光學位移偵測裝置及其運作方法

專利名稱：光學位移偵測裝置及其運作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學位移偵測裝置及其運作方法，特別涉及一種可排除外界人工 光源干擾的光學位移偵測裝置及其運作方法。
背景技術：
早期顯示于屏幕上的光標通過機械式位移偵測裝置，例如滾輪鼠標，進行光標位 置的控制，此種機械式位移偵測裝置的內部設置有滾動球，并且通常放置于某一特定表面， 例如鼠標墊的表面，以供使用者操控。但是機械式位移偵測裝置因無法適用于任何表面而 具有使用上的限制；除此之外，當使用一段時間后，隨著機械構造的劣化以及灰塵的堆積， 容易出現誤動作或無法操控的情形。因此，一種光學位移偵測裝置，例如光學鼠標，便取代 了傳統機械式位移偵測裝置。光學位移偵測裝置雖然與傳統機械式位移偵測裝置具有相類似的外觀，但由于光 學位移偵測裝置不具有滾動球，因此不會隨著持續地使用而導致效能低落，且光學位移偵 測裝置幾乎可適用于任何表面。然而，此種光學位移偵測裝置并不適合于行動裝置，例如筆 記本電腦(note book)、手機或個人數字助理(PDA)，因此近年來出現了一種直接設置于行 動裝置上的光學位移偵測裝置，其并不需要被設置于表面以進行操控。例如，發明名稱為“用于電腦系統的免鼠標光學及位置轉譯型屏幕指標器控制技 術”的第6，057，540號美國專利，即揭示了一種光學移動檢測裝置。然而，當使用此種光學 移動檢測裝置時，即使使用者的手指未接觸移動檢測裝置，該移動檢測裝置仍容易受到外 界人工光源的干擾而產生誤動作，例如當該移動檢測裝置靜止不動時，仍會受到外界人工 光源的干擾而出現光標抖動；或當移動檢測裝置被移動時，它會自行輸出位移信號而導致 光標自動漂移等情形。有鑒于此，有必要另提出一種光學位移偵測裝置，其可排除外界人工光源的干擾， 從而避免光學位移偵測裝置的誤動作。

發明內容
本發明提出一種光學位移偵測裝置及其運作方法，其通過偵測外界人工光源的固 定頻率以分辨位移偵測裝置本身的光源與外界人工光源，進而排除外界人工光源的干擾。本發明提出一種光學位移偵測裝置及其運作方法，其中即使在具有外界人工光源 的環境下移動該光學位移偵測裝置，該光學位移偵測裝置也不會自行輸出位移信號，以增 加操作穩定性。本發明提出一種光學位移偵測裝置，該裝置包括圖像感測器、光源以及處理單元。 所述圖像感測器用于擷取多個圖像。所述光源用于提供所述圖像感測器擷取所述多個圖像 時所需的光。所述處理單元耦合至所述圖像感測器，根據所述多個圖像求出位移量和特征 值變化，并根據該特征值變化決定是否輸出所述位移量。本發明還提出一種光學位移偵測裝置的運作方法，該方法包括下列步驟擷取多
4個圖像；根據所述多個圖像求得位移量；求得所述多個圖像的特征值變化；以及當所述特 征值變化符合預設規則時，抑制輸出所述位移量。本發明還提出一種光學位移偵測裝置的運作方法，該方法包括下列步驟擷取多 個圖像；根據所述圖像求得位移量；求得每一圖像的平均亮度；將連續圖像的平均亮度逐 漸增加的時間或逐漸減少的時間設定為判定區間；以及在預設數目的連續判定區間內，當 所述多個圖像的數目介于預設范圍內時，抑制輸出所述位移量。本發明的光學位移偵測裝置及其運作方法中，通過分析所擷取的圖像的特征值變 化，例如圖像的平均亮度變化，以分辨位移偵測裝置是否受到外界人工光源的干擾，例如當 圖像的平均亮度在預設時間內持續以固定頻率變化時，即可判定造成圖像平均亮度變化的 原因為外界人工光源而非實際偵測到的位移，從而排除位移偵測裝置的誤動作。





圖1顯示本發明的一種實施例的光學位移偵測裝置的示意圖； 圖2顯示本發明的一種實施例的圖像感測模塊的方塊圖； 圖3顯示本發明中用于偵測外界人工光源的方法的示意圖；以及 圖4顯示本發明的一種實施例的光學位移偵測裝置的運作方法的流程圖, 主要元件符號說明
