位移检测装置及其动态调整影像感测区域的方法
【专利摘要】本发明公开了一种位移检测装置及其动态调整影像感测区域的方法。包括一光源、影像提取单元与处理单元。影像提取单元根据固定的取样周期提取表面至少一参考影像。处理单元用以计算光源的一曝光参考值与参考影像的一影像特征值并据此判断表面位于第一粗糙系数范围或第二粗糙系数范围。如果表面位于第一粗糙系数范围，则处理单元在参考影像上定义一第一搜寻半径或一第二搜寻半径用以增加或降低影像感测区域；如果表面位于第二粗糙系数范围，则处理单元在参考影像上定义一第三搜寻半径或一第四搜寻半径用以增加或降低影像感测区域。本发明可降低位移检测装置的功耗。
【专利说明】位移检测装置及其动态调整影像感测区域的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种位移检测装置，特别涉及一种具有动态调整影像感测区的位移检测装置。
【背景技术】
[0002]科技不断向前发展，带动电脑的广泛应用。鼠标作为电脑的输入工具，极大方便人们对电脑的操作。于操作时，将鼠标放置于一承载台上，通过于承载台上移动鼠标以控制电脑中的光标指针。随着电子产品的不断更新换代，消费者对电子产品的要求亦愈来愈高。为提升电脑设备的使用便利性，无线光学鼠标已逐渐取代传统的有线鼠标。无线光学鼠标一般包含有光源、数字信号处理器(Digital Signal Processor)、影像传感器以及无线传输单元等耗能元件，其整体电能消耗量大而具有电池使用寿命不足的问题。
[0003]公知光学鼠标利用影像传感器连续提取表面的参考影像，并于取样期间比较影像传感器的感测的参考图框及目前图框间的相关性来判定位移量。判定出位移量后，目前图框即被更新为参考图框，接着于下一取样期间比较更新后的参考图框与新提取的目前图框的相关性以求出下一个位移量。然而，公知位移检测方法存在有精确度不足的问题。因此，使用者无法根据动态参考图框而使移动指标具有更高的移动速度。再者，公知光学鼠标具有光源、数字信号处理器与影像传感器等耗能元件，因此公知光学鼠标整体电能消耗量大。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种位移检测装置，用于检测表面的平整度且动态调整影像感测区域，包括光源、影像提取单元与处理单元。光源用以发射光线。影像提取单元以固定的取样周期提取表面的至少一参考影像。处理单元连接光源与影像提取单元，所述处理单元用以计算光源的曝光参考值与参考影像的影像特征值并据此判断表面位于第一粗糙系数范围或第二粗糙系数范围，其中处理单元在参考影像上选定小于参考影像的搜寻框。如果表面位于第一粗糙系数范围，则处理单元在参考影像上定义第一搜寻半径以增加影像感测区域或定义第二搜寻半径以降低影像感测区域，其中第一搜寻半径大于第二搜寻半径；如果表面位于第二粗糙系数范围，则处理单元在参考影像上定义第三搜寻半径以增加影像感测区域或定义第四搜寻半径以降低影像感测区域，其中第三搜寻半径大于第一及第四搜寻半径。
[0005]在本发明其中一个实施例中，位移检测装置还包括存储单元、传输接口单元、第一透镜与第二透镜。存储单元连接至处理单元，所述存储单元用以存储至少一门槛值。传输接口单元连接至处理单元，所述传输接口单元用以将位移信息传送至显像显示装置，藉此进行对应的操控。第一透镜配置于光源的前方，所述第一透镜用以调整光源的照射范围。第二透镜配置于影像提取单元的前方，所述第二透镜用以提高影像提取单元的感光效率，其中光源为一发光二极管或一激光二极管。
[0006]在本发明其中一个实施例中，曝光参考值为曝光时间或曝光量，其中影像提取单元通过光圈调整光源的曝光量。
[0007]在本发明其中一个实施例中，处理单元通过参考影像的累加灰阶差值来计算影像特征值；如果累加灰阶差值大于累加门槛值，则参考影像具有高影像特征值，如果累加灰阶差值小于累加门槛差值，则参考影像具有低影像特征值，其中累加灰阶差值与影像特征值成正比。
[0008]在本发明其中一个实施例中，如果光源的曝光参考值大于一第一门槛值时，则该曝光参考值为长曝光参考值；如果光源的曝光参考值小于一第二门滥值时，则曝光参考值为短曝光参考值。此曝光参考值可对应于一时间长短，而第一门槛值时间长于第二门槛值。或是对应于一光能量强度，而第一门槛值能量强度大于第二门槛值。
[0009]在本发明其中一个实施例中，当影像提取单元位于暗场时，处理单元通过分别判断曝光参考值与影像特征值来决定表面位于第一粗糙系数范围或第二粗糙系数范围。
[0010]在本发明其中一个实施例中，当影像提取单元位于暗场时，处理单元将曝光参考值除以影像特征值以获得运算值，如果运算值大于预定门槛值，则表面位于第一粗糙系数范围；如果运算值小于预定门槛值，则表面位于第二粗糙系数范围。
[0011]在本发明其中一个实施例中，当影像提取单元位于亮场时，则处理单元通过分别判断曝光参考值与影像特征值来决定表面位于第一粗糙系数范围或第二粗糙系数范围。
[0012]在本发明其中一个实施例中，暗场定义为该影像提取单元位于该光线的散射路径。
[0013]在本发明其中一个实施例中，亮场定义为该影像提取单元位于该光线的反射路径。
[0014]在本发明其中一个实施例中，位于第一粗糙系数范围的表面为平滑面，并且位于第二粗糙系数范围的表面为粗糙面。
[0015]本发明的另一目的为提供一种动态调整影像感测区域的方法，包括以下步骤:根据固定的取样周期提取表面的至少一参考影像；计算光源的曝光参考值与参考影像的影像特征值；根据至少一门槛值，判断表面为位于第一粗糙系数范围或第二粗糙系数范围；以及根据表面是否位于第一粗糙系数范围或第二粗糙系数范围的判断结果，来动态调整影像感测区域。
[0016]本发明的有益效果在于，综上所述，本发明实施例所提供的位移检测装置及其动态调整影像感测区域的方法，通过检测表面的平整度的判断结果来动态调整影像感测区域来达到追踪速度的调整，或者根据表面的平整度来动态调整影像感测区域来降低功耗。
