專利名稱：影像處理電路與影像傳感器整合于一基底的交互式裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交互式裝置，尤指一種將影像處理電路與影像傳感器整合于一基底的交互式裝置。
背景技術(shù)：
隨著影音多媒體的盛行，影像數(shù)字化已漸漸成為趨勢。公知影像傳感器已經(jīng)逐漸成為數(shù)字攝影機(Digital Video Camcorder)、數(shù)字相機(Digital Still Camera，DSC)等數(shù)字裝置攝取動態(tài)影像之用。然而，分辨率較高的影像傳感器能產(chǎn)生精密的數(shù)字影像品質(zhì)，所以多半應用在影像識別、指紋辨識之上。但是分辨率低的影像傳感器則多半利用在交互式玩具之上，以作為簡單的動作識別之用。舉例來說，目前的市面上推出的機器寵物，安裝于機器寵物內(nèi)的相機可作為交互式玩具的“眼睛”，感應出使用者的動作，而后由內(nèi)建控制電路指示做出不同的指令。
請參閱圖1，圖1是公知交互式裝置10的功能方塊圖。交互式裝置10包含一影像傳感器12、一微控制器14以及一并列傳輸總線16。影像傳感器12是包含一CMOS感測數(shù)組22以及一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(analog to digital converter，ADC)24。CMOS感測數(shù)組22所感測出來的資料會傳送至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器24。由于CMOS感測數(shù)組22可感測出多數(shù)個像素資料。而每個影像就是由多數(shù)個像素資料所組成。所以如果要拍攝一動態(tài)的連續(xù)影像，影像傳感器12的CMOS感測數(shù)組22就必須不斷的產(chǎn)生各個像素資料。為了傳輸龐大的像素資料，影像傳感器12與控制電路12之間是透過一并列傳輸總線16傳輸所感測的像素資料。而微控制器14則會依據(jù)得到的像素資料，重組拍攝的物體的影像，或是用來判斷拍攝物體的狀態(tài)，以進一步控制交互式裝置10的運作。
然而，一般的影像傳感器12所感測的資料量極為龐大，但是隨著串行傳輸?shù)目焖侔l(fā)展，使用硬件架構(gòu)較復雜的并列傳輸?shù)乃俣纫惨巡患按袀鬏數(shù)膫鬏斔俣?。除此之外，微控制?4利用并列傳輸接口接收到這些感測的資料后，還必須自行計算分析出所需的資料，由于每種微控制器14的應用范圍并不一致，舉例來說，對應用于鼠標的微控制器14來說，微控制器14并不需要獲得完整的影像，僅需要追蹤影像對象移動的相對位置。所以說如果運用公知的影像傳感器12來產(chǎn)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，造成處理上的負擔。
除此之外，現(xiàn)今的影像傳感器12是一單芯片，其功能僅是單純的將接收的光線轉(zhuǎn)換成對應的電信號。在講究系統(tǒng)整合的電路設計趨勢下，這樣的單芯片影像傳感器12實有改進的必要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種交互式裝置，其利用將影像處理電路與影像傳感器整合于一基底的芯片，得以先計算需要的特定影像參數(shù)，再傳送予控制電路處理，以節(jié)省控制電路的設計的復雜度。
本發(fā)明提供一種將影像處理電路與影像傳感器整合于一基底的交互式裝置，其包含一處理模塊以及一控制電路。處理模塊包含一基底；一影像傳感器，用來將擷取出一影像所對應的多數(shù)個像素信號；一估算單元，用來依據(jù)多數(shù)個像素信號判斷形成影像的每一影像對象的靜態(tài)影像參數(shù)；以及一傳輸接口(transmission interface)，用來以串行傳輸?shù)姆绞捷敵龉浪銌卧a(chǎn)生的靜態(tài)影像參數(shù)?？刂齐娐?controller)是用來依據(jù)傳輸接口所輸出靜態(tài)影像參數(shù)以控制交互式裝置的操作。影像傳感器、估算單元和傳輸接口皆形成于該基底上。
