相关性平行比对方法及相关性运算装置制造方法

相关性平行比对方法及相关性运算装置制造方法
【专利摘要】一种相关性平行比对方法及相关性运算装置，适用于光学导航装置。所述相关性平行比对方法包括：产生对应参考影像的参考阵列以及对应撷取的第一比较影像的比较阵列；储存参考阵列至第一记忆库，并对应地以该参考阵列的第i行作为索引参考阵列的第i行中多个参考像素值的索引标签；储存比较阵列至第二记忆库，并对应地以该比较阵列的第j行作为索引比较阵列的第j行中多个比较像素值的索引标签；利用行索引标签读取第二记忆库内的该些比较像素值和第一记忆库内相对应该些参考像素值，并同时计算参考阵列和比较阵列间的相关性系数，以产生一L×M相关系数阵列，其中L、M、i及j皆为正整数。
【专利说明】相关性平行比对方法及相关性运算装置

【技术领域】
[0001]本发明是关于光学导航装置上的相关性比对方法，特别的是有关于一种光学导航装置的相关性平行比对方法以及使用相关性平行比对方法的相关性运算装置。

【背景技术】
[0002]光学导航装置(例如光学鼠标)的运作是透过依序撷取并产生的多张影像来持续不断地追踪光学导航装置的相对位移量以及相对移动速度。传统光学导航装置的导航方法是先由一光感测器感测以雷射光源照射工作平面所产生的反射光线。上述的光感测器可例如是一 0103影像感测器，且0103影像感测器可撷取反射光线所形成的光斑(11曲七
。从而，在光学导航装置因操作而于工作平面移动时，可藉由比较所撷取该些连续影像中光斑的位置，判断光学导航装置的位移量。
[0003]相关性比对技术(⑶常被应用在光学导航装置上，以分析连续撷取的影像，例如参考影像以及接续撷取的输入影像(例如比较影像)之间的相同特征资讯，据以判定该光学导航装置于工作平面上的相对移动运作(例如相对位移量及移动方向具体而言，相关性比较技术一般是使用二维互相关性系数算法(切0-(11111611810118101-088-001-1-61^1011)以逐像素比对方式，比较参考影像及比较影像各像素之间的关联性。
[0004]序列相关系数算法001~1~6181:1011为一般常见的相关性比对技术，其中比较影像的设置位置是固定的，而参考影像则在一预设大小的搜寻视窗(例如3X3或5X5搜寻视窗)范围内反复地以像素单位位移。在序列相关性系数的计算架构下，相关性系数阵列的每一行是透过依序计算参考影像中各列像素值与相对应的比较影像的像素值之间相关性所产生的，直至搜寻视窗内所有列皆已完成相关性计算。随后，再根据相关性计算结果以及所采用的相关性函数，获取最大相关性系数或是最小相关性系数，据以于比较影像中辨识出特定影像特征(例如光斑)，并计算出相关位移资讯。
[0005]现有技术的光学导航装置所撷取的任何影像一般会需要先进行滤波再储存于内建记忆库。因此，在序列相关性系数的计算架构下，于计算相关性阵列的每一行的过程中，相对应的参考影像中的参考像素与比较影像中的比较像素会不断地由记忆库中读取，再进行相关性计算。例如，为获取计一 5X5搜寻视窗的相关性结果，至少需经过25次的相关性比较计算，而记忆库同样地亦会被读取25次以取得所需像素值。此外，在相关性阵列的下一行的计算必须等到目前计算的该行完成相关性计算后才会开始。
[0006]因此，光学导航装置在每一次撷取影像后的计算位移量的追踪运作皆须要耗费相当多的运算时间(即多个频率周期)，其中大部分的运算时间是用在由储存器读取计算相关性的数据资料。此外，运算时间亦会随着搜寻视窗的大小而增加，亦即越大的搜寻视窗会需要较长的运算时间，因此在追踪的准确度与追踪速度之间会有权衡的限制。例如若需要较高准确度就必须使用较大的搜寻视窗，因此相对所需的运算时间亦会较长。此外，当光学导航装置是操作在高巾贞率(色^邮1-81:6)下,亦可能产生延迟时间(1211:61107)，进而影响光学导航装置的整体追踪效能。


【发明内容】

[0007]有鉴于此，本发明实施例提供一种用于光学导航装置的相关性平行比对方法以及相关性运算装置，其是以行作为索引一影像中行像素值的索引标签，进而可同时计算比较影像与参考影像于一选定的搜寻视窗的相关性系数，从而大幅度的提闻追踪效率，并同时实现所需的追踪准确度。
[0008]本发明实施例提供一种相关性平行比对方法，适用于一光学导航装置，例如光学鼠标与光学遥杆等。相关性平行比对方法包括以下步骤。首先，分别产生对应一第一比较影像的一比较阵列及对应一参考影像的一参考阵列。其次，储存参考阵列于第一记忆库，并对应以参考阵列的第1行作为索引该参考阵列的第1行中多个参考像素值的索引标签。储存比较阵列于第二记忆库，并对应以比较阵列的第』行作为索引该比较阵列的第』行中多个比较像素值的索引标签。接着，利用行索引标签读取第二记忆库内的比较像素值以及第一记忆库内相对应的参考像素值，以同时计算参考阵列和比较阵列之间的相关性系数，并产生一 1X1相关性系数阵列，其中1X1相关性系数阵列中的各相关性系数是对应于参考阵列相对于比较阵列的一移动参数。