[0017]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，但是此等说明与附图仅用来说明本发明，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】
[0018]图1A为根据本发明实施例的暗场光学机构的位移检测装置的示意图。
[0019]图1B为对照图1A的位移检测装置的电路区块图。
[0020]图2为根据本发明实施例的暗场下动态调整影像感测区域方法的流程图。
[0021]图3A与图3B为对应于图2流程图的参考影像与搜寻框的示意图。
[0022]图4为根据本发明另一实施例的暗场下动态调整影像感测区域方法的流程图。
[0023]图5A与图5B为对应于图4流程图的参考影像与搜寻框的示意图。
[0024]图6A为根据本发明实施例的亮场光学机构的位移检测装置的示意图。
[0025]图6B为对照图6A的位移检测装置的电路区块图。
[0026]图7为根据本发明实施例的暗场下动态调整影像感测区域方法的流程图。
[0027]图8A与图8B为对应于图7流程图的参考影像与搜寻框的示意图。
[0028]图9为根据本发明另一实施例的亮场下动态调整影像感测区域方法的流程图。
[0029]图1OA与图1OB为对应于图9流程图的参考影像与搜寻框的示意图。
[0030]其中，附图标记说明如下:
[0031]10、60:位移检测装置
[0032]11,61:光源
[0033]12,62:影像提取单元
[0034]13、63:第二透镜
[0035]14,64:第一透镜
[0036]15、65:表面
[0037]16,66:存储单元
[0038]17、67:传输接口单元
[0039]I8、68:处理单元
[0040]rl:第一搜寻半径
[0041]r2:第一搜寻半径
[0042]r3:第一搜寻半径
[0043]r4:第一搜寻半径
[0044]R3A、R3B、R5A、R5B、R8A、R8B、R10A、RlOB:参考影像
[0045]S3A、S3B、S5A、S5B、S8A、S8B、S10A、SlOB:搜寻框
[0046]S210 ?S270:步骤
[0047]S410 ?S470:步骤
[0048]S710 ?S780:步骤
[0049]S910 ?S98O:步骤
【具体实施方式】
[0050]在下文将参看附图更充分地描述各种例示性实施例，在附图中展示一些例示性实施例。然而，本发明概念可能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。确切而言，提供此等例示性实施例使得本发明将为详尽且完整，且将向所属【技术领域】的技术人员充分传达本发明概念的范畴。在各附图中，可为了清楚而夸示层及区的大小及相对大小。类似数字始终指示类似元件。
[0051]应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但此等元件不应受此等术语限制。此等术语乃用以区分一元件与另一元件。因此，下文论述的第一元件可称为第二元件而不偏离本发明概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一者及一或多者的所有组合。
[0052]本发明实施例提供一种位移检测装置及动态调整影像感测区的方法，能够根据使用者的需求，选购具有增加检测表面平整度与动态调整影像感测区域的位移检测装置，使得使用者能得到更高的移动速度的位移检测装置，或者选购具有动态减少影像感测区域以降低不必要的耗电的位移检测装置，进而提高系统便利性与竞争力。
[0053](暗场光学机构的位移检测装置的实施例)
[0054]请同时参照图1A与图1B，图1A为根据本发明实施例的暗场光学机构的位移检测装置的示意图。图1B为对照图1A的位移检测装置的电路区块图。在本实施例中，位移检测装置10用于检测表面15的平整度并且根据表面15的平整度来动态调整影像感测区域，其中位移检测装置10可以是光学鼠标或光学导航装置。通常位移检测装置10为放置于表面15(例如鼠标垫的表面或是桌面)以供使用者来操控，藉以相对地来控制影像显示装置(例如显示影像的屏幕)上的光标的移动，其中影像显示装置可以是电脑屏幕、电视屏幕、投影幕及游戏机屏幕。须注意的是，本
【发明内容】
的位移检测装置是以光学鼠标作为例示性实施例来说明，但其并非用以限定本
【发明内容】
。如图1A及图1B所示，位移检测装置10包括光源11、影像提取单元12、处理单元18、存储单元16、传输接口单元17、第一透镜14与第二透镜13。光源11、影像提取单元12、存储单元16与传输接口单元17都分别电性连接至处理单元18。第一透镜14配置于光源11的前方，第二透镜13配置于影像提取单元12的前方，并且影像提取单元12配置于光源11所发射的光线的散射路径。存储单元16可以是光罩只读存储器(Mask ROM)、可擦写式只读存储器(EPROM)、电气式擦写式只读存储器(EEPROM)或闪存(Flash Memory)。
[0055]在本实施例中，光源11可以是发光二极管(Light-Emitting D1de, LED)或激光二极管，用以发射光线。影像提取单元12以一固定的取样周期提取表面15的至少一参考影像，并且光源11的发光周期为取样周期的的整数倍，以使影像提取单元12可同步于光源11的发光，进而使影像提取单元12提取表面15上的参考影像。处理单元18用以计算光源11的一曝光参考值(例如光源11的曝光时间或光源11的曝光量)与参考影像的影像特征值并据此判断表面15位于第一粗糙系数范围或第二粗糙系数范围，其中处理单元18在参考影像选定小于参考影像的搜寻框。存储单元16用以存储至少一门槛值并且存储每一张参考影像的重要坐标信息。传输接口单元17用以将一位移信息传送至外部处理装置，藉此进行对应的操控。第一透镜14用以调整光源的照射范围。第二透镜13用以提高影像提取单元12的感光效率。如果表面15位于第一粗糙系数范围的表面，则处理单元18在参考影像上定义第一搜寻半径以增加影像感测区域来得到更高的速度/加速度，或者定义第二搜寻半径以降低影像感测区域来降低功耗，其中第一搜寻半径大于第二搜寻半径。另一方面，如果表面15位于第二粗糙系数范围的表面，则处理单元18在参考影像上定义第三搜寻半径以增加影像感测区域来得到更高的速度/加速度，或者定义第四搜寻半径以降低影像感测区域来降低功耗，其中第三搜寻半径大于第一及第四搜寻半径。值得一提的是，在本实施例中，假设每张图框或光影像(亦即影像提取单元12的感测阵列尺寸)具有16X16个像素，且搜寻框设定为8 X 8个像素，第一搜寻半径与第四搜寻半径设定为3个像素距离，第三搜寻半径设定为5个像素距离并且第二搜寻半径设定为I个像素距离。此处所举出的所有数值设定仅为本发明的一种实施方式，并非用以限定本发明，所述数值可依据实际产品设计来决定。
