TWI556142B - 導航軌跡校正方法及其光學導航裝置 - Google Patents

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Description

導航軌跡校正方法及其光學導航裝置
本發明係提供一種光學導航裝置，尤指一種導航軌跡校正方法及其可執行導航軌跡校正的光學導航裝置。
請參閱第6圖，第6圖為習知技術之光學筆型滑鼠60之使用方式示意圖。光學筆型滑鼠60的筆頭內設置有光學導航晶片(未標示於圖中)，光學導航晶片讀取筆頭在參考平面的移動軌跡，將移動軌跡傳送到外部電子裝置並顯示在螢幕62上。一般來說，光學導航晶片係端正地設置在光學筆型滑鼠60的筆頭內；然如第6圖所示，使用者握持光學筆型滑鼠60以書寫文字或繪製圖案時，光學筆型滑鼠60的筆身相對於參考平面法向量V會自然地形成夾角φ，光學導航晶片因夾角φ相對參考平面會有些微偏移。光學筆型滑鼠60在參考平面上劃一條水平線，光學導航晶片讀取該移動軌跡而顯示在螢幕62的線條就會相較水平軸偏斜角度φ。
為了解決此問題，傳統光學筆型滑鼠60便將光學導航晶片以偏斜角度φ設置在筆頭內，企圖克服上述實際繪製線條與數位顯示圖像不一致的缺點。但是，使用者握持光學筆型滑鼠60形成的夾角φ會隨不同使用者的手掌大小及書寫習慣、環境而有所變化，以硬體設計來修正筆跡歪斜的傳統解決方式並不能有效地克服此缺點。
本發明係提供一種導航軌跡校正方法及其可執行導航軌跡校正的光學導航裝置，以解決上述之問題。
本發明之申請專利範圍係揭露一種導航軌跡校正方法，用來將一光學導航裝置產生的一第一軌跡線段轉換為適應使用者操作角度的一第二軌跡線段。該導航軌跡校正方法包含有建立一基準座標系，讀取且分析該第一軌跡線段，計算該第一軌跡線段相對於該基準座標系之一第一偏移量，定義該第一軌跡線段和該第二軌跡線段之間的偏移量為一校正量，據此獲取該第二軌跡線段相對該基準座標系之一第二偏移量，以及根據該第二偏移量與該第一軌跡線段的一長度計算該校正量之數值。
本發明之申請專利範圍另揭露一種可執行導航軌跡校正的光學導航裝置，能將劃設的一第一軌跡線段轉換為適應使用者操作角度的一第二軌跡線段。該光學導航裝置包含有一導航晶片以及一控制單元。該導航晶片用來產生該些軌跡線段。該控制單元電連接該導航晶片以取得該些軌跡線段之資訊。該控制單元利用該導航晶片劃設一基準座標系，分析該第一軌跡線段以計算該第一軌跡線段相對該基準座標系的一第一偏移量，藉由定義該第一軌跡線段和該第二軌跡線段之間的一校正量取得該第二軌跡線段相對該基準座標系之一第二偏移量，並根據該第二偏移量與該第一軌跡線段的一長度計算該校正量。
本發明的導航軌跡校正方法及其光學導航裝置可以根據不同使用者的身形掌寬計算出適合的導航軌跡校正量，不需刻意調整握筆(光學導航裝置)姿勢，光學導航裝置能依各人習慣校正其繪製的導航軌跡。每一個使用者初次操作光學導航裝置便啟動導航軌跡校正方法，取得個人專屬的校正量數值，並將該數值記憶在光學導航裝置內供後續應用；或者光學導航裝置可在每次被使用時即時取得當下的校正量數值。經導航軌跡校正方法算出校正量後，可由光學導航裝置自動執行導航軌跡調整，也可讓使用者自行選擇所需的導航軌跡校正角度，或是根據光學導航裝置所搭配應用程式的需求進行導航軌跡調整。本發明的光學導航裝置具有自適應性導航軌跡調整功能，相較先前技術無疑可提供更佳的市場競爭力。
請參閱第1圖與第2圖，第1圖為本發明實施例之光學導航裝置10之功能方塊圖，第2圖為本發明實施例之光學導航裝置10之操作示意圖。光學導航裝置10可透過導航軌跡校正將使用者劃設的第一軌跡線段轉換為適應其操作角度的第二軌跡線段。光學導航裝置10通常是一種筆型滑鼠，包含相互電連接的導航晶片12以及控制單元14，然不限於此。如第2圖所示，使用者握持作為筆型滑鼠的光學導航裝置10時，筆型滑鼠的筆身自然地旋轉特定角度。筆型滑鼠在參考平面上移動，使導航晶片12產生第一軌跡線段；因筆身角度歪斜，螢幕上顯示的第一軌跡線段會與光學導航裝置10的實際移動軌跡有所偏差。因此，控制單元14執行導航軌跡校正方法，將第一軌跡線段轉換成適應使用者操作角度的第二軌跡線段；光學導航裝置10輸出經校正的導航軌跡，以辨識使用者輸入的控制指令。