[0009]本发明实施例另提供一种相关性运算装置，适用于一光学导航装置。所述相关性运算装置包括第一记忆库、第二记忆库、单元阵列以及导航处理单元。第一记忆库用以储存对应参考影像的一参考阵列，其中参考阵列的第1行作为索引该参考阵列的第1行中多个参考像素值的索引标签。其中1为正整数。第二记忆库用以储存对应撷取的第一比较影像的一比较阵列，其中比较阵列的第』行作为索引该比较阵列的第』行中多个比较像素值的索引标签。其中』为正整数。单元阵列具有多个单元。单元阵列耦接于第一记忆库与第二记忆库之间。各该单元用以接收由第二记忆输出的比较像素值，并同时与由第一记忆库输出的相对应的参考像素值进行相关性计算，以相应产生一相关性系数。导航处理单元耦接于单位阵列、第一记忆库以及第二记忆库。导航处理单元用以驱动第一记忆库及第二记忆库相对应地输出参考像素值以及比较像素值至单位阵列的各该单元。导航处理单元并用以根据一预设条件分析单位阵列的该些单元计算产生的该些相关性系数，据以获取一最大相关性系数。导航处理单元根据最大相关性系数于比较阵列的位置，计算出光学导航装置的一位移量。
[0010]本发明实施例提供一种光学导航装置，且所述光学导航装置包括控制单元、影像感测器、发光源、上述的相关性运算装置与通讯单元。影像感测器、发光源、相关性运算装置与通讯单元分别耦接于控制单元。发光源用于发射光线于光学导航装置的一工作平面。影像感测器用以根据一预定帧率，撷取工作平面的一反射光线所形成的多个影像。控制单元用以控制相关性运算装置的运作，以在接收到一连续影像后，计算光学导航装置的位移量。控制单元还用以控制通讯单元传送位移资讯给一电子装置，以控制光标在电子装置的移动。
[0011]综上所述，本发明实施例提供一种相关性平行比对方法及使用其的相关性运算装置，透过利用平行比对算法搭配设定影像阵列的每一行作为记忆地址，可同时计算出一预设的搜寻视窗内的多个相关性系数，进而提高光学导航装置的追踪速率及追踪效能。因此，藉由使用此相关性平行比对方法可以实现高帧率无延迟的追踪操作，且同时达到所需的追踪准确度。
[0012]上文以概略地叙述本发明的技术特征及所达到的技术效果，为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。

【专利附图】

【附图说明】
[0013]图1是本发明实施例提供的相关性平行比对方法的流程示意图。
[0014]图2八是本发明实施例提供的用以储存参考阵列的第一记忆库的示意图。
[0015]图28是本发明实施例提供的用以储存比较阵列的第二记忆库的示意图。
[0016]图3是本发明实施例提供的光学导航装置的模块示意图。
[0017]图4是本发明实施例提供的相关性运算装置的示意图。
[0018]图5是本发明实施例提供的光学导航装置的单元的功能模块图。
[0019]图6是本发明实施例提供的光学导航装置的示意图。
[0020]其中，附图标记说明如下:
[0021]30:光学导航装置
[0022]31:发光源
[0023]33:影像感测器
[0024]35,67:相关性运算装置
[0025]351:第一记忆库
[0026]353:第二记忆库
[0027]355,671 ；单元阵列
[0028]021100 ?邙1^44:单元
[0029]3551:运算单元
[0030]3553:累加器
[0031]357:位移缓存器
[0032]359:导航处理单元
[0033]37:控制单元
[0034]39:通讯单元

【具体实施方式】
[0035]在下文中，将藉由图式说明本发明的各种例示实施例来详细描述本发明。然而，本发明所述的概念可以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。此外，在图式中相同参考数字可用以表示类似的元件。
[0036]本发明实施例提供的相关性平行比对方法，在进行比较影像与参考影像之间的影像比较时，可藉由同时利用序列及平行比对相关系数算法，快速地在比较影像中所定义的一搜寻视窗获取最大相关性系数的位置，并计算出光学导航装置的相关位移资讯。从而，可以有效地缩短相关性比对处理时间，进而提升追踪速率以及光学导航装置整体操作的效倉泛。
