专利名称：用于控制计算机指向外围设备所使用的照射的方法及计算机指向外围设备的制作方法
技术领域：
本专利申请一般而言涉及使用光学导航功能的计算机外围设备。
背景技术：
大多数图形用户接口(GURs)主要依靠“鼠标”外围设备控制一软件程序与所述用户之间的互动。传统鼠标外围设备利用一种依靠机/电机构的“球”结构来产生指示用户移动鼠标的信号。因为这种装置的机械部分容易损坏并因污染而变得不能操作，所以这种传统设计存在很多问题。人们对这种传统鼠标外围设备的相对共同的感受是难以在一特定方向上移动图形指针。例如用户可能能够向上、向左和向右移动GUR的图形指针，但却不能使用一不能操作的传统鼠标轻易地向下移动图形指针。
人们已开发出不因污染而轻易地变得不能操作的光电鼠标外围设备。光电鼠标通常通过持续照射一个表面、捕获所述表面的图像并根据连续的图像估计设备的移动来进行操作。光电鼠标的优势在于可轻易地从保护光电器件的窗口清除灰尘或其他污染物。因此，相比于传统设备，光电鼠标外围设备显示出更高的可靠性和性能。另外，光电鼠标外围设备可以在很多表面上进行操作而不需要“鼠标垫”。
图1描绘了鼠标100的原理框图，鼠标100使用重复性图像分析来产生指示用户移动鼠标100的信号。如图1所示，鼠标100包括耦合至模拟数字转换器(ADC)102的图像阵列101(例如一电荷耦合装置)。鼠标100在上操作的所述表面的一图像的数字数据被提供至直流消除(DCR)元件103。DCR元件103是一用来滤除一数字图像中的直流分量的数字滤波器。关于DCR 103的更详细资料可在美国专利第6,049,338号和第6,047,091号中找到，这些专利均以引用方式并入本文中。来自连续性图像的数字数据从DCR元件103提供至参考存储器104和比较存储器105。
交叉相关器逻辑件106在参考存储器104和比较存储器105之间执行一窗口搜索程序。对于超出一偏移位置范围的每一偏移位置，交叉相关器逻辑件106都会计算参考存储器104和比较存储器器105中存储的图像数据的重叠部分之间的相关性。一般来说，与最高相关性关联的偏移位置可提供鼠标100在相应图像之间移动的最佳估计。导航器逻辑件107分析相关值来产生一指示用户移动鼠标装置的ΔX和ΔY数值流。更多关于处理图像数据以估计一计算机外围设备导航的细节可在美国专利第5,644,139号中找到；此专利以引用方式并入本文中。
导航器逻辑件107跟踪鼠标100实际移动的性能依赖于对支承表面的均匀照射。因此，鼠标100在一连续的基础上调整图像的曝光时间，以获得符合一个或数个标准的像素数据。具体来说，如图1所示，鼠标100进一步包括用来分析图像质量的像素监视逻辑件108。像素监视逻辑件108可在从图像阵列101扫描像元时执行一平均运算。另外或选择性地，像素监视逻辑件108可以在从图像阵列101中扫描一完整图像时确定最大像素值。响应对像素信息的分析，像素监视逻辑件108会通过使用帧周期计数器(FPC)109来维持、增加或减少快门曝光时间。帧周期计数器109是一计数器，它在每一帧开始时发射“帧开始”(Frame_Start)中断信号来触发数字块。如果图像数值太低，那么将增加快门曝光时间以提高图像亮度。如果出现像元饱和现象，则将减少快门曝光时间以保证图像质量。
发明内容
尽管光电鼠标外围设备具有多个明显的优点，但已知的光电鼠标外围设备并非在所有条件下都能高水平地工作。具体来说，已知的光电鼠标外围设备使用一恒定的电流驱动方法来给光源供电。当使用激光、高定向性光源或相干光源照射一高反射性表面(例如闪光的金属板、光亮的胶片、高光亮平滑的木质表面等)时，图像数据阵列会呈现一宽广的动态范围，并可包括一个或多个饱和值。所述饱和值发出典型的快门控制功能信号，以将曝光时间降低到一个不能接受的低水平。这一动作的结果是低曝光时间会因为每一步进(连续图像之间的非连续移动)的图像特征的高变化比例而易振荡。因此，在这些情况下，图像质量和由此而来的光学导航跟踪性能都会恶化。
