专利名称：光学位移侦测装置及其运作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学位移侦测装置及其运作方法，特别涉及一种可排除外界人工 光源干扰的光学位移侦测装置及其运作方法。
背景技术：
早期显示于屏幕上的光标通过机械式位移侦测装置，例如滚轮鼠标，进行光标位 置的控制，此种机械式位移侦测装置的内部设置有滚动球，并且通常放置于某一特定表面， 例如鼠标垫的表面，以供使用者操控。但是机械式位移侦测装置因无法适用于任何表面而 具有使用上的限制；除此之外，当使用一段时间后，随着机械构造的劣化以及灰尘的堆积， 容易出现误动作或无法操控的情形。因此，一种光学位移侦测装置，例如光学鼠标，便取代 了传统机械式位移侦测装置。光学位移侦测装置虽然与传统机械式位移侦测装置具有相类似的外观，但由于光 学位移侦测装置不具有滚动球，因此不会随着持续地使用而导致效能低落，且光学位移侦 测装置几乎可适用于任何表面。然而，此种光学位移侦测装置并不适合于行动装置，例如笔 记本电脑(note book)、手机或个人数字助理(PDA)，因此近年来出现了一种直接设置于行 动装置上的光学位移侦测装置，其并不需要被设置于表面以进行操控。例如，发明名称为“用于电脑系统的免鼠标光学及位置转译型屏幕指标器控制技 术”的第6，057，540号美国专利，即揭示了一种光学移动检测装置。然而，当使用此种光学 移动检测装置时，即使使用者的手指未接触移动检测装置，该移动检测装置仍容易受到外 界人工光源的干扰而产生误动作，例如当该移动检测装置静止不动时，仍会受到外界人工 光源的干扰而出现光标抖动；或当移动检测装置被移动时，它会自行输出位移信号而导致 光标自动漂移等情形。有鉴于此，有必要另提出一种光学位移侦测装置，其可排除外界人工光源的干扰， 从而避免光学位移侦测装置的误动作。
发明内容
本发明提出一种光学位移侦测装置及其运作方法，其通过侦测外界人工光源的固 定频率以分辨位移侦测装置本身的光源与外界人工光源，进而排除外界人工光源的干扰。本发明提出一种光学位移侦测装置及其运作方法，其中即使在具有外界人工光源 的环境下移动该光学位移侦测装置，该光学位移侦测装置也不会自行输出位移信号，以增 加操作稳定性。本发明提出一种光学位移侦测装置，该装置包括图像感测器、光源以及处理单元。 所述图像感测器用于撷取多个图像。所述光源用于提供所述图像感测器撷取所述多个图像 时所需的光。所述处理单元耦合至所述图像感测器，根据所述多个图像求出位移量和特征 值变化，并根据该特征值变化决定是否输出所述位移量。本发明还提出一种光学位移侦测装置的运作方法，该方法包括下列步骤撷取多
4个图像；根据所述多个图像求得位移量；求得所述多个图像的特征值变化；以及当所述特 征值变化符合预设规则时，抑制输出所述位移量。本发明还提出一种光学位移侦测装置的运作方法，该方法包括下列步骤撷取多 个图像；根据所述图像求得位移量；求得每一图像的平均亮度；将连续图像的平均亮度逐 渐增加的时间或逐渐减少的时间设定为判定区间；以及在预设数目的连续判定区间内，当 所述多个图像的数目介于预设范围内时，抑制输出所述位移量。本发明的光学位移侦测装置及其运作方法中，通过分析所撷取的图像的特征值变 化，例如图像的平均亮度变化，以分辨位移侦测装置是否受到外界人工光源的干扰，例如当 图像的平均亮度在预设时间内持续以固定频率变化时，即可判定造成图像平均亮度变化的 原因为外界人工光源而非实际侦测到的位移，从而排除位移侦测装置的误动作。
图1显示本发明的一种实施例的光学位移侦测装置的示意图； 图2显示本发明的一种实施例的图像感测模块的方块图； 图3显示本发明中用于侦测外界人工光源的方法的示意图；以及 图4显示本发明的一种实施例的光学位移侦测装置的运作方法的流程图, 主要元件符号说明
