TWI488092B - 光學式觸控裝置及其操作方法 - Google Patents

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Description

光學式觸控裝置及其操作方法
本發明是有關於光學觸控之技術，且特別是有關於一種光學式觸控裝置及其操作方法。
現有的光學式觸控裝置係採用一發光裝置發出光源來照射使用者的手部，並採用一影像感測裝置來擷取上述手部反射上述光源的影像，進而計算所擷取影像中之手部影像(即手掌部分的影像)的重心。如此一來，後端電路便可依據光學式觸控裝置所計算出的重心來執行一對應操作，例如是控制一螢幕上之一游標(cursor)的位移。
然而，這種光學式觸控裝置有一缺點，就是當使用者的手部連同手臂都進入影像感測裝置所擷取的影像中時，光學式觸控裝置便會去計算手部影像及手臂影像二者共同的重心，導致後端電路執行錯誤的操作，例如是讓螢幕上的游標移動到錯誤的位置。
本發明提供一種光學式觸控裝置，其僅會計算所需之物件影像的重心，因而不會產生習知技術之問題。
本發明另提供一種對應於上述光學式觸控裝置的操作方法。
本發明提出一種光學式觸控裝置，其包括有一發光單元、一影像感測裝置與一處理電路。所述之發光單元用以發出一光 源以照射一物件。所述之影像感測裝置用以擷取上述物件反射上述光源之一影像。至於所述之處理電路，其係電性連接上述影像感測裝置，以取得上述影像，並用以選取上述影像中亮度大於等於一亮度臨界值之所有像素，以對所選取之像素依上述影像之第一座標軸、上述影像之第二座標軸或像素亮度進行排序。所述之處理電路還用以從排序出來的像素中再取前面一預定比例的像素來當作上述物件之物件影像，並根據上述預定比例之像素的像素位置，或根據上述預定比例之像素的像素位置並以像素亮度為權重來計算上述物件影像之重心。
本發明另提出一種光學式觸控裝置的操作方法。所述之光學式觸控裝置包括有一發光單元與一影像感測裝置。所述之操作方法包括有下列步驟：利用上述發光單元發出一光源以照射一物件；利用上述影像感測裝置擷取上述物件反射上述光源之一影像；選取上述影像中亮度大於等於一亮度臨界值之所有像素；對所選取之像素依上述影像之第一座標軸、上述影像之第二座標軸或像素亮度進行排序；從排序出來的像素中再取前面一預定比例的像素來當作上述物件之物件影像；以及根據上述預定比例之像素的像素位置，或根據上述預定比例之像素的像素位置並以像素亮度為權重來計算上述物件影像之重心。
本發明解決前述問題的方式，乃是先發出一光源以照射一物件；接著，利用上述影像感測裝置擷取上述物件反射上述光源之一影像；然後，選取上述影像中亮度大於等於一亮度臨界值之所有像素；再接著，對所選取之像素依上述影像之第一座標軸、上述影像之第二座標軸或像素亮度進行排序；然後，從排序出來的像素中再取前面一預定比例的像素來當作上述物件之物件影像；最後，根據上述預定比例之像素的像素位置， 或根據上述預定比例之像素的像素位置並以像素亮度為權重來計算上述物件影像之重心。由上述可知，本發明僅會計算所需之物件影像的重心，因而不會產生習知技術之問題。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1繪有一電子裝置的側面剖視示意圖。圖1中之標示100所指的即為前述之電子裝置，此電子裝置100例如是智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦之類的便攜型電子裝置，或者是其他具運算功能之電子裝置，例如是多媒體播放裝置。而如圖1所示，此電子裝置100採用了依照本發明一實施例之光學式觸控裝置110，而此光學式觸控裝置110電性連接電子裝置100內部之一處理器120(其可視為光學式觸控裝置110之後端電路)。
光學式觸控裝置110包括有發光單元112、影像感測裝置114與處理電路116。所述之發光單元112用以發出一光源以照射一使用者之一手部(如標示130所示)。而所述之影像感測裝置114用以擷取手部130反射上述光源之一影像。至於處理電路116，其係電性連接影像感測裝置114，以取得影像感測裝置114所擷取到的影像。進一步地，處理電路116更可以是電性連接發光單元112，以控制發光單元112的開啟或關閉，甚至是控制光源的亮度。
