位移檢測裝置制造方法
【專利摘要】一種位移檢測裝置，包含光源、圖像感測器及處理單元。所述光源用于照明工作表面。所述圖像感測器用于獲取所述工作表面的反射光以輸出圖像幀。所述處理單元在所述圖像幀中選擇圖像特征值最大的可設定取樣范圍，并根據所述可設定取樣范圍來計算所述位移檢測裝置的位移量。
【專利說明】位移檢測裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種互動裝置，特別涉及一種可動態(tài)選擇圖像幀中有效像素范圍以計算位移量的位移檢測裝置。
【背景技術】
[0002]已知光學鼠標通常包含光源、圖像感測器以及處理單元，并供使用者在工作表面上操控。所述光源用于照明所述工作表面；所述圖像感測器接收來自所述工作表面的反射光以輸出圖像幀；所述處理單元則根據所述圖像感測器輸出的圖像幀來計算所述光學鼠標相對于所述工作表面的位移量，例如根據圖像巾貞間的相關性(correlation)來計算所述位移量。
[0003]已知光學鼠標中，由于由所述圖像感測器來獲取所述工作表面的反射光，則當所述圖像感測器所獲取的圖像幀的圖像品質不佳時，可能出現(xiàn)無法正確計算所述位移量的情形。
[0004]例如參照圖1所示，一般光學鼠標例如包含光源81，光源81通過透鏡82照明工作表面9，所述工作表面9的反射光通過另一透鏡83被圖像感測器84所接收。光學鼠標在組裝時，所述圖像感測器84可能并非精確地被設置于期望位置，例如當所述圖像感測器84被設置于84'的位置時，所述圖像感測器84獲取所述工作表面9的反射光所形成的圖像幀的圖像品質可能不佳，因而導致誤運算的情形。
[0005]另外，即使所述圖像感測器84正確地被設置于期望位置，當所述光學鼠標被操作于不同的工作表面時，仍然可能出現(xiàn)成像位置偏移的情形。例如參照圖2A所示，其示出光學鼠標操作于玻璃表面的示意圖，此時所述工作表面9的反射光仍然能夠被所述圖像感測器84所接收；然而，當光學鼠標操作于具有較大厚度的另一玻璃表面時，如圖2B所示，所述圖像感測器84則無法正確接收來自所述工作表面9的反射光，圖像品質降低而導致誤運算的情形。
[0006]鑒于此，本發(fā)明還提出一種位移檢測裝置，其可操作于各種表面并可有效克服組裝誤差所導致的圖像品質降低的情形。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種位移檢測裝置，其可克服組裝誤差所導致的計算精確度降低的情形。
[0008]本發(fā)明的另一目的是提供一種位移檢測裝置，其可根據不同的工作表面來調整圖像中貞的可設定取樣范圍(window ofinterest),以增加計算精確度。
[0009]本發(fā)明提供一種位移檢測裝置，包含光源、圖像感測器以及處理單元。所述光源以一投射方向照明工作表面。所述圖像感測器用于獲取所述工作表面的反射光以輸出圖像幀。所述處理單元在所述圖像幀中選擇至少一個可設定取樣范圍，并分別根據兩個所述圖像幀的所述可設定取樣范圍來計算所述位移檢測裝置的位移量。[0010]本發(fā)明還提供一種位移檢測裝置，包含光源、圖像感測陣列、加法單元、模擬/數字單元以及處理單元。所述光源以一投射方向照明工作表面。所述圖像感測陣列用于獲取所述工作表面的反射光以輸出第一模擬圖像幀。所述加法單元將所述第一模擬圖像幀減去直流值以輸出第二模擬圖像幀。所述模擬/數字單元放大所述第二模擬圖像幀并轉換為數字圖像幀。所述處理單元在所述數字圖像幀中選擇至少一個可設定取樣范圍，并根據所述可設定取樣范圍計算所述位移檢測裝置的位移量。本實施方式可用于當圖像幀的圖像特征較不明顯時，用于增加圖像特征值。