1光学位移侦测装置 11光源
121图像感测单元 123传输接口单元 15导光单元 3图像显示器 T判定区间 0开口
10壳体
12图像感测模块 122处理单元 13、14透镜 2物件 31光标 S1 S6步骤 SP取样间隔
具体实施例方式为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，作 详细说明如下。请参照图1所示，其显示本发明的一种实施例的光学位移侦测装置1。该光学位移 侦测装置1用于感测物件2的位置变化，以相对控制图像显示器3的运作，例如控制该图像 显示器3上的光标31的移动或安装于该图像显示器3中软件的运作。在本实施例中，所述 物件2虽然被表示成手指，但其并非用于限定本发明，该物件2还可为圆棒、笔或其他适合 的物体。例如当所述物件2为手指时，所述光学位移侦测装置1侦测手指上的指纹图像变 化，以判定该手指(物件2)的位移量。处理单元将图像变化转换为数字信号，并通过传输 接口单元将该数字信号电性或无线地传输至所述图像显示器3，以进行相对应的运作。所述 图像显示器3例如可为电视、电脑屏幕、投影机屏幕或游戏机屏幕等。请参照图1和图2所示，所述光学位移侦测装置1可以具有壳体10，该壳体10例 如可由红外光透明材质(IR transparent material)所制成，且其上方可具有开口 0，所述物件2则在该开口 0前方移动；但是，该开口 0并不限定设置于所述壳体10上方。所述壳 体10内部包含光源11和图像感测模块12，所述光源11可为红外光光源，例如红外光发光 二极管或红外光激光二极管。在一种实施例中，所述图像感测模块12包括图像感测单元 121、处理单元122以及传输接口单元123 (如图2所示)，所述图像感测单元121例如可为 (XD图像感测器或CMOS图像感测器；所述处理单元122例如可为数字信号处理器(digital signal processor, DSP)；所述传输接口单元123可以是有线传输接口单元或无线传输接 口单元，用于与所述图像显示器3进行信号传输。另一种实施例中，所述图像感测单元121、 处理单元122以及所述传输接口单元123可独立设置。所述光源11发出的光会被位于所述开口 0前方的物件2反射。所述图像感测单 元121接收该反射光以撷取多个图像并将该多个图像传送至所述处理单元122。该处理单 元122根据所述多个图像之间所述物件2的图像变化来计算该物件2的位移量，例如根据 两张图像的相关性(correlation)或其他已知方式计算所述位移量，并根据数张连续图像 求得所述数张图像的特征值变化，从而判定所述位移量是否是由外界人工光源的干扰所造 成的(判定的方式将详述于后)，其中所述特征值变化中的特征值例如可为每一图像的平 均亮度。当判定所计算出的位移量并非由于外界人工光源的干扰所造成时，所述位移量将 被传送至所述传输接口单元123，以进行传输；当判定所计算出的位移量为外界人工光源 的干扰所造成时，该处理单元122则抑制该位移量的输出。此外，所述光学位移侦测装置1 还可包括透镜(或透镜组)13、透镜(或透镜组)14以及导光单元15，所述透镜13设置于 所述光源11的前方，以调整该光源11所发出的光；所述透镜14设置于所述图像感测模块 12前方，以调整该感测模块12的感光效率；所述导光单元15用于引导所述光源11所发出 的光至所述壳体10的开口 0。一种实施例中，所述透镜13可与所述导光单元15—体成型。 所述导光单元15可选用适当的红外光透明材质所制成。接着说明本发明中判定位移量是否是由于外界人工光源所造成的方法。请参照图 3所示，其显示本发明中用于判定外界人工光源干扰的示意图。