TWI508543B - 可提高影像處理速度之互動式系統 - Google Patents

Description

可提高影像處理速度之互動式系統

本發明係相關於一種互動式系統，尤指一種可提高影像處理速度之互動式系統。

隨著影音多媒體的漸受歡迎，影像數位化已漸漸成為趨勢。一般說來，安裝在數位攝影機(Digital Video Camcorder)、數位相機(Digital Still Camera)內解析度較高的影像感測器能產生較高品質的數位影像，所以多半應用在影像識別、指紋辨識之上；然而安裝在數位攝影機、數位相機內解析度較低的影像感測器則多半利用在互動式玩具辨識使用者的簡單動作。例如，目前的市面上推出的機器寵物，其內建的相機可作為機器寵物的“眼睛”，用以感應使用者的動作，再由機器寵物的內建控制電路指示機器寵物做出不同之指令。

請參照第1圖，第1圖係先前技術說明互動式系統10之功能方塊圖之示意圖。互動式系統10包含一影像感測器12、一微控制器14以及一並列傳輸匯流排16。影像感測器12係包含一互補式金氧半(CMOS)感測陣列22以及一類比數位轉換器(analog to digital converter,ADC)24。藉由互補式金氧半感測陣列22感測之資料會傳送至類比數位轉換器24。由於互補式金氧半感測陣列22可感測用以形成影像的複數個像素資料，所以當拍攝一動態的連續影像時，互補式金氧半感測陣列22將連續產生不同影像的像素資料並產生龐大的像素資料。為了傳輸如此龐大的像素資料，影像感測器12與微控制器14之間係透過並列傳輸匯流排16傳輸所感測之像素資料。而微控制器14則會根據上述得到的像素資料，重組拍攝的物件之影像，或是用以決定物件的狀態，以控制互動式系統10之運作。

然而，上述感測的資料量極為龐大，再加上近年來串列傳輸技術的快速發展，因此利用複雜硬體架構實現的並列傳輸的速度已不及串列傳輸的速度。除此之外，微控制器14利用並列傳輸介面接收到上述感測的資料後，仍必須計算分析出後續所須的相關資料。由於每一種微控制器14的應用範圍並不一致，以應用於光學滑鼠的微控制器14來說，微控制器14並不需要獲得完整且詳細的影像資料，僅需要追蹤影像物件移動的相對位置即可。因此，如果使用者利用先前技術的影像感測器12來產生像素資料，微控制器14必須將所有像素資料都加以接收處理，如此將導致微控制器14處理上沉重的負擔。

再者，現今的影像感測器12僅係將接收的光訊號轉換成電訊號的一單晶片。因此，在講究系統整合的電路設計趨勢下，這樣的單晶片影像感測器12實有改進的必要。

本發明的一實施例提供一種可提高影像處理速度之互動式系統。該互動式系統包含一處理模組和一控制電路。該處理模組包含一影像感測器、一估算單元和一傳輸介面。該影像感測器係用以感測一影像以產生出複數個像素訊號；該估算單元係用以根據該複數個像素訊號決定構成該影像之至少一影像物件之靜態參數，該至少一影像物件係一組具有實質上相同色彩參數的像素訊號；及該傳輸介面係用以串列傳輸之方式輸出該至少一影像物件之靜態參數。該控制電路係用以根據該傳輸介面所輸出之該至少一影像物件之靜態參數以控制該互動式系統之操作。

本發明的另一實施例提供一種可提高影像處理速度之互動式系統。該互動式系統包含一參考裝置、一處理模組和一控制電路。該參考裝置係用以發射及/或反射在一特定頻譜範圍內的光訊號。該處理模組包含一影像感測器、一估算單元和一傳輸介面。該影像感測器係用以感測該光訊號以產生複數個像素訊號；該估算單元係用以根據該複數個像素訊號決定至少一影像物件之靜態參數；及該傳輸介面係用以串列傳輸之方式輸出該至少一影像物件之靜態參數。該控制電路係用以根據該傳輸介面所輸出的該至少一影像物件之靜態參數以控制該互動式系統之操作。

