光學導航方法以及相關裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光學導航方法，包含：依序取得多個感測影像，其中包括第一、第二與第三感測影像；在該第一感測影像中選取一主參考區(qū)塊；以該主參考區(qū)塊與該第二感測影像進行區(qū)塊匹配比對，以決定一第一移動向量；根據(jù)該第一移動向量，限縮該主參考區(qū)塊以產(chǎn)生一副參考區(qū)塊，其中該副參考區(qū)塊的尺寸小于該主參考區(qū)塊；以及以該副參考區(qū)塊與該第三感測影像進行區(qū)塊匹配比對，以決定一第二移動向量。本發(fā)明還提供一種使用該光學導航方法的光學導航裝置。
【專利說明】光學導航方法以及相關裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學導航方法，特別是一種根據(jù)移動向量而調(diào)整匹配區(qū)塊范圍大小、以提升整體運算效率的光學導航方法，以及使用此方法的裝置。
【背景技術】
[0002]光學導航方法是比對前后感測影像的差異以進行位移計算的方法，比對影像差異的常用方法包括區(qū)塊匹配(Block matching)等方法，因針對全影像進行比對會造成計算量過大，故在感測影像中決定一小于全影像范圍的參考區(qū)塊(reference block)，并將該參考區(qū)塊與次一感測影像中的所有可能位置相比對(稱為全搜尋，fully search)，計算每個位置的相關值誤差(correlation error),來找到次一感測影像中最符合該參考區(qū)塊的匹配區(qū)塊，進而比對匹配區(qū)塊與參考區(qū)塊的坐標差異以計算出影像中特征的移動量。由上可知，區(qū)塊范圍的大小會影響到相關值誤差的計算；當區(qū)塊范圍越大，相關值誤差計算的精確度越高，但計算量也隨之提高；相對的，當區(qū)塊范圍越小，相關值誤差計算的精確度越低，但計算量也隨之降低。
[0003]參照圖1,其中顯示此現(xiàn)有技術的區(qū)塊匹配(Block matching)的步驟。感測影像
11、12為前后依序擷取的兩影像，在感測影像11中決定一參考區(qū)塊111，舉例而言，假設感測影像11的范圍為6x6，而選取的是4x4的參考區(qū)塊。在感測影像12中，將4x4的參考區(qū)塊與所有可能的位置做比對，亦即參考區(qū)塊111的左上角(在感測影像11中以黑點標示)，在感測影像12中有九種可能的位置(在感測影像12中以白圈標示)。對這九種可能的位置進行相關值誤差的計算，亦即進行區(qū)塊匹配比對，可以找到與參考區(qū)塊111最匹配的匹配區(qū)塊121，其相關值誤差最低。相關值誤差的計算有各種方法，例如但不限于可計算區(qū)塊平均值、特征面積、相鄰像素差值等，在此不贅述。決定匹配區(qū)塊121后，比較參考區(qū)塊111與匹配區(qū)塊121的坐標差異，通過此可計算出位移，根據(jù)圖式中的坐標方向X、Y可標示為(X位移量，Y位移量)=(-1，I)。原參考區(qū)塊111于感測影像12中已移至參考區(qū)塊123的新位置，故在感測影像12中決定一新參考區(qū)塊124，繼續(xù)重復前述的步驟，與再次一個感測影像進行比對以計算出位移。
[0004]上述現(xiàn)有技術中，參考區(qū)塊的范圍大小是固定的，因此在運算效率和精確度方面不能兼顧。此外，參考區(qū)塊必須頻繁更新，造成計算量上的負擔。本發(fā)明即針對上述現(xiàn)有技術的缺點，提出一種光學導航方法，其根據(jù)前后的感測影像計算移動向量，并根據(jù)移動向量以調(diào)整參考區(qū)塊范圍大小，此外更可根據(jù)移動向量調(diào)整感測影像中的區(qū)塊匹配比對范圍，以提升比對效率及提升整體運算效率，且可兼顧匹配比對的準確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足與缺陷，提出一種光學導航方法，其根據(jù)前后的感測影像計算移動向量，并根據(jù)移動向量以調(diào)整參考區(qū)塊范圍大小，此外更可根據(jù)移動向量調(diào)整感測影像中的區(qū)塊匹配比對范圍，以提升比對效率及提升整體運算效率，且可兼顧匹配比對的準確性。
[0006]為達上述目的，就其中一個觀點言，本發(fā)明提供一種光學導航方法，包含:依序取得多個感測影像，其中包括第一、第二與第三感測影像；根據(jù)一預設取樣范圍，在該第一感測影像中選取一主參考區(qū)塊；以該主參考區(qū)塊與該第二感測影像進行區(qū)塊匹配比對，以決定一第一移動向量；根據(jù)該第一移動向量，限縮該主參考區(qū)塊以產(chǎn)生一副參考區(qū)塊，其中該副參考區(qū)塊的尺寸小于該主參考區(qū)塊；以及以該副參考區(qū)塊與該第三感測影像進行區(qū)塊匹配比對，以決定一第二移動向量。
