用来侦测噪声的图像处理方法及其导航装置的制造方法
【专利摘要】本发明揭露一种用来侦测噪声的图像处理方法，其包含有调整一发光单元以取得一过度曝光影像，将该过度曝光影像之各个像素与至少一门坎值进行比较，该过度曝光影像之一像素的亮度低于该门坎值时，标记该像素为一噪声点，以及排除该噪声点以执行位移侦测运算。本发明还揭露了一种具有噪声侦测功能的导航装置。
【专利说明】
用来侦测噪声的图像处理方法及其导航装置
技术领域
[0001]本发明是提供一种图像处理方法及其导航装置，尤指一种可用来侦测噪声的图像处理方法、及其具有噪声侦测功能的导航装置。【背景技术】
[0002]传统的光学鼠标是在壳体内设置光发射器、光接收器与运算处理器。光学鼠标移动时，光发射器发出的光线经由桌面或鼠标垫反射由光接收器接收，运算处理器分析反射光线可判读出桌面或鼠标垫的表面结构特征，并利用该些表面结构特征在光接收器之视野内位置变化去计算光学鼠标的位移量。然而，在长时间使用或不干净的操作环境下，光发射器和/或光接收器之内部光学组件(例如透镜)上可能产生刮痕或落尘，会在光接收器的视野内形成位置固定的噪声点，运算处理器容易因噪声点而误判光学鼠标之位移量，影响操作手感及操控精确度。因此，如何在光学鼠标的现有硬件架构下设计一种噪声侦测机制以兼顾价格成本及产品效能，便为相关光学导航设备厂商的重点发展目标。
【发明内容】
[0003]本发明是提供一种可用来侦测噪声的图像处理方法、及其具有噪声侦测功能的导航装置，以解决上述之问题。
[0004]本发明之申请专利范围是揭露一种用来侦测噪声的图像处理方法，其包含有调整一发光单元以取得一过度曝光影像，将该过度曝光影像之各个像素与至少一门坎值进行比较，该过度曝光影像之一像素的亮度低于该门坎值时，标记该像素为一噪声点，以及排除该噪声点以执行位移侦测运算。
[0005]本发明之申请专利范围另揭露调整该发光单元以取得该过度曝光影像的步骤是为增加该发光单元之一曝光时间和/或一曝光强度而取得该过度曝光影像。排除该噪声点以执行该位移侦测运算的步骤是为:在该过度曝光影像中排除该噪声点，并利用该过度曝光影像执行该位移侦测运算；或为调整该发光单元以取得一非过度曝光影像，从该非过度曝光影像中排除该噪声点，以及利用该非过度曝光影像执行该位移侦测运算。
[0006]本发明之申请专利范围另揭露图像处理方法是应用于具有该发光单元及一影像撷取单元的一导航装置，且执行该位移侦测运算的步骤是为:利用该影像撷取单元在不同时间点分别取得具有同一参考特征的撷取影像，以及辨识该参考特征在该些撷取影像中的位置变化，以判断该导航装置之位移。此外，排除该噪声点以执行该位移侦测运算的步骤包含忽略对应到该噪声点的该像素，以及针对该噪声点除外的其它像素之亮度执行该位移侦测运算。
[0007]本发明之申请专利范围另揭露排除该噪声点以执行该位移侦测运算的步骤包含: 依该噪声点之相邻像素的亮度以一默认函数计算一仿真值，替换该噪声点的亮度为该模拟值，以及利用该仿真值和该噪声点除外的其它像素之亮度执行该位移侦测运算。该默认函数是根据该相邻像素的该些亮度以内插法计算该模拟值、或计算该相邻像素的该些亮度之平均值或中位数以作为该模拟值。
[0008]本发明之申请专利范围另揭露一种具有噪声侦测功能的导航装置，包含有一发光单元、一影像撷取单元以及一处理单元。该发光单元具有一调整式快门和/或一调整式光圈。该处理单元电连接该发光单元与该影像撷取单元。该处理单元调整该调整式快门和/ 或该调整式光圈以取得一过度曝光影像，将该过度曝光影像之各个像素与至少一门坎值进行比较，并于该过度曝光影像之一像素的亮度低于该门坎值时标记该像素为一噪声点，据此排除该噪声点以执行位移侦测运算。
[0009]本发明之导航装置会在一段特定时间内，藉由调整曝光时间或光源强度等方式得到刻意过度曝光之撷取影像，并以默认门坎值比对于该张撷取影像的所有像素，以判断撷取影像上是否有噪声点存在。找到噪声点后，可选择将噪声点之对应位置的像素亮度直接忽略不计，导航装置针对噪声点以外的像素亮度执行位移侦测运算。若欲得到较精确的位移信息变化使导航装置的光标轨迹能更为流畅，本发明可选择性利用内插法、均值运算法或中位数算法重新仿真噪声点位置的像素亮度并加以取代，就能利用撷取影像的所有像素执行位移侦测运算。相较于先前技术，本发明不需耗费高昂的材料成本去额外增加多余硬件组件，即可让导航装置在噪声点存在的情况下仍能维持光标线性移动能力，进而提高导航装置的系统便利性及市场竞争力。【附图说明】