[0056]接下来要教示的，是进一步说明位移检测装置10的工作原理。在进行下述说明前，须先说明的是，本说明书内容的位移检测装置10根据暗场或亮场的光学机构有不同的的门槛值与条件判断机制。此外，暗场定义为影像提取单元12位于光线的散射路径，并且亮场定义为影像提取单元12位于该光线的反射路径。在本说明书内容中，图1A?图5B为揭暗场光学机构，而图6A?图1OB为揭亮场光学机构。
[0057]请同时参照图1A?图3B，图2为根据本发明实施例的暗场下动态调整影像感测区域方法的流程图。图3A与图3B为对应于图2流程图的参考影像与搜寻框的示意图。须注意的是，在图2实施例中，其揭示在位移检测装置10在暗场光学机构下检测表面平整度并据此动态调整影像感测区域来获得更高的速度/加速度的例示性实施例。动态调整影像感测区域方法包括以下步骤:提取参考影像(步骤S210)。计算曝光参考值与影像特征值(步骤S220)。判断曝光参考值除以影像特征值的运算值是否大于预定门槛值(步骤S230)。决定表面的粗糙系数位于第一粗糙系数范围(步骤S240)。定义第一搜寻半径以调整影像感测区域(步骤S250)。决定表面的粗糙系数位于第二粗糙系数范围(步骤S260)。定义第三搜寻半径以调整影像感测区域(步骤S270)。以下将依序说明每一个步骤以更了解本
【发明内容】
。
[0058]在步骤S210中，当光源11以一发光周期发出光线至表面15时，影像提取单元12以同步于光源11的发光周期的取样周期来提取参考影像或表面15上的光影像，并将此参考影像传送至处理单元18后进入到步骤S220。
[0059]在步骤S220中，处理单元18在影像提取单元12提取参考影像的同时会计算光源11的曝光时间或曝光量以得到曝光参考值(或通过流经发光二极管的电流量来决定)，并且处理单元18会将所接收到的参考影像予以计算其影像特征值，其中处理单元18会传送控制信号来使得影像提取单元12通过一光圈调整光源11的曝光量。进一步来说，处理单元18通过参考影像的灰阶值来计算累加灰阶差值以得到参考影像的影像特征值，其中累加灰阶差值与影像特征值成正比。接着，进入到步骤S230。
[0060]在步骤S230中，处理单元18进一步将曝光参考值除以影像特征值来得到一运算值。接着处理单元18将运算值与存储于存储单元19的预定门滥值(predeterminedthreshold value)进行比较，藉此以判断运算值是否大于预定门槛值，其中所述预定门槛值为用以判断表面15是否为光滑面或粗糙面，并且预定门槛值可以由设计者根据实际应用需求来进行设计，其数值大小并非用以限定本
【发明内容】
。在此，如果步骤S230的判断结果为是，则进入到步骤S240，如果步骤S230的判断结果为否，进入到步骤S260。
[0061]在步骤S240中，如果在步骤S230中，处理单元18判断曝光参考值除以影像特征值的运算值大于预定门槛值，则处理单元18则决定表面15的粗糙系数为位于第一粗糙系数范围，其中在本实施例中，第一粗糙系数范围的表面15为一光滑面。值得一提的是，在步骤S210至步骤S240中为位移检测装置10判断表面15是否为光滑面的相关检测与判断流程。
[0062]在步骤S250中，位移检测装置10开始要根据表面15的平整度来动态调整影像感测区域。请同时参照图3A，当位移检测装置10中的处理单元18根据判断结果决定该表面15为位于第一粗糙系数范围的光滑面，则处理单元18会在参考影像R3A上设定一搜寻框S3A以定义位移检测装置10搜寻与计算范围并且在搜寻框S3A的边界向外定义第一搜寻半径rl，其中第一搜寻半径rl的扫描范围为位移检测装置10在参考影像R3A上进行搜寻与计算的预留区域，藉此动态调整影像感测区域来获得更高的速度或加速度。其中搜寻框S3A具有8X8像素(主动感测区域)，并且第一搜寻半径rl具有3个像素距离(预留感测区域)，值得注意的是，在图3A中的参考影像R3A约为11X11个像素，其较原始的光影像(16X16个像素)较为小，亦即位移检测装置10只要搜寻且计算原始的光影像(16X16个像素)的主动感测区域与预留感测区域所形成的参考影像R3A即可。接下来，位移检测装置10会回到步骤S210中继续检测表面的平整度来决定是否再度动态调整影像感测区域。
[0063]在步骤S260中，如果在步骤S230中，处理单元18判断曝光参考值除以影像特征值的运算值小于预定门槛值，则处理单元18则决定表面15的粗糙系数为位于第二粗糙系数范围，其中在本实施例中，第二粗糙系数范围的表面15为粗糙面。值得一提的是，在步骤S210、S220、S230、与步骤S260为位移检测装置10判断表面15是否为粗糙面的相关检测与判断流程。