1光學位移偵測裝置 11光源
121圖像感測單元 123傳輸接口單元 15導光單元 3圖像顯示器 T判定區間 0開口
10殼體
12圖像感測模塊 122處理單元 13、14透鏡 2物件 31光標 S1 S6步驟 SP取樣間隔
具體實施例方式為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作 詳細說明如下。請參照圖1所示，其顯示本發明的一種實施例的光學位移偵測裝置1。該光學位移 偵測裝置1用于感測物件2的位置變化，以相對控制圖像顯示器3的運作，例如控制該圖像 顯示器3上的光標31的移動或安裝于該圖像顯示器3中軟件的運作。在本實施例中，所述 物件2雖然被表示成手指，但其并非用于限定本發明，該物件2還可為圓棒、筆或其他適合 的物體。例如當所述物件2為手指時，所述光學位移偵測裝置1偵測手指上的指紋圖像變 化，以判定該手指(物件2)的位移量。處理單元將圖像變化轉換為數字信號，并通過傳輸 接口單元將該數字信號電性或無線地傳輸至所述圖像顯示器3，以進行相對應的運作。所述 圖像顯示器3例如可為電視、電腦屏幕、投影機屏幕或游戲機屏幕等。請參照圖1和圖2所示，所述光學位移偵測裝置1可以具有殼體10，該殼體10例 如可由紅外光透明材質(IR transparent material)所制成，且其上方可具有開口 0，所述物件2則在該開口 0前方移動；但是，該開口 0并不限定設置于所述殼體10上方。所述殼 體10內部包含光源11和圖像感測模塊12，所述光源11可為紅外光光源，例如紅外光發光 二極管或紅外光激光二極管。在一種實施例中，所述圖像感測模塊12包括圖像感測單元 121、處理單元122以及傳輸接口單元123 (如圖2所示)，所述圖像感測單元121例如可為 (XD圖像感測器或CMOS圖像感測器；所述處理單元122例如可為數字信號處理器(digital signal processor, DSP)；所述傳輸接口單元123可以是有線傳輸接口單元或無線傳輸接 口單元，用于與所述圖像顯示器3進行信號傳輸。另一種實施例中，所述圖像感測單元121、 處理單元122以及所述傳輸接口單元123可獨立設置。所述光源11發出的光會被位于所述開口 0前方的物件2反射。所述圖像感測單 元121接收該反射光以擷取多個圖像并將該多個圖像傳送至所述處理單元122。該處理單 元122根據所述多個圖像之間所述物件2的圖像變化來計算該物件2的位移量，例如根據 兩張圖像的相關性(correlation)或其他已知方式計算所述位移量，并根據數張連續圖像 求得所述數張圖像的特征值變化，從而判定所述位移量是否是由外界人工光源的干擾所造 成的(判定的方式將詳述于后)，其中所述特征值變化中的特征值例如可為每一圖像的平 均亮度。當判定所計算出的位移量并非由于外界人工光源的干擾所造成時，所述位移量將 被傳送至所述傳輸接口單元123，以進行傳輸；當判定所計算出的位移量為外界人工光源 的干擾所造成時，該處理單元122則抑制該位移量的輸出。此外，所述光學位移偵測裝置1 還可包括透鏡(或透鏡組)13、透鏡(或透鏡組)14以及導光單元15，所述透鏡13設置于 所述光源11的前方，以調整該光源11所發出的光；所述透鏡14設置于所述圖像感測模塊 12前方，以調整該感測模塊12的感光效率；所述導光單元15用于引導所述光源11所發出 的光至所述殼體10的開口 0。一種實施例中，所述透鏡13可與所述導光單元15—體成型。 所述導光單元15可選用適當的紅外光透明材質所制成。接著說明本發明中判定位移量是否是由于外界人工光源所造成的方法。請參照圖 3所示，其顯示本發明中用于判定外界人工光源干擾的示意圖。