[0007]在本發(fā)明的其中一種實施方式中，可持續(xù)根據(jù)最新的移動向量更新該副參考區(qū)塊。較佳地，宜使更新后的副參考區(qū)塊尺寸不低于一下限。
[0008]在本發(fā)明的其中一種實施方式中，產(chǎn)生或更新該副參考區(qū)塊的步驟包含:根據(jù)第一、第二或當時最新的移動向量的水平及/或垂直分量，自移動指向方向的側邊，往反方向限縮該主參考區(qū)塊而產(chǎn)生該副參考區(qū)塊。
[0009]在本發(fā)明的其中一種實施方式中，可更包含:根據(jù)第一、第二或當時最新的移動向量，限縮該副參考區(qū)塊在感測影像中的區(qū)塊匹配比對范圍。
[0010]在本發(fā)明的其中一種實施方式中，該限縮副參考區(qū)塊在感測影像中的區(qū)塊匹配比對范圍的步驟包含:根據(jù)該第一、第二或當時最新的移動向量的水平或垂直分量，由移動指向方向的反方向側邊，往內(nèi)限縮。
[0011]在本發(fā)明的其中一種實施方式中，可更包含:持續(xù)根據(jù)最新的移動向量更新該副參考區(qū)塊，以及當該副參考區(qū)塊的特征不足時，進行以下步驟之一:
[0012]根據(jù)當時最新的感測影像，根據(jù)該預設取樣范圍重新選取主參考區(qū)塊；
[0013]根據(jù)當時最新的感測影像，并根據(jù)最新的移動向量的水平或垂直分量反向調(diào)整位置，而重新選取主參考區(qū)塊；或
[0014]根據(jù)當時最新的感測影像，并根據(jù)最新的移動向量的水平或垂直分量，由移動指向方向的反方向側邊往內(nèi)限縮，而重新選取副參考區(qū)塊。
[0015]在本發(fā)明的其中一種實施方式中，可更包含:持續(xù)根據(jù)最新的移動向量更新該副參考區(qū)塊，以及在以下條件之一或更多符合時，根據(jù)當時最新的感測影像重新選取主參考區(qū)塊或副參考區(qū)塊:
[0016]當根據(jù)最新的移動向量更新該副參考區(qū)塊會使更新后的副參考區(qū)塊尺寸低于一預設尺寸臨界值時；
[0017]當副參考區(qū)塊中的特征值低于一預設特征臨界值時，其中該副參考區(qū)塊的特征值根據(jù)預先定義的計算方式計算；
[0018]當以當時最新的副參考區(qū)塊，在當時最新的感測影像中，有兩個以上可能的匹配位置時；及/或
[0019]自選取主參考區(qū)塊之后、到取得當時最新的感測影像，所經(jīng)過的時間超過一預設的臨界時間。
[0020]在本發(fā)明的其中一種實施方式中，可根據(jù)最新的多個移動向量判斷是否能確認一移動趨勢，且于能確認該移動趨勢時，才根據(jù)移動趨勢重新選取主參考區(qū)塊或副參考區(qū)塊。其中該判斷是否能確認一移動趨勢的步驟可包含:判斷在一方向上的移動時間或次數(shù)是否大于一臨界值、或是移動平均值是否大于一平均值臨界值。[0021]為達上述目的，根據(jù)另一觀點，本發(fā)明又提供一利用上述方法以進行光學導航的裝置，包含:一影像擷取單元，用以擷取多個感測影像并轉換為電子訊號，其中該多個感測影像包括第一、第二與第三感測影像；一移動向量計算單元，接收影像擷取單元輸出的電子訊號，根據(jù)上述光學導航方法計算移動向量并予以輸出；以及一記憶單元，用以儲存該主參考區(qū)塊及/或該副參考區(qū)塊。
[0022]下面通過具體實施例詳加說明，當更容易了解本發(fā)明的目的、技術內(nèi)容、特點及其所達成的功效。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1顯示現(xiàn)有技術的光學導航方法；[0024]圖2A~2M顯示本發(fā)明的光學導航方法的其中一種實施例；
[0025]圖3A~3E顯示本發(fā)明的光學導航方法的另一種實施例；
[0026]圖4顯示本發(fā)明的光學導航裝置的其中一種實施例。
[0027]圖中符號說明
[0028]11、12、21、22、23、24、25 感測影像
[0029]111、211、214主參考區(qū)塊
[0030]212、213、215副參考區(qū)塊
[0031]220、230、240、250匹配區(qū)塊
[0032]41影像擷取單元
[0033]42移動向量計算單元
[0034]43記憶單元
【具體實施方式】
[0035]有關本發(fā)明的前述及其它技術內(nèi)容、特點與功效，在以下配合參考圖式的較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。以下實施例中所提到的方向用語，例如:上、下、左、右、前或后等，僅是參考附加圖式的方向。本發(fā)明中的圖式均屬示意，主要意在表示各裝置以及各組件之間的功能作用關系，至于形狀、厚度與寬度則并未依照比例繪制。