[0064]在步骤S270中，位移检测装置10开始要根据表面15的平整度来动态调整影像感测区域，请同时参照图3B，当位移检测装置10中的处理单元18判断该表面15为位于第二粗糙系数范围的粗糙面，则处理单元18会在参考影像R3B上设定一搜寻框S3B以定义位移检测装置10搜寻与计算范围并且在搜寻框S3B的边界向外定义第三搜寻半径r3，其中第三搜寻半径r3的扫描范围为位移检测装置10在参考影像R3B上进行搜寻与计算的预留区域，藉此动态调整影像感测区域来获得更高的速度或加速度。其中搜寻框S3B具有8X8像素(主动感测区域)，并且第三搜寻半径r3具有5个像素距离(预留感测区域)，值得注意的是，在图3B中的参考影像R3B约为13X 13个像素，其较原始的光影像(16X 16个像素)较为小，亦即位移检测装置10只要搜寻且计算原始的光影像(16X16个像素)的主动感测区域与预留感测区域所形成的参考影像R3B。接下来，位移检测装置10会回到步骤S210中继续检测表面的平整度来决定是否再度动态调整影像感测区域。
[0065]承上述，在暗场光学机构的运作下，粗糙面的第三搜寻半径r3(5个像素距离)大于光滑面的第一搜寻半径rl (3个像素距离)，亦即在粗糙面的搜寻与计算的预留区域大于光滑面的搜寻与计算的预留区域。据此，位移检测装置10能够根据表面15的平整度以设定适当的搜寻半径来动态调整影像感测区域以获得适当的速度或加速度。
[0066](暗场光学机构的位移检测装置的另一实施例)
[0067]接下来，请同时参照图1A、图1B与图4?图5B，图4为根据本发明另一实施例的暗场下动态调整影像感测区域方法的流程图。图5A与图5B为对应于图4流程图的参考影像与搜寻框的示意图。须注意的是，在图4实施例中，其揭示在位移检测装置10在暗场光学机构下检测表面平整度并据此动态调整影像感测区域来降低功耗的例示性实施例，在此所述的降低功耗为相较于图2?图3B实施例而言。动态调整影像感测区域方法包括以下步骤:提取参考影像(步骤S410)。计算曝光参考值与影像特征值(步骤S420)。判断曝光参考值除以影像特征值的运算值是否大于预定门槛值(步骤S430)。判断表面的粗糙系数位于第一粗糙系数范围(步骤S440)。定义第二搜寻半径以调整影像感测区域(步骤S450)。判断表面的粗糙系数位于第二粗糙系数范围(步骤S460)。定义第四搜寻半径以调整影像感测区域(步骤S770)。以下将依序说明每一个步骤，以更了解本
【发明内容】
。
[0068]在步骤S410中，当光源11以一发光周期发出光线至表面15时，影像提取单元12以同步于光源11的发光周期的取样周期来提取参考影像或表面15上的光影像，并将此参考影像传送至处理单元18后进入到步骤S420。
[0069]在步骤S420中，处理单元18在影像提取单元12提取参考影像的同时会计算光源11的曝光时间或曝光量以得到曝光参考值(或通过流经发光二极管的电流量来决定)，并且处理单元18会将所接收到的参考影像予以计算其影像特征值，其中处理单元18会传送控制信号来使得影像提取单元12通过一光圈调整光源11的曝光量。进一步来说，处理单元18通过参考影像的灰阶值来计算累加灰阶差值以得到参考影像的影像特征值，其中累加灰阶差值与影像特征值成正比。接着，进入到步骤S430。
[0070]在步骤S430中，处理单元18进一步将曝光参考值除以影像特征值来得到一运算值。接着处理单元18将运算值与存储于存储单元19的预定门滥值(predeterminedthreshold value)进行比较，藉此以判断运算值是否大于预定门槛值，其中所述预定门槛值为用以判断表面15是否为光滑面或粗糙面，并且预定门槛值可以由设计者根据实际应用需求来进行设计，其数值大小并非用以限定本
【发明内容】
。在此，如果步骤S430的判断结果为是，则进入到步骤S440，如果步骤S430的判断结果为否，进入到步骤S460。
[0071]在步骤S440中，如果在步骤S430中，处理单元18判断曝光参考值除以影像特征值的运算值大于预定门槛值，则处理单元18则决定表面15的粗糙系数为位于第一粗糙系数范围，其中在本实施例中，第一粗糙系数范围的表面15为一光滑面。值得一提的是，在步骤S410至步骤S440中为位移检测装置10判断表面15是否为光滑面的相关检测与判断流程。
[0072]在步骤S450中，位移检测装置10开始要根据表面15的平整度来动态调整影像感测区域，请同时参照图5A，当位移检测装置10中的处理单元18判断该表面15为位于第一粗糙系数范围的光滑面，则处理单元18会在参考影像R5A上设定一搜寻框S5A以定义位移检测装置10搜寻与计算范围并且在搜寻框S5A的边界向外定义第二搜寻半径r2，其第二搜寻半径r2的扫描范围为位移检测装置10在参考影像R5A上进行搜寻与计算的预留区域，藉此动态调整影像感测区域来降低功耗(相较于图3A实施例)。其中搜寻框S5A具有8X8像素(主动感测区域)，并且第二搜寻半径r2具有I个像素距离(预留感测区域)，其中第一搜寻半径rl大于第二搜寻半径r2。值得注意的是，在图5A中的参考影像R5A约为9X9个像素，其较原始的光影像(16X16个像素)较为小。进一步来说，相较于图3A实施例，图5A实施例的位移检测装置10定义第二搜寻半径r2来减少影像感测区域来降低功耗，亦即位移检测装置10只要搜寻且计算原始的光影像(16X16个像素)的主动感测区域与预留感测区域所形成的参考影像R5A。换句话说，相较于图5A实施例，在图3A实施例的参考影像R3A约为11X11个像素，位移检测装置10定义第一搜寻半径rl以增加动态影像感测区域来获得更高的速度或加速度。
[0073]在步骤S460中，如果在步骤S430中，处理单元18判断曝光参考值除以影像特征值的运算值小于预定门槛值，则处理单元18则决定表面15的粗糙系数为位于第二粗糙系数范围，其中在本实施例中，第二粗糙系数范围的表面15为粗糙面。值得一提的是，在步骤S410.S420.S430与步骤S460为位移检测装置10判断表面15是否为粗糙面的相关检测与判断流程。