[0011]本發(fā)明還提供一種位移檢測裝置，包含光源、圖像感測器及處理單元。所述光源以一投射方向照明工作表面。所述圖像感測器用于獲取所述工作表面的反射光以輸出圖像幀。所述處理單元在所述圖像幀中選擇圖像特征值最大的可設定取樣范圍，并根據所述可設定范圍計算所述位移檢測裝置的位移量。
[0012]本發(fā)明的位移檢測裝置中，通過使用具有較大面積(例如32X 128)的圖像感測陣列以完整接收來自所述工作表面的反射光，其中所述圖像感測陣列優(yōu)選為長方形且其長度優(yōu)選向所述光源投射方向的水平分量的方向延伸。
[0013]本發(fā)明還通過在所述圖像感測器所獲取的圖像幀中選擇至少一個可設定取樣范圍或圖像特征值最大的可設定取樣范圍，以根據圖像特征較明顯的像素范圍來正確計算位移量；其中，所述圖像特征值最大指圖像特征超過預設特征值的像素范圍中，平均圖像特征值最大者，例如平均圖像品質的數值最大或平均圖像亮度最大。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1示出已知光學鼠標的示意圖，其示出圖像感測器的組裝偏差。
[0015]圖2A和2B不出已知光學鼠標操作于不同厚度的玻璃表面的操作不意圖。
[0016]圖3示出本發(fā)明實施方式的位移檢測裝置的示意圖，其示出圖像感測器的組裝偏`差。
[0017]圖4示出本發(fā)明實施方式的位移檢測裝置的操作示意圖。
[0018]圖5A和5B示出本發(fā)明實施方式的位移檢測裝置操作在不同厚度的玻璃表面的操作示意圖。
[0019]圖6示出本發(fā)明實施方式的位移檢測裝置的方塊示意圖。
[0020]附圖標記說明
[0021]I位移檢測裝置11、81光源
[0022]13、13'、13〃圖像感測器 130、130'可設定取樣范圍
[0023]131圖像感測陣列133加法單元
[0024]135模擬/數字單元15處理單元
[0025]16數字/模擬單元17、19光學元件
[0026]S、9工作表面P投射方向
[0027]Px投射方向水平分量Py投射方向垂直分量
[0028]Lx圖像感測陣列長度方向 If圖像幀
[0029]DAC直流值Dx平均亮度
[0030]Ax、Ay亮度特征變化T1、T2玻璃厚度[0031]82、83光學元件V84,84’圖像感測器【具體實施方式】
[0032]為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯，下文將配合附圖作詳細說明。在本發(fā)明的說明中，相同的構件以相同的符號表示，在此先說明。
[0033]參照圖3所示，其示出本發(fā)明實施方式的位移檢測裝置I的示意圖。位移檢測裝置I包含光源11、圖像感測器13及處理單元15 ;有些實施方式中所述位移檢測裝置I還可包含光學元件17 (例如透鏡)，用于調整所述光源11的投射范圍以及光學元件19 (例如透鏡)，用于增加所述圖像感測器13的感光效率。所述位移檢測裝置I用于檢測相對于工作表面S的位移量，并將所述位移量輸出至電子裝置(未示出)以進行相對應控制。必須說明的是，圖3中所述位移檢測裝置I實際上僅包含一個圖像感測器13、13'或13"，此處示出三個圖像感測器用于表示組裝偏差，亦即所述圖像感測器可能位于13、13'或13〃其中一個位置，并非表示所述位移檢測裝置I包含三個圖像感測器。
[0034]所述光源11例如可為發(fā)光二極管或雷射二極管，用于發(fā)出紅外光或不可見光以提供所述圖像感測器13獲取圖像時所需的光。所述光源11以一投射方向P照明所述工作表面S，其中所述投射方向P可分解為平行于所述工作表面S的水平分量Px以及垂直于所述工作表面的垂直分量PY。
