑鼠的移動，該光電二極體輸出的灰階(Grey level)，亦隨之改變。
圖十六表示的是一個想像的畫面(Image frame)，該畫面的內容是一個木料的表面，上面有一些年輪(Annular ring)，這張畫面是在時間等於t3時取得的。
圖十七所表示的畫面(Image frame)約略與圖十六相同，該畫面的內容是一個木料的表面，上面有一些年輪，這張畫面是 在時間等於t4時取得的。
圖十八所表示的是本發明所使用的控制電路以及其相關方法，用以控制多光源的照明條件。
圖十九所表示的是本發明所使用的控制電路的開關狀況(Switching condition)，用以控制多光源的照明條件。
圖二十所表示的是一個光電二極體的電路圖(Circuit diagram)，這個電路能控制單一畫素的解析度與動態範圍(Dynamic range)。
圖二十一所表示的是本發明之光學滑鼠所使用的色域圖(Color gamut)。
圖四A所示為本發明之光學滑鼠402。該滑鼠藉由信號承載體406(Information carrier)連接至一電腦(Computer)，該信號承載體406可以是無線的(Wireless)，或者是有線的，例如USB(Universal serial bus)或其它與具有類似的功能的連接埠。該光學滑鼠402還具有一空室408(Cavity)，其內部有多個彩色光源403，404，405(Colored light sources)，以及影像偵測器407。值得注意的是，本發明所使用的光源數，在最佳情況下，應為三個，如果要再增加也是可以的；如果一個光源裡所發出的光線是多個單色光的組合，則本發明所使用的光源數也可以在三個以下。為了使本發明說明容易，在本發明的光學滑鼠裡，是以三個光源的裝置說明的，其它情況(例如，加裝Columnator或Polarizer filter等)可由習知此技藝者導出，其創作之原意仍屬本發明範圍之內。如圖四A所示，第一 光源403，第二光源404，以及第三光源405分別發出不同顏色與不同頻率的光，三種顏色的光同時投射在桌子表面409上。當上述的光線自被追蹤之桌子表面(Targeted desktop surface)反射回來，抵達影像偵測器407時，會形成一張如圖五的全彩影像(Full color image)，圖五是由三種畫素(Pixels)一紅、藍、綠構成的。
圖四B所示為本發明之光學滑鼠的電路圖(Circuit diagram)。當圖四B裡的數位影像偵測器407，以一定之拍攝速率(Frame rate)，拍下一張畫面後，這張畫面可以被拆成一張紅色的次畫面(Subimage)，一張藍色的次畫面，以及一張綠色的次畫面。這些次畫面可送至記憶體414儲存，或者交給影像處理器413(Image processor)作移動偵測(Motion detection)之用。形狀辨識(Pattern recognition)的處理過程，即是在影像處理器413內以高速處理的。輸出入控制器415(I/O Controller)可以使本發明之光學滑鼠與電腦電訊連通(Communicate)。圖六A與六B、C、與D顯示的是一個例子，它把一個已擷取的畫面(圖六A)按照色系(Color scheme)分成了數個次畫面--圖六B、C、與D；此時圖六B代表的是紅色所形成的景象(Scene)，圖六C代表的是藍色光所形成的景象，圖六D代表的是綠色光所形成的景象。這些畫素陣列(即次畫面，亦即圖六B、C、D)如果彼此”貼補”起來(Patched)，就會形成一張全彩的影像，但在執行移動偵測(Motion detection)時，這麼作通常是不需要的。當執行移動偵測的工作時，影像處理器413會把同一色系的次畫面按拍攝先後時間形成一系列(Series)的畫面，然後拿來作比較，但是影像處理器 413通常不會把不同色系的次畫面拿來比較；如果有，那是一種特殊情況(例如，對某一混色光作分析)。
從外觀來講，本發明之光學式電腦顯示器游標(Cursor)移動控制器(Maneuvering device)的幾何形狀與尺寸，與傳統的光學滑鼠相似(例如，兩者皆有外殼，相機，空室，以及光源等等)；但是在本發明的光學滑鼠的空室408裡，含有多數個光源(A plurality of light sources)；例如，如圖四A所示，這些光源包括403，404，與405；它們可以是LED(light emitting diode)或是其它種類的光源(如雷射光等)，它們每一個所發出的光的波長範圍(Wavelength span)都不一樣。在空室408的內部，鑲有一個影像偵測器407，這個影像偵測器是可以偵測彩色影像的。空室408的形狀可以有所不同，例如它可以是方形，長方形，圓形，橢圓形，或者不規則形狀。在空室408之內，這些光源應該擺置得使彼此越分開(Maximal separation)越好，影像偵測器407則應置於空室408之底部(Base)，介於該些光源之間，以使其能儘量均衡地自所有的光源取得光線，拍攝影像。
值得注意的是，本發明雖指示LED為較佳之光源，其它類型的光源(例如雷射光，Laser)，也是可以使用的。而本發明所使用的影像偵測器407，一般指的是CMOS image sensor，但是本發明並不僅限於使用CMOS Image sensor。此外，影像偵測器407應俱備將一個畫面，按紅、藍、綠原色分拆成數個次畫面(Subimage)的能力。不過值得注意的是，上述的原色光，並不僅限於紅、藍、綠。例如，該原色光亦可為黃(Yellow)，洋紅(Magenta)，與青色(Cyan)。光源403，404，與405的 照光條件(lighting condition)，是經由一個照光控制電路(Light control circuitry)來調整的。這個照光控制電路412，能夠根據來自影像處理器413的回饋信號(Feedback)，適時調整各個光源的輸出功率(Output power)。
圖八所表示的是影像偵測器裡的光電二極體(Photodiodes)，如何分配給不同的原色光。這個結構，一般被習知此技藝的人稱為貝爾結構(Bayer structure)。在實際的應用裡，還有其它的方式可以用來調整各個光電二極體對光的敏感度(例如，蜂窩狀彩色濾光器陣列，Honeycomb type CFA)。為求說明清楚，本發明將使用的CFA(Color filter array)限定於貝爾結構。當實地實施本發明時，則不受此限，其它不同的CFA結構與調整各個光電二極體對光的敏感度的方法，仍然可以使用，因為最後它們使用的調整照明的方法，與本發明並無不同。在目前的數位影像偵測器工業裡(Digital image sensor industry)，最常使用的把各個光電二極體對光的敏感度調整到不同顏色的方法，就是把一個彩色濾光器陣列置於該影像偵測器的上方。還有一些其它的方法，例如是藉由離子佈植(Ion implantation)的技術，或者調整能帶寬度(Band gap engineering)的技術，來調整光電二極體對光的量子效率(Quantum efficiency，一般指的是一個光子能激發幾個自由電子電洞對的能力指標值)。不過，使用彩色濾光器陣列(CFA)仍是當今數位影像偵測器工業裡，最被廣為使用的方法。在一個CFA裡，典型的分配各畫素給原色的方法(一個畫素可以對映到一個光，而且通常不重複)，就是貝爾結構(Bayer structure)。根據貝爾結構，任意一個由四個光電二極體所組成的長方形 (或方形)區域，有兩個光電二極體會被分配給綠色，剩下的兩個光電二極體，將會一個分配給紅色，另一個分配給藍色。在真實的應用裡，還會有其它的方法來安排這些光電二極體。
圖九A所示的是本發明的光學滑鼠，看到一個紫色物體的一個演示情況。在這個情況下，紅色的次畫面(圖九B)以及藍色的次畫面(圖九C)有較高的信號值(亦即其光電二極體所產生的信號的灰階值較高)。現在我們回過來觀察圖四B，此時為了節省用電，滑鼠上的光源控制電路412針對該紫色物體，會降低甚至關閉(turn off)綠光的電源405。影像處理器413會知道這個情況，因此它不會去提取綠色的次畫面(圖九D)作為移動偵測用。值得注意的是，圖九A所示只是畫素陣列。如圖九B與九C所示，由於光線打在各畫素(Pixel)的強度會有所不同，它們的灰階值是以R1到R6，以及B1到B4來代表的。為達到最佳形狀辨識(Pattern recognition)的效果，我們所期待的是R1至R6有最大的(灰階)差距，或者是B1至B4有最大的(灰階)差距。這種從滑鼠所拍攝的影像裡挑選出與被追蹤物體在光譜的表現有關的影像的能力，使得本發明的滑鼠超越了習知技術，因為現存的習知技術，僅僅使用單色光。