[0036]參照圖2A、2B、2C，其中為本發(fā)明所提供的光學導航方法的一實施例示意圖。其中，圖2A、2B中感測影像21、22為前后依序擷取的兩影像，在感測影像21中根據(jù)一預設取樣范圍決定一主參考區(qū)塊211，并在感測影像22中利用相關值誤差的計算以找到與主參考區(qū)塊211匹配的匹配區(qū)塊220。相關值誤差的計算可采用任何已知方法，在此不贅述。決定匹配區(qū)塊220后，比較主參考區(qū)塊211與匹配區(qū)塊220的坐標差異，即可得移動向量(X位移量，Y位移量)= (-1, I) O
[0037]本發(fā)明的其中一個特點在于:根據(jù)移動向量而調(diào)整參考區(qū)塊的大小。參考圖2C，此為接續(xù)圖2B的步驟。當移動向量為(_1，1)時，便將感測影像21中原始決定的主參考區(qū)塊211，根據(jù)所計算出的移動向量，向反方向限縮以產(chǎn)生一副參考區(qū)塊212。根據(jù)本實施例，其方法為:根據(jù)該次移動向量的水平移動分量，自移動指向方向的側邊，往反方向限縮主參考區(qū)塊211的水平范圍，以及根據(jù)該次移動向量的垂直移動分量，自移動指向方向的側邊，往反方向限縮主參考區(qū)塊211的垂直范圍。以移動向量為(_1，1)為例，因計算出的水平移動分量(X位移量)為-1，因此如圖2C所示，自左方(移動指向方向)的側邊往右方縮減一單位；以及，因計算出的垂直移動分量(Y位移量)為+1，因此如圖2C所示，自上方(移動指向方向)的側邊往下方縮減一單位，依此方式限縮主參考區(qū)塊211以更新為副參考區(qū)塊212。其中，副參考區(qū)塊212為根據(jù)主參考區(qū)塊211所產(chǎn)生，而非從感測影像22中重新選取參考區(qū)塊，因此并不如現(xiàn)有技術一般需要重新讀取影像、重新選取參考區(qū)塊及暫存參考區(qū)塊，運算量遠較現(xiàn)有技術為低。
[0038]參考圖2D，由于副參考區(qū)塊212的尺寸縮減為3x3，因此，如果進行全搜尋，則有十六種可能的位置需要比對(副參考區(qū)塊212左上角的黑點在感測影像中有白圈標示的十六種可能)。根據(jù)本發(fā)明的其中一種實施例，可以針對這所有十六種可能的位置進行全搜尋，而在本發(fā)明的另一種實施例中，則可以縮減搜尋的范圍，后面這種實施例容后詳述。
[0039]參考圖2E，其中感測影像23為接續(xù)感測影像22所擷取的感測影像。在感測影像23中利用相關值誤差計算，找到與副參考區(qū)塊212匹配的匹配區(qū)塊230。決定匹配區(qū)塊230后，如圖2F所示，比較參考區(qū)塊212與匹配區(qū)塊230的坐標差異，即可得移動向量(X位移量，Y位移量)=(_2，2)。
[0040]參照圖2G，在本實施例中，可再根據(jù)該次移動向量(-2，2)來限縮主參考區(qū)塊211，而得到更新的副參考區(qū)塊213。副參考區(qū)塊213可視為自主參考區(qū)塊211由左方和上方各縮減兩單位，或是可視為自副參考區(qū)塊212由左方和上方各縮減一單位(如圖2H所示)。自主參考區(qū)塊211來得到更新后的副參考區(qū)塊213、或是自副參考區(qū)塊212來得到更新后的副參考區(qū)塊213，概念與結果相同，可視為等效，但運算上會略有不同，實施的方式可視需要任意決定。
[0041]參照圖21，其中感測影像24為接續(xù)感測影像23所擷取的感測影像。在感測影像24中利用相關值誤差計算，找到與副參考區(qū)塊213匹配的匹配區(qū)塊240。決定匹配區(qū)塊240后，比較參考區(qū)塊213與匹配區(qū)塊240的坐標差異，即可得移動向量(X位移量，Y位移量)=(_3，3)。在本發(fā)明的其中一個實施例中，還可根據(jù)移動向量(_3，3)來繼續(xù)更新副參考區(qū)塊。
[0042]在本發(fā)明的另一個實施例中，副參考區(qū)塊的尺寸可設定一下限，舉例而言為2x2，當?shù)竭_此下限時，即不再根據(jù)移動向量來限縮副參考區(qū)塊的尺寸(但可能會根據(jù)移動向量來增長副參考區(qū)塊的尺寸，容后說明)。亦即，在此實施例中，即使移動向量為(_3，3)或更多，但副參考區(qū)塊的尺寸仍保持為2x2。
[0043]當參考區(qū)塊的尺寸不斷縮小時，可能導致參考區(qū)塊內(nèi)的特征不足而難以正確判斷匹配區(qū)塊，使得精確度下降。所謂的特征有各種定義方式，例如但不限于是亮度大于某一參考位準的像素集合、與相鄰像素差值大于某一參考位準的像素集合、等等。根據(jù)本發(fā)明，當參考區(qū)塊內(nèi)的特征不足時，即可以重新選取主參考區(qū)塊。重新選取主參考區(qū)塊的時機，例如但不限于可根據(jù)副參考區(qū)塊的尺寸來決定、或是根據(jù)參考區(qū)塊內(nèi)的特征值來決定、或是可在無法確定找到匹配區(qū)塊時，即重新選取主參考區(qū)塊。此外，當某參考區(qū)塊的使用時間超過一定時間時，亦宜重新選取主參考區(qū)塊。以上各種決定重新選取主參考區(qū)塊時機的方式，不限于只使用其中一種，亦可多種搭配使用。