[0074]在步骤S470中，位移检测装置10开始要根据表面15的平整度来动态调整影像感测区域，请同时参照图5B，当位移检测装置10中的处理单元18判断该表面15为位于第二粗糙系数范围的粗糙面，则处理单元18会在参考影像R5B上设定一搜寻框S5B以定义位移检测装置10搜寻与计算范围并且在搜寻框S4B的边界向外定义第四搜寻半径r4，其第四搜寻半径r4的扫描范围为位移检测装置10在参考影像R5B上进行搜寻与计算的预留区域，藉此动态调整影像感测区域来获得更高的速度或加速度。其中搜寻框S5B具有8X8像素(主动感测区域)，并且第四搜寻半径r4具有3个像素距离(预留感测区域)，值得注意的是，在图5B中的参考影像R5B约为11 X 11个像素，其较原始的光影像(16 X 16个像素)较为小，亦即位移检测装置10只要搜寻且计算原始的光影像(16X16个像素)的主动感测区域与预留感测区域所形成的参考影像R5B。在本实施例中，第四搜寻半径r4等于第一搜寻半径rl，并且第三搜寻半径r3大于第四搜寻半径r4。进一步来说，相较于图3B实施例，图5B实施例的位移检测装置10定义第四搜寻半径r4来减少影像感测区域来降低功耗，亦即位移检测装置10只要搜寻且计算原始的光影像(16X16个像素)的主动感测区域与预留感测区域所形成的参考影像R5B。换句话说，相较于图5B实施例，在图3B实施例的参考影像R3B约为13X13个像素，位移检测装置10定义第三搜寻半径r3以增加动态影像感测区域来获得更高的速度或加速度。
[0075]承上述，粗糙面的第四搜寻半径r4(3个像素距离)大于光滑面的第二搜寻半径rl (I个像素距离)，亦即粗糙面的搜寻与计算的预留区域大于光滑面的搜寻与计算的预留区域。据此，位移检测装置10能够根据表面15的平整度以设定适当的搜寻半径来动态调整影像感测区域以降低功耗。
[0076](亮场光学机构的位移检测装置的实施例)
[0077]请同时参照图6A与图6B，图6A为根据本发明实施例的亮场光学机构的位移检测装置的示意图。图6B为对照图6A的位移检测装置的电路区块图。同样地，在本实施例中，位移检测装置60用于检测表面15的平整度并且根据表面15的平整度来动态调整影像感测区域，其中位移检测装置60可以是光学鼠标或光学导航装置。如图6A及图6B所示，位移检测装置60包括光源61、影像提取单元62、处理单元68、存储单元66、传输接口单元67、第一透镜64与第二透镜63。光源61、影像提取单元62、存储单元66与传输接口单元67都分别电性连接至处理单元68。第一透镜64配置于光源61的前方，第二透镜63配置于影像提取单元62的前方，并且影像提取单元62配置于光源61所发射的光线的反射路径。
[0078]同样地，在本实施例中，光源61可以是发光二极管(Light-Emitting D1de, LED)或激光二极管，其根据一发光周期来周期性发射光线。影像提取单元62以一固定的取样周期提取表面65的至少一参考影像，并且光源61的发光周期为取样周期的整数倍，以使影像提取单元62可同步于光源61的发光，进而使影像提取单元62提取表面65上有效的参考影像或光影像。处理单元68用以计算光源61的一曝光参考值(例如光源61的曝光时间或光源61的曝光量)与参考影像的影像特征值并据此判断表面65位于第一粗糙系数范围或第二粗糙系数范围，其中处理单元68在参考影像选定小于参考影像的搜寻框。存储单元66、传输接口单元67、第一透镜64与第二透镜63的功能相同于图1B实施例的存储单元16、传输接口单元17、第一透镜14与第二透镜13，在此不再赘述。与上述图1A至图5B实施例相同的是，在本实施例中，同样地假设每张图框或光影像(亦即影像提取单元62的感测阵列尺寸)具有16 X 16个像素，且搜寻框设定为8 X 8个像素，第一搜寻半径与第四搜寻半径设定为3个像素距离，第三搜寻半径设定为5个像素距离并且第二搜寻半径设定为I个像素距离。此处所举出的所有数值设定仅为本发明的一种实施方式，并非用以限定本发明，所述数值可依据实际产品设计来决定。
[0079]接下来要教示的，是进一步说明位移检测装置60的工作原理，以更了解本
【发明内容】
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[0080]请同时参照图6A?图8B，图7为根据本发明实施例的暗场下动态调整影像感测区域方法的流程图。图8A与图SB为对应于图7流程图的参考影像与搜寻框的示意图。须注意的是，在图7实施例中，其揭示在位移检测装置60在亮场光学机构下检测表面平整度并据此动态调整影像感测区域来获得更高的速度/加速度的例示性实施例。动态调整影像感测区域方法包括以下步骤:提取参考影像(步骤S710)。计算曝光参考值与影像特征值(步骤S720)。判断曝光参考值是否小于曝光门槛值(步骤S730)。判断累加灰阶差值是否小于累加门槛差值(步骤S740)。决定表面的粗糙系数位于第一粗糙系数范围(步骤S750)。定义第一搜寻半径以调整影像感测区域(步骤S760)。决定表面的粗糙系数位于第二粗糙系数范围(步骤S770)。定义第三搜寻半径以调整影像感测区域(步骤S780)。以下将依序说明每一个步骤以更了解本
【发明内容】
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[0081]在步骤S710中，当光源61以一发光周期发出光线至表面65时，影像提取单元62以同步于光源61的发光周期的取样周期来提取参考影像或表面65上的光影像，并将此参考影像传送至处理单元680后进入到步骤S720。
[0082]在步骤S720中，处理单元68在影像提取单元62提取参考影像的同时会计算光源61的曝光时间或曝光量以得到曝光参考值(或通过流经发光二极管的电流量来决定)，并且处理单元68会将所接收到的参考影像予以计算累加灰阶差值，亦即每一个相邻像素的灰阶值予以相减以得到差值，依此方式将所得到的差值累加来得到累加灰阶差值，所述累加灰阶差值与影像特征值成正比，故可从累加灰阶差值来获得参考影像的影像特征值。接着，动态调整影像感测区域方法进入到步骤S730。