當在執行形狀辨識的工作時，本發明的光學滑鼠可針對紅色的次畫面作比較，或者是針對藍色的次畫面作比較，或者兩者皆作，但這樣作通常是不必要的(但如果為了要計算旋轉向量，則有此必要)。當本發明之光學滑鼠在桌面上移動時，紅色的次畫面以及藍色的次畫面，會因為桌子表面的光譜反應(Spectral response)在桌子各處有所不同(例如對某單色光的反射率Reflectivity)，而有所變化。如果紅色次畫面的灰階值太 低了，那麼光源控制電路會增加紅光的強度(Intensity)，這麼作不會對藍色次畫面造成任何改變(或者即使有改變，也是輕微到可忽略的程度)。因此，本發明之光學滑鼠，它的控制電路可以在滑鼠行進時，快速地調整送給紅色光源的功率。至於藍色次畫面，它可以留著不用，或者當作備用的資料供檢查用，這種情況(檢查備用的次畫面)有時候是會被影像處理器要求的(例如，計算旋轉向量)。同樣的道理，相同的情況也可以變成是由藍色次畫面作為主要形狀辨識的畫面，而把紅色次畫面為作為備用的資料。因此，本發明之光學滑鼠可以根據桌子表面的光譜表現，分別針對各單色光，逐漸趨近一個最優化的(Optimized)輸出功率設定值。這個優化的輸出功率設定值能夠及時地(In real time)、快速地(At high speed)調適。舉另一個例子，當本發明之滑鼠面對的是一個雜色(Piebald)的桌面，或者是一種結構，它是由多種不同的結構調配組合而成的(Assorted structure)，則本發明之滑鼠可以根據所在不同的位置，以幾種預設的值去適應(Accommodate)這些表面，當然這個過程也是根據本發明之滑鼠所具有的精密調整照明條件的知識而完成的。
以下解釋照光控制電路412如何辨識/調整照光的強度，以及各原色光的信號是如何量測得到的。根據光學物理，方程式EQ1到EQ4可用來計算一個影像偵測器(Image sensor)所偵測到的光譜功率密度(Spectral power density)，亦即
在上述公式裡，X、Y、以及Z代表的是根據影像偵測器(Image sensor)所偵測到的光譜能量密度(Spectral energy density)，得出的彩色指標(Color index)。
S是自光源發出的光的強度
R是自物體反射的光，被影像偵測器看到的光的強度.是各有色光的波長
是影像偵測器針對不同波長的光的敏感度
在CMOS影像偵測器裡，通常與彩色濾光器(Color Filter)有關(例如，貝爾彩色濾光器Bayer Color Filter)。如方程式EQ1至EQ4所示，X、Y，以及Z是彼此互不關聯的，因為它們是針對不同範圍的作積分。簡單地說，當本發明之滑鼠使用多個光源來照明，而且這些光源的波長範圍彼此均不相同時，其所獲得的X、Y、以及Z是彼此互不關聯的。這個互不關聯的特性所帶來的好處很重要，因為當一個人增加某一光源的強度時，X、Y、以及Z裡只有一個參數會改變。因此，本發明之滑鼠，能夠把一個畫面根據使用的原色光拆成三個次畫面，例如紅、藍、綠，或者其它使用的原色系統。
EQ1至EQ4也闡明另一個事實-根據同一個物理原理，我們除了可以藉由改變發光二極體(LED)的輸出功率，來改變本發明的移動偵測器的敏感度外，其它根據本發明所闡述的相同的物理原理衍生的方法，依然有效。例如，在現代的市場上存 在的各種不同顏色光的發光二極體(LED)裡，光電工業的製造者通常是使用同一種發光二極體，然後在這些發光二極體的上面覆蓋上不同顏色的染料(Dye)，使其所發射的光芒呈現出不同顏色。習知發光二極體製造工藝者可以從本發明學習得出的基本知識，藉由調整染料的化學特性，達到調整各種光線的相對強度(Relative Intensity)的目的；這些方法仍然是遵循EQ1至EQ4的通則完成的(依本發明所闡述的原理解釋，相當於調整Sλ )。此外，在現今的數位影像偵測器工業裡，一個互補式金屬氧化物半導體影像偵測器裡(CMOS image sensor)的每一個像素(Pixel)上面，都有覆蓋著彩色濾光物質(Color Filter Material)，形成彩色濾光陣列(CFA)，藉由改變彩色濾光物質的化學特性，一個影像偵測器也能夠達到改變其敏感度的目的(依本發明所闡述的原理解釋，相當於的改變)。其它的方法，還包括調整電子元件對各種光的敏感度(例如，改變離子摻雜濃度或深度)。簡言之，本發明所揭露的是一個通用的方法(General method)，該方法能夠藉由數個不同顏色的光(從物理上來說，不同顏色的光指的是不同的波長的光，Wavelength)，來調整一個游標控制器(Cursor Maneuvering Device)的敏感度。其它根據本發明所揭露的原理(如EQ1至EQ4描述一樣)的方法，仍然存在，該些方法並不脫離本發明之範圍。
有幾個方法是可以用來調整上述影像偵測器裡的光電二極體的敏感度的。例如，在傳統的技藝裡，有一種叫作敏感度可調式光偵測器(V ariableS ensitivityP hotoD etector VSPD)。這個技術是把兩個信號符號相反的畫素陣列(Pixel Array)結合 起來，這兩張畫素陣列所拍攝的影像的時間非常接近，比如說，該光學滑鼠拍這兩張畫素陣列的時間，只有一個很小的間隔，像是奈秒(ns)。當該光學滑鼠移動時，會把兩個色調相反的影像結合起來，其所獲得的影像就會把物體本體的大部份刪除掉，只留下邊緣。這種技術過去常被使用在尋找物體邊緣的工作上。過去VSPD所使用的是單色光，它並未使用彩色光所帶來的豐富資訊。除此之外，還有很多其它不同的技術可以用來增加光學滑鼠的尋找物體邊緣或者是形狀辨識的能力。這些技術包括VSPD，光罩式濾光器(Mask filter)等等，它們都可以被本發明之光學滑鼠拿來作為一種輔助的功能，藉以增加其基礎的能力，使本發明之使用多數光源的方法，適於高敏感度與高解析度移動偵測之用。
大部份的彩色濾光器陣列使用的是貝爾彩色濾光器陣列(Bayer Color Filter Array)。貝爾彩色濾光器陣列是由一群數目相當龐大，尺寸約在微米(Micron)左右的彩色濾光器(其實是一層薄膜)，以馬賽克格子狀，敷貼在每一個光電二極體之上組成的。此時每一個單位格子，可以被設定成只對紅光，藍光，或者綠光敏感；但實際上能被設定的顏色，並不限定以上幾種。其它的方法可將其設定成洋紅(Magenta)，青色(Cyan)，以及黃色(Yellow)。本發明以RGB作為範例說明。如先前解釋，在一個貝爾彩色濾光器陣列(Bayer Color Filter Array)裡，每一個單位格子是被四個其它的格子包圍著，而且本發明所使用的多數個光源，其頻率範圍是互不重疊的(或是有部份重疊，但重疊的區域並不是很大)。憑藉著彩色濾光器的一般特性(Generic characteristic)，一個設定為對紅光敏感的光電二極 體，僅會對紅光敏感，而且實質上它不會對藍光或者綠光敏感。目前一個CMOS影像偵測器可以很容易就達到百萬像素(Mega pixel)的容量。當一個光學滑鼠使用一個高容量的影像偵測器，以及一個CFA，相較於傳統光學滑鼠，它的解析度與敏感度都大大的提昇。而由以上方程式EQ1至EQ4所述的一種多個光源與彩色影像偵測器之間的互動與合作方法，其所提供的便利與進步性，是先前技術從未達到的。
圖二十一是一個示範的色域圖，作為本發明滑鼠之用。色域圖呈現的是光譜能量的軌跡，它所使用的光的波長範圍是由420 nm(奈米)，經過520 nm，然後到達700 nm。從420 nm畫過去，經過700 nm的直線，代表的是紫色的邊緣線2105，藍色，綠色，與紅色，分別落在色域圖裡，靠近420 nm，520 nm，以及700 nm的區域。在色域圖裡，有三個三角形包成的區域，它們分別代表不同的色彩模型(Color model)；例如，NTSC(National Television System Committee)2109，RGB(Red,Green,Blue)2108 and CMYK(Cyan,Magenta,Yellow and Key(black))2107。在色域圖裡，有一個等能量點2101，它落在三個三角形的幾何中心處。
根據圖二十一的描述，三個原色，亦即紅色2103，綠色2104，以及藍色2106，足以指示出色域圖上任何一個點。這個意義是說，本發明的滑鼠，可以以連續的模式把物體的外觀的呈色(Apparent color)調整到任何它想要的色調(Tone)。而所謂的連續的模式是指在任意兩個畫素值(Pixel value，亦即Grey value)之間，必存在一中間值。在實際操作上，本發明之光學滑鼠會像是在RGB 2108這樣的色彩模型裡，選出一個色 調，該色調由一組特定的紅藍綠值所組成，因此它能使某一個次畫面的動態範圍(Dynamic range)達到最大值，或者是物體與背景之間達到最大的對比(Contrast)。例如，針對一個白楊木的表面，本發明的光學滑鼠會嘗試增加紅光或黃光的強度，或者兩者皆增加，以使得紅色次畫面的動態範圍能夠增大。本發明之滑鼠會暫停掉對藍色次畫面的影像處理工作，因為白楊木的表面對藍色光的反射率過低。這樣作其實會造成由紅、藍、綠色次畫面所組成的全彩畫面失去對白光的平衡。一個對白光平衡的照明，是指紅，綠，藍光有相同的(能量)權重，如同圖二十一裡的點2101所示一樣。但是，此種不平衡的畫面，為移動偵測用途帶來了前所未有的優點。