[0044]舉例而言，假設是根據(jù)副參考區(qū)塊的尺寸來決定重新選取主參考區(qū)塊的時機，則可設定一臨界尺寸，例如但不限于可與前述下限相同，在本實施例中為2x2。當根據(jù)移動向量限縮副參考區(qū)塊的尺寸，會使其低于臨界值時，即可重新選取主參考區(qū)塊。參照圖21，該次移動向量為(_3，3)，如不考慮下限，則應自主參考區(qū)塊211由左方和上方各縮減三單位，但這將使所得的副參考區(qū)塊尺寸小于臨界值，因此，參照圖2J，此時就可自感測影像24中，重新根據(jù)預設取樣范圍選取主參考區(qū)塊214。
[0045]再舉例而言，假設是根據(jù)參考區(qū)塊內(nèi)的特征值來決定重新選取主參考區(qū)塊的時機，則可根據(jù)特征的定義方式來設定特征值的計算方式，例如但不限于是亮度總值、亮度平均值、亮度大于某一參考位準的像素個數(shù)、與相鄰像素差值大于某一參考位準的像素個數(shù)、等等，并設定特征值的臨界值。當副參考區(qū)塊中的特征值低于臨界值時，即可重新選取主參考區(qū)塊。參照圖2H，假設副參考區(qū)塊213中的特征值不足，則參照圖2J，此時就可自次一感測影像24中，重新根據(jù)預設取樣范圍選取主參考區(qū)塊214。
[0046]再舉例而言，假設是在無法確定找到匹配區(qū)塊時，重新選取主參考區(qū)塊，則可設定“確定”找到匹配區(qū)塊的條件，例如但不限于可為一差異臨界值。舉例而言，針對一副參考區(qū)塊，在一感測影像中計算所有可能位置的相關值誤差，其中相關值誤差最低者和相關值誤差次低者，兩者之間的差異不超過該差異臨界值，這表示有兩個位置都可能是匹配區(qū)塊，因此不能“確定”找到匹配區(qū)塊，則參照圖2J，此時就可自感測影像24中，重新根據(jù)預設取樣范圍選取主參考區(qū)塊214。以上僅是舉例，總之，不論所使用的計算方法為何，當有兩個以上的可能匹配位置而無法確定匹配區(qū)塊為何時，即可重新選取主參考區(qū)塊。
[0047]再舉例而言，假設自選取主參考區(qū)塊211之后、到取得感測影像24，所經(jīng)過的時間超過了預設的臨界時間，則參照圖2J，此時亦可自感測影像24中，重新根據(jù)預設取樣范圍選取主參考區(qū)塊214。
[0048]此外，在需要重新進行選取時，亦可不根據(jù)預設取樣范圍選取主參考區(qū)塊214，而是根據(jù)當時的移動趨勢，選擇不同位置或尺寸的參考區(qū)塊、或是雖仍然選取主參考區(qū)塊214，但進行比對時，不以主參考區(qū)塊214來比對，而是直接以限縮后的副參考區(qū)塊來比對，舉例說明如下。
[0049]在第一種實施例中，例如可根據(jù)最后一個單位時間內(nèi)的移動向量、或是根據(jù)先前一段時間內(nèi)的平均移動向量，來反方向選取主參考區(qū)塊。例如假設自圖2E到圖21的移動向量為(-1，I)，則可反方向移動(1，_1)來選取同樣尺寸但位置不同的主參考區(qū)塊214’，如圖2J所示。又例如，自圖2A到圖21的平均移動向量為(-1，I)，故如果根據(jù)平均移動向量來反方向選取主參考區(qū)塊，也會選取主參考區(qū)塊214’。若是平均移動向量不為整數(shù)，則可用任何方式取整數(shù)(四舍五入、無條件進位/舍去等)，凡本發(fā)明中有關取平均值的部分都可依此原則處理。
[0050]在第二種實施例中，例如可根據(jù)最后一個單位時間內(nèi)的移動向量、或是根據(jù)先前一段時間內(nèi)的平均移動向量，來縮小范圍而產(chǎn)生副參考區(qū)塊，例如假設自圖2E到圖21的移動向量為(-1，I)，則可以直接取副參考區(qū)塊214”，如圖2J所示。自圖2A到圖21的平均移動向量為(-1，I)，故如根據(jù)平均移動向量來選取，也會取主參考區(qū)塊214”。在這第二種實施例中，可以省略或不省略取主參考區(qū)塊214的步驟，亦即，可以直接選取主參考區(qū)塊214”而不運算主參考區(qū)塊214，或是仍然運算并儲存主參考區(qū)塊214。
[0051]以上根據(jù)當時的移動趨勢來改變參考區(qū)塊的選取位置或尺寸，原因是:若已知移動趨勢，則往反方向取參考區(qū)塊，所取的參考區(qū)塊較不會很快地過時失效而需要頻繁地更新。不過，由于影像擷取時可能有噪聲而造成誤判移動趨勢，故如果需要對移動趨勢做更精準的判斷，可以設一個判斷機制來確認移動趨勢，以決定是否要改變參考區(qū)塊的選取位置或尺寸。若不符合此判斷機制，則仍以原始設定的位置和尺寸來選取主參考區(qū)塊；若符合此判斷機制，才改變參考區(qū)塊的選取位置或尺寸。