在另一种情况下，当使用激光、高定向性光源或相干光源照射一黑暗的表面(例如黑布、黑色天鹅绒等)时，低图像亮度发出快门控制功能信号，以将曝光时间增加到一个所能允许的最大值。这一动作的结果是鼠标的速度或帧速率降低，且甚至在最大快门时间下，图像质量可能会因照射不足而降低。因此，跟踪性能恶化。
某些代表性实施例包括自动增益控制功能以控制提供至一光电鼠标外围设备光源的驱动电流。具体来说，某些代表性实施例结合监视像素特征还监视快门反馈信号。当快门反馈信号漂移出一预定范围时，某些代表性实施例改变提供给电源的驱动电流。对驱动电流的校正能够将快门反馈信号保持在合适的值内，保持图像质量以用于导航目的。具体来说，所述自动增益控制功能使得能够获得一稳定而合理的快门曝光时间。
图1描绘一已知光电鼠标外围设备的框图。
图2描绘一代表性实施例的光电鼠标外围设备的框图。
图3描绘一本发明代表性实施例的流程图。
具体实施例方式
图2描绘一代表性实施例的光电鼠标外围设备200的框图。鼠标200的导航功能与鼠标100的导航功能的操作方式基本上相同。具体来说，图像阵列101捕获支承表面的图像，模拟数字转换器(ADC)102将来自图像阵列101的相应像元的模拟信号转换成数字数据。该数字数据被提供至DCR元件103，然后再被提供至参考存储器104和比较存储器105。交叉相关逻辑件106计算参考存储器104的各图像部分与比较存储器105的各部分之间的相关性。导航器逻辑件107分析相关值以产生指示用户移动鼠标装置的ΔX和ΔY的数值流。
如图2所示，像素监视逻辑件201在模拟域内对图像特征进行分析。然而，如果需要，可以替代方式耦合像素监视逻辑件201从模拟数字转换器102接收图像数据以在数字域内进行图像分析。如果图像特征不符合所期望的标准，那么像素监视逻辑件201通过帧周期计数器109控制快门来增加或减少图像阵列101的曝光时间。举例而言，像素监视逻辑件201可能发送消息给帧周期计数器109来增加或减少曝光时间。帧周期计数器109产生定时信号来控制用于图像阵列101曝光和DCR元件103的快门，以使用模拟数字转换器102得到一图像的数字数据。在一代表性实施例中，将像素监视逻辑件201耦合到帧周期计数器109上以接收提供至快门功能和DCR元件103的相同定时信号。因此，使得像素监视逻辑件201能够监视曝光时间的长度(例如，以时钟周期计算)。
当像素监视逻辑件201确定曝光时间长度已偏离一预定范围时，像素监视逻辑件201发送一合适的信号给光源强度驱动器202。基于这一信号，光源强度驱动器202增加或减少提供给阵列照射器203的驱动电流。举例而言，阵列照射器203的输出功率可能降低，且图像阵列101接收到的图像光线也可能降低。像素监视逻辑件201可继续给光源强度驱动器202发信号以降低驱动电流，直到获得一个稳定而合理的快门值(例如以时钟周期计算的曝光时间)。
可使用集成电路元件来实施图2所示鼠标200的元件。在其它实施例中，可选择性地或另外使用在一合适的处理器上执行的软件指令。举例而言，如果需要，可使用一计算机系统(未显示)上可执行的软件指令来分析曝光时间并产生一信号来改变驱动电流的强度。
图3描绘了一根据一代表性实施例的光电鼠标的操作流程图。为方便读者，对所述流程图的描述采用了线形操作的描述形式。然而，所述流程图的执行对各种功能的实施不需要强加严格的定时关系。举例而言，集成电路元件可并行实施某些定时关系。
在步骤301中，使用一CCD阵列元件和一模拟数字转换器来捕获图像数据。在302步骤中，实施导航分析。在步骤303中，通过一合适的接口从光电鼠标中输出导航数据。可使用市场上可买到的光电鼠标的已知功能实施步骤301至303。
在步骤304中，分析图像特征。举例而言，可确定平均像素值；另外或选择性地，可确定整个阵列的最大像素值。在步骤305中，进行一逻辑比较以决定是否改变曝光时间。在一实施例中，对平均像素值和最大像素值与相应的参数进行比较以做出此决定。如果步骤305的逻辑比较的结果为否定，则流程从步骤305返回到步骤301。如果所述逻辑比较的结果为肯定，则流程从步骤305前进到步骤306；在步骤306中，将一信号发送到一快门控制机构以改变曝光时间。
