TWI495949B

TWI495949B - 光學觸控系統之曝光機制及使用該機制之光學觸控系統

Info

Publication number: TWI495949B
Application number: TW101139192A
Authority: TW
Inventors: Ming Tsan Kao; Tzung Min Su; Chih Hsin Lin
Original assignee: Pixart Imaging Inc
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2015-08-11
Also published as: TW201416795A; US20140111482A1; US20160124577A1; US9841846B2; US9285927B2

Description

光學觸控系統之曝光機制及使用該機制之光學觸控系統

本發明係關於一種光學觸控系統，特別是關於一種可縮短所有影像感測器擷取一張亮影像及一張暗影像所需的總取樣時間之光學觸控系統之曝光機制及使用該機制之光學觸控系統。

一光學觸控系統通常利用複數影像感測器輪流擷取包含一觸控面影像之複數影像圖框，並根據該等影像圖框中一手指影像的位置來進行物件定位。

例如參照第1A圖所示，其顯示一種習知光學觸控系統9之示意圖，其包含一觸控面91、四個影像感測器921~924以及四個主動光源931~934。當每一該影像感測器921~924擷取影像時，相關的該主動光源931~934發光以提供擷取影像時所需的光。

習知可透過計算亮影像及暗影像之一差分影像以消除環境光的影響。

例如參照第1B圖所示，該影像感測器921相對該主動光源931發光時擷取一亮影像I_ON 後，再相對該主動光源931熄滅時擷取一暗影像I_OFF ；該等影像感測器922~924亦然。一處理單元(未繪示)則計算該亮影像I_ON 及該暗影像I_OFF 之一差分影像 (I_ON -I_OFF )並根據該差分影像進行物件定位。假設該影像感測器921~924之一取樣時間為T，則所有影像感測器921~924擷取完一張亮影像I_ON 及一張暗影像I_OFF 總共必須花費8T的時間，如此會降低該等影像感測器921~924所擷取影像的同步性。尤其當影像感測器之數目愈多時，所有影像感測器擷取完一張亮影像及一張暗影像所需花費的時間愈長。

有鑑於此，本發明另提出一種光學觸控系統之曝光機制及使用該機制之光學觸控系統，其可縮短一個取樣循環所花費的總時間，故可增加複數影像感測器擷取影像圖框的同步性以提高定位精確度。

本發明之一目的在提供一種光學觸控系統之曝光機制及使用該機制之光學觸控系統，其具有較短的取樣循環時間並可提高系統操作頻率。

本發明另一目的在提供一種光學觸控系統之曝光機制及使用該機制之光學觸控系統，其可消除環境光影響。

本發明提供一種光學觸控系統之曝光機制，該光學觸控系統包含複數影像感測器及複數主動光源且每一該主動光源對應相關的該影像感測器發光。該曝光機制包含：以該等影像感測器以一取樣循環擷取影像圖框以使每一該影像感測器擷取一亮影像，其中該取樣循環包含複數工作模式且每一該工作模式中至少一該影像感測器以一取樣時間擷取該亮影像；以所有該等影像感測器於一去噪取樣時間同時擷取一暗影像；及以一處理單元計算每一該影像感測器擷取之該亮影像與暗影像之一差分影像。

本發明另提供一種光學觸控系統，包含一觸控面、複數反光條、一第一影像感測器、一第一主動光源、一第二影像感測器、一第二主動光源以及一處理單元。該等反光條分別設置於該觸控面之邊緣。該第一影像感測器於一第一取樣時間及一去噪取樣時間擷取橫跨該觸控面之影像圖框，以分別擷取一第一亮影像及一第一暗影像。該第一主動光源鄰接該第一影像感測器設置並相對該第一取樣時間發光。該第二影像感測器於一第二取樣時間及該去噪取樣時間擷取橫跨該觸控面之影像圖框，以分別擷取一第二亮影像及一第二暗影像。該第二主動光源鄰接該第二影像感測器設置並相對該第二取樣時間發光。該處理單元計算該第一亮影像與該第一暗影像之一第一差分影像，並計算該第二亮影像與該第二暗影像之一第二差分影像。

本發明另提供一種光學觸控系統，包含一觸控面、複數發光條、一第一影像感測器、一第二影像感測器及一處理單元。該等發光條分別設置於該觸控面之邊緣。該第一影像感測器於一第一取樣時間及一去噪取樣時間擷取橫跨該觸控面之影像圖框以分別擷取一第一亮影像及一第一暗影像，且位於該第一影像感測器之一視野範圍內之該發光條相對該第一取樣時間發光。該第二影像感測器於一第二取樣時間及該去噪取樣時間擷取橫跨該觸控面之影像圖框以分別擷取一第二亮影像及一第二暗影像，且位於該第二影像感測器之一視野範圍內之該發光條相對該第二取樣時間發光。該處理單元計算該第一亮影像與該第一暗影像之一第一差分影像，並計算該第二亮影像與該第二暗影像之一第二差分影像。