[0083]在步骤S730中，处理单元68进一步判断曝光参考值是否小于存储于存储单元66的曝光门滥值，其中如果光源61的曝光参考值大于曝光门滥值时，则此曝光参考值为一长曝光参考值，如果光源61的曝光参考值小于曝光门滥值时，则此曝光参考值为一短曝光参考值。当处理单元68决定光源61的曝光参考值小于曝光门槛值时，则进入到步骤S740以继续判断累加灰阶差值是否小于累加门槛差值；当处理单元68决定光源61的曝光参考值大于曝光门槛值时，则进入到步骤S770。
[0084]在步骤S740中，处理单元68在判断光源61的曝光参考值小于曝光门槛值后，会进入此步骤S740来继续判断参考影像的累加灰阶差值是否小于存储于存储单元66的累加门槛差值，其中如果累加灰阶差值大于累加门槛值，则影像提取单元62所提取的参考影像具有高影像特征值，如果累加灰阶差值小于累加门槛差值，则影像提取单元62所提取的参考影像具有低影像特征值。当处理单元68决定参考影像的累加灰阶差值小于累加门槛差值，则进入到步骤S750 ;当处理单元68决定参考影像的累加灰阶差值大于累加门槛差值，则进入到步骤S770。
[0085]在步骤S750中，进入此步骤表示参考影像满足两条件，亦即光源的曝光参考值小于曝光门槛值与参考影像的累加灰阶差值小于累加门槛差值。据此，处理单元68会根据判断结果决定表面65的粗糙系数为位于第一粗糙系数范围，其中在本实施例中，第一粗糙系数范围的表面65为一光滑面。接着，进入到步骤S760。
[0086]在步骤S760中，位移检测装置60开始要根据表面65的平整度来动态调整影像感测区域，请同时参照图8A，当位移检测装置60中的处理单元68根据判断结果决定该表面65为位于第一粗糙系数范围的光滑面，则处理单元68会在参考影像R8A上设定一搜寻框S8A以定义位移检测装置60搜寻与计算范围并且在搜寻框S8A的边界向外定义第一搜寻半径rl，其中第一搜寻半径rl的扫描范围为位移检测装置60在参考影像R8A上进行搜寻与计算的预留区域，藉此动态调整影像感测区域来获得更高的速度或加速度。其中搜寻框S8A具有8X8像素(主动感测区域)，并且第一搜寻半径rl具有3个像素距离(预留感测区域)，值得注意的是，在图8A中的参考影像R8A约为IlX 11个像素，其较原始的光影像(16X16个像素)较为小，亦即位移检测装置60只要搜寻且计算原始的光影像(16X16个像素)的主动感测区域与预留感测区域所形成的参考影像R8A即可。接下来，位移检测装置60会回到步骤S710中继续检测表面的平整度来决定是否再度动态调整影像感测区域。
[0087]在步骤S770中，进入此步骤表示参考影像满足以下条件，亦即光源61的曝光参考值大于曝光门槛值，或者是光源61的曝光参考值小于曝光门槛值且参考影像的累加灰阶差值大于累加门槛差值。据此，处理单元68会根据判断结果决定表面65的粗糙系数为位于第二粗糙系数范围，其中在本实施例中，第二粗糙系数范围的表面65为一粗糙面。接着，进入到步骤S780。
[0088]在步骤S780中，位移检测装置60开始要根据表面65的平整度来动态调整影像感测区域，请同时参照图8B，当位移检测装置60中的处理单元68判断该表面65为位于第二粗糙系数范围的粗糙面，则处理单元68会在参考影像R8B上设定一搜寻框S8B以定义位移检测装置60搜寻与计算范围并且在搜寻框S8B的边界向外定义第三搜寻半径r3，其中第三搜寻半径r3的扫描范围为位移检测装置60在参考影像R8B上进行搜寻与计算的预留区域，藉此动态调整影像感测区域来获得更高的速度或加速度。其中搜寻框S8B具有8X8像素(主动感测区域)，并且第三搜寻半径r3具有5个像素距离(预留感测区域)，值得注意的是，在图8B中的参考影像R8B约为13X 13个像素，其较原始的光影像(16X 16个像素)较为小，亦即位移检测装置60只要搜寻且计算原始的光影像(16X16个像素)的主动感测区域与预留感测区域所形成的参考影像R8B。接下来，位移检测装置60会回到步骤S710中继续检测表面的平整度来决定是否再度动态调整影像感测区域。
[0089]承上述，同样地，在亮场光学机构的运作下，粗糙面的第三搜寻半径r3 (5个像素距离)大于光滑面的第一搜寻半径rl (3个像素距离)，亦即在粗糙面的搜寻与计算的预留区域大于光滑面的搜寻与计算的预留区域。据此，位移检测装置10能够根据表面15的平整度以设定适当的搜寻半径来动态调整影像感测区域以获得适当的速度或加速度。
[0090](亮场光学机构的位移检测装置的另一实施例)
[0091]接下来，请同时参照图6A、图6B与图9?图10B，图9为根据本发明另一实施例的亮场下动态调整影像感测区域方法的流程图。图1OA与图1OB为对应于图9流程图的参考影像与搜寻框的示意图。须注意的是，在图9实施例中，其揭示在位移检测装置60在亮场光学机构下检测表面平整度并据此动态调整影像感测区域来降低功耗的例示性实施例，在此所述的降低功耗为相较于图7?图SB实施例而言。图9实施例的动态调整影像感测区域方法包括以下步骤:提取参考影像(步骤S910)。计算曝光参考值与影像特征值(步骤S920)。判断曝光参考值是否小于曝光门槛值(步骤S930)。判断累加灰阶差值是否小于累加门槛差值(步骤S940)。决定表面的粗糙系数位于第一粗糙系数范围(步骤S950)。定义第二搜寻半径以调整影像感测区域(步骤S960)。决定表面的粗糙系数位于第二粗糙系数范围(步骤S970)。定义第四搜寻半径以调整影像感测区域(步骤S980)。以下将依序说明每一个步骤以更了解本
【发明内容】
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[0092]在步骤S910中，当光源61以一发光周期发出光线至表面65时，影像提取单元62以同步于光源61的发光周期的取样周期来提取参考影像或表面65上的光影像，并将此参考影像传送至处理单元68后进入到步骤S920。