[0052]確認移動趨勢的判斷機制舉例而言可為:設定一時間或次數(shù)臨界值，而移動向量(或其任何一維的分量)維持同方向的移動，必須超過此時間或次數(shù)臨界值，才改變參考區(qū)塊的選取位置或尺寸。例如假設臨界值為2單位時間或2次，則自圖2A到圖21，負X方向的移動持續(xù)了 3個單位時間(或是，如每單位時間計數(shù)一次的話為3次)，因此判斷:確實有往負X方向的移動趨勢，故在X方向上根據(jù)此移動趨勢改變參考區(qū)塊的選取位置或尺寸。Y方向上亦可做類似的判斷。當然，以上僅是舉例，除數(shù)字可以改變外，設定時間或次數(shù)臨界值也僅是其中一種方式，亦可根據(jù)其它參數(shù)如移動向量平均值是否大于一平均值臨界值等來確認移動趨勢。
[0053]參照圖2K說明另一情況，假設在圖2E之后，所取得的影像并非圖2J的感測影像
24、而是圖2K的感測影像25。又，根據(jù)先前所述的原則，因為根據(jù)圖2E的感測影像23計算得到的移動向量為(_2，2)，因此參考區(qū)塊已更新為圖2H的副參考區(qū)塊213。如圖2K所示，此時根據(jù)副參考區(qū)塊213，在感測影像25中利用相關值誤差計算，找到與副參考區(qū)塊213匹配的匹配區(qū)塊250。決定匹配區(qū)塊250后，比較參考區(qū)塊213與匹配區(qū)塊250的坐標差異，即可得移動向量(X位移量，Y位移量)=(_2，I)。
[0054]參照圖2L，根據(jù)該次移動向量限縮主參考區(qū)塊211，可得到更新后的副參考區(qū)塊215。副參考區(qū)塊215可視為自主參考區(qū)塊211由左方縮減兩單位、由上方縮減一單位，或是如圖2M所示，可視為自副參考區(qū)塊213，由移動指向方向的反方向側邊，增加一單位；因為自圖2E到圖2K，移動向量為(0，-1)，移動指向方向為往下，因此自上方(移動指向方向的反方向)的側邊，增加一單位。自主參考區(qū)塊211來得到更新后的副參考區(qū)塊215、或是自副參考區(qū)塊213來得到更新后的副參考區(qū)塊215，概念與結果相同，可視為等效，但運算上會略有不同，實施的方式可視需要任意決定。
[0055]以上敘述中，主參考區(qū)塊的尺寸乃是根據(jù)預設取樣范圍來決定。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，預設取樣范圍可根據(jù)精確度與運算效率的需求來決定其尺寸。當進行區(qū)塊匹配計算(相關值誤差計算)時，計算效率主要決定于兩因素:區(qū)塊大小與匹配計算次數(shù)。當區(qū)塊較大時，區(qū)塊內(nèi)相關值誤差所耗運算時間較長，但須匹配運算的區(qū)塊數(shù)量較少，而區(qū)塊較小時，區(qū)塊內(nèi)相關值誤差所耗運算時間較短，但須匹配運算的區(qū)塊數(shù)量較多。故在此兩因素交互影響中，會有一較佳區(qū)塊大小的范圍，其精確度與總體運算時間可達較佳的平衡，即可據(jù)此決定預設取樣范圍的尺寸。然而，此選擇也可能受其它因素影響，例如光學特性等來決定此預設取樣范圍，故以上決定預設取樣范圍尺寸的方式僅為舉例而非限制。
[0056]如前所述，當參考區(qū)塊的尺寸減小時，如進行全搜尋，則匹配計算的次數(shù)會增加。因此，根據(jù)本發(fā)明的其中一種實施例，當參考區(qū)塊的尺寸減小時，可相對應地減少搜尋的范圍，以減少匹配計算的次數(shù)。
[0057]參照圖2A-2C，假設前后分別取得感測影像21、22，在感測影像21中根據(jù)一預設取樣范圍決定了主參考區(qū)塊211，并在感測影像22中進行區(qū)塊匹配計算(相關值誤差計算)而找到與主參考區(qū)塊211匹配的匹配區(qū)塊220，因此得到移動向量(-1，I)，并依此限縮主參考區(qū)塊211而得到副參考區(qū)塊212。請對照圖2D與圖3A，在先前的實施例中，是以副參考區(qū)塊212在次一感測影像中進行全搜尋，因此如圖2D所示有十六種可能。但在本實施例中，則根據(jù)前一時間點的移動向量，自移動指向方向的反方向側邊，往內(nèi)縮減感測影像中的區(qū)塊匹配比對范圍。詳言之，如圖3A所示，因前一時間點計算得到的移動向量為(-1，1)，移動指向方向為往左及往上，因此在水平方向上，自移動指向方向(往左)的反方向側邊(右邊)，往內(nèi)縮小感測影像一個單位而不進行區(qū)塊匹配比對，又在垂直方向上，自移動指向方向(往上)的反方向側邊(下邊)，往內(nèi)縮小感測影像一個單位而不進行區(qū)塊匹配比對。不進行區(qū)塊匹配比對的范圍如圖3A中黑影部分所示。如此，以副參考區(qū)塊212在次一感測影像中進行區(qū)塊匹配比對時，不必進行全搜尋，而僅需進行如圖3A所示的九個可能位置的比對。在比對過程中，仍可找到匹配區(qū)塊230，如圖3B所示。