一實施例中，每一該工作模式之該取樣時間相同且該取樣時間相同於該去噪取樣時間。

一實施例中，每一該工作模式之該取樣時間不同且該去噪取樣時間等於最短之該取樣時間。

一實施例中，部分該工作模式之該取樣時間不同且該去噪取樣時間等於最短之該取樣時間。

一實施例中，該處理單元另可根據該工作模式之該取樣時間與該去噪取樣時間之一時間比例調整相關的該暗影像之像素灰階值；以及計算每一該影像感測器擷取之該亮影像與調整後之該暗影像之一差分影像。

一實施例中，該等影像感測器先同時擷取該暗影像後再以該取樣循環擷取該亮影像，或者先以該取樣循環擷取該亮影像後再同時擷取該暗影像。

本發明實施例之光學觸控系統及其曝光機制中，由於一個取樣循環中被擷取的亮影像係與相同的去噪取樣時間中被擷取的暗影像進行差分運算以消除環境光影響，因此可縮短所有影像感測器擷取完一張亮暗影像所花費的時間。此外，兩連續的取樣循環可共用同一個去噪取樣時間中被擷取的暗影像，以進而縮短總取樣時間並增加系統操作頻率。

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。於本發明之說明中，相同的構件係以相同的符號表示，於此合先敘明。

請參照第2圖所示，其顯示本發明實施例光學觸控系統之示意圖。本實施例之光學觸控系統1包含一觸控面11、複數影像感測器(例如S₁₁ 、S₁₂ 、S₂₁ 、S₂₂ 、S₃₁ 、S₃₂ )、複數條狀光源121~124及一處理單元13。該等影像感測器可為CCD影像感測器、CMOS影像感測器或其他用以擷取影像資料之感測裝置，其用以擷取橫跨該觸控面11之影像圖框；其中，該等影像感測器例如可設置於該觸控面11之轉角(例如111~114)或邊緣。該處理單元13例如可為一數位處理器(DSP)或其他可處理影像資料的處理器，用以後處理該等影像感測器所擷取的影像圖框以進行物件定位；其中，該處理單元13可利用習知方式進行物件定位，本發明之精神在於如何縮短所有影像感測器擷取完一張有效影像所花費的時間；所述有效影像包含一張亮影像及一張暗影像。

該等條狀光源121~124分別設置於該觸控面11之邊緣並可為反光條(即被動光源)或發光條(即主動光源)。一實施例中，當該等條狀光源121~124為反光條時，該光學觸控系統1另包含複數主動光源(例如L₁₁ 、L₁₂ 、L₂₁ 、L₂₂ 、L₃₁ 、L₃₂ )分別鄰接該等影像感測器S₁₁ ~S₃₂ 設置，例如該等主動光源L₁₁ ~L₃₂ 可分別設置於該等影像感測器S₁₁ ~S₃₂ 之側邊或上下緣，只要不阻擋該等影像感測器之視野範圍即可。另一實施例中，當該等條狀光源121~124為發光條時，該光學觸控系統1可不包含該等主動光源L₁₁ ~L₃₂ ，或者亦可包含該等主動光源L₁₁ ~L₃₂ 用以作為亮度補償之補償光源，以補償轉角或影像感測器位置之亮度不連續。

該等主動光源(例如L₁₁ ~L₃₂ 或121~124)係用以於該等影像感測器S₁₁ ~S₃₂ 擷取影像時提供光，因此每一該主動光源係對應相關的該影像感測器發光。

請參照第3圖所示，其顯示本發明實施例之光學觸控系統之曝光機制之流程圖，其包含：以一取樣循環擷取影像圖框以使每一影像感測器擷取一亮影像(步驟S₄₁ )；以所有影像感測器於一去噪取樣時間同時擷取一暗影像(步驟S₄₂ )；以及計算每一影像感測器擷取之該亮影像與該暗影像之一差分影像(步驟S₄₃ )。

請參照第2、3及4A~4C圖所示，第4A~4C顯示第2圖之光學觸控系統1之曝光機制之示意圖；其中，第4B圖顯示該等條狀光源121~124為反光條時主動光源之運作示意圖而第4C圖顯示該等條狀光源121~124為發光條時主動光源之運作示意圖。