由于人工光源，例如熒光燈 管、鹵素燈等的光強度一般具有固定的變化頻率，例如美國及臺灣為60赫茲而中國大陸為 50赫茲，因此本發明通過判定所述圖像感測單元121所擷取的多個圖像的平均亮度是否具 有固定的變化頻率，以判定所述光學位移偵測裝置1所偵測的位移量是否為外界人工光源 所造成。請參照圖4所示，其顯示本發明實施例的光學位移偵測裝置的運作方法的流程 圖，該運作方法包括下列步驟擷取多個圖像(步驟S1)；根據所述多個圖像求得位移量 (步驟S2)；求得所述多個圖像的特征值變化(步驟S3)；判定該特征值變化是否符合預設 規則(步驟S4)；若是，則抑制輸出所述位移量(步驟S5)；若否，則輸出所述位移量(步驟 S6)。請再參照圖3和圖4所示，在此實施例中，假設所述圖像感測單元121的圖像取樣 頻率為800赫茲(取樣間隔SP為1. 25毫秒)，并假設外界人工光源的頻率為60赫茲，因 此所述圖像感測單元121所擷取的圖像的平均亮度的變化頻率為120赫茲(平均亮度的變 化周期約為8. 33毫秒)。首先，該圖像感測單元121以預設取樣頻率擷取多個圖像(步驟 S1)。接著，所述處理單元122根據所述多個圖像之間的關系求得位移量(步驟S2)，例如根 據連續圖像之間的相關性(correlation)求得所述位移量。在另一種實施例中，當外界人工光源的頻率為50赫茲時，所述圖像感測單元121所擷取的圖像的平均亮度的變化頻率為 100赫茲(平均亮度的變化周期約為10毫秒)。接著，所述處理單元122求出所述多個圖像的特征值變化(步驟S3)。當所述 多個圖像受到外界人工光源影響時，該多個圖像的平均亮度變化將呈現周期性變化，即于 1/2平均亮度的變化周期內(4. 17毫秒)亮度逐漸增加并于下一個1/2平均亮度的變化周 期內(4. 17毫秒)亮度逐漸降低，也就是說，所述圖像感測單元121將連續擷取3 4個 (4. 17/1. 25 = 3. 336)平均亮度逐漸增加的圖像，接著將連續擷取3 4個平均亮度逐漸 降低的圖像。當所述圖像感測單元121擷取的圖像的平均亮度逐漸增加時，所述處理單元 122則給出高位數字信號(1)；反之，當所述圖像感測單元121擷取的圖像的平均亮度逐漸 降低時，所述處理單元122則給出低位數字信號(0)。在此實施例中，每一個高位區間和低 位區間均設定為一個判定區間T，也就是每一個判定區間T大約為所述多個圖像的平均亮 度變化周期的二分之一。所述處理單元122判定所述特征值變化是否符合預設規則(步驟S4)，例如判定所 述多個圖像的平均亮度是否具有固定的變化頻率。在一種實施例中，所述處理單元122判 定在預設數目的連續判定區間T內(例如2 4個判定區間T內)，所述圖像感測單元121 的取樣數目(即取樣圖像數目)是否介于預設范圍內。另一種實施例中，所述處理單元122 判定在預設數目的連續判定區間T內，所述圖像感測單元121在每一判定區間T的取樣數 目是否均介于預設范圍內，例如2 5個取樣數目之間。當符合上述兩種實施例其中之一 時，則可判定所述多個圖像的平均亮度具有固定的變化頻率，也就是所述特征值變化符合 所述預設規則，所述處理單元122則抑制所述位移量的輸出(步驟S5)；否則，所述處理單 元122則將所述位移量輸出至所述傳輸接口單元123(步驟S6)。最后，所述光學位移偵測 裝置1重新擷取圖像，并從所述步驟S1重新進行是否輸出位移量的判定。所述傳輸接口單 元123最后將所述位移量電性或無線地傳輸至圖像顯示器3，以進行相對應的控制。必須了 解的是，本發明實施例中所列的數值僅為例示性，并非用于限定本發明。如前所述，由于現有的光學位移偵測裝置無法排除外界人工光源對裝置所造成的 干擾，因此在閑置時仍可能出現光標抖動或光標自動漂移的情形。本發明提出一種可排除 外界人工光源干擾的光學位移偵測裝置及其運作方法(圖1和圖4)，通過偵測圖像特征值 的變化來排除來自外界人工光源的干擾，具有較佳的操作性能。雖然本發明已通過前述實施例而被公開，然而所述實施例并非用于限定本發明， 任何本領域技術人員均可以在不脫離本發明的精神和范圍內作出各種變動與修改。因此本 發明的保護范圍當以所附的權利要求所界定的為準。