本發明的導航晶片12與控制單元14之結合可選擇性地具有多種實施態樣。舉例來說，控制單元14可以一體成型於導航晶片12，意即導航軌跡校正方法的運算由導航晶片12自主完成；或者，控制單元14另可為獨立於導航晶片12的控制晶片，作為光學導航裝置10的微控制器以執行導航軌跡校正方法之運算；又或者，控制單元14還能獨立於導航晶片12而為電腦系統的運算處理器或附屬應用軟體。
請參閱第3圖與第4圖，第3圖為本發明實施例之導航軌跡校正方法之流程圖，第4圖為本發明實施例之導航軌跡校正圓之示意圖。第3圖所述之導航軌跡校正方法適用於第1圖及第2圖所示之光學導航裝置10。首先，步驟300利用光學導航裝置10在參考平面建立虛擬的基準座標系；該基準座標系可任意選用直角座標或極座標表示，端視設計需求而定。第4圖係以水平參考軸L1與垂直參考軸L2組成的直角座標系為例，且水平參考軸L1和垂直參考軸L2由使用者在參考平面手動劃設，然不限於此。隨著光學導航裝置10在參考平面上移動，導航晶片12相應產生第一軌跡線段t1(初始軌跡線段)；第一軌跡線段t1的軌跡指向會偏離光學導航裝置10的移動方向，例如兩者偏斜形成第4圖所示的夾角θu，控制單元14需執行導航軌跡校正。
步驟302中，控制單元14讀取且分析第一軌跡線段t1，利用第一軌跡線段t1為半徑在基準座標系上建立校正圓R。接著，步驟304計算第一軌跡線段t1相對於基準座標系之參考軸的第一偏移量θ1；舉例來說，第一軌跡線段t1的長度R1(意即校正圓R的半徑)是已知的，控制單元14取得長度R1在水平參考軸L1的投影長度X1、以及在垂直參考軸L2的投影長度Y1，便能利用長度R1與投影長度X1或投影長度Y1以公式1-3算出第一偏移量θ1。
(公式1)
(公式2)
(公式3)
接著，步驟306假定第一軌跡線段t1經校正後會轉換成第二軌跡線段t2，用來定義第一軌跡線段t1和第二軌跡線段t2之間的偏移量為未知校正量θu，據此獲得第二軌跡線段t2相對基準座標系之水平參考軸L1的第二偏移量θ2。換句話說，第一偏移量θ1與校正量θu的差值即相等於第二偏移量θ2。
步驟308係根據第二偏移量θ2與第一軌跡線段t1的長度R1計算校正量θu之數值；詳而言之，第二軌跡線段t2的長度R2相同於長度R1，控制單元14先以第二偏移量θ2定義第二軌跡線段t2在基準座標系的水平參考軸L1與垂直參考軸L2的投影長度X2、Y2，接著利用投影長度X2、Y2、第一軌跡線段t1與第二軌跡線段t2的長度R1、R2、及三角形邊長公式與三角函數算出校正量θu，如公式4-6所述。知道校正量θu的實際數值後，步驟310便能利用校正量θu轉換第一軌跡線段t1的每一像素點位置，藉此取得第二軌跡線段t2的各像素點位置，且控制單元14將第二軌跡線段t2視為光學導航裝置10輸出的最終導航軌跡。
(公式4)
(公式5)
(公式6)
特別一提的是，在軌跡線段t1、t2的校正過程中，可能因數位訊號轉換的相對性造成線條邊緣會有鋸齒狀等不規則形狀，控制單元14可選擇性套用常見平滑機制美化轉換後的線條邊緣，以使光學導航裝置10(筆型滑鼠)的書寫筆跡更為自然流暢。
特別一提的是，校正量θu、第一偏移量θ1與第二偏移量θ2三個數值之間的關係係如同前述，第一偏移量θ1與校正量θu的差值即相等於第二偏移量θ2，當獲知三者之二時，便可計算出第三個數值。前述係以校正量θu為未知數值為例說明，在其他實施例中，亦可為其他數值未知，合先敘明。