步驟S₄₁ ：該等影像感測器S₁₁ ~S₃₂ 以一取樣循環分別擷取一影像圖框，其中該取樣循環例如包含一第一工作模式、一第二工作模式及一第三工作模式。該第一工作模式中，影像感測器S₁₁ 、S₁₂ 於一取樣時間T₁ 擷取一影像圖框且由於該等影像感測器S₁₁ 、S₁₂ 相關的主動光源L₁₁ 、L₁₂ (第4B圖)或主動光源122、123、124(第4C圖)相對該取樣時間T₁ 發光，因此每一該影像感測器S₁₁ 、S₁₂ 可分別擷取一亮影像I₁ (包含影像感測器S₁₁ 所擷取的亮影像I_{1_11} 及影像感測器S₁₂ 所擷取的亮影像I_{1_12} )。該第二工作模式中，影像感測器S₂₁ 、S₂₂ 於一取樣時間 T₂ 擷取一影像圖框且由於該等影像感測器S₂₁ 、S₂₂ 相關的主動光源L₂₁ 、L₂₂ (第4B圖)或主動光源121、122、124(第4C圖)相對該取樣時間T₂ 發光，因此每一該影像感測器S₂₁ 、S₂₂ 可分別擷取一亮影像I₂ (包含影像感測器S₂₁ 所擷取的亮影像I_{2_21} 及影像感測器S₂₂ 所擷取的亮影像I_{2_22} )。該第三工作模式中，影像感測器S₃₁ 、S₃₂ 於一取樣時間T₃ 擷取一影像圖框且由於該等影像感測器S₃₁ 、S₃₂ 相關的主動光源L₃₁ 、L₃₂ (第4B圖)或主動光源123(第4C圖)相對該取樣時間T₃ 發光，因此每一該影像感測器S₃₁ 、S₃₂ 可分別擷取一亮影像I₃ (包含影像感測器S₃₁ 所擷取的亮影像I_{3_31} 及影像感測器S₃₂ 所擷取的亮影像I_{3_32} )。因此，該取樣循環結束後，每一影像感測器均擷取一亮影像。必須說明的是，當該等條狀光源121~124為發光條時，與一影像感測器相關的主動光源係指位於該影像感測器之視野範圍內之主動光源121~124；當該等條狀光源121~124為反光條時，與一影像感測器相關的主動光源係指使位於該影像感測器之視野範圍內之反光條產生反射光之主動光源L₁₁ ~L₃₂ (例如與該影像感測器鄰接的主動光源)。可以了解的是，第4C圖所繪示與該等影像感測器S₁₁ ~S₃₂ 相關的主動光源僅為例示性。

步驟S₄₂ ：接著，所有影像感測器S₁₁ ~S₃₂ 於一去噪取樣時間T₄ 同時擷取一暗影像I₄ (包含影像感測器S₁₁ 所擷取的暗影像I_{4_11} 、影像感測器S₁₂ 所擷取的暗影像I_{4_12} 、影像感測器S₂₁ 所擷取的暗影像I_{4_21} 、影像感測器S₂₂ 所擷取的暗影像I_{4_22} 、影像感測器S₃₁ 所擷取的暗影像I_{4_31} 及影像感測器S₃₂ 所擷取的暗影像I_{4_32} )；亦即，該去噪取樣時間T₄ 中，所有主動光源L₁₁ ~L₃₂ 或121~124均熄滅(OFF)。換句話說，該等影像感測器S₁₁ ~S₃₂ 係在所有主動光源皆熄滅的條件下擷取一影像圖框，故於本說明中稱之為暗影像。

步驟S₄₃ ：最後，該處理單元13計算每一影像感測器擷取之亮影像I₁ ~I₃ 與該暗影像I₄ 之一差分影像(包括I_{1_11} -I_{4_11} 、I_{1_12} -I_{4_12} 、I_{2_21} -I_{4_21} 、I_{2_22} -I_{4_22} 、I_{3_31} -I_{4_31} 、I_{3_32} -I_{4_32} )以消除環境光的影響。該處理單元13則可根據該等差分影像進行物件定位。

一實施例中，每一該工作模式之該取樣時間相同，該等取樣時間T₁ ~T₃ 可相同於該去噪取樣時間T₄ ；亦即T₁ =T₂ =T₃ =T₄ 。

一實施例中，不同的工作模式之該取樣時間可相同或不同；亦即，該等取樣時間T₁ ~T₄ 可相同或不同。例如，由於該等影像感測器S₁₁ 及S₁₂ 距離條狀光源較遠而該等影像感測器S₃₁ 及S₃₂ 距離條狀光源較近，因此該取樣時間T₁ 可長於該取樣時間T₃ 以使得該等亮影像I₁ 及I₃ 的亮度大致相同，但並不以此為限，其長短可根據實際狀況調整。例如當該觸控面11係垂直於水平面設置時，該等影像感測器S₂₁ 及S₂₂ 之視野範圍的亮度因可能包含較多環境光而比該等影像感測器S₁₁ 、S₁₂ 、S₃₁ 及S₃₂ 之視野範圍的亮度為亮，因此該取樣時間T₂ 可短於該等取樣時間T₁ 及T₃ 以使得該等亮影像I₁ ~I₃ 的亮度大致相同，但並不以此為限，其長短可根據實際狀況調整。

一實施例中，如果每一工作模式之該取樣時間不同，該去噪取樣時間等於最短之該取樣時間。例如當該第二取樣時間T₂ 為最短時，該去噪取樣時間T₄ 則等於該第二取樣時間T₂ 。此時，由於該第一工作模式之該第一取樣時間T₁ 及該第三工作模式之該第三取樣時間T₃ 並不同於該去噪取樣時間T₄ ，該處理單元13於計算差分影像前先根據不同的工作模式之該取樣時間與該去噪取樣時間之一時間比例調整相關的該暗影像之像素灰階值，例如計算(T₁ /T₄ )之一時間比例並根據該時間比例(T₁ /T₄ )調整該暗影像I_{4_11} 、I_{4_12} 之像素灰階值成為I_{4_11} ' 、I_{4_12} ' ；並計算(T₃ /T₄ )之一時間比例並根據該時間比例(T₃ /T₄ )調整該暗影像I_{4_31} 、I_{4_32} 之像素灰階值成為I_{4_31} ' 、I_{4_32} ' ，以使所有暗影像的曝光條件大致相同。接著，該處理單元13再計算每一該影像感測器擷取之該亮影像與調整後之該暗影像之一差分影像，例如計算I_{1_11} -I_{4_11} ' 、I_{1_12} -I_{4_12} ' 、I_{2_21} -I_{4_21} 、I_{2_22} -I_{4_22} 、 I_{3_31} -I_{4_31} ' 、I_{3_32} -I_{4_32} ' ，再根據該差分影像進行物件定位。