在本發明裡，此種(對白光)不平衡的照明系統是隨時調整的，這使得本發明之滑鼠具有另一個優點，它對環境的適應力甚高。這主要歸功於被追蹤的物體(Targeted object)的呈色(Apparent color)可以藉由照光條件的改變，在一個很大的範圍內調整(理論上是整個色域Color gamut)。此種大範圍改變物體呈色的色調(Tone)的能力，使得本發明之光學滑鼠，能在各種表面上工作，只要該表面能對入射光反射達到足夠的量。
以下是更明確地說明。圖二十一是對CIE1931色域圖的一般性的說明，其它的色域圖也會有如本發明所描述的相似的效果。在圖二十一裡，橫軸是x，縱軸是y。x、y、z的相互關係如下(z並未在圖二十一中出現)：
z=1-x-y (EQ 7)
上述方程式(EQ5至EQ7)裡的X、Y、Z是指紅、藍、綠三個原色光的刺激值(Stimulus value)。
值得注意的是，本發明雖指示其主要應用在游標移動(Cursor maneuvering)上，其它的使用功能(例如移動偵測Motion detection，程式啟動Program activation等)均可由本發明導出；這些應用可以使用在手機上，或者是在像桌上型電腦等不必移動的電子設備上。
第一實施例
圖七A，B，C，與D所示為本發明之最佳實施例。如圖七A所示，本發明之滑鼠的仰視圖裡(Bottom view)，包含一空室718。在空室718的內部置有影像偵測器717以及三個光源，這三個光源分別是第一光源714，第二光源715，以及第三光源716。滑鼠按鍵719可置於滑鼠外殼720上任何使操作者感覺方便的地方。
圖七A所顯示的是本發明之滑鼠最好有三個光源，每一個光源發出不同的原色光。以一個特定的安排來說明，圖七B所示為第一光源716，該光源發出綠光；圖七C所示為第二光源714，該光源發出紅光，圖七D所示為第三光源715，該光源發出藍光。從光源714、715、以及716所發射出的光線724，投射到桌子表面707的變異物708(Surface variation)上，形成了數個影子704，705，與706。在桌子表面707所形成的這幾個影子(704，705，及706)，全都是由彩色光打在變異物708上所構成的，這些變異物包括沿桌子表面跨過一段距離所發生 的桌子表面光學性質的變化(Surface variation)，不完整處(Imperfection，例如高低不平)，缺陷(Defect)，或者一個落在桌子表面的灰塵(Surface particle)等。
圖十所示為針對鏡頭1022與彩色影像偵測器1023的特殊安排，該圖中之影像偵測器1023與圖七A中的717是同一個物體，呈現在兩張圖上的現象。在本發明最佳實施例裡，影像偵測器1023被置於某垂直高度，約與被追蹤之桌子表面1007距離數厘米(mm)。圖十中所示之距離1008，是被追蹤之桌子表面1007與鏡頭1022之間的距離，典型的距離是從數厘米(mm)到數十厘米(tens of mm)。圖七A所示的三個光源714、715、與716也是置於與被追蹤之桌子表面1007有數厘米之遠的地方(1007相當於圖七B、C、D中的707，此些標指向同一物體，但具有不同的3D觀察角度)。現在回觀圖七A，在該最佳實施例裡，光源714、715、與716是置於靠近空室718邊緣之處，使得光線724與被追蹤之桌子表面707形成的入射角約在45度左右。此三個光源所交互包絡(enclosed)的面積，相當於空室718所罩住的面積，而影像偵測器717則被置於這個包絡的面積的幾何中心(Geometrical center)處。把影像偵測器717放置於這個位置，使本發明的光學滑鼠能夠容易地利用陰影所帶來的好處。
如果我們用一個放大鏡來看這個世界，幾乎所有的表面都有突出物(Obtrusive objects)。突出物可以是表面上的一個灰塵顆粒(Dust particle)，輕微的擾動(Perturbation)，性質的變異(Variation)，或是缺陷(Defect)等等。例如，在圖七B、C與D裡，物體708即是突出於被追蹤的桌子表面707的；由於光源 714、715、與716的空間安排，物體708針對各光源分別產生了704、705、與706三個影子。而事實上，在一個影像裡，影子與亮點(Bright spots)通常是彼此有交互的影響的。當在某些角度下，突出物708可以以比附近的環境高很多的強度，反射光線。影子與亮點就這樣一起合作，共同形成了一張高動態範圍的影像(亦稱為畫面)。為了便於說明，以下的論述是用影子來解說本實施例，同樣的物理也可以用在亮點上(並未於圖七中示出)。
應特別注意的是，由於本發明的各光源在空間的特殊安排，任意一個在被追蹤的表面的物體應至少形成一個影子或一個亮點。如圖十所示，突出物1006形成了三個條狀(Bar shaped)的影子1003、1004、以及1005。由於光源擺設的位置的關係，該三條條狀的影子1003、1004、以及1005分別落在被追蹤桌子表面1007的0度、120度、以及240度的地方。也就是說，突出物1006因為多個光源在空間中的安排，出現了複數個影子1003，1004，以及1005；每一個影子只與一個光源有關，與其它光源無關。這個現象發生在所有位於被追蹤桌子表面1007的物體上，而且當表面粗糙度增大時，這個現象就變得更明顯。
如先前所述，該三個光源714、715、與716的顏色並不相同，而且影像偵測器717(亦即1023)是對顏色有感測能力的。因此，圖十裡的影像偵測器1023所擷捕到的畫面，可以由圖十一來表示；此時一個全彩的畫面(Full color image)，可以被拆成三個次畫面(Subimages)，亦即由紅色畫素所組成的次畫面1108，由藍色畫素所組成的次畫面1109，以及由綠色畫素所組 成的次畫1110。在每一個單色的(Mono-colored)畫素平面(Pixel plane)裡，以圖十中的物體本體1006(Object body)為例，它是由標示成1121的一群畫素(A group of pixels)來代表的此時圍繞在被追蹤物1121的周圍的影子共有三個，亦即1111、1112、以及1113。此刻我們應注意到在1108、1109、以及1110每一個次畫面裡，只有一個影子，這個影子是由本發明的光學滑鼠裡，某一個特定顏色的光源所產生的。
圖十二所示的是本發明的光學滑鼠在桌面上的相對運動(Relative motion)。一個本滑鼠關注的點(亦即一個物體，可以被本發明之滑鼠用來作移動偵測用)，它可以視作是圖十裡的物體1006，而它在影像偵測器717(亦即1023)中的影像的位置，隨著該滑鼠移動而改變。舉例而言，在時間t1，點X在影像偵測器1201的右方；當滑鼠移動之後，點X位在影像偵測器1201的左方。
圖十三所表示的是影像偵測器1201所看到的畫面。在時間t1，一個全彩的畫面1307A被解析成三個次畫面1302A、1304A、以及1306A，而這些次畫面的色調分別是紅色，藍色，與綠色。圖十三中代表點X的畫素是1301A，它現在是被追蹤的物體。當時間移至t2，如1307B所示，代表被追蹤物1301B的畫素，在次畫面1302B裡的向右位移了。在這種情形之下，陰影1303A與1303B是最好的形狀辨識的資訊來源，因為它們與被追蹤物體的畫素形成最高的對比(Contrast)。不過有些時候這些有用的陰影是得不到的。如次畫面1304B所示，原先在次畫面1304A裡還看得到的陰影1305A，在次畫面1304B裡消失了。在這個情況下，可能是因為陰影已經移出了影像偵測器 的視野(View)，但也有可能是其它的原因，例如，桌子表面的地形(Morphology)有所改變。因此，使用單色光去追蹤物體的移動，永遠都會遇到例外的情況，而這也是大多數電腦滑鼠使用者都有過的經驗。在本發明裡，當次畫面1304B無法給形狀辨識用時，我們還可以使用次畫面1302B與1306B。最重要的是，次畫面1302B、1304B、與1306B不會彼此干擾，因為它們是由不同顏色的光源所形成的，而且每一個畫素都不會對波長不在其敏感範圍的光敏感。
此處再重述本實施例的重要優點，本發明之裝置(Device，包括光學滑鼠等等)使用多數個光源(Multiple light sources)，而且每一個光源的顏色均不相同；圖十四所示的是光源1401、1402、1405，彩色影像偵測器1406，以及被追蹤物體所在的桌子表面1403彼此在地理位置上的相對關係。光源1401，1402，1405會把光照射在影像偵測器的焦點1404上，各光源的光線會在被追蹤物體所在的桌子表面1403上形成三個角度α、β、γ，每一個角度大約是120度。從各光源所發出的光的傾斜角大約是θ1 =θ2 =θ3 =45°。因此，在較佳的情況下，該些光源應置於與影像偵測器的焦點1404橫向距離數個厘米(mm)的地方。更佳的情況則是該些光源彼此距離越遠越好。但是也有些其它的考量會改變到各光源所發出的光的傾斜角，例如像是針對本發明之光學滑鼠所作的人因工程設計(Ergonomic design)。