[0058]類似地，請參照圖2F與圖2G，當移動向量為(_2，2)時，參考區(qū)塊更新為副參考區(qū)塊213，因此如圖3C所示，進行區(qū)塊匹配比對時，自右方與下方縮小感測影像各兩個單位。如此，需要比對的位置僅為九個。
[0059]參照圖3D，假設次一時間取得的為感測影像25，則在圖3C所示的九個比對位置中，仍可找到匹配區(qū)塊250。
[0060]參照圖3E，由于根據(jù)圖3D計算得到的移動向量為(_2，I)，因此，下次進行區(qū)塊匹配比對時，改為自右方縮小感測影像兩個單位、自下方縮小感測影像一個單位。所需比對的位置仍然僅為九個。
[0061]以上所述縮小區(qū)塊匹配比對范圍的方法，可減少匹配計算的次數(shù)，降低總體的運
算量而提升效率。
[0062]需說明的是，除了根據(jù)前一時間計算所得的移動向量來調(diào)整比對范圍之外，也可以使用前幾次的移動向量平均值來調(diào)整比對范圍。又，與重新選取參考區(qū)塊相似，由于影像擷取時可能有噪聲而造成誤判移動趨勢，故調(diào)整比對范圍時，也可以在確認移動趨勢之后才調(diào)整比對范圍。確認移動趨勢的方式舉例而言可采取前述的判斷機制，判斷在一方向上的移動時間或次數(shù)是否大于一臨界值、或是移動平均值是否大于一平均值臨界值，如是，才調(diào)整比對范圍。
[0063]參照圖4，顯示本發(fā)明的光學導航裝置的一個實施例。光學導航裝置包含影像擷取單元41、移動向量計算單元42、記憶單元43。影像擷取單元41擷取光學影像并轉換為電子訊號。移動向量計算單元42接收影像擷取單元41輸出的電子訊號，根據(jù)前述光學導航方法，計算移動向量并予以輸出。在計算的過程中，可將主參考區(qū)塊及/或副參考區(qū)塊等需要暫存的數(shù)據(jù)，儲存在記憶單元43之中。其中，影像擷取單元41例如但不限于可為影像傳感器，移動向量計算單元42例如但不限于可為處理器，記憶單元43例如但不限于可為緩沖存儲器。
[0064]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相較，因為參考區(qū)塊的尺寸和感測影像中區(qū)塊匹配比對的范圍都可以適應性地改變，因此運算量較低，且不需要頻繁地重新選取主參考區(qū)塊，故計算效率較佳，且對記憶單元43的存取次數(shù)也較少。
[0065]以上已針對較佳實施例來說明本發(fā)明，只是以上所述，僅為使本領域技術人員易于了解本發(fā)明的內(nèi)容，并非用來限定本發(fā)明的權利范圍。對于本領域技術人員，當可在本發(fā)明精神內(nèi)，立即思及各種等效變化。例如，各實施例所圖標的感測影像、主參考區(qū)塊、副參考區(qū)塊尺寸都僅為舉例而可做各種變化；感測影像、主參考區(qū)塊、副參考區(qū)塊不限于為正方形而可為其它形狀；本發(fā)明調(diào)整參考區(qū)塊尺寸及調(diào)整感測影像中區(qū)塊匹配比對的范圍，不限于在水平與垂直二維方向上都實施，而可只實施于其中一維；各實施例所述的一個單位，可以對應一或多個像素；本發(fā)明所稱的“依序”或“接續(xù)”的感測影像，僅表示時間的先后關系，其并不限于為緊接連續(xù)的感測影像，亦可為間隔其它感測影像的“依序”或“接續(xù)”感測影像，等等。故凡依本發(fā)明的概念與精神所為之均等變化或修飾，均應包括于本發(fā)明的申請專利范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種光學導航方法，其特征在于，包含: 依序取得多個感測影像，其中包括第一、第二與第三感測影像； 根據(jù)一預設取樣范圍，在該第一感測影像中選取一主參考區(qū)塊； 以該主參考區(qū)塊與該第二感測影像進行區(qū)塊匹配比對，以決定一第一移動向量；根據(jù)該第一移動向量，限縮該主參考區(qū)塊以產(chǎn)生一副參考區(qū)塊，其中該副參考區(qū)塊的尺寸小于該主參考區(qū)塊；以及 以該副參考區(qū)塊與該第三感測影像進行區(qū)塊匹配比對，以決定一第二移動向量。
2.如權利要求1所述的光學導航方法，其中，該限縮該主參考區(qū)塊以產(chǎn)生一副參考區(qū)塊的步驟包含:根據(jù)該第一移動向量的水平及/或垂直分量，自移動指向方向的側邊，往反方向限縮該主參考區(qū)塊而產(chǎn)生該副參考區(qū)塊。
3.如權利要求1所述的光學導航方法，其中，還包含:根據(jù)該第二移動向量限縮該主參考區(qū)塊，以更新該副參考區(qū)塊。
4.如權利要求3所述的光學導航方法，其中，該根據(jù)該第二移動向量限縮該主參考區(qū)塊以更新該副參考區(qū)塊的步驟包含:根據(jù)該第二移動向量的水平及/或垂直分量，自移動指向方向的側邊，往反方向限縮該主參考區(qū)塊而產(chǎn)生該副參考區(qū)塊。