另一實施例中，部分工作模式之取樣時間可相同並與其他工作模式之取樣時間不同，例如第4A圖中取樣時間亦可為T₁ =T₃ ≠T₂ ，但並不以此為限。如前所述，該處理單元13同樣可計算各取樣時間與去噪取樣時間之一時間比例，並根據該時間比例調整暗影像之像素灰階值。

此外，該等影像感測器可先同時擷取該暗影像後(如第4A圖中以虛線繪製之I₄ )再以該取樣循環擷取該亮影像，或先以該取樣循環擷取該亮影像後再同時擷取該暗影像(如第4A圖中以實線繪製之I₄ )。本發明的精神在於該取樣循環期間該等影像感測器係依序擷取亮影像，而在一去噪取樣時間(例如T₄ )時才同時擷取暗影像。

此外，當該光學觸控系統1持續運作時，兩個取樣循環可分享一個去噪取樣時間所擷取之暗影像。例如參照第5圖所示，該等影像感測器S₁₁ ~S₃₂ 以一第一取樣循環T₁ ~T₃ 擷取一第一亮影像I₁ ~I₃ 後，以該去噪取樣時間T₄ 同時擷取該暗影像I₄ 後，再以一第二取樣循環T₁ ' ~T₃ ' 擷取一第二亮影像I₁ ' ~I₃ ' 。該處理單元13則計算該第一亮影像I₁ ~I₃ 與該暗影像I₄ 之一第一差分影像(包括I_{1_11} -I_{4_11} 、 I_{1_12} -I_{4_12} 、I_{2_21} -I_{4_21} 、I_{2_22} -I_{4_22} 、I_{3_31} -I_{4_31} 、I_{3_32} -I_{4_32} )並計算該第二亮影像I₁ ' ~I₃ ' 與該暗影像I₄ 之一第二差分影像(包括I_{1_11} ' -I_{4_11} 、I_{1_12} ' -I_{4_12} 、I_{2_21} ' -I_{4_21} 、I_{2_22} ' -I_{4_22} 、I_{3_31} ' -I_{4_31} 、I_{3_32} ' -I_{4_32} )。如此，由於第二取樣循環與下一個第一取樣循環間該等影像感測器S₁₁ ~S₃₂ 無須擷取暗影像，故可進一步減少兩個取樣循環中擷取亮影像及暗影像所佔用的總取樣時間。由於擷取到亮影像的頻率增加了，可相對增加系統的操作頻率。此外，必須說明的是，為簡化圖示第5圖中僅繪示影像感測器S₁₁ ~S₃₂ 的運作方式，而主動光源L₁₁ ~L₃₂ 或121~124則類似第4B~4C圖。

必須說明的是，本發明實施例之光學觸控系統並不限定於包含第2圖所示的6個影像感測器S₁₁ ~S₃₂ 及主動光源L₁₁ ~L₃₂ ，其數目可根據該處理單元13進行物件定位時使用的演算法而決定。例如以下舉例以兩個影像感測器(例如S₁₁ 及S₂₁ )分別對應一工作模式來說明本發明實施例之光學觸控系統1，其包含該觸控面11及複數條狀光源121~123分別設置於該觸控面11之邊緣。

請同時參照第4A、4B及6A圖所示，當該等條狀光源121~123為反光條時，光學觸控系統1' 另包含兩主動光源(例如L₁₁ 及L₂₁ )分別鄰接該等影像感測器S₁₁ 及S₂₁ 設置。此實施例中，一第一影像感測器S₁₁ 於一第一取樣時間T₁ 及一去噪取樣時間T₄ 擷取橫跨該觸控面11之影像圖框，以分別擷取一第一亮影像I_{1_11} 及一第一暗影像I_{4_11} (第4A圖)；一第一主動光源L₁₁ 相對該第一取樣時間T₁ 發光(第4B圖)。一第二影像感測器S₂₁ 於一第二取樣時間T₂ 及該去噪取樣時間T₄ 擷取橫跨該觸控面11之影像圖框，以分別擷取一第二亮影像I_{2_21} 及一第二暗影像I_{4_21} (第4A圖)；一第二主動光源L₂₁ 相對該第二取樣時間T₂ 發光(第4B圖)。一處理單元13計算該第一亮影像I_{1_11} 與該第一暗影像I_{4_11} 之一第一差分影像(I_{1_11} -I_{4_11} )，並計算該第二亮影像I_{2_21} 與該第二暗影像I_{4_21} 之一第二差分影像(I_{2_21} -I_{4_21} )。