以下將以圖2所示之影像來舉例說明處理電路116的動作方式。請參照圖2，其為圖1之影像感測裝置114所擷取到的其中一種影像的示意圖。此影像是由多個像素所組成，例如是 由800×600個像素所組成。為了說明之方便，圖2所示的影像僅以四種不同的亮度來表示之，包含有：最亮(如不具任何花紋的區域)、次亮(如以點所形成的區域)、次暗(如以斜線所形成的區域)以及最暗(如以交叉線所形成的區域)。最亮的區域係具有第一亮度值，次亮的區域係具有第二亮度值，次暗的區域係具有第三亮度值，而最暗的區域係具有第四亮度值。此外，圖2中的標示202乃是指手部影像及手臂影像。在圖2中，手部影像及手臂影像202之所以會呈現出三種不同的亮度，乃是因為這三種不同亮度所對應的手部部位及手臂部位係與發光單元112的距離不同所致；而手部影像及手臂影像202之外的區域之所以會呈現最暗的亮度，則是因為對應的空間中不存在物體來反射前述光源所致。
請同時參照圖1與圖2。處理電路116在透過影像感測裝置114取得圖2所示之影像後，便會去選取此影像中亮度大於等於一亮度臨界值之所有像素。此亮度臨界值係可依實際的設計需求來決定。假設此亮度臨界值係介於前述之第一亮度值與第二亮度值之間，那麼處理電路116在此步驟所選取到的像素，便會是最亮的區域(即不具任何花紋的區域)裡的所有像素。圖3即繪有處理電路116在此步驟所選取到的像素。在圖3中，所示之影像係搭配一直角座標系統來顯示，且此影像中位於左上角的像素係位於直角座標系統的原點(以P來標示)，然而此圖所示之影像與直角座標系統的位置關係僅是用以舉例，並非用以限制本發明。
請同時參照圖1與圖3，處理電路116在取得前述之最亮區域(如圖3中之不具任何花紋的區域)裡的所有像素之後，處理電路116便會對所選取的像素依影像的X軸、影像的Y軸 或像素亮度來進行排序。以依Y軸來進行排序而言，處理電路116例如可以是依由上至下、由左至右的方式來對所選取的像素進行排序。當然，排序的方式需依可能的成像方式而事先設定好。以圖4所示之影像為例，處理電路116在選取到最亮區域(如圖4中之不具任何花紋的區域)裡的所有像素之後，便可依X軸(例如是由左至右、由上至下的方式)來對所選取的像素進行排序。而以圖3所示的例子而言，依Y軸來進行排序，且是依由上至下的方式來進行排序，是較理想的選擇。
請再同時參照圖1與圖3，假設處理電路116已依前述之由上至下、由左至右的方式對所選取的像素排序完畢，那麼處理電路116便會從排序出來的像素中再取前面一預定比例的像素來當作所需之物件影像。以圖3為例，排序出來的像素係皆位於Y”與原點P之間，而所述之前面一預定比例的像素則是位於Y’與原點P之間。如此一來，處理電路116就僅會取得一手指影像，並可將此手指影像當作其所需的物件影像，而手部影像的其他部分、手臂影像及其他非相關影像便予以濾除。前述之預定比例係可依實際的設計需求來決定，舉例來說，處理電路116可以是從排序出來的像素中取前面20%的像素。而在取得所需之物件影像後，處理電路116便會根據此物件影像中之像素的像素位置，或是根據此物件影像中之像素的像素位置並以像素亮度為權重來計算此物件影像的重心。以此例來說，處理電路116係去計算所取得之手指影像的重心，且是以手指影像中之像素的像素位置來計算此手指影像的重心。然而，在其他實施樣態中，處理電路116也可以是以手指影像中之像素的像素位置並以像素亮度為權重來計算此手指影像的重心。值得注意的是，以此方式所計算出的重心係為平 均重心。以下將列出以像素亮度為權重來計算所需之影像重心的計算式： 其中，X A 係為平均重心的X座標，Y A 係為平均重心的Y座標，X 1 ~X N 分別為所取得之物件影像中的像素的像素位置的X座標，Y 1 ~Y N 分別為所取得之物件影像中的像素的像素位置的Y座標。此外，N為自然數，其表示所取得之物件影像中的像素總數。
在計算出所需之物件影像的重心後，處理電路116便可以對應輸出一重心資訊GS來作為一重心判斷結果，以便電子裝置100內部的處理器120可依照此重心判斷結果來控制電子裝置100執行一對應的操作。假設此電子裝置100具有一螢幕(未繪示)，那麼處理器120便可依照此重心判斷結果來控制此螢幕上之一游標的位移。