由于人工光源，例如荧光灯 管、卤素灯等的光强度一般具有固定的变化频率，例如美国及台湾为60赫兹而中国大陆为 50赫兹，因此本发明通过判定所述图像感测单元121所撷取的多个图像的平均亮度是否具 有固定的变化频率，以判定所述光学位移侦测装置1所侦测的位移量是否为外界人工光源 所造成。请参照图4所示，其显示本发明实施例的光学位移侦测装置的运作方法的流程 图，该运作方法包括下列步骤撷取多个图像(步骤S1)；根据所述多个图像求得位移量 (步骤S2)；求得所述多个图像的特征值变化(步骤S3)；判定该特征值变化是否符合预设 规则(步骤S4)；若是，则抑制输出所述位移量(步骤S5)；若否，则输出所述位移量(步骤 S6)。请再参照图3和图4所示，在此实施例中，假设所述图像感测单元121的图像取样 频率为800赫兹(取样间隔SP为1. 25毫秒)，并假设外界人工光源的频率为60赫兹，因 此所述图像感测单元121所撷取的图像的平均亮度的变化频率为120赫兹(平均亮度的变 化周期约为8. 33毫秒)。首先，该图像感测单元121以预设取样频率撷取多个图像(步骤 S1)。接着，所述处理单元122根据所述多个图像之间的关系求得位移量(步骤S2)，例如根 据连续图像之间的相关性(correlation)求得所述位移量。在另一种实施例中，当外界人工光源的频率为50赫兹时，所述图像感测单元121所撷取的图像的平均亮度的变化频率为 100赫兹(平均亮度的变化周期约为10毫秒)。接着，所述处理单元122求出所述多个图像的特征值变化(步骤S3)。当所述 多个图像受到外界人工光源影响时，该多个图像的平均亮度变化将呈现周期性变化，即于 1/2平均亮度的变化周期内(4. 17毫秒)亮度逐渐增加并于下一个1/2平均亮度的变化周 期内(4. 17毫秒)亮度逐渐降低，也就是说，所述图像感测单元121将连续撷取3 4个 (4. 17/1. 25 = 3. 336)平均亮度逐渐增加的图像，接着将连续撷取3 4个平均亮度逐渐 降低的图像。当所述图像感测单元121撷取的图像的平均亮度逐渐增加时，所述处理单元 122则给出高位数字信号(1)；反之，当所述图像感测单元121撷取的图像的平均亮度逐渐 降低时，所述处理单元122则给出低位数字信号(0)。在此实施例中，每一个高位区间和低 位区间均设定为一个判定区间T，也就是每一个判定区间T大约为所述多个图像的平均亮 度变化周期的二分之一。所述处理单元122判定所述特征值变化是否符合预设规则(步骤S4)，例如判定所 述多个图像的平均亮度是否具有固定的变化频率。在一种实施例中，所述处理单元122判 定在预设数目的连续判定区间T内(例如2 4个判定区间T内)，所述图像感测单元121 的取样数目(即取样图像数目)是否介于预设范围内。另一种实施例中，所述处理单元122 判定在预设数目的连续判定区间T内，所述图像感测单元121在每一判定区间T的取样数 目是否均介于预设范围内，例如2 5个取样数目之间。当符合上述两种实施例其中之一 时，则可判定所述多个图像的平均亮度具有固定的变化频率，也就是所述特征值变化符合 所述预设规则，所述处理单元122则抑制所述位移量的输出(步骤S5)；否则，所述处理单 元122则将所述位移量输出至所述传输接口单元123(步骤S6)。最后，所述光学位移侦测 装置1重新撷取图像，并从所述步骤S1重新进行是否输出位移量的判定。所述传输接口单 元123最后将所述位移量电性或无线地传输至图像显示器3，以进行相对应的控制。必须了 解的是，本发明实施例中所列的数值仅为例示性，并非用于限定本发明。如前所述，由于现有的光学位移侦测装置无法排除外界人工光源对装置所造成的 干扰，因此在闲置时仍可能出现光标抖动或光标自动漂移的情形。本发明提出一种可排除 外界人工光源干扰的光学位移侦测装置及其运作方法(图1和图4)，通过侦测图像特征值 的变化来排除来自外界人工光源的干扰，具有较佳的操作性能。虽然本发明已通过前述实施例而被公开，然而所述实施例并非用于限定本发明， 任何本领域技术人员均可以在不脱离本发明的精神和范围内作出各种变动与修改。因此本 发明的保护范围当以所附的权利要求所界定的为准。