[0035]所述圖像感測器13優(yōu)選為CMOS圖像感測器或其他主動式圖像感測器，用于獲取所述工作表面S的反射光以持續(xù)輸出圖像幀If ;其中，所述圖像幀If為數字圖像幀。所述圖像感測器13優(yōu)選包含長方形的圖像感測陣列131 ;所述圖像感測陣列131的長度方向Lx大致向所述投射方向P的水平分量Px的方向延伸，而且所述圖像感測陣列131例如具有像素尺寸32 X 128，但本發(fā)明并不限于此。藉此，如圖所示不論所述圖像感測器13在組裝時被設置于13、13'或13〃的位置，所述圖像感測器13均得以檢測來自所述工作表面S的反射光。可以了解的是，13、13'或13〃的位置偏移量實際上非常小，為了表示的目的圖3中放大了空間比例。
[0036]所述處理單元15例如可以是數字信號處理器(DSP)，用于在所述圖像感測器13輸出的所述圖像幀If中選擇至少一個可設定取樣范圍130，并根據所述可設定取樣范圍130來計算所述位移檢測裝置I的位移量，例如分別根據兩個圖像幀If的可設定取樣范圍130間的相關性(correlation)來計算所述位移量。一種實施方式中，所述至少一個可設定取樣范圍130定義為所述圖像幀If的圖像特征超過預設特征值的一個或多個像素范圍，其中所述圖像特征例如可為圖像品質或圖像亮度。換句話說，本發(fā)明的位移檢測裝置I的處理單元15并非利用所述圖像感測器13所輸出的整個圖像幀If來計算所述位移量而是動態(tài)地利用圖像特征較明顯的像素范圍進行計算。
[0037]參照第4圖所示，當所述圖像幀If中被判定為包含多個可設定取樣范圍時，例如此處包含130及130'，所述處理單元15則在所述圖像感測器13輸出的所述圖像幀If中選擇圖像特征值最大或面積最大的可設定取樣范圍(例如130)，并根據所述可設定取樣范圍130來計算所述位移檢測裝置I的所述位移量而忽略可設定取樣范圍130'。其他實施方式中，所述處理單元15亦可根據不同的可設定取樣范圍來計算所述位移量，例如根據可設定取樣范圍130計算第一位移量并根據可設定取樣范圍130,計算第二位移量，并比較根據不同的可設定取樣范圍計算的所述位移量的一致性，因此在圖像特征值不明顯時(例如在反射系數較低的工作表面S操作時)，可用于重復確認所述位移量是否正確。所述圖像特征值最大指圖像特征超過預設特征值的各像素范圍中，平均圖像特征值最大者，例如平均圖像品質的數值最大或平均圖像亮度最大。
[0038]本發(fā)明實施方式的位移檢測裝置I除了可克服組裝誤差外，還可根據不同工作表面S來調整所述圖像感測器13的可設定取樣范圍130。例如參照圖5A和5B所示，其分別示出所述位移檢測裝置I在具有不同厚度的玻璃表面操作的示意圖。當所述位移檢測裝置I在具有第一厚度T1的工作表面S操作時，所述可設定取樣范圍130例如位于圖中所述圖像感測陣列130最左側，而當所述位移檢測裝置I在具有第二厚度T2的工作表面S操作時，所述可設定取樣范圍130例如朝向圖中所述圖像感測陣列130的右側偏移。如前所述，所述處理單元15則可將所述圖像幀If的圖像特征超過預設特征值的一個或多個像素范圍辨識為所述可設定取樣范圍130，并據以計算所述位移量。
[0039]此外，為了增加選擇所述可設定取樣范圍130的精確度，當所述圖像幀If的所述圖像特征均小于所述預設特征值或輸出每一個圖像幀If時，所述圖像感測器13還執(zhí)行將模擬圖像幀扣除直流值并放大經扣除所述直流值的所述模擬圖像幀的步驟，再經數字化以輸出所述模擬圖像幀IF。