根據(jù)本發(fā)明，靜態(tài)影像參數(shù)是影像對象處于靜態(tài)顯示時，可供量測的參數(shù)。例如每一影像對象的靜態(tài)影像參數(shù)為以下參數(shù)之一或其組合該影像對象的坐標、該影像對象的面積參數(shù)、該影像對象的方向參數(shù)、該影像對象的色彩參數(shù)、該影像對象的對象端點數(shù)、該影像對象的對象長寬比，以及該影像對象的邊界參數(shù)。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細說明圖1為公知交互式裝置的功能方塊圖。
圖2為本發(fā)明的交互式裝置的功能方塊圖。
圖3為多數(shù)個影像畫面的示意圖。
主要組件符號說明10 交互式裝置12 影像傳感器14 微控制器 16 并列傳輸總線22 CMOS感測數(shù)組 24 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器30 交互式裝置41 基底42 影像傳感器44 處理模塊45 估算單元 46 計算單元48、52 傳輸接口 54 控制電路100、150 影像對象 110、120 畫面115、125、135搜尋范圍 130 畫面
具體實施例方式
請參閱圖2，圖2為本發(fā)明的交互式裝置30的功能方塊圖。交互式裝置可為一鼠標或一交互式玩具(interactive toy)。交互式裝置30包含一處理模塊44以及一控制電路46。處理模塊44為一芯片。處理模塊44包含一影像傳感器42，其可為一電荷耦合組件(charge-coupled device，CCD)或是一CMOS光傳感器，以用來擷取多數(shù)個數(shù)字像素(pixel)信號。產(chǎn)生的多數(shù)個像素訊號傳送至處理模塊44。處理模塊44包含一基底41、一估算單元45、一計算單元46以及傳輸接口48、52。影像傳感器42、估算單元45、計算單元46以及傳輸接口48、52皆形成于基底41上。
請參閱圖3，圖3為多數(shù)個影像畫面的示意圖。每個畫面(picture)可由多數(shù)個像素信號組合而成。舉例來說，對一個800*600大小的畫面來說，一共需要480,000個像素信號組合而成。影像傳感器42即是用來產(chǎn)生多數(shù)個像素信號。而產(chǎn)生的多數(shù)個像素信號傳送至估算單元45之后，估算單元45就會依據(jù)多數(shù)個像素信號來判斷每一影像的各種參數(shù)。以目標畫面120為例，決定目標對象100在目標畫面120上的顯示狀態(tài)是由幾個影像參數(shù)可以決定的，比如目標對象100在目標畫面120上的坐標、面積(size)、色彩參數(shù)、方向性(orientation)以及邊界(boundary)、對象端點數(shù)、對象長寬比等參數(shù)。舉例來說，目標對象100可視為具有相同色彩參數(shù)的像素信號的集合，而估算單元45可以依據(jù)具有相同像素信號的數(shù)目和坐標來判斷出目標對象100在目標畫面120的尺寸大小、方向性邊界以及灰階值等參數(shù)。估算單元45還可以決定對象端點數(shù)以及對象長寬比等參數(shù)。舉例來說，如果目標對象100是一長方形，則估算單元45還可以決定出對象端點數(shù)為4，以及該長方形對象的長寬比。換言之，靜態(tài)影像參數(shù)系目標對象100處于靜態(tài)顯示時，可供量測的參數(shù)。
另外，一般所謂的動態(tài)影像，其實是一連串連續(xù)的影像序列，然而因為人類視覺上存在一種視覺暫留的現(xiàn)像，所以會產(chǎn)生連貫影像的錯覺。而此種動態(tài)影像中，由于畫面間的時間間隔甚小，所以相臨的畫面間幾無差異，大多只是圖像內(nèi)容的位置變化。如果要顯示一個動態(tài)影像的時候，理論上必須不斷重組多數(shù)個像素信號才可以呈現(xiàn)連續(xù)的影像。然而，一般來說，在同一張影像畫面上會有一些共通特性，也許是色彩上的，也許是幾何上的，或是其它特征值得到的。去除這些空間上的冗余信息的方式，就是要識別出畫面中重要的元素，并移除重復且較無需求的元素。請繼續(xù)參閱圖3，目標畫面120系區(qū)分成復數(shù)個對象，每一對象可以是任意大小。目標畫面120當中的每一對象，是根據(jù)其與時間軸上前一畫面110當中的一對象間的差異，或與后一畫面130當中的一對象間的差異進行編碼。以一目標對象100進行匹配比對時，會與前一畫面110的一搜尋范圍115內(nèi)所有相似大小的待比對對象逐一進行比對，或是與后一畫面130的一搜尋范圍135內(nèi)所有相似大小的待比對對象逐一進行比對。在圖3中，經(jīng)過比對后，于前一畫面110及后一畫面130所有的待比對對象當中，所找出來與目標對象100差異最小的是一參考對象150。參考對象150與目標對象100間的位移差異即為動態(tài)向量(motion vector)。計算單元46可透過上述的方式?jīng)Q定出每個對象間的動態(tài)向量。