[0093]在步骤S920中，相似于步骤S720，处理单元68在影像提取单元62提取参考影像的同时会计算光源11的曝光时间或曝光量以得到曝光参考值(或通过流经发光二极管的电流量来决定)，并且处理单元68会将所接收到的参考影像予以计算累加灰阶差值，亦即每一个相邻像素的灰阶值予以相减以得到差值，依此方式将所得到的差值累加来得到累加灰阶差值，所述累加灰阶差值与影像特征值成正比，故可从累加灰阶差值来获得参考影像的影像特征值。接着，动态调整影像感测区域方法进入到步骤S930。
[0094]在步骤S930中，同样地，处理单元68进一步判断曝光参考值是否小于存储于存储单元66的曝光门槛值，其中如果光源61的曝光参考值大于曝光门槛值时，则此曝光参考值为一长曝光参考值，如果光源61的曝光参考值小于曝光门滥值时，则此曝光参考值为一短曝光参考值。当处理单元68决定光源61的曝光参考值小于曝光门槛值时，则进入到步骤S940以继续判断累加灰阶差值是否小于累加门槛差值；当处理单元68决定光源61的曝光参考值大于曝光门槛值时，则进入到步骤S970。
[0095]在步骤S940中，处理单元68在判断光源61的曝光参考值小于曝光门槛值后，会进入此步骤S940来继续判断参考影像的累加灰阶差值是否小于存储于存储单元66的累加门槛差值，其中如果累加灰阶差值大于累加门槛值，则影像提取单元62所提取的参考影像具有高影像特征值，如果累加灰阶差值小于累加门槛差值，则影像提取单元62所提取的参考影像具有低影像特征值。当处理单元68决定参考影像的累加灰阶差值小于累加门槛差值，则进入到步骤S950 ;当处理单元68决定参考影像的累加灰阶差值大于累加门槛差值，则进入到步骤S970。
[0096]在步骤S950中，进入此步骤表示参考影像满足两条件，亦即光源61的曝光参考值小于曝光门槛值与参考影像的累加灰阶差值小于累加门槛差值。据此，处理单元68会根据判断结果决定表面65的粗糙系数为位于第一粗糙系数范围，其中在本实施例中，第一粗糙系数范围的表面65为一光滑面。接着，进入到步骤S760。
[0097]在步骤S960中，位移检测装置60开始要根据表面65的平整度来动态调整影像感测区域，请同时参照图10A，当位移检测装置60中的处理单元68根据判断结果决定该表面65为位于第一粗糙系数范围的光滑面，则处理单元68会在参考影像RlOA上设定一搜寻框SlOA以定义位移检测装置60搜寻与计算范围并且在搜寻框SlOA的边界向外定义第二搜寻半径r2，其中第二搜寻半径r2的扫描范围为位移检测装置60在参考影像RlOA上进行搜寻与计算的预留区域，藉此动态调整影像感测区域来获得更高的速度或加速度。其中搜寻框SlOA具有8X8像素(主动感测区域)，并且第二搜寻半径r2具有I个像素距离(预留感测区域)，值得注意的是，在图1OA中的参考影像RlOA约为11 X 11个像素，其较原始的光影像(16X16个像素)较为小，亦即位移检测装置60只要搜寻且计算原始的光影像(16X16个像素)的主动感测区域与预留感测区域所形成的参考影像RlOA即可。接下来，位移检测装置60会回到步骤S910中继续检测表面的平整度来决定是否再度动态调整影像感测区域。进一步来说，相较于图8A实施例，图1OA实施例的位移检测装置60定义第二搜寻半径r2来减少影像感测区域来降低功耗，亦即位移检测装置60只要搜寻且计算原始的光影像(16X16个像素)的主动感测区域与预留感测区域所形成的参考影像RlOA即可。换句话说，相较于图1OA实施例，在图8A实施例的参考影像R8A约为11X11个像素，位移检测装置60定义第一搜寻半径rl以增加动态影像感测区域来获得更高的速度或加速度。
[0098]在步骤S970中，进入此步骤表示参考影像满足以下条件，亦即光源61的曝光参考值大于曝光门槛值，或者是光源61的曝光参考值小于曝光门槛值且参考影像的累加灰阶差值大于累加门槛差值。据此，处理单元68会根据判断结果决定表面65的粗糙系数为位于第二粗糙系数范围，其中在本实施例中，第二粗糙系数范围的表面65为一粗糙面。接着，进入到步骤S980。
[0099]在步骤S980中，位移检测装置60开始要根据表面65的平整度来动态调整影像感测区域，请同时参照图10B，当位移检测装置60中的处理单元68判断该表面65为位于第二粗糙系数范围的粗糙面，则处理单元68会在参考影像RlOB上设定一搜寻框SlOB以定义位移检测装置60搜寻与计算范围并且在搜寻框SlOB的边界向外定义第四搜寻半径r4，其中第四搜寻半径r4的扫描范围为位移检测装置60在参考影像RlOB上进行搜寻与计算的预留区域，藉此动态调整影像感测区域来获得更高的速度或加速度。其中搜寻框SlOB具有8X8像素(主动感测区域)，并且第四搜寻半径r4具有3个像素距离(预留感测区域)，值得注意的是，在图1OB中的参考影像RlOB约为13X13个像素，其较原始的光影像(16X16个像素)较为小。同样地，接下来，位移检测装置60会回到步骤S910中继续检测表面的平整度来决定是否再度动态调整影像感测区域。在本实施例中，第四搜寻半径r4等于第一搜寻半径rl，并且第三搜寻半径r3大于第四搜寻半径r4。进一步来说，相较于图SB实施例，图1OB实施例的位移检测装置60定义第四搜寻半径r4来减少影像感测区域来降低功耗，亦即位移检测装置60只要搜寻且计算原始的光影像(16X16个像素)的主动感测区域与预留感测区域所形成的参考影像R5B即可。换句话说，相较于图1OB实施例，在图SB实施例的参考影像R8B约为13X13个像素，位移检测装置60定义第三搜寻半径r3以增加动态影像感测区域来获得更高的速度或加速度。
[0100](实施例的可能功效)
[0101]综上所述，本发明实施例所提供的位移检测装置及其动态调整影像感测区域的方法，能够根据表面的平整度来设定不同的搜寻半径以预留感测区域来动态调整影像感测区域，进而达到追踪速度的调整。
[0102]在本
【发明内容】
多个实施例中至少一实施例，能够根据表面的平整度来设定不同的搜寻半径以预留感测区域来动态调整影像感测区域，进而降低位移检测装置的功耗。
[0103]以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。
【权利要求】