由上述之描述可知，當使用者的手部連同手臂都進入影像感測裝置114所擷取的影像中時，光學式觸控裝置110並不會去計算手部影像及手臂影像二者共同的重心，而是僅會去計算所需之物件影像的重心，因此其所取得的重心判斷結果不會導致後端電路執行錯誤的操作，例如是讓螢幕上的游標移動到錯誤的位置。
請再參照圖1，假設電子裝置100具有一螢幕(未繪示)， 而此螢幕的解析度係不同於影像感測裝置114所擷取之影像的解析度時，那麼處理電路116更可以是依據其所計算出的重心在影像感測裝置114所擷取之影像中的相對位置來換算一游標在上述螢幕上的相對位置，以便處理器120可依照處理電路116的換算結果來控制此游標之移動。
當然，處理電路116更可以是依據其所計算出之重心的移動向量乘上另一預設比例的結果來換算上述游標之移動向量，以便處理器120可依照處理電路116的換算結果來控制上述游標之移動。如此一來，就可以達成使游標的移動速度較使用者的手部移動速度更快的效果。而所述之另一預定比例係可依實際的設計需求來決定。另外，處理電路116也可以是進一步依據其所計算出之重心所處的位置相對於影像感測裝置114所擷取之影像的中心位置的位置向量乘上再另一預設比例的結果來換算上述游標之移動向量，以便處理器120可依照處理電路116的換算結果來控制上述游標之移動。如此一來，就可以達成即使使用者的手部未持續移動，游標卻仍可持續移動的效果。而所述之再另一預定比例同樣可依實際的設計需求來決定。此外，值得一提的是，處理電路116還可進一步包括有低通濾波器116-2，以利用此低通濾波器116-2來平滑化上述游標在上述螢幕上的移動。
另外，為了解決上述游標沒辦法移動到上述螢幕之邊緣的問題，處理電路116更可以是依據其所計算出之重心在影像感測裝置114所擷取之影像中之一預設區域的相對位置來換算上述游標在上述螢幕上的相對位置，以圖5來說明之。圖5為影像感測裝置114所擷取之影像與上述螢幕之示意圖。在圖5中，標示510表示影像感測裝置114所擷取到的影像，標示 512表示上述之預設區域，標示516表示處理電路116所需之物件影像，而標示520表示上述之螢幕。在此例中，預設區域512的形狀為平行四邊形，且預設區域512的中心點係位於影像510的中心點(如標示514所示)，然此並非用以限制本發明。此外，為了說明之方便，以下將假設物件影像516的重心係位於預設區域512的邊緣。
請參照圖5，當物件影像516位於影像感測裝置114所擷取之影像510的邊緣時，由於物件影像516本身需具備一定的尺寸(因為尺寸太小時就會被處理電路116當作雜訊而濾除)，因此若是處理電路116在計算出物件影像516的重心後，便依據其所計算出的重心在影像感測裝置114所擷取之影像510中的相對位置來換算上述游標在螢幕520上的相對位置時，那麼上述游標會離螢幕520的邊緣還有一段不小的距離。然而，若是處理電路116在計算出物件影像516的重心後，便改成以其所計算出之重心在預設區域512的相對位置來換算上述游標在上述螢幕520上的相對位置時，那麼上述游標便可位於螢幕520的邊緣。
根據以上之教示，本領域具有通常知識者當可歸納出前述光學式觸控裝置的一些基本操作步驟，一如圖6所示。圖6為依照本發明一實施例之光學式觸控裝置的操作方法的流程圖。所述之光學式觸控裝置包括有一發光單元與一影像感測裝置，而所述之操作方法包括有下列步驟：利用上述發光單元發出一光源以照射一物件(如標示S602所示)；利用上述影像感測裝置擷取上述物件反射上述光源之一影像(如標示S604所示)；選取上述影像中亮度大於等於一亮度臨界值之所有像素(如標示S606所示)；對所選取之像素依上述影像之第一座標 軸、上述影像之第二座標軸或像素亮度進行排序(如標示S608所示)；從排序出來的像素中再取前面一預定比例的像素來當作上述物件之物件影像(如標示S610所示)；以及根據上述預定比例之像素的像素位置，或根據上述預定比例之像素的像素位置並以像素亮度為權重來計算上述物件影像之重心(如標示S612所示)。