[0037]请参阅图1，图1是本发明实施例提供的相关性平行比对方法的流程示意图。此相关性平行比对方法可应用于一光学导航装置，例如光学鼠标或光学遥杆等的追踪操作上。光学导航装置可以是透过有线或无线的方式连接到一电子装置(例如计算机、笔记本电脑或移动电话)，以控制该电子装置上的光标移动运作。
[0038]首先，在步骤3101中，光学导航装置驱动内建的影像感测器撷取一参考影像(例如第一影像而后，在步骤3103中，光学导航装置利用一数字影像轮廓去除滤波器
1111 叫6^61110^81,1)0?，如平滑滤波器来对参考影像进行滤波，以产生一参考阵列。
[0039]在步骤3105中，光学导航装置将参考阵列储存至内建的一记忆单元内的第一记忆库，并对应以参考阵列的第1行作为索引参考阵列的第1行中多个参考像素值的索引标签。所述1为介于0至参考阵列最大行数-1的正整数。换句话说，参考阵列的每一行是用以作为索引参考阵列中相对应的每一行中该些参考像素值的索引标签。举例来说，一?X?参考阵列可被分为~个XXI子阵列，其中XXI子阵列分别储存在第一记忆库，并对应以XXX参考阵列中的行作为索引第一记忆库中该~个XX 1的子阵列的索引标签。
[0040]附带一提的是，上述的平滑滤波器是用来去除影像感测器撷取到的任何原始影像(例如输入影像)中检测到的影像轮廓，据以使影像平滑化并滤除噪声，以确保影像感测器撷取影像产生的噪声不会影响到影像的分析运作。实际实施时，平滑滤波器可由一低通滤波器来实现，且低通滤波器具有一遮罩视窗0^810，以滤除检测到的影像轮廓，且遮罩视窗的大小是依据所选定的搜寻视窗大小(例如18X18〉来设置。具体来说，影像轮廓可以是透过检测判断搜寻视窗内的一变异值，并将检测到的变异值与对应所选定的搜寻视窗的一门槛值相比较，其中门槛值可以依据影像的平均亮度或是感测到环境光线来对应调整。
[0041]在步骤3107中，光学导航装置驱动影像感测装置再次撷取一输入影像，光学导航装置并设定新撷取的输入影像为一比较影像。所述比较影像是在撷取上述参考影像之后撷取的。所述比较影像是依据一预定帧率化以邮！'社6)所撷取的，且所述预定帧率可以是根据光学导航装置的操作环境例如周围环境的光线、影像感测器的敏感度以及光学导航装置的移动速度等，对应调整配置的。在步骤3109中，光学导航装置利用上述的平滑滤波器来对比较影像进行滤波，以产生一比较阵列。在本实施例中，比较阵列与参考阵列具有相同大小。
[0042]在步骤3111中，光学导航装置将比较阵列储存至内建的记忆单元内的第二记忆库。具体来说，光学导航装置对应的将比较阵列的第』行作为索引比较阵列的第』行中多个比较像素值的索引标签。其中，』为介于0至比较阵列最大行数-1的正整数。换句话说，比较阵列的每一行用以作为索引比较阵列中相对应的每一行中多个比较像素值的索引标签。举例来说，一 XXX比较阵列可被分为~个XXI子阵列，其中XXI子阵列分别储存在第二记忆库，并对应以XXX比较阵列中的行作为索引第二记忆库中该~个XXI的子阵列的索引标签。
[0043]光学导航装置进一步计算比较阵列及参考阵列于一1X1搜寻视窗(例如5X5搜寻视窗或7X7搜寻视窗)的相关性，以于比较阵列辨识出一影像特征，例如光斑(11油七即“虹!!)，据以判断光学导航装置的位移量。
[0044]在步骤3113中，光学导航装置利用行索引标签读取第二记忆库内的该些比较像素值以及第一记忆库内相对应的该些参考像素值，并同时计算参考阵列和比较阵列之间的相关性系数，以产生一 1X1相关性系数阵列。所述1X1相关性系数阵列中的各该相关性系数对应于参考阵列相对于比较阵列的一移动参数。
[0045]更具体来说，光学导航装置读取第一记忆库内参考阵列中标记(仏狀乂)于定义的一 1X1搜寻视窗的该些参考像素值及第二记忆库内比较阵列中标记于所定义的1X1搜寻视窗的该些比较像素值，并将该些比较像素值置于该些参考像素值之上，其中1、1为正整数。1X1搜寻视窗的移动运作是对应于参考阵列相对于比较阵列的移动参数。
[0046]光学导航装置随后计算出1X1搜寻视窗内的该些比较像素值及与其相对应的该些参考像素值之间的一相关性系数，以产生1X1搜寻视窗的相关性系数。参考阵列随后被逐步地以像素单位位移，以覆盖于比较阵列的每一个比较像素值，据以定义所有可能产生的1X1搜寻视窗，以完成比较比较阵列中所有比较像素值与参考阵列。光学导航装置是以回旋积运算方式(81110:-1111111:11)17-811111111211:1011)计算对应I X 1搜寻视窗的多个相关性系数，而本实施例的各该1X1搜寻视窗的相关性系数是透过将对应的1X1搜寻视窗内各每一比较像素值与相对应参考像素值的相乘结果相加所计算产生的。