1.一种位移检测装置，用于检测表面的平整度且动态调整影像感测区域，其特征在于，该位移检测装置包括: 光源，发射光线； 影像提取单元，用以固定的取样周期提取该表面的至少一个参考影像；以及 处理单元，连接该光源与该影像提取单元，该处理单元用以计算该光源的曝光参考值与该参考影像的影像特征值并据此判断该表面位于第一粗糙系数范围或第二粗糙系数范围，其中该处理单元在该参考影像上选定小于该参考影像的搜寻框， 其中如果该表面位于该第一粗糙系数范围，则该处理单元在该参考影像上定义第一搜寻半径以增加该影像感测区域或定义第二搜寻半径以降低该影像感测区域，该第一搜寻半径大于该第二搜寻半径；如果该表面位于该第二粗糙系数范围，则该处理单元在该参考影像上定义第三搜寻半径以增加该影像感测区域或定义第四搜寻半径以降低该影像感测区域，该第三搜寻半径大于该第一及该第四搜寻半径。
2.如权利要求1所述的位移检测装置，其特征在于，该位移检测装置还包括: 存储单元，连接至该处理单元，该存储单元用以存储至少一个门槛值； 传输接口单元，连接至该处理单元，用以将位移信息传送至显像显示装置，藉此进行对应的操控； 第一透镜，配置于该光源的前方，用以调整该光源的照射范围；以及 第二透镜，配置于该影像提取单元的前方，用以提高该影像提取单元的感光效率， 其中该光源为发光二极管或激光二极管。
3.如权利要求1所述的位移检测装置，其特征在于，该曝光参考值为曝光时间或曝光量，其中该影像提取单元通过光圈调整该光源的该曝光量。
4.如权利要求1所述的位移检测装置，其特征在于，当该处理单元通过该参考影像的累加灰阶差值来计算该影像特征值；如果该累加灰阶差值大于累加门槛值，则该参考影像具有高影像特征值，如果该累加灰阶差值小于累加门槛差值，则该参考影像具有低影像特征值，其中该累加灰阶差值与该影像特征值成正比。
5.如权利要求1所述的位移检测装置，其特征在于，如果该光源的该曝光参考值大于曝光门槛值时，则该曝光参考值为长曝光参考值；如果该光源的该曝光参考值小于该曝光门槛值时，则该曝光参考值为短曝光参考值。
6.如权利要求1所述的位移检测装置，其特征在于，当该影像提取单元位于暗场时，该处理单元通过分别判断该曝光参考值与该影像特征值来决定该表面位于该第一粗糙系数范围或该第二粗糙系数范围。
7.如权利要求1所述的位移检测装置，其特征在于，当该影像提取单元位于暗场时，该处理单元将该曝光参考值除以该影像特征值以获得运算值，如果该运算值大于预定门槛值，则该表面位于该第一粗糙系数范围；如果该运算值小于该预定门槛值，则该表面位于该第二粗糙系数范围。
8.如权利要求1所述的位移检测装置，其特征在于，当该影像提取单元位于亮场时，则该处理单元通过分别判断该曝光参考值与该影像特征值来决定该表面位于该第一粗糙系数范围或该第二粗糙系数范围。
9.如权利要求6或7所述的位移检测装置，其特征在于，该暗场定义为该影像提取单元位于该光线的散射路径。
10.如权利要求8所述的位移检测装置，其特征在于，该亮场定义为该影像提取单元位于该光线的反射路径。
11.如权利要求1所述的位移检测装置，其特征在于，位于该第一粗糙系数范围的该表面为平滑面，并且位于该第二粗糙系数范围的该表面为粗糙面。
12.一种动态调整影像感测区域的方法，其特征在于，该动态调整影像感测区域的方法包括步骤: 根据固定的取样周期提取表面的至少一个参考影像； 计算光源的曝光参考值与该参考影像的影像特征值； 根据至少一个门槛值，判断该表面为位于第一粗糙系数范围或第二粗糙系数范围；以及 根据该表面是否位于该第一粗糙系数范围或该第二粗糙系数范围的判断结果，来动态调整影像感测区域。 其中该动态调整影像感测区域的方法用于如权利要求1所述的位移检测装置。
13.如权利要求12所述的动态调整影像感测区域的方法，其特征在于，该根据该第一粗糙系数范围或该第二粗糙系数范围来动态调整影像感测区域的步骤还包括: 如果该表面为位于该第一粗糙系数范围，则在该参考影像上定义第一搜寻半径以增加影像感测区域或定义第二搜寻半径以降低该影像感测区域，其中该第一搜寻半径大于该第二搜寻半径；以及 如果该表面为位于该第二粗糙系数范围，则在该参考影像上定义第三搜寻半径以增加该影像感测区域或定义第四搜寻半径以降低该影像感测区域，其中该第三搜寻半径大于该第一及该第四搜寻半径。
14.如权利要求12所述的动态调整影像感测区域的方法，其特征在于，该曝光参考值为曝光时间或曝光量，其中通过光圈调整该光源的该曝光量。
15.如权利要求12所述的动态调整影像感测区域的方法，其特征在于，通过该参考影像的累加灰阶差值来计算该影像特征值；如果该累加灰阶差值大于累加门槛值，则该参考影像具有高影像特征值，如果该累加灰阶差值小于累加门槛差值，则该参考影像具有低影像特征值，其中该累加灰阶差值与该影像特征值成正比。
16.如权利要求12所述的动态调整影像感测区域的方法，其特征在于，如果该曝光参考值大于曝光门槛值时，则该曝光参考值为长曝光参考值；如果该曝光参考值小于该曝光门槛值时，则该曝光参考值为短曝光参考值。
17.如权利要求12所述的动态调整影像感测区域的方法，其特征在于，将该曝光参考值除以该影像特征值以获得运算值，如果该运算值大于预定门槛值，则该表面为位于该第一粗糙系数范围；如果该运算值小于该预定门槛值，则该表面为位于该第二粗糙系数范围。
18.如权利要求12所述的动态调整影像感测区域的方法，其特征在于，通过分别判断该曝光参考值与该影像特征值来决定该表面为位于该第一粗糙系数范围或该第二粗糙系数范围。
19.如权利要求12所述的动态调整影像感测区域的方法，其特征在于，其中位于该第一粗糙系数范围的该表面为平滑面，并且位于该第二粗糙系数范围的该表面为粗糙面。
【文档编号】H04N5/235GK104135604SQ201310158672
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年5月2日 优先权日:2013年5月2日
【发明者】陈俊玮, 古人豪, 郭士维 申请人:原相科技股份有限公司