當估算單元45以及計算單元46得到影像的相關(guān)參數(shù)后，就會分別將這些影像參數(shù)傳送予傳輸接口48、52。傳輸接口48、52可為一異步收發(fā)器(universal asynchronous receiver/transmitter，UART)接口。相較于同步并列傳輸(synchronons parallel transmission)，異步串行(asynchronous serial)傳輸具有體積小，價格低廉及傳輸距離遠等優(yōu)點。舉例來說，通用異步收發(fā)器是一種內(nèi)含用來控制該交互式裝置30(或一處理器)及與交互式裝置30相連接的串行型裝置(serial device)間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N異步串行/并列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。更明確地說，UART所提供交互式裝置30的功能系相似于諸如RS-232的資料終端設備(data terminal equipment，DTE)所提供的資料交換功能，以使交互式裝置30能透過如通用序列總線(universal serial bus，USB)的串行型總線與串行型裝置相互交換資料。
除了之前所提及的UART(RS232為UART之一種)外，傳輸接口48、52也可以系I2C(inter-IC)及USB等。I2C是一種可透過二雙向(發(fā)送及接收)傳輸線(串行資料線SDA及串行時脈線SCL)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議。由于I2C及USB等轉(zhuǎn)換串行資料與并列資料的原理系相似于UART轉(zhuǎn)換串行資料與并列資料的原理，且皆為此項領(lǐng)域者所熟知，所以在此不再贅述。
換言之，第一傳輸接口48或第二傳輸接口52可以為UART接口、I2C及USB所構(gòu)成的串行傳輸群組中的至少一種接口。
最后，控制電路54在接收到由傳輸接口48、52傳來的動態(tài)向量(motion vector)或是對象110的坐標、大小(size)、色彩參數(shù)、方向性(orientation)、邊界(boundary)、對象端點數(shù)、對象長寬比等靜態(tài)參數(shù)之后，可利用前一畫面110中每一對象的編碼，配合目標畫面120中每一對象的動態(tài)向量與靜態(tài)參數(shù)，以將目標畫面120還原?；蛘呤?，控制電路54依據(jù)這些參數(shù)作進一步的其它處理，以控制交互式裝置30的操作。
在另一實施例之中，負責傳輸估算單元45所產(chǎn)生的資料的第一傳輸接口48與負責傳輸計算單元46所計算的動態(tài)向量的第二傳輸接口52可以整合為同一接口。
對于光學鼠標之類的交互式裝置來說，由于光學鼠標只是一個單純的光標(cursor)控制裝置，對于光標(可視為一對象)的移動位置比較注意。所以對于估算單元45所決定的影像對象的尺寸以及方向性之類的參數(shù)并不特別需要，反而比較重視計算單元46所決定的動態(tài)向量。因此在第三實施例之中，處理模塊44可以針對光學鼠標之類的裝置，僅設計將影像傳感器42、計算單元46以及第二傳輸接口52形成于同一基底41上，而不需要將估算單元45和第一傳輸接口48也一同形成于同一基底41上。
在第四實施例之中，處理模塊44可以僅將影像傳感器42、估算單元45和第一傳輸接口48形成于同一基底41上，而不需要將計算單元46以及第二傳輸接口52也一同形成于同一基底41上。