[0010]图1为本发明实施例之具有噪声侦测功能的导航装置之功能方块图。
[0011]图2为本发明实施例之导航装置之部分结构示意图。
[0012]图3为本发明实施例之利用过度曝光影像侦测噪声之方法流程图。
[0013]图4为本发明实施例之具有噪声点的非过度曝光影像之示意图。
[0014]图5为本发明实施例之具有噪声点的过度曝光影像之示意图。
[0015]图6为本发明实施例之排除噪声点之撷取影像之示意图。
[0016]图7为图5所示之过度曝光影像的像素分布图。
[0017]本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。 【具体实施方式】
[0018]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]请参阅图1与图2,图1为本发明实施例之具有噪声侦测功能的导航装置10之功能方块图，图2为本发明实施例之导航装置10之部分结构示意图。导航装置10包含发光单元12、影像撷取单元14以及处理单元16。处理单元16电连接发光单元12和影像撷取单元14。处理单元16可藉由控制发光单元12的调整式快门18和/或调整式光圈20来改变参考光强，使得影像撷取单元14能取得具有足够亮度的影像。在本发明实施例中，发光单元12可包含数种操作模式以供影像撷取单元14取得非过度曝光影像与过度曝光影像。 举例来说，处理单元16将发光单元12切换为第一操作模式，可延迟调整式快门18以增加发光单元12的曝光时间、或放大调整式光圈20以增加发光单元12的曝光强度，使影像撷取单元14取得过度曝光影像，然取得过度曝光影像的方式并不限于此。处理单元16另将发光单元12切换为第二操作模式时，可提高调整式快门18的速度或缩小调整式光圈20,让影像撷取单元14能取得非过度曝光影像。
[0020]在导航装置10的位移侦测过程中，处理单元16是利用影像撷取单元14在不同时间点分别取得对应的撷取影像，影像撷取单元14的视野范围内会包含至少一个参考特征， 且该至少一个参考特征都会出现在上述不同时间点取得的数张撷取影像中。处理单元16 能辨识参考特征在多张撷取影像中的位置变化，根据其位置变化判断导航装置10之整体位移。若在撷取影像中内出现位置不会改变的噪声点(例如形成在发光单元12和/或影像撷取单元14的镜片上，然不限于此)，处理单元16将无法区别噪声点与参考特征，而会产生错误的位移侦测运算。因此，本发明的导航装置10利用提高背景补光的方式产生过度曝光影像，以在撷取影像上淡化参考特征、但仍维持噪声点具一定辨识度，藉此判断撷取影像中是否具有噪声点，若有噪声点亦能相应找出其位置，确保后续的位移侦测可排除噪声点进行正确运算。
[0021]导航装置10还可包含传输接口单元22与记忆单元24,分别电连接于处理单元 16。处理单元16利用过度曝光影像取得正确的位移坐标变化后，会将位移信息经由传输接口单元22传送到外部主机，让外部主机根据位移信息判断用户输入的控制指令，启动相应的应用程序以实现其功能。再者，记忆单元24可储存用以比对噪声点的门坎值、以及处理单元16执行的比较结果。门坎值的大小能依据发光单元12和/或影像撷取单元14的特性相应地主动或被动式改变，故此不再详加说明。处理单元16是将过度曝光影像的每一个像素与门坎值分别进行比较，始可得出过度曝光影像中是否具噪声点，并能相应标记出噪声点在影像中的坐标位置。
[0022]请参阅图3至图7,图3为本发明实施例之利用过度曝光影像侦测噪声之方法流程图，图4为本发明实施例之具有噪声点的非过度曝光影像II之示意图，图5为本发明实施例之具有噪声点的过度曝光影像12之示意图，图6为本发明实施例之排除噪声点之撷取影像13之示意图，图7为图5所示之过度曝光影像12的像素分布图。其中，图3所述之侦测噪声的图像处理方法适用于图1与图2所示之导航装置10。图7所示像素分布图的横轴与纵轴分别为像素值(亮度)及像素数量。发光单元12在第二操作模式时，影像撷取单元 14会取得非过度曝光影像II，由图4难以区别出噪声点A与参考特征(噪声点A以外的其它像素)，故需执行本发明的图像处理方法以正确辨识噪声点A。