本發明的另一實施例提供一種可提高影像處理速度之互動式方法。該互動式方法包含發射及/或反射在一特定頻譜範圍內的光訊號；感測該光訊號以產生複數個像素訊號；根據該複數個像素訊號決定至少一影像物件之靜態參數；以串列傳輸之方式輸出該至少一影像物件之靜態參數；及根據該傳輸介面所輸出的該至少一影像物件之靜態參數以控制該互動式系統之操作。

本發明所提供的一種具有參考裝置的互動式系統。利用一參考裝置發射及/或反射特定頻譜內的光訊號，一影像感測器感測特定頻譜內的光訊號以產生複數個像素訊號，一估算單元判斷是否有符合一預設條件的像素訊號及決定每一畫面中的每一物件的靜態參數。因此，控制電路不需要額外計算這些複雜的靜態參數，使得控制電路的使用彈性更大，並且縮短互動式系統的開發時程。

請參照第2圖，第2圖係為本發明的一實施例說明互動式系統30的功能方塊圖。互動式系統係為一互動式玩具(interactive toy)。互動式系統30包含一參考裝置40、一處理模組44以及一控制電路54，其中處理模組44係為一晶片。參考裝置40係為一光源、一反光裝置或光源與反光裝置的組合。參考裝置40包含一濾波器用以對原始光訊號濾波以濾除特定頻譜外的光訊號，因此，參考裝置40可發射及/或反射特定頻譜內的光訊號。處理模組44包含一影像感測器42、一估算單元45和一傳輸介面48。影像感測器42係為一電荷耦合元件(charge-coupled device,CCD)或是一互補式金氧半光感測器，用以感測光訊號以產生複數個像素訊號，然後傳送複數個像素訊號至估算單元45。估算單元45係用以根據複數個像素訊號決定至少一影像物件之靜態參數。傳輸介面48係用以串列傳輸之方式輸出至少一影像物件之靜態參數。控制電路54係用以根據傳輸介面48所輸出的至少一影像物件之靜態參數，控制互動式系統30之操作。其中影像感測器42、估算單元45以及傳輸介面48皆形成在一基底41之上。

請參照第3圖，第3圖係為說明複數個影像畫面之示意圖。其中每個畫面(picture)包含複數個像素訊號。例如，對一個800*600像素大小的畫面來說，需要480,000個像素訊號組合而成。影像感測器42係用以感測來自參考裝置40的光訊號以產生複數個像素訊號。當一個像素訊號被產生後，像素訊號會被傳送至估算單元45。然後，估算單元45判斷像素訊號是否符合一預設條件。如果像素訊號符合預設條件，則根據預設條件將符合此預設條件的像素訊號之相鄰相素視為同一物件。然後，估算單元45決定物件的靜態參數，像是座標、重心、面積、方向性(orientation)、色彩、邊界、物件端點數及/或物件長寬比。其中物件的色彩靜態參數包含平均色彩、位於重心的像素訊號之色彩以及具有最大亮度的像素訊號之色彩。預設條件係為介於一第一預設閥值(例如灰階值80)和一第二預設閥值(例如灰階值200)之間的亮度，但本發明並不以此為限。以目標畫面120為例，可藉由幾個靜態參數決定目標物件100在目標畫面120上的顯示狀態。其中目標物件100的重心係藉由下式決定：

這裡L (x ,y )係為複數個像素訊號中的每一像素訊號的強度；TH係為第一預設閥值。

目標物件100可視為一組具有實質上相同色彩參數的像素訊號，因此這組具有實質上相同色彩參數的像素訊號包含具有不同但相近色彩的像素訊號，以及相同色彩的像素訊號。估算單元45根據具有實質上相同像素訊號之數目和相對應的座標來決定目標物件100在目標畫面120的靜態參數，例如面積、邊界以及灰階值。另外，估算單元45亦能決定目標物件100的物件端點數以及物件長寬比。舉例來說，假設目標物件100係一長方形，則估算單元45將決定目標物件100的物件端點數為4，以及目標物件100的長寬比。換句話說，靜態參數係當目標物件100處於靜態顯示時，可供量測之參數。