前述實施例在取得校正量θu後係以軟體演算方式將第一軌跡線段t1校正為第二軌跡線段t2，此時導航晶片12的擺放角度相對於參考平面仍是歪斜的。本發明另提出一種硬體校正技術。請參閱第5圖，第5圖本發明另一實施例之光學導航裝置10’之功能方塊圖。光學導航裝置10’進一步包含旋轉機構16和/或角度感測器18。旋轉機構16用來承載導航晶片12且電連接於控制單元14，角度感測器18電連接控制單元14並選擇性結合於導航晶片12。本實施例的控制單元14取得校正量θu時，光學導航裝置10’利用旋轉機構16將導航晶片12轉動相應角度(意即為校正量θu)；此時筆型滑鼠的筆身雖仍是歪斜的，但筆型滑鼠內的導航晶片12已然校正到正確角度，經擺放角度校正後的導航晶片12所產生的軌跡線段可直接作為光學導航裝置10’輸出的最終導航軌跡。
從其它方面來看，光學導航裝置10’不必然需對第一軌跡線段t1執行自動校正、也不需自動調校導航晶片12的歪斜角度。本發明的光學導航裝置可以選擇提示使用者偵測及計算得到的校正量θu，由使用者自行決定是否要利用旋轉機構16調整導航晶片12的歪斜角度及其轉動幅度。
角度感測器18可用來感測光學導航裝置10’本體筆身的自旋角度，例如前面提及的筆型滑鼠在握持時發生的自然旋轉角度。使用者手部的擺放位置、角度會隨著光學導航裝置10’的使用過程不斷改變，例如以筆型滑鼠手寫一列文字時，筆型滑鼠筆身於書寫列首文字的旋轉角度通常不同於書寫列尾文字的旋轉角度，因此控制單元14可選擇利用軌跡線性預測理論，根據自旋角度之變化預估適合的微幅調整量，並據此動態調整校正量θu，確保使用者以光學導航裝置10’書寫整列文字的每一個字體都能端正標準。
綜上所述，本發明的導航軌跡校正方法及其光學導航裝置可以根據不同使用者的身形掌寬計算出適合的導航軌跡校正量，不需刻意調整握筆(光學導航裝置)姿勢，光學導航裝置能依各人習慣校正其繪製的導航軌跡。每一個使用者初次操作光學導航裝置便啟動導航軌跡校正方法，取得個人專屬的校正量數值，並將該數值記憶在光學導航裝置內供後續應用；或者光學導航裝置可在每次被使用時即時取得當下的校正量數值。經導航軌跡校正方法算出校正量後，可由光學導航裝置自動執行導航軌跡調整，也可讓使用者自行選擇所需的導航軌跡校正角度，或是根據光學導航裝置所搭配應用程式的需求進行導航軌跡調整。本發明的光學導航裝置具有自適應性導航軌跡調整功能，相較先前技術無疑可提供更佳的市場競爭力。   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、10’‧‧‧光學導航裝置
12‧‧‧導航晶片
14‧‧‧控制單元
16‧‧‧旋轉機構
18‧‧‧角度感測器
60‧‧‧光學筆型滑鼠
62‧‧‧螢幕
V‧‧‧參考平面法向量
R‧‧‧校正圓
L1‧‧‧水平參考軸
L2‧‧‧垂直參考軸
t1‧‧‧第一軌跡線段
t2‧‧‧第二軌跡線段
R1‧‧‧第一軌跡線段的長度
R2‧‧‧第二軌跡線段的長度
X1‧‧‧第一軌跡線段在水平參考軸的投影
Y1‧‧‧第一軌跡線段在垂直參考軸的投影
X2‧‧‧第二軌跡線段在水平參考軸的投影
Y2‧‧‧第二軌跡線段在垂直參考軸的投影
θ1‧‧‧第一偏移量
θ2‧‧‧第二偏移量
θu‧‧‧校正量
φ‧‧‧夾角
300、302、304、306、308、310‧‧‧步驟
第1圖為本發明實施例之光學導航裝置之功能方塊圖。 第2圖為本發明實施例之光學導航裝置之操作示意圖。 第3圖為本發明實施例之導航軌跡校正方法之流程圖。 第4圖為本發明實施例之導航軌跡校正圓之示意圖。 第5圖本發明另一實施例之光學導航裝置之功能方塊圖。 第6圖為習知技術之光學筆型滑鼠之使用方式示意圖。
300、302、304、306、308、310‧‧‧步驟

Claims (19)

  1. 一種導航軌跡校正方法，用來將一光學導航裝置產生的一第一軌跡線段轉換為適應使用者操作角度的一第二軌跡線段，該導航軌跡校正方法包含有： 建立一基準座標系； 讀取且分析該第一軌跡線段； 計算該第一軌跡線段相對於該基準座標系之一第一偏移量； 定義該第一軌跡線段和該第二軌跡線段之間的偏移量為一校正量，據此獲取該第二軌跡線段相對該基準座標系之一第二偏移量；以及 根據該第二偏移量與該第一軌跡線段的一長度計算該校正量之數值。
