专利名称：光学指示装置的图像匹配方法
光学指示装置的图像匹配方法
技术领域：
本发明涉及一种光学指示装置的图像匹配方法，特别是指应用于光电 鼠标等光学指示装置上的，通过图像匹配的方式进行位移确定的方法。背景技术：
在各种计算机外设设备中，鼠标是使用者最常使用的计算机外设设备之 一。但用户在工作表面上移动鼠标时，鼠标内的运动感知装置便感知此运动， 由此控制计算机屏幕上指针的相应运动。现有技术中的光学感知装置一般包 括一个光发射装置(如发光二极管)和一个光敏检测器阵列，其中光敏检测器 阵列通常排列成二维阵列，以感测鼠标在工作面上的运动特征，而鼠标运动 位移的判断计算主要是通过计算新捕获的采样图像(或称"帧")和以前捕获 的参考图像之间的相关计算来完成鼠标运动方向和位移大小的确定，即匹配 运算过程。通常是在第一帧图像中选择部分影像作为一个参考块，然后将该 参考块与第二帧图像在不同的位置(搜索块)进行匹配运算，选择出最佳的匹 配位置(目标块)，从而得到位移矢量。相关的现有技术可参考中国专利申请
200680000973.9及200710196741.1，此种方法的不足之处是相关计算量过大， 电路复杂且功耗很大。
另外，常用的相关计算方法是将参考块和搜索块(在第二帧图像中根据一 定的标准选择部分位置)对应位置的像素相减，所得差值图像像素总和作为参 考标准，差值越小表示参考块与搜索匹配得越好，选择差值最小的搜索块作 为目标块，从而计算得位移矢量，而但这种相关计算结果的选择只是统计结 果的表现，没有充分考虑到匹配图像的特征，也是不够准确。
发明内容
本发明目的在于提供一种应用于光学指示装置上的图像匹配方法，通过 利用特征点匹配求得最佳匹配块的方式，从而克服现有技术中计算量过大及 结果不够准确的缺陷。
为实现上述发明目的，实施本发明的光学指示装置的图像匹配方法，用 于计算机或视频系统的指示装置上，该指示装置上设有光敏检测器阵列及数 据处理单元，该光敏检测器阵列用以光学感知外部物体的图像，而数据处理 单元对该光敏检测器阵列输出的图像信号进行处理从而感知物体的运动，该 方法包括如下步骤
利用光敏检测器阵列获取外部物体的两帧图像，分别形成参考帧与目标
帧；预估参考帧与目标帧的重叠区域，并在参考帧的重叠区域中选择一参考
块，并在目标帧的重叠区域中选取多个与参考块形状与大小相同的搜索块；
判断参考块在一维方向上每个像素点的亮度与其相邻两像素点的亮度的 大小，如果该像素点的亮度比其相邻两像素点的亮度都大，则认为该像素点 为亮点，并标记该亮点在该参考块的位置；若该像素点的亮度比其相邻两像 素点的亮度都小，则认为该像素点为暗点，并标记在该参考块的位置；
同理比较搜索块在相同的一维方向上每个像素点的亮度与其相邻两像素 点的亮度的大小，标记出搜索块中亮点和暗点在该搜索块的位置；
对参考块与每个搜索块中亮点和暗点的位置进行比较，确定每个搜索块 与参考块位置相匹配的像素点的个数；
确定位置相匹配的像素点的个数最大的搜索块即为最佳匹配块。
依据上述主要特征，其中上述方法中还包括比较参考块与搜索块在相同 的另一维方向上每个像素点的亮度与其相邻两像素点的亮度的大小，从而确 定各亮点和暗点及该亮点和暗点在相应参考块与搜索块的位置。
依据上述主要特征，当参考块与搜索块某一像素点的亮度比其相邻两像 素点中的一个大，而比另一个小，则判断此像素点为特征不明显点，不进行 统计，同理在参考块与搜索块边缘的像素点也不进行统计。
与现有技术相比较，本发明通过利用图像的特征，如亮点与暗点进行匹 配运算，不需复杂的统计运算，从而不需复杂的计算电路，因此利于提高计 算速度并降低功耗。
图1是表示通过光学指示装置的光敏检测器阵列采集的二维图像的示意图。 图2是表示从图1中所采样的一维图像的各像素点的像素值的分布示意图。 图3是实施本发明的流程图。实施方式
实施本发明的方法用于计算机或视频系统指示装置上，该指示装置上设 有光敏检测器阵列，用以光学感知外部物体的图像，从而感知物体的运动。 此方法利用图像的特征信息对参考块和搜索块进行匹配，至于其他的背景技 术可参考中国专利申请200680000973.9及200710196741.1所示。
图1是表示通过光学指示装置的光敏检测器阵列采集的二维图像的示意 图，图2是表示从图1中所采样的一维图像的各像素点的像素值(亮度)的 分布示意图，即为图1所示的图像的X方向的一维图像AB或Y方向的一维 图像CD的各像素点的像素值的分布示意图，表明在一维方向上各像素点的 像素值有高低起伏变化，也就是图像亮度有波峰和波谷。而实施本发明的方 法中通过定义两个特征点，即亮点和暗点，的方式对图像进行匹配，其中亮 点为当一帧图像画面的一维像素中，有一像素点的亮度比其相邻的两像素点的亮度都大，则判断此像素点为一亮点，例如图2中的U1、 U2,而暗点 为当一帧图像画面的一维像素中，有一像素点的亮度比其相邻前后的两像 素点的亮度都小，则判断此像素点为一暗点，例如图2中的D1、 D2。