權利要求
一種光學位移偵測裝置，該裝置包括圖像感測器，該圖像感測器用于擷取多個圖像；光源，該光源用于提供所述圖像感測器擷取所述多個圖像時所需的光；以及處理單元，該處理單元耦合至所述圖像感測器，根據所述多個圖像求出位移量和特征值變化，并根據該特征值變化決定是否輸出所述位移量。
2.根據權利要求1所述的光學位移偵測裝置，其中所述特征值變化中的特征值指每一 圖像的平均亮度，在預設數目的連續圖像的平均亮度逐漸增加或平均亮度逐漸降低的區間 內，當所述圖像感測器所擷取的圖像的數目介于預設范圍內或所述圖像感測器在每一判定 區間所擷取的圖像的數目介于預設范圍內時，抑制輸出所述位移量。
3.根據權利要求1所述的光學位移偵測裝置，其中所述特征值變化中的特征值指每一 圖像的平均亮度，當該平均亮度的變化頻率為100赫茲或120赫茲時，抑制輸出所述位移 量。
4.根據權利要求1所述的光學位移偵測裝置，該裝置還包括傳輸接口單元，該傳輸接 口單元用于將所述位移量傳送至圖像顯示器，其中當所述特征值變化符合預設規則時，抑 制輸出所述位移量至所述傳輸接口單元。
5.根據權利要求1所述的光學位移偵測裝置，其中所述光源為紅外光光源。
6.一種光學位移偵測裝置的運作方法，該方法包括下列步驟擷取多個圖像； 根據所述多個圖像求得位移量；求得所述多個圖像的特征值變化；以及當所述特征值變化符合預設規則時，抑制輸出所述位移量。
7.根據權利要求6所述的運作方法，該方法還包括下列步驟 當所述特征值變化不符合所述預設規則時，輸出所述位移量；以及 將所述位移量傳送至圖像顯示器。
8.根據權利要求6所述的運作方法，其中所述特征值變化中的特征值指每一圖像的平 均亮度；所述預設規則指在預設數目的連續圖像的平均亮度逐漸增加或平均亮度逐漸降低 的區間內，所述多個圖像的數目介于預設范圍內或每一判定區間的所述多個圖像的數目介 于預設范圍內。
9.根據權利要求6所述的運作方法，其中所述特征值變化中的特征值指每一圖像的平 均亮度，所述預設規則指該平均亮度的變化頻率為100赫茲或120赫茲。
10.一種光學位移偵測裝置的運作方法，該方法包括下列步驟 擷取多個圖像；根據所述多個圖像求得位移量； 求得每一圖像的平均亮度；將連續圖像的平均亮度逐漸增加的時間或逐漸降低的時間設定為判定區間；以及 在預設數目的連續判定區間內，當所述多個圖像的數目介于預設范圍內時，抑制輸出 所述位移量。
11.根據權利要求10所述的運作方法，該方法還包括下列步驟在預設數目的連續判定區間內，當所述圖像的數目不介于所述預設范圍內時，輸出所 述位移量；以及將所述位移量傳輸至圖像顯示器。
12.根據權利要求10所述的運作方法，其中在抑制輸出所述位移量的步驟中，在預設 數目的連續判定區間內，當所述圖像的數目介于預設范圍內或當每一判定區間的所述多個 圖像的數目介于預設范圍內時，抑制輸出所述位移量。
全文摘要
一種光學位移偵測裝置的運作方法，該方法包括下列步驟擷取多個圖像；根據所述多個圖像求得位移量；求得所述多個圖像的特征值變化；以及當所述特征值變化符合預設規則時，抑制輸出所述位移量。本發明還提供一種光學位移偵測裝置。
文檔編號G06F3/042GK101853091SQ20091013332
公開日2010年10月6日 申請日期2009年3月31日 優先權日2009年3月31日
發明者蘇宗敏, 趙子毅, 陳信嘉 申請人:原相科技股份有限公司