本實施例中，該去噪取樣時間T₄ 同樣可早於(如第4A圖虛線所示I₄ )或晚於(如第4A圖實線所示I₄ )該第一取樣時間T₁ 及該第二取樣時間T₂ 。

一實施例中，假設該第一取樣時間T₁ 大於該第二取樣T₂ 時間，該去噪取樣時間T₄ 等於該第二取樣時間T₂ ；亦即，該去噪取樣時間T₄ 等於該第一取樣時間T₁ 及該第二取樣T₂ 時間中較小者。此時，該處理單元13可另計算該第一取樣時間T₁ 與該去噪取樣時間T₄ 之一時間比例(T₁ /T₄ )，並根據該時間比例調(T₁ /T₄ )整該第一暗影像I_{4_11} 之像素灰階值。

另一實施例中，該第一取樣時間T₁ 、該第二取樣時間T₂ 及該去噪取樣時間T₄ 可均相同。

請同時參照第5圖所示，當該光學觸控系統1' 持續運作時，假設該第一取樣時間T₁ 及該第二取樣時間T₂ 形成一第一取樣循環，且該去噪取樣時間T₄ 晚於該第一取樣循環。該第一影像感測器S₁₁ 在晚於該去噪取樣時間T₄ 之一第二取樣循環之一第一取樣時間T₁ ' 擷取一亮影像I_{1_11} ' ，且該第一主動光源L₁₁ 相對該第二取樣循環之該第一取樣時間T₁ ' 發光(如第4B圖)；該第二影像感測器S₂₁ 在晚於該去噪取樣時間T₄ 之一第二取樣循環之一第二取樣時間T₂ ' 擷取一亮影像I_{2_21} ' ，該第二主動光源L₂₁ 相對該第二取樣循環之該第二取樣時間T₂ ' 發光(如第4B圖)；該處理單元13另計算該第二取樣循環之該第一取樣時間T₁ ' 之該亮影像I_{1_11} ' 與該第一暗影像I_{4_11} 之一差分影像(I_{1_11} ' -I_{4_11} )，並計算該第二取樣循環之該第二取樣時間T₂ ' 之該亮影像I_{2_21} ' 與該第二暗影像I_{4_21} 之一差分影像(I_{2_21} ' -I_{4_21} )。

請同時參照第4A、4C及6B圖所示，當該等條狀光源121~123為發光條時，光學觸控系統1" 可不另包含兩主動光源分別鄰接該等影像感測器S₁₁ 及S₂₁ 設置。此實施例中，一第一影像感測器S₁₁ 於一第一取樣時間T₁ 及一去噪取樣時間T₄ 擷取橫跨該觸控面11之影像圖框以分別擷取一第一亮影像I_{1_11} 及一第一暗影像I_{4_11} (第4A圖)，且位於該第一影像感測器S₁₁ 之一視野範圍θ₁ 內之該發光條(例如122、123)相對該第一取樣時間T₁ 發光(第4C圖)。一第二影像感測器S₂₁ 於一第二取樣時間T₂ 及該去噪取樣時間T₄ 擷取橫跨該觸控面11之影像圖框以分別擷取一第二亮影像I_{2_21} 及一第二暗影像I_{4_21} (第4A圖)，且位於該第二影像感測器S₂₁ 之一視野範圍θ₂ 內之該發光條(例如121、122)相對該第二取樣時間T₂ 發光(第4C圖)。一處理單元13計算該第一亮影像I_{1_11} 與該第一暗影像I_{4_11} 之一第一差分影像(I_{1_11} -I_{4_11} )，並計算該第二亮影像I_{2_21} 與該第二暗影像I_{4_21} 之一第二差分影像(I_{2_21} -I_{4_21} )。

同理，本實施例中，該去噪取樣時間T₄ 同樣可早於(如第4A圖虛線所示I₄ )或晚於(如第4A圖實線所示I₄ )該第一取樣時間T₁ 及該第二取樣時間T₂ 。

同理，假設該第一取樣時間T₁ 大於該第二取樣T₂ 時間，該去噪取樣時間T₄ 等於該第二取樣時間T₂ ；該處理單元13可另計算該第一取樣時間T₁ 與該去噪取樣時間T₄ 之一時間比例(T₁ /T₄ )，並根據該時間比例(T₁ /T₄ )調整該第一暗影像I_{4_11} 之像素灰階值。

同理，該第一取樣時間T₁ 、該第二取樣時間T₂ 及該去噪取樣時間T₄ 可均相同。

請同時參照第5圖所示，當該光學觸控系統1" 持續運作時，假設該第一取樣時間T₁ 及該第二取樣時間T₂ 形成一第一取樣循環，且該去噪取樣時間T₄ 晚於該第一取樣循環。該第一影像感測器S₁₁ 在晚於該去噪取樣時間T₄ 之一第二取樣循環之一第一取樣時間T₁ ' 擷取一亮影像I_{1_11} ' ，且位於該第一影像感測器S₁₁ 之該視野範圍θ₁ 內之該發光條122、123相對該第二取樣循環之該第一取樣時間T₁ ' 發光(如第4C圖)。該第二影像感測器S₂₁ 在晚於該去噪取樣時間T₄ 之一第二取樣循環之一第二取樣時間T₂ ' 擷取一亮影像I_{2_21} ' ，且位於該第二影像感測器S₂₁ 之該視野範圍θ₂ 內之該發光條121、122相對該第二取樣循環之該第二取樣時間T₂ ' 發光(如第4C圖)。該處理單元13另計算該第二取樣循環之該第一取樣時間T₁ ' 之該亮影像I_{1_11} ' 與該第一暗影像I_{4_11} 之一差分影像(I_{1_11} ' -I_{4_11} )，並計算該第二取樣循環之該第二取樣時間T₂ ' 之該亮影像I_{2_21} ' 與該第二暗影像I_{4_21} 之一差分影像(I_{2_21} ' -I_{4_21} )。