[0023] 首先，执行步骤300,处理单元16切换发光单元12到第一操作模式以取得过度曝光影像12。发光单元12可藉由增加其曝光时间和/或曝光强度来提高影像撷取单元14的背景光强，得到刻意过度曝光之撷取影像。参照图4与图5可知，非过度曝光影像II的噪声点A与参考特征(影像II中噪声点A以外的任何像素均可能作为参考特征)的明暗差异并不显著，但经刻意过度曝光之撷取影像12的参考特征被淡化，使其噪声点A(如图5所示之圈选标记处)特别明显。因此接着执行步骤302,处理单元16将过度曝光影像12的各像素与门坎值T分别进行比较。门坎值T的数量为至少一个，用以区分较暗的噪声点A与较亮的参考特征。若记忆单元24储存多个门坎值T，处理单元16另可依据噪声点A座落在不同范围的门坎区间而给予对应的数值运算函式，其应用端视设计需求而定，于此不对多门坎的噪声点侦测运算技术详加说明。
[0024]当过度曝光影像12的其中一个像素的亮度高于门坎值T时，执行步骤304,判定该像素不是噪声点。过度曝光影像12中某一像素的亮度低于门坎值T时，执行步骤306，处理单元16将该像素(亮度低于门坎值T的像素)标记为噪声点A。一般来说，处理单元 16是逐步扫瞄过度曝光影像12的所有像素，才能归纳出噪声点A位于过度曝光影像12之何处，因此在完成步骤304及306后，处理单元16可将判读结果储存在记忆单元24内，待全幅过度曝光影像12扫瞄完毕始确知噪声点A的正确位置，然其实际应用并不限于此。最后，执行步骤308,因噪声点A无法正确反映出导航装置10的位移信息，处理单元16排除噪声点A的错误信息，以其余的有效像素(意即噪声点A以外的参考特征的像素值)执行导航装置10之位移侦测运算。
[0025]在步骤308中，导航装置10可选择在过度曝光影像12中排除噪声点A后，直接利用此过度曝光影像12执行位移侦测运算；或可选择利用过度曝光影像12找出噪声点A后， 标记噪声点A之位置且另产生非过度曝光影像II，并于非过度曝光影像II中排除已标记位置(噪声点A)的像素亮度，得到排除噪声点A之撷取影像13以执行位移侦测运算。除此之外，本发明亦提供多种噪声点A的排除方法，其中一种方法是处理单元16在过度曝光影像12中标记噪声点A的对应位置后，无论后续是使用非过度曝光影像II或过度曝光影像12执行位移侦测运算，只会在欲处理影像(非过度曝光影像II或过度曝光影像12)上忽略噪声点A位置的像素，让处理单元16针对噪声点A除外的其它像素亮度执行位移侦测运算。
[0026]另一种方法是处理单元16于过度曝光影像12中标记噪声点A的对应位置后，在欲处理影像(非过度曝光影像II或过度曝光影像12)上找出噪声点A之相邻像素，使用默认函数(可预先储存在记忆单元24内)以该些相邻像素的亮度计算模拟值，将此仿真值替换到噪声点A的对应位置，再利用仿真值和噪声点A除外的其它像素亮度执行位移侦测运算。其中，默认函数是可根据该些相邻像素的亮度以内插法计算模拟值、或计算该些相邻像素的亮度平均值或中位数以作为模拟值，然不限于此。
[0027]综上所述，本发明之导航装置会在一段特定时间内，藉由调整曝光时间或光源强度等方式得到刻意过度曝光之撷取影像，并以默认门坎值比对于该张撷取影像的所有像素，以判断撷取影像上是否有噪声点存在。找到噪声点后，可选择将噪声点之对应位置的像素亮度直接忽略不计，导航装置针对噪声点以外的像素亮度执行位移侦测运算。若欲得到较精确的位移信息变化使导航装置的光标轨迹能更为流畅，本发明可选择性利用内插法、 均值运算法或中位数算法重新仿真噪声点位置的像素亮度并加以取代，就能利用撷取影像的所有像素执行位移侦测运算。相较于先前技术，本发明不需耗费高昂的材料成本去额外增加多余硬件组件，即可让导航装置在噪声点存在的情况下仍能维持光标线性移动能力， 进而提高导航装置的系统便利性及市场竞争力。