[0040]參照圖6所示，其示出本發(fā)明實施方式的位移檢測裝置I的方塊示意圖；其中，所述圖像感測器13還包含圖像感測陣列131、加法單元133及模擬/數字單元135。此實施方式中，所述光源11同樣以所述投射方向P照明所述工作表面S。所述圖像感測陣列131用于獲取所述工作表面S的反射光以輸出第一模擬圖像巾貞；所述第一模擬圖像巾貞例如為二維模擬圖像，其中圖6 (A)例如示出所述第一模擬圖像幀的一列像素的亮度值(Dx+Ax)，Dx表示平均亮度而Ax表示亮度特征變化值。所述加法單元133 (亦可利用減法器實現(xiàn))將所述第一模擬圖像幀減去直流值DAC以輸出第二模擬圖像幀，其中圖6 (B)例如示出所述第二模擬圖像幀的一列像素的亮度值(Dx-DAC) +Ax ；所述亮度值(Dx+Ax )扣除所述直流值DAC的目的在于避免在后續(xù)放大及數字化步驟中有亮度值過大的情形。所述模擬/數字單元135放大所述第二模擬圖像幀并將其轉換為數字圖像幀以輸出至所述處理單元15，其中圖6 (C)例如示出所述數字圖像幀的一列像素的亮度值(Dx-DAC)+Ay，Ay表示一亮度特征變化值；可明顯看出亮度特征的峰對峰值有效地增加了。本實施方式中，所述模擬/數字單元135例如可為線性或非線性模擬/數字轉換器，或者所述模擬/數字單元135內部還可包含放大單元，先放大所述第二模擬圖像幀后，再進行模擬/數字轉換。藉此，所述圖像感測陣列131所感測的第一模擬圖像幀經所述加法器133及所述數字/模擬單元135處理后則能增加數字圖像幀的圖像特征值，以增加選擇可設定取樣范圍的正確性。
[0041]此外，本實施方式中，所述直流值DAC例如為所述第二模擬圖像幀的平均亮度或偏移量，其可由所述處理單元15根據所述數字圖像幀決定，并經過數字/模擬單元16將所述平均亮度或所述偏移量轉換為模擬信號后輸入至所述加法單元133。
[0042]此外，在實際操作期間，所述處理單元15將可在適當時機確認所選擇的可設定取樣范圍130是否恰當。例如，所述處理單元15每隔預設時間間隔，則計算已選定的所述可設定取樣范圍130的圖像特征值，當所述可設定取樣范圍130的圖像特征值小于預設特征值時，則重新選擇至少一個可設定取樣范圍130或圖像特征值最大的可設定取樣范圍130 ；或者，所述處理單元15每隔預設時間間隔，直接重新選擇至少一個可設定取樣范圍130或圖像特征值最大的可設定取樣范圍130。此外，所述可設定取樣范圍130例如可在每次系統(tǒng)開機時或結束休眠狀態(tài)時即進行選取，或者可根據使用者的指示進行選取。
[0043]綜上所述，已知光學鼠標無法排除組裝誤差且在不同工作表面操作時可能出現(xiàn)無法正確接收來自工作表面反射光而導致誤操作的情形。本發(fā)明還提出一種位移檢測裝置(圖3到5)，其通過使用面積較大的圖像感測陣列并選擇可設定取樣范圍，由于僅使用部分圖像特征較明顯的像素范圍進行計算，因而可有效克服組裝誤差并可適用于不同的工作表面。
[0044]雖然本發(fā)明已以前述實施方式公開，然其并非用于限定本發(fā)明，任何本發(fā)明所屬【技術領域】中的技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，可作各種變動與修改。因此本發(fā)明的保護范圍應以所附的權利要求書所限定的為準。
【權利要求】
1.一種位移檢測裝置，該位移檢測裝置包含: 光源，用于以一投射方向照明工作表面； 圖像感測器，用于獲取所述工作表面的反射光以輸出圖像幀；以及處理單元，在所述圖像幀中選擇至少一個可設定取樣范圍，并分別根據兩個所述圖像幀的所述可設定取樣范圍來計算所述位移檢測裝置的位移量。