另一實施例中，該光學觸控系統1亦可包含三個影像感測器(例如S₁₁ 、S₂₁ 及S₃₁ )分別對應一取樣循環之一工作模式，其實施方式類似第2及4A~4C圖中僅考慮影像感測器S₁₁ 、S₂₁ 及S₃₁ 以及主動光源L₁₁ 、L₂₁ 及L₃₁ 或121~123的部分。例如當該等條狀光源為反光條時，一第三影像感測器S₃₁ 於一第三取樣時間T₃ 及該去噪取樣時間T₄ 擷取橫跨該觸控面11之影像圖框，以分別擷取一第三亮影像I_{3_31} 及一第三暗影像I_{4_31} ；一第三主動光源L₃₁ 鄰接該第三影像感測器S₃₁ 設置並相對該第三取樣時間T₃ 發光。例如當該等條狀光源為發光條時，該第三影像感測器S₃₁ 於該第三取樣時間T₃ 及該去噪取樣時間T₄ 擷取橫跨該觸控面11之影像圖框以分別擷取一第三亮影像I_{3_31} 及一第三暗影像I_{4_31} ，且位於該第三影像感測器S₃₁ 之一視野範圍內之該發光條123相對該第三取樣時間T₃ 發光。

此外，必須說明的是，本發明實施例之光學觸控系統之一取樣循環中各工作模式下並不限定為如第4A圖所示由兩個影像感測器同時擷取影像圖框，其他實施例中每一工作模式可由至少一影像感測器擷取亮影像。

例如請參照第7A~7C圖所示，其顯示第2圖之光學觸控系統1之另一曝光機制之示意圖。此實施例中，一取樣循環包含兩工作模式。一第一工作模式中，影像感測器S₁₁ 、S₁₂ 、S₃₁ 、S₃₂ 於一取樣時間T₅ 擷取一影像圖框且由於該等影像感測器S₁₁ 、S₁₂ 、S₃₁ 、S₃₂ 相關的主動光源L₁₁ 、L₁₂ 、L₃₁ 、L₃₂ (第7B圖)或主動光源122、123、124(第7C圖)相對該取樣時間T₅ 發光，因此該等影像感測器S₁₁ 、S₁₂ 、S₃₁ 、 S₃₂ 可分別擷取一亮影像I₅ 。一第二工作模式中，影像感測器S₂₁ 、S₂₂ 於一取樣時間T₆ 擷取一影像圖框且由於該等影像感測器S₂₁ 、S₂₂ 相關的主動光源L₂₁ 、L₂₂ (第7B圖)或主動光源121、122、124(第7C圖)相對該取樣時間T₆ 發光，因此該影像感測器S₂₁ 、S₂₂ 可分別擷取一亮影像I₆ 。因此，該取樣循環結束後，每一影像感測器均擷取一亮影像，類似第3圖之步驟S₄₁ 。

接著，所有影像感測器S₁₁ ~S₃₂ 於一去噪取樣時間T₇ 同時擷取一暗影像，類似第3圖之步驟S₄₂ 。

最後，該處理單元13計算每一影像感測器擷取之亮影像I₅ ~I₆ (包括I_{5_11} 、I_{5_12} 、I_{6_21} 、I_{6_21} 、I_{5_31} 、I_{5_32} )與該暗影像I₇ (包括I_{7_11} 、I_{7_12} 、I_{7_21} 、I_{7_22} 、I_{7_31} 、I_{7_32} )之一差分影像(I_{5_11} -I_{7_11} 、I_{5_12} -I_{7_12} 、I_{6_21} -I_{7_21} 、I_{6_22} -I_{7_22} 、I_{5_31} -I_{7_31} 、I_{5_32} -I_{7_32} )以消除環境光的影響。該處理單元13則可根據該等差分影像進行物件定位，類似第3圖之步驟S₄₃ 。