第二實施例
本實施例可處理現今光學滑鼠技術一般認為最困難的情 況，亦即非常平滑，或具有光澤的(Glossy)桌子表面。圖十五所表示的是一個示範的例子，本發明的光學滑鼠(其相關細部設計由圖四表出)置於一非常平坦的表面1509，例如該表面是一木質材料表面塗布上一層有透明光澤的材料，像是透明漆(Lacquer)。這種有光澤的塗布材料，既非常透明，又很平坦，在某些角度下，它會反射很大量的光給影像偵測器407，形成一種現象叫作模糊效應(Smearing)。當傳統光學滑鼠遇到此種情況，它的影像處理工作(Motion detection)會崩潰。由於該平坦的表面1509是由透明漆(Lacquer)所構成的，它無法提供第一實施例裡所需的表面粗糙度，但是在本發明的光學滑鼠所擷取的次畫裡，還有由木頭表面所獲得的與光譜有關的資料(Spectral data)，這些資料仍然足夠作為移動偵測之用(Motion detection)。圖十五為一例子，該白楊木桌板1509上有條狀(Stripes)年輪1512(Annular ring)，該些年輪的顏色為咖啡色(Brown)。其它介於年輪之間的區域是淡黃色的，其間還混有一些紅色的成份。當本發明的光學滑鼠沿著桌子表面移動時，從被追蹤的桌子表面1509所反射回到影像偵測器407的紅光的強度，會跟著起伏(Undulate)。這個現象會同時發生在紅色畫素(Red pixel)與綠色畫素(Green pixel)上。基本光學指出黃色光可以由紅色光與綠色光混合而來。此處需要注意的是，由圖十五的結果顯示，在整個滑鼠移動的過程裡，藍光(的強度)並未改變。當滑鼠在桌面上移動時，三個光源403、403、與405的強度(Intensity)均保持不變。從時間t1至t5，影像偵測器407所看到的紅光在最大值(Maximum)與最小值(Minimum)之間變易。同樣的情形發生在綠色反光上，從時間t1至t5， 它的值在最大值(Maximum)與最小值(Minimum)之間變易。另一方面，藍光則一直穩定地保持在一個接近最小值的固定水準。
圖十六與十七所表示的分別是在時間為t3，然後t4時，影像偵測器407的畫素陣列(Pixel array)的一個部份，當時本發明的光學滑鼠是在木頭表面1509上移動。當時間為t3時，一條咖啡色的年輪形成在第一縱行(Column)的畫素上1601(R1-G5-R5-G13-R8-G20)；而咖啡色年輪之間的淡黃色組織(Structure)則形成了第二個縱行1602(G1-B1-G9-B5-G17-B9)。當時間移至t4時，如圖十七所示，情況顛倒過來；此時第一縱行1702(R1-G5-R5-G13-R8-G20)指示的是木頭表面1509的咖啡色年輪之間的淡黃色組織，而第二縱行1701(G1-B1-G9-B5-G17-B9)則是與咖啡色的年輪條有關。因此，在一系列(Series)的紅色與綠色的次畫面裡，我們可以看到物體的移動，這是習知技術(Conventional art)作不到的。習知技術使用的是單色光源與單色影像偵測器。在習知技術裡，一個集總型的影像偵測器(即其任一光電二極體對所有顏色的光都敏感)，它所偵測到的光強度是紅光加綠光的強度，這導致傳統光學滑鼠的信號不容易起伏。尤有甚者，它的起伏不會針對各顏色的光有獨立性的動作。其結果是，整個滑鼠的移動偵測的工作因此而混亂或崩潰掉。本發明的本(即第二)實施例，是把一個擷取下來的彩色畫面拆解成數個單色的次畫面，藉由這個作法，本發明的光學滑鼠在解析度(Resolution)與敏感度(Sensitivity)這兩方面的能力上，超越了傳統光學滑鼠。
第三實施例
本實施例與如何使用必要的電路(Circuitry)來控制多個光源的照明條件有關。藉由調暗(dim)某一個光源，或增強另一個光源，本實施例所揭露的電路不僅可以省電，還可以為移動偵測的用途增高敏感度與解析度。
我們再一次從基本物理的解說開始。我們知道R+G+B=W，此處R是紅色，G是綠色，B是藍色，以及W是白色。對本發明之光學滑鼠而言，在紅色，綠色，藍色之間去設法找出對白光平衡的條件是不必要的。但有一個重要的條件要儘量滿足，亦即本發明的光學滑鼠在桌面上移動時，它能夠呈現出一種對該移動動作的反應，使至少一個用原色光組成的次畫面在最大值(Maximum)與最小值(Minimum)之間變化。圖十五所示為本發明之光學滑鼠對三個原色光亦即紅光，綠光，與藍光的反應；此處可發現影像處理器407所偵測到對紅光的反應與對綠光的反應並不一樣。由於此時滑鼠所位處的表面，不含有藍色光的成分，影像處理器407所偵測到該表面對藍光的反應，應是藍光的反射光強度維持在一個固定的水平(Constant level)且接近最小值(Close to minimum level)。如先前所討論的，該光學滑鼠所面對的桌子表面，是一個高反光的白楊木木板。這塊木板上有咖啡色的年輪，該些年輪之間是一種淡黃色的組織。因此該影像偵測器所看得到的是紅光與綠光強度的改變，因為紅光加綠光產生黃光，而藍光並不是該白楊木板所含有的成份。
圖十八所示為本發明之光學滑鼠上的一個光源控制電路 1811(Light control circuit)。該光源控制電路1811根據來自數位信號處理器1810(Digital signal processor DSP)的回饋信號，控制著每一個光源的強度，而該數位信號處理器1810的輸入信號，則是來自影像偵測器1816。光源控制演算法1815，是控制照明的一個示範方法。值得注意的是，在商業市場上，有一些情況可以容許DSP 1810、光源控制電路1811、輸入輸出控制電路1812(I/O control circuitry)、以及影像偵測器1816整合成單一晶片(Single chip)。也有一些應用會針對這幾個功能組件(Functional blocks)作一些局部的修改，但它們本質的目標(Essential purpose)均相同，根據調色法(Colorimetry)來調整照光的條件。
在圖十八裡，表1807顯示的是從彩色影像偵測器裡取樣(Sampled)得來的資料。表中每一個縱行(Column)代表的是一系列數位信號處理器1810(Digital signal processor DSP)監控的資料，用來控制時間t1至t5的滑鼠照明條件，其間本發明之光學滑鼠的彩色影像偵測器的資料的變化是根據圖十五得出的。也就是說，這是一個示範例子，它所面臨的情況與圖十五類似。因此，在時間t3，當本發明之光學滑鼠看到咖啡色的條狀(Stripes)年輪時，紅的畫素(Red pixels)R1、R2、R5、以及R6獲得高的信號(high signal，H)。就在此時，綠色畫素(Green pixels)G1，G5，G6，以及G9的相關輸出信號為H、L、L、以及H；此處H=High，代表該信號接近最高值(Close to Maximum)，L=Low，代表該信號接近最低值(Close to Minimum)。當時間移至t4，該滑鼠移到一個新的位置，該位置充滿了淡黃色的組織(yellowish structure)，此時(表1807裡 的)紅色畫素的信號分別改變成L、L、L、以及L；綠色畫素則分別改變成L、H、H、以及L。至於藍色畫素的信號，從時間t3到t4裡，它的值一直保持在接近最低值(Minimum)的地方，這是因為白楊木裡只有很少或根本沒有藍色的成份。光源控制電路1811可以及時地檢查紅，藍，綠的信號的變化。為了確保上述控制光源的方法所帶來的結果對許多畫面都有用，DSP 1810會同時監控(Monitor)許多紅畫素(Red pixels)，而不會只監控一個紅畫素；對藍的畫素與綠的畫素，DSP 1810也會以同樣的辦法來監控。因此，表1807含有時間自t1至t5，從所有的次畫面裡，分別得到的光的強度變化。在本(第三)實施例裡，本發明之光學滑鼠使用一個示範性的演算法(Algorithm)來檢查紅、藍、與綠光的強度變化，其檢查的時間(如間隔長短等)是由該光學滑鼠預設好的。
演算法(Algorithm)
Color_change_enabled
Return
end_if
上述演算法內各指令(Instruction)的定義如下：：紅光強度的變化，取絕對值
：綠光強度的變化，取絕對值
：藍光強度的變化，取絕對值
△t：自上次顏色比對程序結束後到現在的時間
tlcp ：兩個顏色調整程序所需的時間間隔
color_change_enabled：進入一動作程序，該程序名稱為Color_change_enabled
x：邏輯AND(且)
+：邏輯OR(或)
( )：括弧，括弧內執行運算的過程優先權高於AND(X)或OR(+)