在得到目標物件100的相關靜態參數後，估算單元45會將這些靜態參數傳送至傳輸介面48。傳輸介面48係為一通用非同步收發器(universal asynchronous receiver/transmitter,UART)介面。相較於同步並列傳輸(synchronous parallel transmission)，非同步串列(asynchronous serial)傳輸具有體積小，價格低廉及傳輸距離遠等優點。例如，通用非同步收發器係一種非同步串列/並列資料轉換器，用來在控制互動式系統30(或一處理器)及與互動式系統30相連接之串列裝置(serial device)之間傳輸資料。更明確地說，通用非同步收發器所提供互動式系統30之功能係相似於諸如RS-232之資料終端設備(data terminal equipment,DTE)所提供之資料交換功能，所以互動式系統30能透過如通用序列匯流排(universal serial bus,USB)與串列裝置相互交換資料。

除了上述提及之UART(RS232為UART之一種)外，傳輸介面48也可以是I² C(inter-IC)及USB等。I² C係一種透過收發雙向傳輸串列資料線(serial data line)及串列時脈線(serial clock line)傳輸資料之協定。由於I² C及USB轉換串列資料與並列資料之原理係相似於UART轉換串列資料與並列資料之原理，所以在此不再贅述。因此，第一傳輸介面48可為UART介面、I² C(inter-IC)及USB所構成之串列傳輸組合中之至少一種介面。

最後，控制電路54在接收到由傳輸介面48傳來之畫面110的物件座標、面積、方向性(orientation)、色彩、邊界、物件端點數及/或物件長寬比等靜態參數之後，可利用畫面110中每一物件之編碼加上配合目標畫面120中每一物件靜態參數，將目標畫面120還原。其中物件的色彩靜態參數包含平均色彩、位於重心的像素訊號的色彩以及具有最大亮度的像素訊號的色彩。此外，控制電路54可根據這些靜態參數作進一步的處理，以控制互動式系統30之操作。

相較於先前技術，本發明提供一種具有參考裝置40的互動式系統30。參考裝置40係用以發射及/或反射特定頻譜內的光訊號。影像感測器42係用以感測來自參考裝置40的光訊號以產生複數個像素訊號。估算單元45判斷像素訊號是否符合一預設條件。如果像素訊號符合預設條件，則根據預設條件將符合此預設條件的像素訊號的相鄰相素視為同一物件，以及決定每一畫面中的每一物件的靜態參數。因此，位於後端之控制電路54不再需要額外去計算這些複雜的靜態參數，也因此減少控制電路設計的複雜度，使得互動式系統30之控制電路54的使用彈性更大，並且縮短互動式系統的開發時程。

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。

10、30．．．互動式系統

14．．．微控制器

16．．．並列傳輸匯流排

22．．．互補式金氧半感測陣列

24．．．類比數位轉換器

40．．．參考裝置

41．．．基底

12、42．．．影像感測器

44．．．處理模組

45．．．估算單元

48．．．傳輸介面

54．．．控制電路

100．．．目標物件

110．．．畫面

120．．．目標畫面

第1圖係先前技術說明互動式系統之功能方塊圖之示意圖。

第2圖係為本發明的一實施例說明互動式系統的功能方塊圖。

第3圖係為說明複數個影像畫面之示意圖。

30．．．互動式系統

40．．．參考裝置

41．．．基底

42．．．影像感測器

44．．．處理模組

45．．．估算單元

48．．．傳輸介面

54．．．控制電路

Claims (21)

