专利名称：单色亮点信号提取电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种图像接收和预处理电路，具体为用于计算机光笔信息输入系统中的单色亮点信号提取电路。
背景技术：
中国专利号ZL 01108047.7，名称为“用于计算机座标与控制信息输入的系统与方法”的中国专利公开了一种用于向计算机输入坐标信息和控制信息的系统，它采用单色的光笔亮点指示目标点，采用摄像装置实时分析图像并利用硬件电路从视频信号中提取出光笔亮点的位置信息。其中关键技术之一提高光笔亮点信号对背景光的信噪比，以便于采用简单的幅度鉴别方法来有效提取出光笔亮点信号。上述专利和目前相关产品实现中所采用的方法是在单色摄像装置内引入一个对应于单色光笔亮点光谱的带通滤光片。
采用滤光片的方法确实能够提高信噪比，但是存在一些缺陷。首先是，如果背景光如日光较强，则透过带通滤光片的背景光的绝对强度仍然可能接近甚至远大于光笔亮点光，从而无法从图像信号中提取出光笔亮点信号，或造成错误检测形成干扰。另外，带通滤光片的制造复杂，特性参数难以控制，相关光路要求也较复杂，成本高，这些对产品化是不利的。
发明内容
本发明的目的是提供一种单色亮点信号提取电路，采用本电路后将可以免去摄像装置中带通滤光片的使用，同时极大地提高图像信号中单色光笔亮点信号的信噪比，而且可以减少一般背景光对系统的干扰。
为了实现上述目的，本发明的单色亮点信号提取电路包括一个图像传感器，它是一个彩色图像传感器，其三基色分量输出中至少有两个连到一个运算模块，且其中包括所述单色亮点颜色所对应的基色分量输出。所述运算模块的输出是其所连的所述图像传感器各基色分量幅度值的函数。
一般干扰背景光如日光，会在所有基色分量中都有相近的贡献，而单色光至少在一个基色分量中不会有贡献。利用这一特性，可以通过对运算模块的适当设计，使背景光在图像传感器不同基色分量中的贡献经过运算后在运算模块的输出中尽量相互抵消，而所述单色亮点光的信号则基本没有抵消情况发生，从而极大提高单色亮点信号的相对强度。用这样的经过运算模块处理后输出的信号取代现有技术的摄像装置直接输出的信号，连到现有技术的后续处理电路即可实现光笔信息输入系统。
上述运算模块的一种的设计是，其输出为单色亮点颜色所对应的图像传感器基色分量与图像传感器其它两种基色分量经过适当加权后的差。即其输出可以表达为所述单色亮点颜色所对应的图像传感器基色分量值×A-(图像传感器另一个基色分量值×B+图像传感器第三个基色分量值×C)，其中A，B，C表示加权系数，它们同号，且A不为零，B和C可以为零但不同时为零。其中当B或C为零时表示相应的基色分量没有接入或不参与运算。上述加权系数是根据图像传感器的光谱响应特性和背景光光谱特性等来确定的。确定A，B，C数值的主要原则是使背景光各基色分量之间尽量相互抵消从而使背景光对运算模块输出的影响尽量减小，同时尽可能保证所述单色亮点在各基色输出中的成分在运算模块中不发生抵消。
进一步，如果所考虑的背景光，如日光，其在三基色的分量信号近似相等，那么上述加权系数可以简化为A，B，C全部为1，即所述运算模块的输出为所述单色亮点颜色所对应的基色分量值×2-另一个基色分量值-第三个基色分量值。
实际上，可以只考虑一路对比基色分量，从而进一步简化运算模块电路，此时运算模块的输出为所述单色亮点颜色所对应的图像传感器基色分量值减去图像传感器另一个基色分量值。
如果采用的是一个彩色模拟图像传感器，则上述运算模块可以用一个运算放大器构成的减法器实现，或者用分立元件构成的简单电路实现，也可以将图像输出经过AD转换后用数字逻辑电路构成的加法器和减法器实现。
如果采用的是一个彩色数字图像传感器，则可以直接用数字逻辑电路构成的加法器和减法器实现上述运算模块的功能。
本发明的单色亮点信号提取电路应用于计算机光笔信息输入系统中可有明显的有益效果，因为它免除了复杂昂贵的带通滤光片的使用、使光学系统的设计得到简化、使系统的信噪比得到极大提高、降低或避免了一般干扰背景光如日光造成干扰的可能，从而使系统的整体性能提高，并对产品化有利。
本发明将通过优选的实施例结合附图加以进一步说明。
图1本发明的单色亮点信号提取电路的一个实施例原理图。
具体实施例方式
参照附图，将详细叙述本发明的具体实施方案。
图1是本发明第一个实时例的电路原理图。在本实施例中，光笔的发光中心波长为635纳米红色，即信号单色亮点颜色为红色。在图1中1是一个彩色模拟输出的图像传感器芯片，如OV7910 CMOS彩色模拟图像传感器。适当配置使其以RGB三基色输出的形式工作。运算模块是由一个晶体管Q1构成的反相放大电路和一个晶体管Q2构成的模拟加法器电路所组成。图像传感器1对应于单色亮点颜色的基色信号，即R信号，通过一个电容和一个电阻串连连到晶体管Q1的基极，Q1在集电极的输出通过一个电阻和一个电容串连连到晶体管Q2的基极，图象传感器1的其它两个基色信号，即G，B信号也分别经过电容和电阻串连连到晶体管Q2的基极，Q2的集电极输出OUT即为运算模块的输出。图中C1，C2，C3，C4都是0.01uF适当选择各电阻值，可以使背景光如日光，产生的R，G，B信号通过此运算模块后相互基本抵消，而635纳米的光笔亮点信号由于其只在R信号中有贡献，不会发生抵消现象，从而实现了本发明的目的。本实施例中的电阻值配置如下R1＝620欧姆，R2＝R3＝40K欧姆，R4＝100K欧姆，R5＝240欧姆，R6＝200欧姆，R7＝20K欧姆，R8＝100K欧姆，R9＝470欧姆，Q1和Q2为9013。