同理，當該光學觸控系統1持續運作時，兩個取樣循環可分享一個去噪取樣時間所擷取之暗影像。例如參照第8圖所示，該等影像感測器S₁₁ ~S₃₂ 以一第一取樣循環T₅ ~T₆ 擷取一第一亮影像I₅ ~I₆ 後，以該去噪取樣時間T₇ 同時擷取該暗影像I₇ 後，再以一第二取樣循環T₅ ' ~T₆ ' 擷取一第二亮影像 I₅ ' ~I₆ ' ，該處理單元13則計算該第一亮影像I₅ ~I₆ 與該暗影像I₇ 之一第一差分影像(包括I_{5_11} -I_{7_11} 、I_{5_12} -I_{7_12} 、I_{6_21} -I_{7_21} 、I_{6_22} -I_{7_22} 、I_{5_31} -I_{7_31} 、I_{5_32} -I_{7_32} )並計算該第二亮影像I₅ ' ~I₆ ' 與該暗影像I₇ 之一第二差分影像(包括I_{5_11} ' -I_{7_11} 、I_{5_12} ' -I_{7_12} 、I_{6_21} ' -I_{7_21} 、I_{6_22} ' -I_{7_22} 、I_{5_31} ' -I_{7_31} 、I_{5_32} ' -I_{7_32} )。如此，可進一部減少兩個取樣循環中擷取亮暗影像所佔用的總取樣時間。同理，為簡化圖示第8圖中僅繪示了影像感測器S₁₁ ~S₃₂ 的運作方式，而主動光源L₁₁ ~L₃₂ 或121~124則類似第7B~7C圖。

綜上所述，習知光學觸控系統為了消除環境光影響而造成影像圖框間的同步性降低並降低定位精確度。本發明另提出一種光學觸控系統之曝光機制(第4A~4C、5、7A~7C及8圖)以及光學觸控系統(第2及6A~6B圖)，其可消除環境光影響及提高不同影像感測器擷取影像的同步性及系統操作頻率。