[0028]以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种用来侦测噪声的图像处理方法，其特征在于，其包含有: 调整一发光单元以取得一过度曝光影像； 将该过度曝光影像之各个像素与至少一门坎值进行比较； 该过度曝光影像之一像素的亮度低于该门坎值时，标记该像素为一噪声点；以及 排除该噪声点以执行位移侦测运算。2.权利要求1所述之图像处理方法，其特征在于，调整该发光单元以取得该过度曝光影像的步骤是为: 增加该发光单元之一曝光时间和/或一曝光强度而取得该过度曝光影像。3.权利要求1所述之图像处理方法，其特征在于，排除该噪声点以执行该位移侦测运算的步骤是为: 在该过度曝光影像中排除该噪声点，并利用该过度曝光影像执行该位移侦测运算。4.权利要求1所述之图像处理方法，其特征在于，排除该噪声点以执行该位移侦测运算的步骤是为: 调整该发光单元以取得一非过度曝光影像； 从该非过度曝光影像中排除该噪声点；以及 利用该非过度曝光影像执行该位移侦测运算。5.权利要求1所述之图像处理方法，其特征在于，其是应用于具有该发光单元及一影像撷取单元的一导航装置，且执行该位移侦测运算的步骤是为: 利用该影像撷取单元在不同时间点分别取得具有同一参考特征的撷取影像；以及 辨识该参考特征在该些撷取影像中的位置变化，以判断该导航装置之位移。6.权利要求1所述之图像处理方法，其特征在于，排除该噪声点以执行该位移侦测运算的步骤包含: 忽略对应到该噪声点的该像素；以及 针对该噪声点除外的其它像素之亮度执行该位移侦测运算。7.权利要求1所述之图像处理方法，其特征在于，排除该噪声点以执行该位移侦测运算的步骤包含: 依该噪声点之相邻像素的亮度以一默认函数计算一仿真值； 替换该噪声点的亮度为该模拟值；以及 利用该仿真值和该噪声点除外的其它像素之亮度执行该位移侦测运算。8.权利要求7所述之图像处理方法，其特征在于，该默认函数是根据该相邻像素的该些亮度以内插法计算该模拟值、或计算该相邻像素的该些亮度之平均值或中位数以作为该模拟值。9.一种具有噪声侦测功能的导航装置，其特征在于，包含有: 一发光单元，具有一调整式快门和/或一调整式光圈； 一影像撷取单元；以及 一处理单元，电连接该发光单元与该影像撷取单元，该处理单元调整该调整式快门和/或该调整式光圈以取得一过度曝光影像，将该过度曝光影像之各个像素与至少一门坎值进行比较，并于该过度曝光影像之一像素的亮度低于该门坎值时标记该像素为一噪声点，据此排除该噪声点以执行位移侦测运算。10.权利要求9所述之导航装置，其特征在于，该处理单元是延迟该调整式快门以增加 该发光单元之一曝光时间、或放大该调整式光圈以增加该发光单元之一曝光强度。11.权利要求9所述之导航装置，其特征在于，该发光单元具有一第一操作模式及一第 二操作模式，该处理单元切换该发光单元为该第一操作模式以取得该过度曝光影像。12.权利要求9所述之导航装置，其特征在于，该处理单元在该过度曝光影像中排除该 噪声点，以利用该过度曝光影像执行该位移侦测运算。13.权利要求11所述之导航装置，其特征在于，该处理单元另切换该发光单元为该第 二操作模式以取得一非过度曝光影像，并从该非过度曝光影像中排除该噪声点，以利用该 非过度曝光影像执行该位移侦测运算。14.权利要求9所述之导航装置，其特征在于，该处理单元利用该影像撷取单元在不同 时间点分别取得具有同一参考特征的撷取影像，辨识该参考特征在该些撷取影像中的位置 变化，以判断该导航装置之位移。15.权利要求9所述之导航装置，其特征在于，该发光单元是忽略对应到该噪声点的该 像素，并针对该噪声点除外的其它像素之亮度执行该位移侦测运算。16.权利要求9所述之导航装置，其特征在于，该发光单元是依该噪声点之相邻像素的 亮度以一默认函数计算一仿真值，替换该噪声点的亮度为该模拟值，以利用该仿真值和该 噪声点除外的其它像素之亮度执行该位移侦测运算。17.权利要求16所述之导航装置，其特征在于，该默认函数是根据该相邻像素的该些 亮度以内插法计算该模拟值、或计算该相邻像素的该些亮度之平均值或中位数以作为该模 拟值。
【文档编号】G06F3/0354GK106033263SQ201510116721
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月17日
【发明人】陈俊玮, 古人豪
【申请人】原相科技股份有限公司