5.如權利要求1所述的光學導航方法，其中，還包含:設定一下限；以及持續(xù)根據(jù)最新的移動向量更新該副參考區(qū)塊，且使更新后的副參考區(qū)塊尺寸不低于該下限。
6.如權利要求1所述的光學導航方法，其中，還包含:限縮該副參考區(qū)塊在第三感測影像中的區(qū)塊匹配比對范圍。
7.如權利要求6所述的光學導航方法，其中，該限縮該副參考區(qū)塊在第三感測影像中的區(qū)塊匹配比對范圍的步驟包含:根據(jù)該第一移動向量的水平或垂直分量，由移動指向方向的反方向側邊，往內(nèi)限縮。
8.如權利要求6所述的光學導航方法，其中，該限縮該副參考區(qū)塊在第三感測影像中的區(qū)塊匹配比對范圍的步驟包含:根據(jù)比對的前一段時間的平均移動向量的水平或垂直分量，由移動指向方向的反方向側邊，往內(nèi)限縮。
9.如權利要求6所述的光學導航方法，其中，還包含:根據(jù)該多個移動向量判斷是否能確認一移動趨勢，且于能確認該移動趨勢時，才限縮該副參考區(qū)塊在第三感測影像中的區(qū)塊匹配比對范圍。
10.如權利要求9所述的光學導航方法，其中，該判斷是否能確認一移動趨勢的步驟包含:判斷在一方向上的移動時間或次數(shù)是否大于一臨界值、或是移動平均值是否大于一平均值臨界值。
11.如權利要求3所述的光學導航方法，其中，還包含: 取得第四感測影像； 以該更新的副參考區(qū)塊與第四感測影像進行區(qū)塊匹配比對，以決定一第三移動向量；以及 根據(jù)該第二移動向量，限縮該更新的副參考區(qū)塊在第四感測影像中的區(qū)塊匹配比對范圍。
12.如權利要求11所述的光學導航方法，其中，該限縮該副參考區(qū)塊在第四感測影像中的區(qū)塊匹配比對范圍的步驟包含:根據(jù)該第二移動向量的水平或垂直分量，由移動指向方向的反方向側邊，往內(nèi)限縮。
13.如權利要求1所述的光學導航方法，其中，還包含:持續(xù)根據(jù)最新的移動向量更新該副參考區(qū)塊，以及當該副參考區(qū)塊的特征不足時，進行以下步驟之一: (1)根據(jù)當時最新的感測影像，根據(jù)該預設取樣范圍重新選取主參考區(qū)塊； (2)根據(jù)當時最新的感測影像，并根據(jù)最新的移動向量的水平或垂直分量反向調(diào)整位置，而重新選取主參考區(qū)塊；或 (3)根據(jù)當時最新的感測影像，并根據(jù)最新的移動向量的水平或垂直分量，由移動指向方向的反方向側邊往內(nèi)限縮，而重新選取副參考區(qū)塊。
14.如權利要求1所述的光學導航方法，其中，還包含:持續(xù)根據(jù)最新的移動向量更新該副參考區(qū)塊，以及在以下條件之一或更多符合時，根據(jù)當時最新的感測影像重新選取主參考區(qū)塊或副參考區(qū)塊: (1)當根據(jù)最新的移動向量更新該副參考區(qū)塊會使更新后的副參考區(qū)塊尺寸低于一預設尺寸臨界值時； (2)當副參考區(qū)塊中的特征值低于一預設特征臨界值時，其中該副參考區(qū)塊的特征值根據(jù)預先定義的計算方式計算； (3)當以當時最新的副參考區(qū)塊，在當時最新的感測影像中，有兩個以上可能的匹配位置時； (4)自選取主參考區(qū)塊之后、到取得當時最新的感測影像，所經(jīng)過的時間超過一預設的臨界時間。
15.如權利要求13或14所述的光學導航方法，其中，還包含:根據(jù)最新的多個移動向量判斷是否能確認一移動趨勢，且于能確認該移動趨勢時，才根據(jù)移動趨勢重新選取主參考區(qū)塊或副參考區(qū)塊。
16.如權利要求13或14所述的光學導航方法，其中，該判斷是否能確認一移動趨勢的步驟包含:判斷在一方向上的移動時間或次數(shù)是否大于一臨界值、或是移動平均值是否大于一平均值臨界值。
17.一種光學導航裝置，其特征在于，包含: 一影像擷取單元，用以擷取多個感測影像并轉換為電子訊號，其中該多個感測影像包括第一、第二與第三感測影像； 一移動向量計算單元，接收影像擷取單元輸出的電子訊號，根據(jù)以下步驟計算移動向量并予以輸出: 根據(jù)一預設取樣范圍，在該第一感測影像中選取一主參考區(qū)塊； 以該主參考區(qū)塊與該第二感測影像進行區(qū)塊匹配比對，以決定一第一移動向量； 根據(jù)該第一移動向量，限縮該主參考區(qū)塊以產(chǎn)生一副參考區(qū)塊，其中該副參考區(qū)塊的尺寸小于該主參考區(qū)塊；以及 以該副參考區(qū)塊與該第三感測影像進行區(qū)塊匹配比對，以決定一第二移動向量；以及 一記憶單元，用以儲存該主參考區(qū)塊及/或該副參考區(qū)塊。
18.如權利要求17所述的光學導航裝置，其中，該限縮該主參考區(qū)塊以產(chǎn)生一副參考區(qū)塊的步驟包含:根據(jù)該第一移動向量的水平及/或垂直分量，自移動指向方向的側邊，往反方向限縮該主參考區(qū)塊而產(chǎn)生該副參考區(qū)塊。