綜上所述，本發明解決前述問題的方式，乃是先發出一光源以照射一物件；接著，利用上述影像感測裝置擷取上述物件反射上述光源之一影像；然後，選取上述影像中亮度大於等於一亮度臨界值之所有像素；再接著，對所選取之像素依上述影像之第一座標軸、上述影像之第二座標軸或像素亮度進行排序；然後，從排序出來的像素中再取前面一預定比例的像素來當作上述物件之物件影像；最後，根據上述預定比例之像素的像素位置，或根據上述預定比例之像素的像素位置並以像素亮度為權重來計算上述物件影像之重心。由上述可知，本發明僅會計算所需之物件影像的重心，因而不會產生習知技術之問題。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，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，當可作些許之更動與潤飾，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。
100‧‧‧電子裝置
110‧‧‧光學式觸控裝置
112‧‧‧發光單元
114‧‧‧影像感測裝置
116‧‧‧處理電路
116-2‧‧‧低通濾波器
120‧‧‧處理器
130‧‧‧使用者之一手部
202‧‧‧手部影像及手臂影像
510‧‧‧影像感測裝置所擷取到的影像
512‧‧‧預設區域
514‧‧‧影像510的中心點
516‧‧‧處理電路所需之物件影像
520‧‧‧螢幕。
GS‧‧‧重心資訊
P‧‧‧原點
X‧‧‧X軸
Y‧‧‧Y軸
S602~S612‧‧‧步驟
圖1繪有一電子裝置的側面剖視示意圖。
圖2為圖1之影像感測裝置所擷取到的其中一種影像的示意圖。
圖3繪有處理電路在其中一步驟所選取到的像素。
圖4繪有處理電路在其中一步驟所選取到的像素。
圖5為影像感測裝置114所擷取之影像與上述螢幕之示意圖。
圖6為依照本發明一實施例之光學式觸控裝置的操作方法的流程圖。
S602~S612‧‧‧步驟

Claims (14)

  1. 一種光學式觸控裝置，包括：一發光單元，用以發出一光源以照射一物件；一影像感測裝置，用以擷取該物件反射該光源之一影像；以及一處理電路，電性連接該影像感測裝置，以取得該影像，並用以選取該影像中亮度大於等於一亮度臨界值之所有像素，以對所選取之像素依該影像之一第一座標軸、該影像之一第二座標軸或像素亮度進行排序，該處理電路還用以從排序出來的像素中再取前面一第一預定比例的像素來當作該物件之一物件影像，並根據該第一預定比例之像素的像素位置，或根據該第一預定比例之像素的像素位置並以像素亮度為權重來計算該物件影像之一重心，其中該處理電路更依據該重心在該影像中之一預設區域的相對位置來換算一游標在一螢幕上的相對位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控裝置，其中該預設區域的形狀為一平行四邊形，且該預設區域的中心點位於該影像之中心點。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控裝置，其中該處理電路更包括有一低通濾波器，該低通濾波器用以平滑化該游標在該螢幕上之移動。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控裝置，其中 該處理電路更依據該重心之移動向量乘上一第二預設比例的結果來換算該游標之移動向量。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控裝置，其中該處理電路更依據該重心所處位置相對於該影像之一中心位置的位置向量乘上一第二預設比例的結果來換算該游標之移動向量。
  6. 一種光學式觸控裝置的操作方法，該光學式觸控裝置包括有一發光單元與一影像感測裝置，該操作方法包括：利用該發光單元發出一光源以照射一物件；利用該影像感測裝置擷取該物件反射該光源之一影像；選取該影像中亮度大於等於一亮度臨界值之所有像素；對所選取之像素依該影像之一第一座標軸、該影像之一第二座標軸或像素亮度進行排序；從排序出來的像素中再取前面一第一預定比例的像素來當作該物件之一物件影像；根據該第一預定比例之像素的像素位置，或根據該第一預定比例之像素的像素位置並以像素亮度為權重來計算該物件影像之一重心；以及依據該重心在該影像中之一預設區域的相對位置來換算一游標在一螢幕上的相對位置。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之操作方法，其中該預設區域的形狀為一平行四邊形，且該預設區域的中心點位於該影像之中心點。