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、1' 、1" 、9‧‧‧光學觸控系統

11、91‧‧‧觸控面

111~114‧‧‧轉角

121~124‧‧‧條狀光源

S₁₁ ~S₃₂ ‧‧‧影像感測器

L₁₁ ~L₃₂ ‧‧‧主動光源

13‧‧‧處理單元

I₁ ~I₃ 、I₅ ~I₆ ‧‧‧亮影像

I₁ ' ~I₃ ' 、I₅ ' ~I₆ ' ‧‧‧亮影像

I₄ 、I₇ ‧‧‧暗影像

I₄ ' 、I₇ ' ‧‧‧暗影像

T₁ ~T₃ 、T₅ ~T₆ ‧‧‧取樣時間

T₁ ' ~T₃ ' 、T₅ ' ~T₆ ' ‧‧‧取樣時間

T₄ 、T₇ ‧‧‧去噪取樣時間

T₄ ' 、T₇ ' ‧‧‧去噪取樣時間

S₄₁ ~S₄₃ ‧‧‧步驟

921~924‧‧‧影像感測器

931~934‧‧‧主動光源

第1A圖顯示習知光學觸控系統之示意圖。

第1B圖顯示第1A圖之光學觸控系統之運作示意圖。

第2圖顯示本發明實施例之光學觸控系統之示意圖。

第3圖顯示本發明實施例之光學觸控系統之曝光機制之流程圖。

第4A~4C圖顯示第2圖之光學觸控系統之曝光機制之示意圖。

第5圖顯示第2圖之光學觸控系統之曝光機制之另一示意圖。

第6A~6B圖顯示本發明另一實施例之光學觸控系統之示意圖。

第7A~7C圖顯示第2圖之光學觸控系統之另一曝光機制之示意圖。

第8圖顯示第2圖之光學觸控系統之曝光機制之另一示意圖。

1‧‧‧光學觸控系統

11‧‧‧觸控面

111~114‧‧‧轉角

121~124‧‧‧條狀光源

S₁₁ ~S₃₂ ‧‧‧影像感測器

L₁₁ ~L₃₂ ‧‧‧主動光源

13‧‧‧處理單元

Claims

一種光學觸控系統之曝光機制，該光學觸控系統包含複數影像感測器及複數主動光源，每一該主動光源對應相關的該影像感測器發光，該曝光機制包含：以該等影像感測器以一取樣循環擷取影像圖框以使每一該影像感測器擷取一亮影像，其中該取樣循環包含複數工作模式且每一該工作模式中至少一該影像感測器以一取樣時間擷取該亮影像；以所有該等影像感測器於一去噪取樣時間同時擷取一暗影像；以及以一處理單元計算每一該影像感測器擷取之該亮影像與該暗影像之一差分影像。
依申請專利範圍第1項之曝光機制，其中每一該工作模式之該取樣時間相同，該取樣時間相同於該去噪取樣時間。
依申請專利範圍第1項之曝光機制，其中部分該工作模式之該取樣時間不同，該去噪取樣時間等於最短之該取樣時間。
依申請專利範圍第3項之曝光機制，另包含：根據該工作模式之該取樣時間與該去噪取樣時間之一時間比例調整相關的該暗影像之像素灰階值；以及計算每一該影像感測器擷取之該亮影像與調整後之該暗影像之一差分影像。
依申請專利範圍第1項之曝光機制，其中該等影像感測器先同時擷取該暗影像後再以該取樣循環擷取該亮影像，或先以該取樣循環擷取該亮影像後再同時擷取該暗影像。
依申請專利範圍第1項之曝光機制，其中該等影像感測器以一第一取樣循環擷取一第一亮影像後，以該去噪取樣時間同時擷取該暗影像後，再以一第二取樣循環擷取一第二亮影像，該處理單元計算該第一亮影像與該暗影像之一第一差分影像並計算該第二亮影像與該暗影像之一第二差分影像。
一種光學觸控系統，包含：一觸控面；複數反光條，分別設置於該觸控面之邊緣；一第一影像感測器，於一第一取樣時間及一去噪取樣時間擷取橫跨該觸控面之影像圖框，以分別擷取一第一亮影像及一第一暗影像；一第一主動光源，鄰接該第一影像感測器設置，相對該第一取樣時間發光；一第二影像感測器，於一第二取樣時間及該去噪取樣時間擷取橫跨該觸控面之影像圖框，以分別擷取一第二亮影像及一第二暗影像；一第二主動光源，鄰接該第二影像感測器設置，相對該第二取樣時間發光；以及一處理單元，計算該第一亮影像與該第一暗影像之一第一差分影像，並計算該第二亮影像與該第二暗影像之一第二差分影像。
依申請專利範圍第7項之光學觸控系統，其中該去噪取樣時間早於或晚於該第一取樣時間及該第二取樣時間。
依申請專利範圍第7項之光學觸控系統，其中該第一取樣時間大於該第二取樣時間，該去噪取樣時間等於該第二取樣時間。
依申請專利範圍第9項之光學觸控系統，其中該處理單元另計算該第一取樣時間與該去噪取樣時間之一時間比例，並根據該時間比例調整該第一暗影像之像素灰階值。
依申請專利範圍第7項之光學觸控系統，其中該第一取樣時間、該第二取樣時間及該去噪取樣時間均相同。
依申請專利範圍第7項之光學觸控系統，其中該第一取樣時間及該第二取樣時間形成一第一取樣循環，且該去噪取樣時間晚於第一取樣循環；該第一影像感測器在晚於該去噪取樣時間之一第二取樣循環之一第一取樣時間擷取一亮影像，該第一主動光源相對該第二取樣循環之該第一取樣時間發光；該第二影像感測器在晚於該去噪取樣時間之一第二取樣循環之一第二取樣時間擷取一亮影像，該第二主動光源相對該第二取樣循環之該第二取樣時間發光；該處理單元另計算該第二取樣循環之該第一取樣時間之該亮影像與該第一暗影像之一差分影像，並計算該第二取樣循環之該第二取樣時間之該亮影像與該第二暗影像之一差分影像。
依申請專利範圍第7項之光學觸控系統，另包含：一第三影像感測器，於一第三取樣時間及該去噪取樣時間擷取橫跨該觸控面之影像圖框，以分別擷取一第三亮影像及一第三暗影像；以及一第三主動光源，鄰接該第三影像感測器設置，相對該第三取樣時間發光。
一種光學觸控系統，包含：一觸控面；複數發光條，分別設置於該觸控面之邊緣；一第一影像感測器，於一第一取樣時間及一去噪取樣時間擷取橫跨該觸控面之影像圖框以分別擷取一第一亮影像及一第一暗影像，且位於該第一影像感測器之一視野範圍內之該發光條相對該第一取樣時間發光；一第二影像感測器，於一第二取樣時間及該去噪取樣時間擷取橫跨該觸控面之影像圖框以分別擷取一第二亮影像及一第二暗影像，且位於該第二影像感測器之一視野範圍內之該發光條相對該第二取樣時間發光；以及一處理單元，計算該第一亮影像與該第一暗影像之一第一差分影像，並計算該第二亮影像與該第二暗影像之一第二差分影像。
依申請專利範圍第14項之光學觸控系統，其中該去噪取樣時間早於或晚於該第一取樣時間及該第二取樣時間。
依申請專利範圍第14項之光學觸控系統，其中該第一取樣時間大於該第二取樣時間，該去噪取樣時間等於該第二取樣時間。
依申請專利範圍第16項之光學觸控系統，其中該處理單元另計算該第一取樣時間與該去噪取樣時間之一時間比例，並根據該時間比例調整該第一暗影像之像素灰階值。
依申請專利範圍第14項之光學觸控系統，其中該第一取樣時間、該第二取樣時間及該去噪取樣時間均相同。
依申請專利範圍第14項之光學觸控系統，其中該第一取樣時間及該第二取樣時間形成一第一取樣循環，且該去噪取樣時間晚於第一取樣循環；該第一影像感測器在晚於該去噪取樣時間之一第二取樣循環之一第一取樣時間擷取一亮影像，且位於該第一影像感測器之該視野範圍內之該發光條相對該第二取樣循環之該第一取樣時間發光；該第二影像感測器在晚於該去噪取樣時間之一第二取樣循環之一第二取樣時間擷取一亮影像，且位於該第二影像感測器之該視野範圍內之該發光條相對該第二取樣循環之該第二取樣時間發光；該處理單元另計算該第二取樣循環之該第一取樣時間之該亮影像與該第一暗影像之一差分影像，並計算該第二取樣循環之該第二取樣時間之該亮影像與該第二暗影像之一差分影像。
依申請專利範圍第14項之光學觸控系統，另包含：一第三影像感測器，於一第三取樣時間及該去噪取樣時間擷取橫跨該觸控面之影像圖框以分別擷取一第三亮影像及一第三暗影像，且位於該第三影像感測器之一視野範圍內之該發光條相對該第三取樣時間發光。