权利要求
一种光学位移侦测装置，该装置包括图像感测器，该图像感测器用于撷取多个图像；光源，该光源用于提供所述图像感测器撷取所述多个图像时所需的光；以及处理单元，该处理单元耦合至所述图像感测器，根据所述多个图像求出位移量和特征值变化，并根据该特征值变化决定是否输出所述位移量。
2.根据权利要求1所述的光学位移侦测装置，其中所述特征值变化中的特征值指每一 图像的平均亮度，在预设数目的连续图像的平均亮度逐渐增加或平均亮度逐渐降低的区间 内，当所述图像感测器所撷取的图像的数目介于预设范围内或所述图像感测器在每一判定 区间所撷取的图像的数目介于预设范围内时，抑制输出所述位移量。
3.根据权利要求1所述的光学位移侦测装置，其中所述特征值变化中的特征值指每一 图像的平均亮度，当该平均亮度的变化频率为100赫兹或120赫兹时，抑制输出所述位移 量。
4.根据权利要求1所述的光学位移侦测装置，该装置还包括传输接口单元，该传输接 口单元用于将所述位移量传送至图像显示器，其中当所述特征值变化符合预设规则时，抑 制输出所述位移量至所述传输接口单元。
5.根据权利要求1所述的光学位移侦测装置，其中所述光源为红外光光源。
6.一种光学位移侦测装置的运作方法，该方法包括下列步骤撷取多个图像； 根据所述多个图像求得位移量；求得所述多个图像的特征值变化；以及当所述特征值变化符合预设规则时，抑制输出所述位移量。
7.根据权利要求6所述的运作方法，该方法还包括下列步骤 当所述特征值变化不符合所述预设规则时，输出所述位移量；以及 将所述位移量传送至图像显示器。
8.根据权利要求6所述的运作方法，其中所述特征值变化中的特征值指每一图像的平 均亮度；所述预设规则指在预设数目的连续图像的平均亮度逐渐增加或平均亮度逐渐降低 的区间内，所述多个图像的数目介于预设范围内或每一判定区间的所述多个图像的数目介 于预设范围内。
9.根据权利要求6所述的运作方法，其中所述特征值变化中的特征值指每一图像的平 均亮度，所述预设规则指该平均亮度的变化频率为100赫兹或120赫兹。
10.一种光学位移侦测装置的运作方法，该方法包括下列步骤 撷取多个图像；根据所述多个图像求得位移量； 求得每一图像的平均亮度；将连续图像的平均亮度逐渐增加的时间或逐渐降低的时间设定为判定区间；以及 在预设数目的连续判定区间内，当所述多个图像的数目介于预设范围内时，抑制输出 所述位移量。
11.根据权利要求10所述的运作方法，该方法还包括下列步骤在预设数目的连续判定区间内，当所述图像的数目不介于所述预设范围内时，输出所 述位移量；以及将所述位移量传输至图像显示器。
12.根据权利要求10所述的运作方法，其中在抑制输出所述位移量的步骤中，在预设 数目的连续判定区间内，当所述图像的数目介于预设范围内或当每一判定区间的所述多个 图像的数目介于预设范围内时，抑制输出所述位移量。
全文摘要
一种光学位移侦测装置的运作方法，该方法包括下列步骤撷取多个图像；根据所述多个图像求得位移量；求得所述多个图像的特征值变化；以及当所述特征值变化符合预设规则时，抑制输出所述位移量。本发明还提供一种光学位移侦测装置。
文档编号G06F3/042GK101853091SQ20091013332
公开日2010年10月6日 申请日期2009年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者苏宗敏, 赵子毅, 陈信嘉 申请人:原相科技股份有限公司