Red_light→Red_light --：紅光光源強度減一個單位(例如：1 mW)；相關參數(如電壓，電流等)儲存成參數Red_light
Blue_light→Blue_light --：藍光光源強度減一個單位(例如：1 mW)；相關參數(如電壓，電流等)儲存成參數Blue_light
Green_light→Green_light --：綠光光源強度減一個單位(例如：1 mW)；相關參數(如電壓，電流等)儲存成參數Green_light
“--“：在不同的演算法裡，符號“--“可改為”++”，代表增高光的強度(Increase light intensity)
在求出信號(反射光)的變化值以後，或是在進行求取信號 的變化值以前，本發明之光學滑鼠的照明條件(illumination condition)是保持固定不變的。例如，在評估信號變化值的時候，本發明之光學滑鼠發現到其中一個信號(譬如藍畫素的信號)並無改變，或者說B=0(B表示的是藍光的變化量)，那麼本發明的光源控制電路1811會逐漸調暗(dim gradually)藍光的亮度。這個動作是由開關S1、S2、以及S3來完成的，在t1到t5時間之間，該些開關的動作由圖十九表出。如圖十九所示，給藍光使用的開關，在時間從t3移到t4的期間，逐漸關閉(停止供電)，在此期間信號自H移到了L。但另外兩個開關不會改變它們的信號值(亦即其開關狀態並無改變)。這個演算法非常確定當某一個光源(例如藍光)的照明條件改變時，其它兩種畫素(例如紅光與綠光)所得到的結果並不改變(如果使用的原色CFA的光譜有所重疊，則有可能有一點點輕微到可以忽略不計的改變)，而該演算法的功效主要就是得利於基本光學的知識。根據基本光學物理，R+G+B=W，而為使本發明的光學滑鼠獲得最大的效果，我們並不希望獲得白色的影像，因為這種情況等於是同時把所有的畫素的信號一起拉高。因此本發明之光學滑鼠會設法把至少一個光源的強度調至最低的容許水平(lowest possible signal level)。演算法1815是為此目的而設計的。當然，當影像不清晰時，或者有其它使用目的時(例如，計算旋轉向量)，本發明之光學滑鼠仍可以提高其亮度，就像其它習知的解決方法一樣。總之，真正使本發明的光學滑鼠與習知技術有所不同的地方，在於本發明根據調色法(colorimetry)的知識，不把所有的光源的發光亮度同時、一致性地一次增高，這是過去的技術未曾達到的地方。
第四實施例
本實施例示範一微電子裝置(Microelectronic device)，其功能與第三實施例之主要觀念相似，亦即具有調整(光子)打在光電二極體的能量密度(Energy density)，以方便移動偵測之用。第四實施例與第三實施例不同之處在於，本發明之光學滑鼠除了可以如第三實施例調暗某一個光源，或是調亮另一個光源，第四實施例可以調整藉由調整各光電二極體(如紅、綠、藍光光電二極體)的敏感度(Sensitivity)來增高其動態範圍(Dynamic range)。
目前大多數的數位影像偵測器是以以下方式設計而成--其上的光電二極體均使用同一個時間間隔(Time interval)來收錄電荷(Storing charges)。因此，它們的動態範圍是不可調的。本實施例上各個光電二極體所使用的(收錄電荷)的時間可彼此不同，因此各個畫素可按照照明條件來調整其動態範圍。
圖二十所示為一示範例子，此時光電二極體與影像處理電路被整合在同一晶片(Chip)上。此例子中之光電二極體2001把經由光激發(Photo-generation effect)效應所產生的電荷收集起來。由於帶有能量h .的光子2011會不斷地流入(Influx)，打在光電二極體2001上，一股穩定的(Steady)電荷流(Rate of charges)自光電二極體2001不斷地流出。該些電荷經過反相器(Inverter)而產生一個電壓值在一定範圍內的輸出訊號。然後這個輸出訊號會遇到延遲電路2004(Delay circuitry)，最後該訊號以電壓V2暫存於內嵌式電容Cst 。延遲電路2004有一個預設的時間間隔，它可以由一個計數器(Counter)設計而得，當延 遲時間到達一特定值時，該延遲電路會切斷(Disconnect)內嵌式電容Cst 與光電二極體2001的電性連接。當該延遲電路為開路(Opened)，亦即切斷(Disconnect)狀態，存在於反相器2003的電荷會被導至放大器2005的第二個輸入節點(以正號表示)，該處所建立的電壓以V1表示。兩信號V1與V2在經由放大器2005的比較以後，把結果送至第二個放大器2007，作為光電二極體所經歷過的照光條件的代表值。根據CFA的安排，光電二極體2001只能接收一種原色光，比如是紅光、藍光、或綠光。當比較的結果儲存於電容Cm 2008以後，整個系統進入到使用全部的光電二極體陣列來擷取影像的過程，第一張畫面(Image frame)因此而得出。重覆上述程序，第二張畫面亦可得出。當第二張畫面得出以後，儲存於Cm的資料會與第一張畫面的相關資料作比較，其結果表示是照明(Illumination)的變化。當該照明的變化超過一個預先設定的值(Predetermined value)時，而且比較器2009已被2012啟動(Enabled by 2012)，則比較器2009會送出一旗標信號2010(Flag signal)。該旗標信號可被本發明的光學滑鼠拿來作為參考資料，表示被追蹤的物體有移動的徵兆，也可以被光源控制電路(Light control circuitry)用來調整照明條件。在以上程序進行的同時，如果飽和偵測電路2006(Saturation detection circuitry)的功能是啟動的(When enabled by 2012)，則該電路會監視(Monitor)光電二極體2001的信號水準(Signal level)。如果光電二極體2001的信號尚未達到飽和(Saturation level)，或者連續兩張畫面的照明變化(Difference of illumination)還小到可以忽略，重設開關2002(Reset switch)不會起動(Turn on)，因 此光電二極體2001收集電荷的程序得以持續，不會中斷(Without interruption)。藉由上述方法，原先因為系統固定好的定時信號(Fixed time interval)而觸發的重設(Reset)，並進而導致(信號擷取)的中斷(Interrupt)的問題不再發生，這使得本發明之光學滑鼠能以延長的時間來擷取影像，光電二極體2001的敏感度、動態範圍、與解析度因此而提高。
如圖二十一所示，藉由色彩物理(Color Physics)的知識，本發明之光學滑鼠能調整多個光源的照明條件，並且同時調整光電二極體的敏感度。更明確地說明，上述的功能得以完備，是藉著本發明之照明電路的運作完成的，該照明電路的運作系以V1、V2(在圖二十)、以及旗標信號2010為依據。值得注意的是，對本實施例而言，一個將所有的原色次畫面結合起來的全畫面，其畫質(Image quality)的好壞並不是最重要的。對移動偵測的用途而言，一個滿足需求的畫面的畫質，不必然會使人的眼睛覺得舒適，但只要其中幾個畫素有很高的動態範圍、敏感度、或解析度，它仍然滿足移動偵測的需要。
圖二十一所表示的，其實也是本發明的滑鼠的一個不使用數位信號處理器(Digital signal processor DSP)的方法。其整個影像處理的工作(Image processing work)是把數個功能組件(Functional block)以硬體電路連接而完成的；這使得本發明之裝置變得既簡單、(對移動)敏感、高速、省電、而且節省空間。
本發明雖已將其內容揭露於最佳實施例中，習知此技藝者仍可以在不逾越本發明之精神與內容的情況下，對該實施例或其它之實施例作不同程度的變更，其專利權力範圍仍在本發明主張之專利權力範圍之內。
401‧‧‧滑鼠按鍵
402‧‧‧滑鼠外殼
403‧‧‧滑鼠第一光源
404‧‧‧滑鼠第二光源
405‧‧‧滑鼠第三光源
406‧‧‧信號傳輸埠
407‧‧‧彩色影像偵測器
408‧‧‧空室
409‧‧‧欲擷取影像之桌面

Claims (27)

  1. 一種用於移動偵測之裝置，至少包括有：a)一光電感測器(optoelectronic sensor)，多數個光源，該些光源內每一光源所發出之光線的波長並不相同，以及一光源控制電路；b)該光電感測器系由多數個畫素(Pixel)所組成，其中每一畫素只對該些光線內的某一種波長的光敏感；c)該光電感測器評估該些畫素上信號的變化，並使用該評估之結果，調整該光源控制電路，使其能單獨對該些光源內發出之某一光線的輸出功率進行調整；d)一相對運動，產生於該裝置與一表面之間；該表面受到該些光源之照射，將部分該些不同波長的光線反射至該些畫素；該相對運動系藉由該些反射至該些畫素的光線，組合而成的畫素信號的變化而決定出來。