[0047]在一实施列中，1X1搜寻视窗可以依据比较阵列的中心像素位置为中心相应设置，使参考阵列与比较阵列的像素位置完全重迭。在另一实施列中，1X1搜寻视窗可以比较阵列中对应前次获取的最大相关性系数的像素位置为中心相应设置。
[0048]接着，在步骤3115中，光学导航装置根据一预设条件(例如高于一相关性门槛值)分析1X1相关性系数阵列，以于1X1相关性系数阵列获取一最大相关性系数。举例来说，光学导航装置可透过比较相关性门槛值与1X1相关性系数阵列中的多个相关性系数，以找出最大相关性系数。在其他实施方式中，光学导航装置亦可以是直接比较1X1相关性系数阵列中的该些相关性系数，以获取出最大相关性系数。而后，于步骤3117中，光学导航装置根据与最大相关性系数相对应的像素位置，判断出光学导航装置的一位移量(例如位移向量上述的位移量在此表示光学导航装置在工作平面上移动的相对距离。光学导航装置可进一步地将计算的位移量传送至电子装置，据以控制电子装置上光标的运作。
[0049]另外，光学导航装置可选择地将新撷取的输入影像储存于第一记忆库或第二记忆库内。具体来说，每当光学导航装置所撷取的任何输入影像作为比较影像时，光学导航装置会主动判断是否需以比较阵列来更新参考阵列。在一实施方式中，光学导航装置可以是根据相关性系数的计算结果，判断是否将比较阵列设为新的参考阵列或维持不更新参考阵列。具体地说，当光学导航装置判定要继续以目前的参考影像与新撷取的影像进行比较时，光学导航装置可移除第二记忆库的记忆数据，并将新撷取的比较图像映射储存于第二记忆库。而当光学导航装置判断要更新参考阵列时，光学导航装置可将目前的比较阵列设为参考阵列，同时以新撷取的比较影像更新比较阵列。
[0050]举例来说，当光学导航装置判断其位移量不大时，即表示比较影像与参考影像之间没有太大的变化，光学导航装置可决定维持不更新参考阵列。另举例来说，当光学导航装置判断其位移量较大时，即表示光学导航装置可能被大幅地移动，故光学导航装置将可决定更新目前使用的参考阵列。
[0051]此外，光学导航装置可进一步根据前次获取的最大相关性系数在第一比较影像的像素位置，计算并决定参考阵列相对于比较阵列的一预设移动参数。光学导航装置可仅计算比较阵列与参考阵列于一特定区域内的像素之间的相关性，并产生对应该特定区域的1X1相关性系数阵列，其中所述的特定区域是以先前所计算出的最大相关性系数的像素位置为中心所定义形成的。光学导航装置并根据预设移动参数，对应读取相关的该些比较像素值与参考像素值。
[0052]在一实施例中，光学导航装置可进一步地比较对应前次获取的最大相关性系数的像素位置以及对应当次获取的最大相关性系数的像素位置，决定对应下一张输入影像的预设移动参数。
[0053]更具体地说，图2八及图28描述了光学导航装置使用参考阵列与比较阵列的阵列储存算法一种实施方式。图2八是本发明实施例提供的用以储存参考阵列的第一记忆库的示意图。图28是本发明实施例提供的用以储存比较阵列的第二记忆库的示意图。
[0054]本实施例是以XXX参考阵列与XXX比较阵列做举例说明。1--]?1^(0+扣分别表示第一记忆库的储存器地址，灯[幻?灯[巧扣分别表示参考阵列每一行中的多个参考像素值。1--]?扣分别用于作为索引各组储存器数据灯[幻?灯[巧扣的索引标签。0(〔X〕?0(0+扣分别表示第二记忆库的储存器地址，(^[幻?(^[巧扣分别表示比较阵列每一行中的多个比较像素值。0(?]?0(0+扣分别用于作为索引各组储存器数据⑶[幻?(^[1+扣的索引标签。X与V分别表示储存器地址偏移量。因此，透过使用储存器地址偏移量X与V，可准确及迅速地存取参考阵列或比较阵列的相关像素值。
[0055]以18X18参考阵列为例，参考阵列第一行中的参考像素值灯[幻￠)?1^1^+17]00是储存于第一记忆库，且以储存器地址狀〔幻作为相应的索引标签；参考阵列第二行的参考像素值灯[幻糾)?1^0+17]如)是储存于第一记忆库，且以储存器地址作为相应的索引标签；参考阵列第十八行的参考像素值灯[幻(^:7)?灯斤17〕是储存于第一记忆库，且以储存器地址1^(0+17]作为相应的索引标签。参考阵列的每一行可以一位串流方式读取，即表示说灯[幻?1^0+17]可以为一位串流方式读取，其中位串流的长度是由各该像素的位数量及各位串流中像素数量来决定。例如，假设一 18X18的参考阵列中的每个参考像素值是以3位表示，即表示每一行有54位。据此，透过分割截取“I'皿并解码(如⑶也叩)输出的位串流，即可获取参考阵列中所需进行相关性计算的参考像素值。.