1. 一種可提高影像處理速度之互動式系統，包含：一處理模組，包含：一影像感測器，用以感測一影像以產生出複數個像素訊號；一估算單元，用以判斷該複數個像素訊號是否符合一預設條件，並將符合該預設條件的該像素訊號的相鄰像素視為同一影像物件，以決定構成該影像之至少一影像物件之靜態參數，該至少一影像物件係一組具有實質上相同色彩參數的像素訊號；及一傳輸介面(transmission interface)，用以串列傳輸之方式輸出該至少一影像物件之靜態參數，且不傳輸該影像之該複數個像素訊號；及一控制電路(controller)，用以根據該傳輸介面所輸出之該至少一影像物件之靜態參數，控制該互動式系統之操作。
2. 如申請專利範圍第1項所述之互動式系統，其中該影像感測器、該估算單元以及該傳輸介面係形成在一基底之上。
3. 如申請專利範圍第1項所述之互動式系統，其中該組具有實質上相同色彩參數的像素訊號係該組像素訊號具有相似色彩。
4. 如申請專利範圍第1項所述之互動式系統，其中該靜態參數包含該至少一影像物件之座標、該至少一影像物件之面積、該至少一影像物件之方向參數、該至少一影像物件之色彩、該至少一影像物件之物件端點數、該至少一影像物件之物件長寬比及/或該影像物件之邊界。
5. 如申請專利範圍第1項所述之互動式系統，其中該傳輸介面係一I² C介面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之互動式系統，其中該傳輸介面係一通用序列匯流排(universal serial bus,USB)。
7. 如申請專利範圍第1項所述之互動式系統，其中該傳輸介面係一通用非同步收發器(universal asynchronous receiver/transmitter,UART)。
8. 如申請專利範圍第1項所述之互動式系統，其中該影像感測器係一互補式金氧半(CMOS)光感測器。
9. 如申請專利範圍第1項所述之互動式系統，其中該影像感測器係一電荷耦合元件(charge-coupled device,CCD)。
10. 一種可提高影像處理速度之互動式系統，包含：一參考裝置，用以發射及/或反射在一特定頻譜範圍內的光訊號；一處理模組，包含：一影像感測器，用以感測該光訊號以產生複數個像素訊號；一估算單元，用以判斷該複數個像素訊號是否符合一預設條件，並將符合該預設條件的該像素訊號的相鄰像素視為同一影像物件，以決定至少一影像物件之靜態參數；及一傳輸介面(transmission interface)，用以串列傳輸之方式輸出該至少一影像物件之靜態參數，且不傳輸該影像之該複數個像素訊號；及一控制電路(controller)，用以根據該傳輸介面所輸出的該至少一影像物件之靜態參數，控制該互動式系統之操作。
11. 如申請專利範圍第10項所述之互動式系統，其中該影像感測器、該估算單元以及該傳輸介面係形成在一基底之上。
12. 如申請專利範圍第10項所述之互動式系統，其中該參考裝置包含一濾波器用以對原始光訊號濾波以濾除該特定頻譜外的光訊號。
13. 如申請專利範圍第10項所述之互動式系統，其中該傳輸介面係一I² C介面。
14. 如申請專利範圍第10項所述之互動式系統，其中該傳輸介面係一通用序列匯流排(universal serial bus,USB)。
15. 如申請專利範圍第10項所述之互動式系統，其中該傳輸介面係一通用非同步收發器(universal asynchronous receiver/transmitter,UART)。
16. 如申請專利範圍第10項所述之互動式系統，其中該影像感測器係一互補式金氧半(CMOS)光感測器。
17. 如申請專利範圍第10項所述之互動式系統，其中該影像感測器係一電荷耦合元件(charge-coupled device,CCD)。
18. 一種可提高影像處理速度之互動式方法，包含：發射及/或反射在一特定頻譜範圍內的光訊號； 感測該光訊號以產生複數個像素訊號；判斷該複數個像素訊號是否符合一預設條件；將符合該預設條件的該像素訊號的相鄰像素視為同一影像物件，以決定至少一影像物件之靜態參數；以串列傳輸之方式輸出該至少一影像物件之靜態參數，但不傳輸該影像之該複數個像素訊號；及根據該傳輸介面所輸出的該至少一影像物件之靜態參數，控制該互動式系統之操作。
19. 如申請專利範圍第18項所述之互動式方法，另包含對原始光訊號濾波以濾除該特定頻譜外的光訊號。
20. 如申請專利範圍第18項所述之互動式方法，其中該靜態參數包含該至少一影像物件之座標、該至少一影像物件之面積、該至少一影像物件之方向參數、該至少一影像物件之色彩、該至少一影像物件之物件端點數、該至少一影像物件之物件長寬比及/或該影像物件之邊界。
21. 如申請專利範圍第18項所述之互動式方法，其中根據該複數個像素訊號決定該至少一影像物件之靜態參數包含根據下列方程式決定該至少一影像物件之重心： R ={(x ,y )：L (x ,y )>TH}；其中：L (x ,y )係為該複數個像素訊號中的每一像素訊號的強度；及TH係為一預設閥值。