  2. 如專利申請範圍第1項所述之移動偵測裝置，該裝置為游標移動控制器或物件導航器。
  3. 如專利申請範圍第1項所述之移動偵測裝置，該裝置為光學滑鼠。
  4. 如專利申請範圍第1項所述之移動偵測裝置，該光電感測器為影像偵測器(Image sensor)。
  5. 如專利申請範圍第1項所述之移動偵測裝置，該相對運動系藉由偵測微小之陰影的變化而得出，該陰影系由該表面對該些光線之反射的變異，組織形態、或者類似灰塵的顆粒所造成。
  6. 如專利申請範圍第1項所述之移動偵測裝置，係經由評估代表該微小陰影的畫素以及圍繞在該微小陰影附近區域的畫素而得出。
  7. 如專利申請範圍第1項所述之移動偵測裝置，該相對運動系藉由量測一表面反射光線的變化而得出，該表面有顏色的變化。
  8. 如專利申請範圍第1項所述之移動偵測裝置，該光電感測器針對該些光線的動態範圍(Dynamic range)，可藉由調整該些畫素對各不同波長的光線的敏感度而得出。
  9. 如專利申請範圍第1項所述之移動偵測裝置，該些畫素的敏感度與該些光線的波長，系針對相同一組原色光(Primary)而匹配。
  10. 如專利申請範圍第1項所述之移動偵測裝置，該些畫素與該些光源的光線系針對一紅藍綠(RGB)色彩模型匹配。
  11. 如專利申請範圍第1項所述之移動偵測裝置，該些光源之波長，係落於青(Cyan)、黃(Yellow)、與洋紅(Magenta)的色域圖(Color gamut)的範圍之內，或是落於任何彩色光的架構，該彩色光的架構，足以形成一色域圖(Color gamut)。
  12. 一種用於移動偵測之裝置，至少包括有：a)一影像偵測器；b)一光源，該光源內各發光器所發出之光線的波長並不相同；c)一相對運動，產生於該裝置與一表面之間，該表面受到該光源之光線的照射； d)在該相對運動期間，該影像偵測器擷取一系列之影像，該些影像之內的某被追蹤物體，系藉由一特定之色彩所辨識出，該特定之色彩，係由該些不同波長的光線的相對強度比值(Relative ratio of intensity)所代表；e)藉由測得該被追蹤物體的運動，該移動偵測裝置決定出呈現於一成像器內的物體的動作，或者一電子系統的某項功能。
  13. 如專利申請範圍第12項所述之用於移動偵測之裝置，該特定之色彩為一原色(Primary color)。
  14. 如專利申請範圍第12項所述之用於移動偵測之裝置，該特定之色彩為紅(Red)、綠(Green)、藍(Blue)、青(Cyan)、黃(Yellow)、洋紅(Magenta)或是任何一種彩色的架構，該彩色的架構，足以形成一色域圖(Color gamut)。
  15. 一種用於移動偵測之裝置，其針對某一表面作移動偵測之敏感度可藉由數個波長不同的光線來調整，該移動偵測裝置至少包括有：a)一影像偵測器(Image sensor)；b)一組光源，其所發出的光線，具有數種不同的波長；c)一控制電路，控制該些光線的強度；d)一相對運動，產生於該裝置與該表面之間；該表面被該些光線照射；e)在該相對運動期間，該影像偵測器擷取一系列之影像，該些影像之內的某被追蹤物體，系藉由一特定之色彩所辨識出，該特定之色彩，係由該些不同波長的光線的相對強度 比值(Relative ratio of intensity)所代表；f)該特定之色彩可藉由該控制電路來調整，使該些波長光線的強度特定之色彩相對比例值改變。
  16. 一種用於移動偵測之方法，至少具有：a)一光電感測器(optoelectronic sensor)；b)一組光源，其所發出的光線，具有數種不同的波長，該些光線照射在一被追蹤物體上；c)一移動偵測電路；d)在該被追蹤物體與該光電感測器之間具有相對運動之期間，該光電感測器擷取出多組信號；e)該移動偵測電路根據該多組的信號，測量出該被追蹤物體的運動；f)藉由測得該被追蹤物體的運動，該移動偵測方法決定出呈現於一成像器內的物體的動作，或者一電子系統的某項功能。
  17. 如專利申請範圍第16項所述之用於移動偵測之方法，該方法用於電腦光學滑鼠。
  18. 如專利申請範圍第16項所述之用於移動偵測之方法，該方法使用之該組光源，其所發出的光線為原色光(Primary colors)。
  19. 如專利申請範圍第16項所述之用於移動偵測之方法，該方法使用之該光電感測器，可偵測原色(Primary color)的光線。
  20. 一種用於移動偵測之方法，可針對一表面拍攝多數個影像，作為移動偵測之依據，該方法之敏感度可藉由調整照明 條件來調整，該方法至少包括有：a)一影像擷取裝置；b)一組光源；c)該影像擷取裝置擷取一影像，該影像內具有多數個陰影；d)該組光源根據該些陰影的強度，調整其照明條件；e)藉由比較該影像擷取裝置所截取之影像內的該些陰影的位置與強度，該方法決定出該表面之移動。
  21. 一種照明系統，用於移動偵測或形狀辨識裝置之上，該照明系統至少具有：a)一組光源，該組光源內具有多數個發光單元，每一發光單元所發出的光線的波長並不相同；b)一控制電路；c)該控制電路，自一影像偵測器取得信號，該影像偵測器針對一物體拍攝多數張影像，該物體系由該組光源照明；d)該控制電路可調整該組光源內的發光單元的輸出功率，使得該影像偵測器的影像，具有足夠高的對比(Satisfactorily high contrast)，以供該移動偵測或形狀辨識裝置使用。
  22. 一種光學系統，用於移動偵測或形狀辨識裝置上，該系統至少具有：a)一發光元件，可容許多數個不同波長的光線照射在一物體上；b)該些光線的相對強度，被設定在一比值範圍之內，使得該裝置能以容易進行針對該物體的移動偵測或形狀辨識的工作。
  23. 如專利申請範圍第22項所述光學系統之不同波長的光線照射在一物體上的強度比值，該比值可由該裝置自動地調整。
  24. 一種參考物體，適合與一移動偵測裝置配合使用，該物體表面至少有兩個不同的位置，能針對數個不同波長的入射光線，反射出不同強度的反射光線；該移動偵測裝置藉由偵測該參考物體在不同位置針對不同波長的光線的反射光線的的強度變化，決定出該參考物體的位置或移動向量。
  25. 如專利申請範圍第24項所述之參考物體，其表面至少能反射三種或三種以上不同波長的光線，供該移動偵測裝置使用。
  26. 如專利申請範圍第24項所述之參考物體，該物體提供給該移動偵測裝置之訊息，可同時包括：a)與該物體表面幾何結構有關之信號；b)與該物體表面化學或物理特性有關之信號。
  27. 如專利申請範圍第26項所述之參考物體，該些化學或物理特性至少包括：a)針對數個不同波長的光線的反射率；或b)針對數個不同波長的光線的折射率；或c)針對數個不同波長的光線的穿透率；或c)針對數個不同波長的光線的吸收率；或d)針對數個不同波長的光線的螢光效應。
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Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI482054B (zh) * 2012-03-15 2015-04-21 Wen Chieh Geoffrey Lee 具有多數個彩色光源的高解析度與高敏感度移動偵測器
US9733727B2 (en) 2012-12-07 2017-08-15 Wen-Chieh Geoffrey Lee Optical mouse with cursor rotating ability
US10254855B2 (en) 2013-06-04 2019-04-09 Wen-Chieh Geoffrey Lee High resolution and high sensitivity three-dimensional (3D) cursor maneuvering device
US9652052B2 (en) 2013-06-20 2017-05-16 Pixart Imaging Inc. Optical mini-mouse
TWI492104B (zh) * 2013-06-20 2015-07-11 Pixart Imaging Inc 光學迷你滑鼠
US9329702B2 (en) * 2013-07-05 2016-05-03 Pixart Imaging Inc. Navigational device with adjustable tracking parameter
US9703396B2 (en) * 2013-07-12 2017-07-11 Wen-Chieh Geoffrey Lee High resolution and high sensitivity three-dimensional (3D) cursor maneuvering reference plane, and methods of its manufacture