[0056]如前述，相关性平行比对方法可以应用于光学导航装置。为了更进一步说明关于相关性平行比对方法的运作，本发明进一步提供光学导航装置的一种实施方式。请参阅图3，图3是本发明实施例提供的光学导航装置的模块示意图。光学导航装置30包括发光源31、影像感测器33、相关性运算装置35、控制单元37以及通讯单元39。影像感测器33、发光源31、相关性运算装置35与通讯单元39分别耦接于控制单元37。控制单元37用以控制发光源31、影像感测器33、相关性运算装置35以及通讯单元39的运作。
[0057]发光源31用以发射光线照亮光学导航装置30的一工作平面(例如鼠标垫、桌面或玻璃)。发光源31可由发光二极管(110(16)或半导体雷射二极管(110(16)来实现。此外，在本实施例中，发光源31包括一发光二极管阵列。然而，于实际实施时，发光源31可以包括一个或多个发光二极管，故本发明并不以此为限。
[0058]影像感测器33用以根据预定帧率，撷取对应工作平面反射的反射光线，以依序产生多张影像。所述的预定帧率可以是依据光学导航装置30的操作环境，例如工作平面的条件、光学导航装置30的移动速度等，来进行调整设置，本发明并不限制。
[0059]影像感测器33可以是藉由电荷|禹合元件⑶即16(1 06^1(36, 00))影像感测器或是互补金属氧化半导体(0311?) 1611161117 1^1:81-0^1(16-8611110011(11101:01-, 0108)影像感测器来实现。本【技术领域】技术人员应可依据实际需求或应用来进行设计，本发明并不以此为限。
[0060]相关性运算装置35用以储存对应参考影像的参考阵列以及对应比较影像的比较阵列。相关性运算装置35可利用相关性平行比对方法，计算比较阵列与参考阵列的相关性，并根据预定条件(例如预设相关性门槛值)分析1X1相关系数阵列中的相关性系数，以获取一最大相关性系数。随后，相关性运算装置35根据获取的最大相关性系数，分析出光学导航装置30的位移量。
[0061]控制单元37是光学导航装置30的运作核心。控制单元37可用以实现平滑滤波器，以对所撷取的影像进行滤波滤除噪声，并分别产生供相关性运算装置35分析的参考阵列与比较阵列，使相关性运算装置35可以准确地比较撷取的影像之间的变异，并产生光学导航装置30的相关位移量。控制单元37可驱动通讯单元39以有线或无线方式传送产生的位移量至电子装置，据以相对应控制光标在电子装置的运作。
[0062]以下针对相关性运算装置35的架构做进一步地说明。请参阅图4并配合参照图2八与图28，图4绘示本发明实施例提供的相关性运算装置的示意图。
[0063]相关性运算装置35包括记忆单元、具有多个单元(^100?⑶144的单元阵列355、位移缓存器357与导航处理单元359。记忆单元进一步包括第一记忆库351以及第二记忆库353。单元阵列355耦接在第一记忆库351与第二记忆库353之间。位移缓存器357耦接于单元阵列355。导航处理单元359耦接于单元阵列355、第一记忆库351、第二记忆库353与位移缓存器357。
[0064]第一记忆库351用以依据图2八所示的储存方式，储存参考阵列。第二记忆库353用以依据图28所示的储存方式，储存比较阵列。每当撷取到新的输入影像时，导航处理单元359会判断是否维持第一记忆库351的数据，而只依据所撷取影像的影像数据更新第二记忆库353内比较阵列或是将第二记忆库353的比较阵列设定为参考阵列，而将所撷取的影像更新于第二记忆库351。
[0065]在本实施例中，单元阵列355是依据1X1搜寻视窗的大小(例如5X5搜寻视窗)来设定的。单元阵列355包括25个单元邙1^00?IX此44。每个单元邙1^00?1X2144用以根据参考阵列相对于比较阵列的移动参数，接收第二记忆库353输出的该些比较像素值，并计算该些比较像素值与第一记忆库351输出相对应的该些参考像素值之间的相关性，以产生比较阵列与参考阵列于一特定搜寻视窗的相关性系数。
[0066]位移缓存器357用以将标记于搜寻视窗内参考像素值从X行的单元位移至計1行的单元，以将相同的参考像素值直接提供至下一行的单元，进而不需要再由第一记忆库读取下一行像素值，其中X是正整数。位移缓存器357可于每一个工作周期将与传送至单元⑶100、021110, 021120, 021130与⑶140的参考像素值相对应的位串流位移至单元021101、021111、021121、021131 与邙1^41，再位移至单元邙1^02、021112、021122,021132与021^42，以此类堆。
[0067]举例来说，在下一个工作周期时，单元邙1^00、邙110、邙120、邙130以及021140会接收灯[幻0，而单元邙101、021111, 021121, 021131以及邙1^41则会接收尺市]1。