19.如權利要求17所述的光學導航裝置，其中，該移動向量計算單元還執(zhí)行以下步驟:根據(jù)該第二移動向量限縮該主參考區(qū)塊，以更新該副參考區(qū)塊。
20.如權利要求19所述的光學導航裝置，其中，該根據(jù)該第二移動向量限縮該主參考區(qū)塊以更新該副參考區(qū)塊的步驟包含:根據(jù)該第二移動向量的水平及/或垂直分量，自移動指向方向的側邊，往反方向限縮該主參考區(qū)塊而產(chǎn)生該副參考區(qū)塊。
21.如權利要求17所述的光學導航裝置，其中，該移動向量計算單元還執(zhí)行以下步驟:設定一下限；以及持續(xù)根據(jù)最新的移動向量更新該副參考區(qū)塊，且使更新后的副參考區(qū)塊尺寸不低于該下限。
22.如權利要求17所述的光學導航裝置，其中，該移動向量計算單元還執(zhí)行以下步驟:根據(jù)該第一移動向量，限縮該副參考區(qū)塊在第三感測影像中的區(qū)塊匹配比對范圍。
23.如權利要求22所述的光學導航裝置，其中，該限縮該副參考區(qū)塊在第三感測影像中的區(qū)塊匹配比對范圍的步驟包含:根據(jù)該第一移動向量的水平或垂直分量，由移動指向方向的反方向側邊，往內(nèi)限縮。
24.如權利要求22所述的光學導航裝置，其中，該限縮該副參考區(qū)塊在第三感測影像中的區(qū)塊匹配比對范圍的步驟包含:根據(jù)比對的前一段時間的平均移動向量的水平或垂直分量，由移動指向方向的反方向側邊，往內(nèi)限縮。
25.如權利要求22所述的光學導航裝置，其中，還包含:根據(jù)該多個移動向量判斷是否能確認一移動趨勢， 且于能確認該移動趨勢時，才限縮該副參考區(qū)塊在第三感測影像中的區(qū)塊匹配比對范圍。
26.如權利要求25所述的光學導航裝置，其中，該判斷是否能確認一移動趨勢的步驟包含:判斷在一方向上的移動時間或次數(shù)是否大于一臨界值、或是移動平均值是否大于一平均值臨界值。
27.如權利要求19所述的光學導航裝置，其中，該移動向量計算單元還執(zhí)行以下步驟: 取得第四感測影像； 以該更新的副參考區(qū)塊與第四感測影像進行區(qū)塊匹配比對，以決定一第三移動向量；以及 根據(jù)該第二移動向量，限縮該更新的副參考區(qū)塊在第四感測影像中的區(qū)塊匹配比對范圍。
28.如權利要求27所述的光學導航裝置，其中，該限縮該副參考區(qū)塊在第四感測影像中的區(qū)塊匹配比對范圍的步驟包含:根據(jù)該第二移動向量的水平或垂直分量，由移動指向方向的反方向側邊，往內(nèi)限縮。
29.如權利要求17所述的光學導航裝置，其中，該移動向量計算單元還執(zhí)行以下步驟:持續(xù)根據(jù)最新的移動向量更新該副參考區(qū)塊，以及當該副參考區(qū)塊的特征不足時，進行以下步驟之一: (1)根據(jù)當時最新的感測影像，根據(jù)該預設取樣范圍重新選取主參考區(qū)塊； (2)根據(jù)當時最新的感測影像，并根據(jù)最新的移動向量的水平或垂直分量反向調(diào)整位置，而重新選取主參考區(qū)塊；或 (3)根據(jù)當時最新的感測影像，并根據(jù)最新的移動向量的水平或垂直分量，由移動指向方向的反方向側邊往內(nèi)限縮，而重新選取副參考區(qū)塊。
30.如權利要求17所述的光學導航裝置，其中，該移動向量計算單元還執(zhí)行以下步驟:持續(xù)根據(jù)最新的移動向量更新該副參考區(qū)塊，以及在以下條件之一或更多符合時，根據(jù)當時最新的感測影像重新選取主參考區(qū)塊或副參考區(qū)塊: (1)當根據(jù)最新的移動向量更新該副參考區(qū)塊會使更新后的副參考區(qū)塊尺寸低于一預設尺寸臨界值時； (2)當副參考區(qū)塊中的特征值低于一預設特征臨界值時，其中該副參考區(qū)塊的特征值根據(jù)預先定義的計算方式計算； (3)當以當時最新的副參考區(qū)塊，在當時最新的感測影像中，有兩個以上可能的匹配位置時； (4)自選取主參考區(qū)塊之后、到取得當時最新的感測影像，所經(jīng)過的時間超過一預設的臨界時間。
31.如權利要求29或30所述的光學導航裝置，其中，還包含:根據(jù)最新的多個移動向量判斷是否能確認一移動趨勢，且于能確認該移動趨勢時，才根據(jù)移動趨勢重新選取主參考區(qū)塊或副參考區(qū)塊。
32.如權利要求29或30所述的光學導航裝置，其中，該判斷是否能確認一移動趨勢的步驟包含:判斷在一方向上的移動時間或次數(shù)是否大于一臨界值、或是移動平均值是否大于一平均值臨界值。
【文檔編號】G06F3/042GK103914155SQ201310007840
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月9日 優(yōu)先權日:2013年1月9日
【發(fā)明者】林俊煌 申請人:奇高電子股份有限公司