US9804688B2 (en) * 2013-09-25 2017-10-31 Yun-Shan Chang Light tracing method and apparatus thereof
US9804000B2 (en) * 2013-09-25 2017-10-31 Yun-Shan Chang Optical sensor array apparatus
US9804695B2 (en) * 2014-01-08 2017-10-31 Yun-Shan Chang Cursor control apparatus and method for the same
KR102254757B1 (ko) 2015-01-14 2021-05-25 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치
US9977565B2 (en) * 2015-02-09 2018-05-22 Leapfrog Enterprises, Inc. Interactive educational system with light emitting controller
JP6478713B2 (ja) * 2015-03-04 2019-03-06 キヤノン株式会社 計測装置および計測方法
US10091391B2 (en) * 2015-11-10 2018-10-02 Bidirectional Display, Inc. System and method for constructing document image from snapshots taken by image sensor panel
US9971425B2 (en) 2016-06-07 2018-05-15 International Business Machines Corporation Dynamic device sensitivity control
US10338675B2 (en) * 2017-02-14 2019-07-02 Facebook Technologies, Llc Selective color sensing for motion tracking
CN107301393B (zh) * 2017-06-20 2018-03-23 安徽泓森物联网有限公司 自适应开关大数据管理平台
CN107707880A (zh) * 2017-10-09 2018-02-16 国家电网公司 安全监督记录仪
US11307730B2 (en) * 2018-10-19 2022-04-19 Wen-Chieh Geoffrey Lee Pervasive 3D graphical user interface configured for machine learning
US11216150B2 (en) 2019-06-28 2022-01-04 Wen-Chieh Geoffrey Lee Pervasive 3D graphical user interface with vector field functionality
US12007670B2 (en) * 2019-07-26 2024-06-11 Fuji Corporation Illuminating unit
US11651505B2 (en) * 2020-01-27 2023-05-16 Cognex Corporation Systems and method for vision inspection with multiple types of light
CN113391439A (zh) * 2020-03-12 2021-09-14 平湖莱顿光学仪器制造有限公司 一种颜色相关的显微镜成像系统及其控制方法
US11694365B2 (en) * 2021-04-15 2023-07-04 Pixart Imaging Inc. Optical sensor device and method used for detecting a color of a specific surface of an object
CN113340568B (zh) * 2021-05-08 2024-04-30 深圳市汇春科技股份有限公司 光电鼠标测试方法、装置、电子设备及存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040046741A1 (en) * 2002-09-09 2004-03-11 Apple Computer, Inc. Mouse having an optically-based scrolling feature
US20050231482A1 (en) * 2004-04-15 2005-10-20 Olivier Theytaz Multi-light-source illumination system for optical pointing devices
US20090046903A1 (en) * 2007-04-10 2009-02-19 Lumidigm, Inc. Biometric Detection Using Spatial, Temporal, And/Or Spectral Techniques

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5825945A (en) 1992-05-15 1998-10-20 Unisys Corp Document imaging with illumination from lambertian surfaces
JP3868621B2 (ja) * 1998-03-17 2007-01-17 株式会社東芝 画像取得装置、画像取得方法、及び記録媒体
US6392632B1 (en) 1998-12-08 2002-05-21 Windbond Electronics, Corp. Optical mouse having an integrated camera
JP3548713B2 (ja) * 2000-12-08 2004-07-28 ホシデン株式会社 イメージセンサマウス
JP4195802B2 (ja) * 2001-09-21 2008-12-17 イーエヌジー株式会社 半導体撮像素子
US7019733B2 (en) 2003-03-31 2006-03-28 Ban Kuan Koay Optical mouse adapted for use on glass surfaces
TWI253017B (en) * 2003-05-16 2006-04-11 Agilent Technologies Inc Low power consumption, broad navigability optical mouse
US7116427B2 (en) * 2003-10-30 2006-10-03 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. Low power consumption, broad navigability optical mouse
US7321359B2 (en) 2003-07-30 2008-01-22 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. Method and device for optical navigation
US7301531B2 (en) * 2004-04-01 2007-11-27 Lite-On Technology Corporation Optical mouse having image lights source with different colors
US7656395B2 (en) 2004-07-15 2010-02-02 Microsoft Corporation Methods and apparatuses for compound tracking systems
US20060132443A1 (en) 2004-12-20 2006-06-22 Chien Wu Francis L Controlling a light source of an optical pointing device based on surface quality
US7081612B1 (en) 2005-04-13 2006-07-25 Pacer Technology Co., Ltd. Light projection method and apparatus for an optical mouse