[0068]值得注意的是，当只有部份的单元位于最大相关性系数的预测区域，导航处理单元359可驱动位移缓存器357只将所提取的位串流传送至相对应的部分的该些行单元。导航处理单元359并可根据最大相关性系数预测，设置储存器地址偏移量X与V (亦即设定预设移动参数)，以驱动第一记忆库351及第二记忆库353输出相对应的比较像素值与参考像素值至该些单元邙1^00?邙144。
[0069]举例来说，假设1X1搜寻视窗的中心位于单元(^122(即前次计算的最大相关性系数是发生在比较阵列的中心)，则⑶122会在参考阵列完全覆盖住比较阵列时(即储存器地址偏移量^ = 0与1 = 0)时，计算参考阵列与比较阵列之间的相关性系数。单元化1122的相关性系数计算过程详细如下，将比较阵列中各比较像素值与参考阵列中其相对应于参考像素值相乘，然后将所有计算的相乘结果相加，据以产生对应单元⑶122的相关性系数。
[0070]同样地，单元⑶1131是用以计算参考阵列往相对于比较阵列的左下方位移一像素单位时，参考阵列与比较阵列之间的相关性系数；单元(^112是用以计算参考阵列往相对于比较阵列上方位移一像素单位时，参考阵列与比较阵列之间的相关性系数，以此类推。本【技术领域】技术人员应可轻易推知单元(^￡1^00?1:21X44的相关性计算运作以及读取相对应像素值方式，故在此不再赘述。
[0071]另外，如图4所示，根据图2八与图28所示的第一记忆库与第二记忆库的像素值储存方式，导航处理单元359可以透过设定储存器地址偏移量V，驱动第二记忆库353，以位串流形式输出(^[1+2]、(^0+1〕、[幻、与的比较像素值至位于同一列的多个单元，例如邙1^00、021110, 021120, 021130与邙1^40。也就是，由第二记忆库353所输出的位串流，可透过截取与译码方式，将相应的比较像素值平行输出至指定的单元。如此021100,021110,021120,021130与邙1^40可以同时计算其相关性系数。同样地，第二记忆库353可以被驱动以位串流形式输出(^[1+2]、(^〔1+1〕、[幻、与的比较像素值至单元邙1^01、021111、021121、021131与邙1^41，以配合计算单元邙1^01、021111、021121,021131与⑶141的相关性系数，以此类堆。
[0072]导航处理单元359并可根据前次判断出的最大相关性系数的像素位置，进一步产生参考阵列相对于比较阵列的预设移动参数。以“X 18的参考阵列与“X 18的比较阵列为例。若前次判断的最大相关性系数的位置是发生在单元⑶111，则导航处理单元359可根据单元⑶111配置预设移动参数，使搜寻视窗(例如为5X5的搜寻视窗)以单元(:21111为中心。此时，⑶122是计算在参考阵列往相对于比较阵列的下方及右方各位移一像素单位时，参考阵列与比较阵列之间的相关性系数。
[0073]当导航处理单元359根据目前最大相关性系数的像素位置与前次判断的最大相关性系数的像素位置，预测下一次的最大相关性系数可能发生在两个单元之间(例如单元021122与(:21131之间)时，导航处理单元359可以利用内插法来找到实际最大相关性系数的像素位置，并透过适当地设定参考阵列相对于比较阵列的移动参数，相对应地设置搜寻视窗的中心。
[0074]请参阅图5并同时参阅图3。图5是本发明实施例提供的相关性运算装置的相关性单元的模块示意图。
[0075]各该单元包括运算单元3551与累加器3553。运算单元3551耦接于第一记忆库351与第二记忆库353，以接收第一记忆库351与第二记忆库353输出的该些参考像素值与比较像素值。累加器3553耦接于运算单元3551与导航处理单元359。
[0076]运算单元3551计算出该些参考像素值及相对应的比较像素值的相乘结果。由于参考阵列与比较阵列都事先储存于第一与第二记忆库351、353内，亦即比较影像数据并不是以实时串流传输方式，因此运算单元3551可同时接收标记的参考像素值以及与其相对应的比较像素值。运算单元3551将比较像素值与其相对应的参考像素值相乘，并将产生的相乘结果传送到累加器3553。累加器3553则用以将运算单元3551输出多个相乘结果相力口，据以对应产生该单元的相关性系数。
[0077]在其他实施例中，运算单元3551也可以被设置执行其他函数计算方式，例如比较阵列中的各该比较像素值与参考阵列中相对应的参考像素值之间像素值差异的绝对值，或是，比较阵列中各该比较像素值与参考阵列中相对应的参考像素值之间像素值差异的平方等。在使用计算像素值变化的函数下，是以最低相关性系数来表示比较阵列中的影像特征，且是以最低相关性系数的像素位置来计算相对位移量。运算单元3551的实际架构或实施方式可以是依据光学导航装置的操作需求以及采用的相关性计算方式来设置，本发明并不限制。