此外，当图像画面的一维像素中，有一像素点既不为亮点，也不为暗点， 即其亮度比其相邻前后两像素点中的一个大，而比另一个小，则其特征点标 志Flag^，判断其为特征不明显点，不进行统计。另外，边缘像素的亮度即 使是最大值，如图2中N，也不判断其为亮点，边缘像素的亮度即使是最小 值，如图2中的M,也不判断其为暗点，即边缘点均不进行统计。
图3表示本发明利用特征点匹配求最佳匹配块方法的流程图。主要包括 如下步骤
首先，利用光敏检测器阵列获取外部物体的两帧图像，分别形成参考帧 与目标帧，并令亮点匹配计数器和暗点匹配计数器归零；
然后，预估参考帧与目标帧的重叠区域，并在参考帧的重叠区域中选择 一参考块，并在目标帧的重叠区域中选取多个与参考块形状与大小相同的搜 索块；判断参考块中X方向每个像素点分别为亮点和暗点的位置，并分别标 记该亮点和暗点在参考块中的位置，亮点标志refflag—x=l，暗点标志 refFlag_x=-l;同时考察搜索块中X方向每个像素点分别为亮点和暗点的位 置，并分别得亮点标志curFlag—x= 1 ，暗点标志curFlag—x=-1;
同理分别考察参考块和搜;块中Y方向每个像素点分别为亮点和暗点的 位置，分别得亮点标志参考块为refFlag_y=l和4叟索块为curFlag—y=l，暗点 标志参考块为refFlag—y=-l和搜索块为curFlag—y=-l;
分别判断参考块与搜索块X方向和Y方向亮点和暗点的位置是否匹配， 即参考块与搜索块亮点与暗点的位置是否相同，若有一个亮点或暗点匹配， 则相应的亮点匹配计数器或暗点匹配计数器累加一，并且亮点匹配计数器和 暗点匹配计数器之和为参考块与搜索块匹配特征点的个数；
依次对参考块与每个搜索块中亮点和暗点的位置进行比较，确定每个搜 索块与参考块位置相匹配的像素点的个数；
确定位置相匹配的像素点的个数最大的搜索块即为最佳匹配块，即目标 块，如此可根据目标块的位置确定位移矢量。
另外，在判断一帧图像画面的一维^像素中^^素点为亮或暗点时，可预i殳 一标准值，此标准值的大小可由图像品质及实验确定，通常可设为0，即当 一像素点的像素值比其相邻的两像素点的像素值之差大于或小于此标准值 时，>^人而确定此像素点为为亮或暗点。
虽然上面已经揭示了本发明的具体实施方法，但是其不是本发明范围的
在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种光学指示装置的图像匹配方法，用于计算机或视频系统的指示装置上，该指示装置上设有光敏检测器阵列及数据处理单元，该光敏检测器阵列用以光学感知外部物体的图像，而数据处理单元对该光敏检测器阵列输出的图像信号进行处理从而感知物体的运动，其特征在于该方法包括如下步骤利用光敏检测器阵列获取外部物体的两帧图像，分别形成参考帧与目标帧；预估参考帧与目标帧的重叠区域，并在参考帧的重叠区域中选择一参考块，并在目标帧的重叠区域中选取多个与参考块形状与大小相同的搜索块；判断参考块在一维方向上每个像素点的亮度与其相邻两像素点的亮度的大小，如果该像素点的亮度比其相邻两像素点的亮度都大，则认为该像素点为亮点，并标记该亮点在该参考块的位置；若该像素点的亮度比其相邻两像素点的亮度都小，则认为该像素点为暗点，并标记在该参考块的位置；同理比较搜索块在相同的一维方向上每个像素点的亮度与其相邻两像素点的亮度的大小，标记出搜索块中亮点和暗点在该搜索块的位置；对参考块与每个搜索块中亮点和暗点的位置进行比较，确定每个搜索块与参考块位置相匹配的像素点的个数；确定位置相匹配的像素点的个数最大的搜索块即为最佳匹配块。
2. 如权利要求1所述的光学指示装置的图像匹配方法，其特征在于上述方法中还包括比较参考块与搜索块在相同的另一维方向上每个像素点的亮 度与其相邻两^f象素点的亮度的大小，/人而确定各亮点和暗点及该亮点和暗点在相应参考块与搜索块的位置。
3. 如权利要求1所述的光学指示装置的图像匹配方法，其特征在于当 参考块与搜索块某一像素点的亮度比其相邻两像素点中的一个大，而比另一 个小，则判断此像素点为特征不明显点，不进行统计，同理在参考块与搜索 块边缘的像素点也不进行统计。
全文摘要
一种光学指示装置的图像匹配方法包括如下步骤利用光敏检测器阵列获取外部物体的两帧图像，形成参考帧与目标帧；预估参考帧与目标帧的重叠区域，并在参考帧的重叠区域中选择一参考块，在目标帧的重叠区域中选取多个搜索块；当参考块或搜索块某一像素点的亮度比其相邻两像素点的亮度都大，则该像素点为亮点，若该像素点的亮度比其相邻两像素点的亮度都小，则该像素点为暗点；对参考块与每个搜索块中亮点和暗点的位置进行匹配比较，确定位置相匹配的像素点的个数；确定位置相匹配的像素点的个数最大的搜索块即为最佳匹配块从而确定该光学指示装置的位移。
文档编号G06T7/20GK101556514SQ200910057260
公开日2009年10月14日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者勇 肖, 谢承华, 邵菊花 申请人:埃派克森微电子(上海)有限公司;埃派克森微电子有限公司