相較于公知技術(shù)，本發(fā)明包含有影像傳感器42、估算單元45、計算單元46、傳輸接口48、52的處理模塊44可整合為位于同一基底41的單芯片。估算單元45可判斷出多數(shù)個像素信號的坐標，并依據(jù)像素坐標決定影像對象的大小、邊界、方向性以及色彩參數(shù)等影像參數(shù)。而計算單元46可以預先經(jīng)由將影像傳感器42傳來的多數(shù)個影像信號計算出動態(tài)向量。同時傳輸接口48、52系利用UART接口或是其它任何的串行傳輸接口來傳輸這些計算出的影像參數(shù)。所以運用本發(fā)明的處理模塊的架構(gòu)所設計的芯片的交互式裝置30，因為該芯片能夠預先計算這些影像參數(shù)，同時利用通用的串行傳輸接口(如UART)將參數(shù)傳送予控制電路54，故位于后端的控制電路54不再需要額外去計算這些復雜的參數(shù)，也因此減少控制電路設計的復雜度，使得交互式裝置30之控制電路54的使用彈性更大，并且縮短交互式裝置開發(fā)的時程。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種將影像處理電路與影像傳感器整合于一基底的交互式裝置，其特征在于它有一處理模塊，該處理模塊包含一基底；一影像傳感器，形成于基底上，用來將擷取出一影像所對應的多數(shù)個像素信號；一估算單元，形成于基底上，用來依據(jù)該多數(shù)個像素信號決定構(gòu)成該影像的至少一影像對象的靜態(tài)影像參數(shù)；以及一傳輸接口，形成于基底上，用來以串行傳輸?shù)姆绞捷敵鲈撝辽僖挥跋駥ο蟮撵o態(tài)影像參數(shù)；以及一控制電路，用來依據(jù)該傳輸接口所輸出的影像對象的靜態(tài)影像參數(shù)以控制該交互式裝置的操作。
2.按權(quán)利要求1所述的交互式裝置，其特征在于該裝置中影像對象的靜態(tài)影像參數(shù)是以下參數(shù)之一或其組合該影像對象的坐標、該影像對象的面積參數(shù)、該影像對象的方向參數(shù)、該影像對象的色彩參數(shù)、該影像對象的對象端點數(shù)、該影像對象的對象長寬比，以及該影像對象的邊界參數(shù)。
3.按照權(quán)利要求1所述的交互式裝置，其特征在于該裝置的傳輸接口是一I2C接口。
4.按照權(quán)利要求1所述的交互式裝置，其特征在于該裝置的傳輸接口是一通用串行總線。
5.按照權(quán)利要求1所述的交互式裝置，其特征在于該裝置的傳輸接口是一通用異步收發(fā)器。
6.按照權(quán)利要求1所述的交互式裝置，其特征在于該影像傳感器是一CMOS光傳感器。
7.按照權(quán)利要求1所述的交互式裝置，其特征在于該影像傳感器是一電荷耦合組件。
8.一種將影像處理電路與影像傳感器整合于一基底的交互裝置，其特征在于它有一處理模塊，該處理模塊包含一基底；一影像傳感器，形成于基底上，用來將擷取出多數(shù)個影像信號；一計算單元，形成于該基底上，用來依據(jù)該多數(shù)個影像信號計算動態(tài)向量；以及一傳輸接口，形成于基底上，用來以串行傳輸?shù)姆绞捷敵鲈搫討B(tài)向量；以及一控制電路，用來依據(jù)該傳輸接口所輸出的該動態(tài)向量以控制該交互式裝置的操作。
9.按照權(quán)利要求8所述的交互式裝置，其特征在于該傳輸接口是一通用異步收發(fā)器。
10.按照權(quán)利要求8所述的交互式裝置，其特征在于該傳輸接口是一I2C接口。
11.按照權(quán)利要求8所述的交互式裝置，其特征在于該影像傳感器是一CMOS光傳感器。
12.按照權(quán)利要求8所述的交互式裝置，其特征在于該影像傳感器是一電荷耦合組件。
全文摘要
一種將影像處理電路與影像傳感器整合于一基底的交互式裝置，其包含一處理模塊以及一控制電路。處理模塊包含一基底；一影像傳感器，用來將擷取出一影像所對應的多數(shù)個像素信號；一估算單元，用來依據(jù)多數(shù)個像素信號判斷構(gòu)成該影像的至少一影像對象的靜態(tài)影像參數(shù)；以及一傳輸接口，用來以串行傳輸?shù)姆绞捷敵龉浪銌卧a(chǎn)生的至少一影像對象的靜態(tài)影像參數(shù)?？刂齐娐废涤脕硪罁?jù)傳輸接口所輸出靜態(tài)影像參數(shù)以控制交互式裝置的操作。影像傳感器、估算單元和傳輸接口皆形成于該基底上。
文檔編號H04N5/335GK1738355SQ20041005856
公開日2006年2月22日 申請日期2004年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月18日
發(fā)明者李宣賢, 楊金新, 趙子毅 申請人:原相科技股份有限公司