[0078]在另一个实施例中，前述的相关性运算装置35的单元阵列355可根据工作环境需求设置为3 X 3搜寻视窗或7 X 7搜寻视窗，例如图6的相关性运算装置67的单元阵列671。
[0079]在实务上，控制单元37与相关性运算装置35可以被整合设置于处理芯片，例如数字信号处理器￠1^0068801-)或是嵌入式微处理器(6111)36(1(16(1111101-000111:1-01161-)等，并设置在光学导航装置30。记忆单元也可以是为处理芯片上一记忆区块，或是一易失性储存器芯片111611101*7 或一非易失性储存器芯片010鮮01社116 111611101~7也丨？)，例如闪存芯片(￡13811 111611101~7也丨？)、只读存储器芯片(1-08(1-01117 111611101~7 也如)或随机存取储存器芯片800688 11161110也丨？)等，并在进行影像相关性比对处理过程中，可透过适当索引方式，读取比较阵列中的比较像素值与参考阵列中的参考像素值。
[0080]在传统的序列相关系数架构下，越大的搜寻视窗会需要越长的相关性比对运算时间，亦即每个追踪操作会产生较长的延迟时间。相反地，在本发明中提供使用行地址方法，由于在搜寻视窗内的所有相关性计算可透过平行排列的单元阵列进同时行计算，因此，越大的搜寻视窗，所需要相关性比对运算时间越短。本发明并未限制计算相关性系数的单元阵列中该些单元的数目。本发明提供的另一优点则是将各行单元与各行单元之间可透过位移缓存器进行像素值传递，从而不需要于每次计算中，由储存器间一再的读取，因此不仅可节省读取像素值的时间，同时亦节省数字相关性计算所需硬件架构空间。
[0081]此外，不同于先前技术中以数据串流输入方式进行相关性系数计算过程，其中参考阵列需要等到新输入影像进行滤波后成为比较阵列，才可与参考阵列进行相关性比较，本发明中参考阵列与比较阵列是在进行相关性比对之前就预先分别储存在第一与第二记忆库，因此在相关性比对过程中，参考阵列与比较阵列内的像素值已准备好，并可供后续依据最大相关性系数预测资讯对应进行相关性系数计算，从而可消除准备像素值所产生的延迟时间。
[0082]另外，相关性运算装置还可根据最大相关性系数预测信息，定义一搜寻视窗，并直接于储存器中对应读取标记于搜寻视窗的相关比较像素值与参考像素值，以进行相关性计算。据此，可以有效地缩短相关性比对处理的时间，同时亦提升光学导航装置追踪效能。
[0083]以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的权利要求范围。
【权利要求】
1.一种相关性平行比对方法，适用于一光学导航装置，其特征在于，该相关性平行比对方法，包括: a)产生对应一参考影像的一参考阵列以及对应撷取的一第一比较影像的一比较阵列； b)储存该参考阵列于一第一记忆库，并对应以该参考阵列的第i行作为索引该参考阵列的第i行中多个参考像素值的索引标签；储存该比较阵列于一第二记忆库，并对应以该比较阵列的第j行作为索引该比较阵列的第j行中多个比较像素值的索引标签；以及 c)利用行索引标签读取该第二记忆库内的该些比较像素值以及该第一记忆库内相对应的该些参考像素值，以同时计算该参考阵列和该比较阵列之间的相关性系数，产生一LXM相关性系数阵列，其中该LXM相关性系数阵列中的各该相关性系数对应于该参考阵列相对于该比较阵列的一移动参数； 其中L、M、i及j皆为正整数。
2.如权利要求1所述的相关性平行比对方法，其特征在于，该步骤b)进一步包括: 储存该参考阵列的第i行中该些参考像素值于该第一记忆库的记忆区块，且对应以该参考阵列的第i行作为索引该参考阵列的第i行中该些参考像素值的索引标签，以及储存该参考阵列的第i+Ι行中多个参考像素值于该第一记忆库的记忆区块，且对应以该参考阵列的第i+Ι行作为索引该参考阵列的第i+Ι行的该些参考像素值的索引标签；以及 储存该比较阵列的第j行中该些比较像素值于该第二记忆库的记忆区块，且对应以该比较阵列的第j行作为索引该比较阵列的第j行中该些比较像素值的索引标签，以及储存该比较阵列的第j+Ι行中多个比较像素值于该第二记忆库的记忆区块，且对应以该比较阵列的第j+i行作为索引该比较阵列的第j+i行中该些比较像素值的索引标签。
3.如权利要求1所述的相关性平行比对方法，其特征在于，更包括: d)透过分别读取该第二记忆库内的该些比较像素值与该第一记忆库内相对应的该些参考像素值，定义一 LXM搜寻窗口，其中，该LXM搜寻窗口是依据对应该参考阵列相对于该比较阵列的该移动参数来定义的；以及 e)根据该LXM搜寻窗口内的多个比较像素值以及对应该些比较像素值的多个参考像素值，计算出对应该LXM搜寻窗口的一相关性系数； f)重复执行步骤d)和步骤e)，以计算出所定义的每一该LXM搜寻窗口的每一该相关性系数，以产生该LXM相关性系数阵列。