考虑到连续光谱的背景光对各基色分量的贡献比例基本不变，则本实施例可以简化为，仅用R信号和G或B信号之一进行减法运算。实验证明本简化的电路也是非常有效的。
如果采用集成运算放大器构成的典型减法电路来实现上述运算功能，则可以更加精确地实现运算。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的单色亮点信号提取电路进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些改动和变形属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。
权利要求
1.一种单色亮点信号提取电路，包括一个图像传感器，其特征是，所述图像传感器是一个彩色图像传感器，其三基色分量输出中至少有两个连到一个运算模块，且其中包括所述单色亮点颜色所对应的基色分量输出，所述运算模块的输出是其所连的所述图像传感器各基色分量幅度值的函数。
2.根据权利要求1所述的单色亮点信号提取电路，其特征是，所述的运算模块的设计使背景光在所述图像传感器不同基色分量中的贡献在其输出中尽量相互抵消，而所述单色亮点光的信号则基本没有抵消情况发生。
3.根据权利要求2所述的单色亮点信号提取电路，其特征是，所述的运算模块的输出为所述单色亮点颜色所对应的所述图像传感器基色分量值×A-(所述图像传感器另一个基色分量值×B+所述图像传感器第三个基色分量值×C)，其中A，B，C表示加权系数，它们同号，且A不为零，B和C可以为零但不同时为零。
4.根据权利要求1所述的单色亮点信号提取电路，其特征是，所述的运算模块的输出为所述单色亮点颜色所对应的所述图像传感器基色分量值减去所述图像传感器的另一个基色分量值。
5.根据权利要求1所述的单色亮点信号提取电路，其特征是，所述的运算模块的输出为所述单色亮点颜色所对应的所述图像传感器基色分量值×2-所述图像传感器另一个基色分量值-所述图像传感器第三个基色分量值。
6.根据权利要求1所述的单色亮点信号提取电路，其特征是，所述图像传感器(1)是一个配置为RGB输出模式的彩色模拟图象传感器，所述运算模块是由一个晶体管(Q1)构成的反相放大电路和一个晶体管(Q2)构成的加法器电路所组成，所述反相放大电路(Q1)的输入为所述图像传感器(1)的对应于所述单色亮点颜色的基色信号，其输出通过一个电容和一个电阻连串连连到晶体管(Q2)的基极，所述图象传感器(1)的另两个基色信号也分别经过电容和电阻串连连到晶体管(Q2)的基极。
7.根据权利要求1所述的单色亮点信号提取电路，其特征是，所述图像传感器(1)是一个配置为RGB输出模式的彩色模拟图象传感器，所述运算模块是由一个晶体管(Q1)构成的反相放大电路和一个晶体管(Q2)构成的加法器电路所组成，所述反相放大电路的输入为所述图像传感器(1)的一个基色信号，其输出通过一个电容和一个电阻串连连到晶体管(Q2)的基极，所述图象传感器(1)的另一个基色信号经过一个电容和一个电阻串连连到晶体管(Q2)的基极。
8.根据权利要求4所述的单色亮点信号提取电路，其特征是，所述运算模块包括两个AD转换器和一个数字减法器，两个AD转换器的模拟输入端分别连到上述图像传感器的两个基色分量输出端，两个AD转换器的输出连到所述减法器的两个输入口，所述数字减法器的输出作为所述运算模块的输出。
9.根据权利要求4所述的单色亮点信号提取电路，其特征是，所述图像传感器是一个配置为RGB输出模式的彩色数字图象传感器，所述运算模块是一个数字减法器。
10.根据权利要求1所述的单色亮点信号提取电路，其特征是，所述图像传感器是一个配置为RGB输出模式的彩色数字图象传感器，其三个基色输出都连到所述运算模块，所述运算模块是一个数字运算逻辑电路，其输出为(所述单色亮点颜色所对应的基色分量信号×2)-(另一个基色分量信号)-(第三个基色分量信号)。
全文摘要
本发明提供了一种用于计算机光笔信息输入系统中的单色亮点信号提取电路。采用本电路后将可以免去带通滤光片的使用，同时极大地提高图像信号中单色光笔亮点信号的信噪比，而且可以避免高亮度的连续光谱背景光对系统形成干扰。为了实现本发明的目的，本发明的单色亮点信号提取电路包括一个彩色图像传感器，其三基色分量信号中至少有两个连到一个运算模块，且其中包括所述单色亮点颜色所对应的基色分量信号，所述运算模块的输出信号是所述单色亮点颜色所对应的基色分量强度值与其它基色分量强度值的函数。背景光的不同基色分量在运算模块的输出中相互抵消，而所述单色亮点光的信号则基本没有抵消情况发生，从而极大提高单色亮点信号的相对强度。
文档编号G06F3/033GK1797430SQ200410065839
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月22日 优先权日2004年12月22日
发明者鲍炜 申请人:鲍炜