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之操作方法，其更包括以一低通濾波器來平滑化該游標在該螢幕上之移動。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之操作方法，其更包括依據該重心之移動向量乘上一第二預設比例的結果來換算該游標之移動向量。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之操作方法，其更包括依據該重心所處位置相對於該影像之一中心位置的位置向量乘上一第二預設比例的結果來換算該游標之移動向量。
  11. 一種光學式觸控裝置，包括：一發光單元，用以發出一光源以照射一物件；一影像感測裝置，用以擷取該物件反射該光源之一影像；以及一處理電路，電性連接該影像感測裝置，以取得該影像，並用以選取該影像中亮度大於等於一亮度臨界值之所有像素，以對所選取之像素依該影像之一第一座標軸、該影像之一第二座標軸或像素亮度進行排序，該處理電路還用以從排序出來的像素中再取前面一第一預定比例的像素來當作該物件之一物件影像，並根據該第一預定比例之像素的像素位置，或根據該第一預定比例之像素的像素位置並以像素亮度為權重來計算該物件影像之一重心，其中該處理電路更依據該重心在該影像中之一預設區域的相對位置來換算一游標在一螢幕上的相對位置， 其中該處理電路更依據該重心在該影像中的相對位置來換算一游標在一螢幕上的相對位置以及依據該重心之移動向量乘上一第二預設比例的結果來換算該游標之移動向量。
  12. 一種光學式觸控裝置，包括：一發光單元，用以發出一光源以照射一物件；一影像感測裝置，用以擷取該物件反射該光源之一影像；以及一處理電路，電性連接該影像感測裝置，以取得該影像，並用以選取該影像中亮度大於等於一亮度臨界值之所有像素，以對所選取之像素依該影像之一第一座標軸、該影像之一第二座標軸或像素亮度進行排序，該處理電路還用以從排序出來的像素中再取前面一第一預定比例的像素來當作該物件之一物件影像，並根據該第一預定比例之像素的像素位置，或根據該第一預定比例之像素的像素位置並以像素亮度為權重來計算該物件影像之一重心，其中該處理電路更依據該重心在該影像中之一預設區域的相對位置來換算一游標在一螢幕上的相對位置，其中該處理電路更依據該重心在該影像中的相對位置來換算一游標在一螢幕上的相對位置以及依據該重心所處位置相對於該影像之一中心位置的位置向量乘上一第二預設比例的結果來換算該游標之移動向量。
  13. 一種光學式觸控裝置的操作方法，該光學式觸控裝置包括有一發光單元與一影像感測裝置，該操作方法包括：利用該發光單元發出一光源以照射一物件； 利用該影像感測裝置擷取該物件反射該光源之一影像；選取該影像中亮度大於等於一亮度臨界值之所有像素；對所選取之像素依該影像之一第一座標軸、該影像之一第二座標軸或像素亮度進行排序；從排序出來的像素中再取前面一第一預定比例的像素來當作該物件之一物件影像；根據該第一預定比例之像素的像素位置，或根據該第一預定比例之像素的像素位置並以像素亮度為權重來計算該物件影像之一重心；依據該重心在該影像中的相對位置來換算一游標在一螢幕上的相對位置；以及依據該重心之移動向量乘上一第二預設比例的結果來換算該游標之移動向量。
  14. 一種光學式觸控裝置的操作方法，該光學式觸控裝置包括有一發光單元與一影像感測裝置，該操作方法包括：利用該發光單元發出一光源以照射一物件；利用該影像感測裝置擷取該物件反射該光源之一影像；選取該影像中亮度大於等於一亮度臨界值之所有像素；對所選取之像素依該影像之一第一座標軸、該影像之一第二座標軸或像素亮度進行排序；從排序出來的像素中再取前面一第一預定比例的像素來當作該物件之一物件影像；根據該第一預定比例之像素的像素位置，或根據該第一預定比例之像素的像素位置並以像素亮度為權重來計算該物件影像之一重心； 依據該重心在該影像中的相對位置來換算一游標在一螢幕上的相對位置；以及依據該重心所處位置相對於該影像之一中心位置的位置向量乘上一第二預設比例的結果來換算該游標之移動向量。
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