4.如权利要求3所述的相关性平行比对方法，其特征在于，该步骤e)包括: 将每一该LXM搜寻窗口内的每一该比较像素值与相对应该参考像素值相乘；及将每一该LXM搜寻窗口内的相乘计算结果加总，以获取对应每一该LXM搜寻窗口的该相关性系数。
5.如权利要求1所述的相关性平行比对方法，其特征在于，在该步骤c)之后包括: g)分析该LXM相关性系数阵列，并根据一预设条件来获取一最大相关性系数。
6.如权利要求5所述的相关性平行比对方法，其特征在于，在该步骤g)后包括: h)根据对应该最大相关性系数的像素位置，判断该光学导航装置的一位移量。
7.如权利要求5所述的相关性平行比对方法，其特征在于，在该步骤g)后包括: 判断是否更新该参考阵列； 若判定更新该参考阵列时，以该比较阵列取代该参考阵列；以及 产生对应所撷取的一第二比较影像的该比较阵列，其中该第二比较影像是在该第一比较影像之后撷取的。
8.如权利要求7所述的相关性平行比对方法，其特征在于，在产生对应撷取的该第二比较影像的该比较阵列的该步骤之后，包括: 根据前次计算获取的该最大相关性系数在该第一比较影像的像素位置，计算该参考阵列相对于该比较阵列的一预设移动参数。
9.如权利要求1所述的相关性平行比对方法，其特征在于，该LXM相关性系数阵列是一 5 X 5相关性系数阵列或一 7X7相关性系数阵列。
10.如权利要求1所述的相关性平行比对方法，其特征在于，该步骤a)包括: 利用一平滑滤波器对该参考影像滤波，以产生该参考阵列；以及 利用该平滑滤波器对该第一比较影像滤波，以产生该比较阵列。
11.一种相关性运算装置，其特征在于，该相关性运算装置包括: 一记忆单元，具有一第一记忆库及一第二记忆库，该第一记忆库用以储存对应一参考影像的一参考阵列，且对应地以该参考阵列的第i行作为索引该参考阵列的第i行中多个参考像素值的索引标签；该第二记忆库用以储存对应撷取的一第一比较影像的一比较阵列，且对应地以该比较阵列的第j行作为索引该比较阵列的第j行中多个比较像素值的索引标签； 一单元阵列，具有并联排列的多个单元，该单元阵列耦接于该第一记忆库与该第二记忆库之间，各该单元用以接收该第二记忆输出的该些比较像素值，并同时与该第一记忆库输出的相对应的该些参考像素值进行相关性计算，以相应产生一相关性系数；以及 一导航处理单元，耦接于该单位阵列、该第一记忆库及该第二记忆库，该导航处理单元用以驱动该第一记忆库及该第二记忆库相对应地输出该些参考像素值以及该些比较像素值至该单位阵列的该些单元，该导航处理单元并根据一预设条件分析该单位阵列的该些单元计算产生的该些相关性系数，以获取一最大相关性系数；其中i和j分别为正整数。
12.如权利要求11所述的相关性运算装置，其特征在于，该参考阵列的第i行的该些参考像素值是储存于该第一记忆库，并对应以该参考阵列的第i行作为索引该参考阵列的第i行中该些参考像素值的索引标签，而该参考阵列的第i+Ι行的该些参考像素值是储存于该第一记忆库中，并对应以该参考阵列的第i+Ι行作为索引该参考阵列的第i+Ι行中该些参考像素值的索引标签。
13.如权利要求12所述的相关性运算装置，其特征在于，该比较阵列的第j行中该些比较像素值是储存于该第二记忆库，并对应以该比较阵列的第j行作为索引该比较阵列的第j行中该些比较像素值的索引标签，而该比较阵列的第j+Ι行中该些比较像素值是储存至该第二记忆库中，并对应以该比较阵列的第j+Ι行作为索引该比较阵列的第j+Ι行中该些比较像素值的索引标签。
14.如权利要求11所述的相关性运算装置，其特征在于，更包括: 一位移缓存器，耦接于该第一记忆库及该些单元之间，将该些参考像素值由第X行的单元位移至第X+1行的单元,其中X是正整数。
15.如权利要求11所述的相关性运算装置，其特征在于，在撷取一第二比较影像之前，该导航处理单元判断是否将该第一记忆库的该参考阵列更新为该第二记忆库内的该比较阵列。
16.如权利要求11所述的相关性运算装置，其特征在于，各该单元进一步包括: 一运算单元，用以将所输入的各该比较像素值与其相对应的该参考像素值相乘；以及 一累加器，耦接于该运算单元，用以将该些比较像素值及相对应的该些参考像素值的相乘结果相加，以对应产生该单元的相关性系数。
17.如权利要求11所述的相关性运算装置，其特征在于，该单元阵列为一LXM阵列，且L及M皆为正整数。
18.如权利要求11所述的关性运算装置，其特征在于，该导航处理单元根据该最大相关性系数于该比较阵列的位置，计算一光学导航装置的一位移量。
19.如权利要求18所述的相关性运算装置，其特征在于，该导航处理单元根据前次利用该比较阵列计算获取的该最大相关性系数于该比较阵列的位置，计算该参考阵列相对于该比较阵列的一预设移动参数。
【文档编号】G06F3/0338GK104461079SQ201410257563
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】张威廉 申请人:原相科技股份有限公司