  2. 如請求項1所述之導航軌跡校正方法，另包含有： 利用該校正量轉換該第一軌跡線段以取得該第二軌跡線段；以及 將該第二軌跡線段視為該光學導航裝置輸出的一導航軌跡。
  3. 如請求項1所述之導航軌跡校正方法，其中該光學導航裝置係透過一導航晶片產生該第一軌跡線段，該導航軌跡校正方法另包含有： 依據該校正量轉動該導航晶片；以及 設定該轉動後的導航晶片產生的軌跡線段作為該光學導航裝置輸出的一導航軌跡。
  4. 如請求項1所述之導航軌跡校正方法，另包含有： 利用一角度感測器感測該光學導航裝置之一自旋角度；以及 根據該自旋角度之變化動態調整該校正量。
  5. 如請求項4所述之導航軌跡校正方法，其中根據該自旋角度之變化動態調整該校正量的步驟係選擇性地利用一軌跡線性預測理論調整該校正量。
  6. 如請求項1所述之導航軌跡校正方法，其中讀取且分析該第一軌跡線段的步驟係在該基準座標系上建立一個以該第一軌跡線段為半徑的一校正圓。
  7. 如請求項1所述之導航軌跡校正方法，其中計算該第一軌跡線段相對於該基準座標系之該第一偏移量的步驟係取得該第一軌跡線段在該基準座標系上的投影長度，並利用該投影長度與該第一軌跡線段之該長度計算該第一偏移量。
  8. 如請求項1所述之導航軌跡校正方法，其中根據該第二偏移量與該第一軌跡線段的該長度計算該校正量的步驟包含： 以該第二偏移量定義該第二軌跡線段在該基準座標系的投影長度；以及 利用該些投影長度、該第一軌跡線段及該第二軌跡線段的該些長度及三角形邊長公式計算該校正量。
  9. 如請求項1所述之導航軌跡校正方法，其中該第一偏移量與該校正量之差值為該第二偏移量。
  10. 一種可執行導航軌跡校正的光學導航裝置，能將劃設的一第一軌跡線段轉換為適應使用者操作角度的一第二軌跡線段，該光學導航裝置包含有： 一導航晶片，用來產生該些軌跡線段；以及 一控制單元，電連接該導航晶片以取得該些軌跡線段之資訊，該控制單元利用該導航晶片劃設一基準座標系，分析該第一軌跡線段以計算該第一軌跡線段相對該基準座標系的一第一偏移量，藉由定義該第一軌跡線段和該第二軌跡線段之間的一校正量取得該第二軌跡線段相對該基準座標系之一第二偏移量，並根據該第二偏移量與該第一軌跡線段的一長度計算該校正量。
  11. 如請求項10所述之光學導航裝置，其中該控制單元係一體於該導航晶片、或獨立於該導航晶片而為一控制晶片、或獨立於該導航晶片而為一電腦系統之一運算處理器。
  12. 如請求項10所述之光學導航裝置，其中該控制單元利用該校正量轉換該第一軌跡線段以取得該第二軌跡線段，且將該第二軌跡線段視為該光學導航裝置輸出的一導航軌跡。
  13. 如請求項10所述之光學導航裝置，其另包含： 一旋轉機構，用來承載該導航晶片且電連接於該控制單元，該控制單元透過該旋轉機構以該校正量轉動該導航晶片，且設定該旋轉後的導航晶片產生的軌跡線段作為該光學導航裝置輸出的一導航軌跡。
  14. 如請求項13所述之光學導航裝置，其另包含： 一角度感測器，電連接於該控制單元，該控制單元利用該角度感測器感測該光學導航裝置之一自旋角度，透過該旋轉機構以該自旋角度之變化動態調整該校正量。
  15. 如請求項14所述之光學導航裝置，其中該控制單元選擇性地利用一軌跡線性預測理論調整該校正量。
  16. 如請求項10所述之光學導航裝置，其中該控制單元分析該第一軌跡線段在該基準座標系上建立一個以該第一軌跡線段為半徑的一校正圓。
  17. 如請求項10所述之光學導航裝置，其中該控制單元取得該第一軌跡線段在該基準座標系上的投影長度，利用該投影長度與該第一軌跡線段之該長度計算該第一偏移量。
  18. 如請求項10所述之光學導航裝置，其中該控制單元以該第二偏移量定義該第二軌跡線段在該基準座標系的投影長度，利用該些投影長度、該第一軌跡線段及該第二軌跡線段的該些長度及三角形邊長公式計算該校正量。
  19. 如請求項10所述之光學導航裝置，其中該第一偏移量與該校正量之差值為該第二偏移量。
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