2.根據權利要求1所述的位移檢測裝置，其中至少一個所述可設定取樣范圍為所述圖像幀的圖像特征超過預設特征值的像素范圍。
3.根據權利要求2所述的位移檢測裝置，其中所述圖像特征為圖像品質或圖像亮度。
4.根據權利要求2所述的位移檢測裝置，其中當所述圖像幀的所述圖像特征均小于所述預設特征值時，所述圖像感測器還執(zhí)行將模擬圖像幀扣除直流值并將經扣除所述直流值的所述模擬圖像幀進行放大的步驟，再輸出所述圖像幀。
5.根據權利要求1所述的位移檢測裝置，其中所述圖像感測器包含長方形的圖像感測陣列，所述圖像感測陣列的長度方向向所述投射方向的水平分量的方向延伸。
6.根據權利要求1所述的位移檢測裝置，其中所述處理單元還對根據不同的所述可設定取樣范圍計算的所述位移量的一致性進行比較。
7.一種位移檢測裝置，該位移檢測裝置包含: 光源，用于以一投射方向照明工作表面； 圖像感測陣列，用于獲取所述工作表面的反射光以輸出第一模擬圖像幀； 加法單元，將所述第一模擬圖像幀減去直流值以輸出第二模擬圖像幀； 模擬/數字單元，放大所述第二模擬圖像幀并將所述第二模擬圖像幀轉換為數字圖像幀；以及 處理單元，在所述數字圖像幀中選擇至少一個可設定取樣范圍，并根據所述可設定取樣范圍來計算所述位移檢測裝置的位移量。
8.根據權利要求7所述的位移檢測裝置，其中所述直流值為所述第二模擬圖像幀的平均亮度或偏移量。
9.根據權利要求7所述的位移檢測裝置，其中所述可設定取樣范圍為所述數字圖像幀的圖像特征超過預設特征值的像素范圍。
10.根據權利要求9所述的位移檢測裝置，其中所述圖像特征為圖像品質或圖像亮度。
11.根據權利要求7所述的位移檢測裝置，其中所述圖像感測陣列為長方形，所述圖像感測陣列的長度方向向所述投射方向的水平分量的方向延伸。
12.根據權利要求7所述的位移檢測裝置，其中所述圖像感測陣列的尺寸為32X128。
13.根據權利要求7所述的位移檢測裝置，其中所述處理單元還對根據不同所述可設定取樣范圍計算的所述位移量的一致性進行比較。
14.一種位移檢測裝置，該位移檢測裝置包含: 光源，用于以一投射方向照明工作表面； 圖像感測器，用于獲取所述工作表面的反射光以輸出圖像幀；以及處理單元，在所述圖像幀中選擇圖像特征值最大的可設定取樣范圍，并根據所述可設定取樣范圍來計算所述位移檢測裝置的位移量。
15.根據權利要求14所述的位移檢測裝置，其中所述圖像特征值為圖像品質或圖像亮度。
16.根據權利要求14所述的位移檢測裝置，其中所述圖像感測器包含長方形的圖像感測陣列，所述圖像感測陣列的長度方向向所述投射方向的水平分量的方向延伸。
17.根據權利要求14所述的位移檢測裝置，其中所述處理單元每隔預設時間間隔，則計算所述可設定取樣范圍的所述圖像特征值。
18.根據權利要求17所述的位移檢測裝置，其中當所述可設定取樣范圍的所述圖像特征值小于預設特征值時，重新選擇圖像特征值最大的可設定取樣范圍。
19.根據權利要求14所述的位移檢測裝置，其中所述處理單元每隔預設時間間隔，重新選擇圖像特征值最大的可設定取樣范圍。
20.根據權利要求14所述的位移檢測裝置，其中當所述圖像幀的所述圖像特征值均小于預設特征值時，所述圖像感測器還執(zhí)行將模擬圖像幀扣除直流值并將經扣除所述直流值的所述模擬圖像幀進行放大的步驟，`再輸出所述圖像幀。
【文檔編號】G06F3/0354GK103513791SQ201210211992
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月21日 優(yōu)先權日:2012年6月21日
【發(fā)明者】高銘璨, 古人豪, 黃昱豪 申請人:原相科技股份有限公司