US20060262094A1 (en) * 2005-05-23 2006-11-23 Yuan-Jung Chang Optical mouse having a dual light source and a method thereof
US7898524B2 (en) 2005-06-30 2011-03-01 Logitech Europe S.A. Optical displacement detection over varied surfaces
US20070063981A1 (en) 2005-09-16 2007-03-22 Galyean Tinsley A Iii System and method for providing an interactive interface
US8514210B2 (en) * 2005-11-18 2013-08-20 Cree, Inc. Systems and methods for calibrating solid state lighting panels using combined light output measurements
US7355160B2 (en) * 2006-03-06 2008-04-08 Avago Technologies General Ip Pte Ltd Color enhanced optical mouse
EP1863272B1 (en) * 2006-05-29 2016-03-23 STMicroelectronics (Research & Development) Limited Correction of defective adjacent pixels in image sensors
EP1868369B1 (en) * 2006-06-12 2013-08-21 STMicroelectronics (Research & Development) Limited Digital filter
WO2008060124A2 (en) * 2006-11-17 2008-05-22 Silicon Communications Technology Co., Ltd. Low power image sensor adjusting reference voltage automatically and optical pointing device comprising the same
US7924266B2 (en) 2007-04-09 2011-04-12 Microsoft Corporation Stand alone module mouse with replaceable cover
GB2458095A (en) * 2007-06-15 2009-09-09 Sharp Kk Solid state illumination system with elements employed as both light source and light sensor
US20090102793A1 (en) 2007-10-22 2009-04-23 Microsoft Corporation Optical mouse
US7595786B2 (en) * 2007-11-13 2009-09-29 Capella Microsystems, Corp. Illumination system and illumination control method for adaptively adjusting color temperature
US20090146982A1 (en) * 2007-12-05 2009-06-11 Jeff Thielman Lighting Calibration System and Method
US20090146044A1 (en) * 2007-12-05 2009-06-11 Pixart Imaging Incorporation Optical displacement detection apparatus and optical displacement detection method
US8847888B2 (en) 2007-12-18 2014-09-30 Microsoft Corporation Optical mouse with limited wavelength optics
US20090160772A1 (en) 2007-12-20 2009-06-25 Microsoft Corporation Diffuse optics in an optical mouse
US9307063B2 (en) * 2008-01-23 2016-04-05 Lexmark International, Inc. Camera cell phone with integrated wireless mouse
EP2471023A1 (en) * 2009-08-26 2012-07-04 Lumidigm, Inc. Multiplexed biometric imaging and dual-imager biometric sensor
US8890815B2 (en) * 2009-09-30 2014-11-18 Apple Inc. Incorporating chromatic sensors in computer mice
US8320622B2 (en) * 2010-03-29 2012-11-27 Sharp Laboratories Of America, Inc. Color gradient object tracking
US20120194692A1 (en) * 2011-01-31 2012-08-02 Hand Held Products, Inc. Terminal operative for display of electronic record
US9720525B2 (en) 2011-06-29 2017-08-01 Wen-Chieh Geoffrey Lee High resolution and high sensitivity optically activated cursor maneuvering device
US8553235B1 (en) 2012-01-18 2013-10-08 Wen-Chieh Geoffrey Lee High resolution and high sensitivity optically activated touch sensing device using multiple color light sources
US8569700B2 (en) * 2012-03-06 2013-10-29 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor for two-dimensional and three-dimensional image capture
TWI482054B (zh) * 2012-03-15 2015-04-21 Wen Chieh Geoffrey Lee 具有多數個彩色光源的高解析度與高敏感度移動偵測器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040046741A1 (en) * 2002-09-09 2004-03-11 Apple Computer, Inc. Mouse having an optically-based scrolling feature
US20050231482A1 (en) * 2004-04-15 2005-10-20 Olivier Theytaz Multi-light-source illumination system for optical pointing devices
US7439954B2 (en) * 2004-04-15 2008-10-21 Logitech Europe S.A. Multi-light-source illumination system for optical pointing devices
US20090046903A1 (en) * 2007-04-10 2009-02-19 Lumidigm, Inc. Biometric Detection Using Spatial, Temporal, And/Or Spectral Techniques

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