在步骤307中，进行一逻辑比较以确定曝光时间是否偏离了一预定范围。如果比较结果为否定，则流程返回到步骤301。如果比较结果为肯定，则流程前进到步骤308；在步骤308中，提供一信号到照射器驱动装置以修改驱动电流。由此，对鼠标支承表面的照射得以修改，并可将曝光时间恢复到预定范围内。因此，避免了曝光时间的波动，改善了图像质量，并改善了导航分析的精确性。流程从步骤308返回到步骤301。
权利要求
1.一种操作计算机指向外围设备的方法，其包括捕获一支承表面的图像来实施导航分析，以产生指示所述计算机指向外围设备的移动的数据供输出至一计算机系统；分析至少一个图像特征；响应所述分析修改一图像曝光时间；和当所述图像曝光时间不能满足一操作参数时，修改所述支承表面的一照射强度。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述修改一照射强度包括修改提供给用于照射所述支承表面的照射装置的驱动电流。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述照射装置是一相干光源。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述照射装置是一高定向性光源。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述分析至少一个图像特征确定一平均像素值是否大于一阈值。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述分析至少一个图像特征确定一最大像素值是否大于一阈值。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述修改一曝光时间根据时钟循环数修改快门操作。
8.如权利要求7所述的方法，其进一步包括确定所述时钟循环数是否在一预定范围内。
9.一种计算机指向外围设备，其包括一用于照射一支承表面的照射元件；一用于捕获所述支承表面的图像的成像阵列；用于处理所述图像以产生指示所述计算机指向外围设备的移动的输出信号的逻辑件；用于分析所述图像的至少一个特征的逻辑件；用于修改所述成像阵列的一图像曝光时间的逻辑件，其中所述用于修改的逻辑件响应所述用于分析的逻辑件；和用于在所述图像曝光时间不能满足一操作参数时修改由所述照射元件提供的一照射强度的逻辑件。
10.如权利要求9所述的计算机指向外围设备，其中所述用于修改一照射强度的逻辑件控制提供给所述照射元件的驱动电流。
11.如权利要求9所述的计算机指向外围设备，其中所述照射元件是一相干光源。
12.如权利要求9所述的计算机指向外围设备，其中所述照射元件是一高定向性光源。
13.如权利要求9所述的计算机指向外围设备，其中所述至少一个图像特征是一界定一平均像素阈值的参数。
14.如权利要求9所述的计算机指向外围设备，其中所述至少一个图像特征是一界定一最大像素值的参数。
15.如权利要求9所述的计算机指向外围设备，其进一步包括用于根据时钟信号数量产生一操作快门的控制信号的逻辑件，其中所述用于产生控制信号的逻辑件的操作响应所述用于修改一图像曝光时间的逻辑件。
16.如权利要求15所述的计算机指向外围设备，其中所述用于修改一图像曝光时间的逻辑件确定所述时钟循环数是否在一预定范围内。
17.一种计算机指向外围设备，其包括用于照射一支承表面的构件；用于捕获所述支承表面的图像的构件；用于处理所述图像以产生指示所述计算机指向外围设备的移动的输出信号的构件；用于分析所述图像的至少一个特征的构件；用于根据所述至少一个特征修改所述成像阵列的一图像曝光时间的构件；和用于在所述图像曝光时间不能满足一操作参数时修改所述照射构件所提供的一照射强度的构件。
18.如权利要求17所述的计算机指向外围设备，其中所述用于分析的构件确定一平均像素值是否未达到一预定值。
19.如权利要求17所述的计算机指向外围设备，其中所述用于分析的构件确定一最大像素值是否未达到一预定值。
20.如权利要求17所述的计算机指向外围设备，其中所述用于修改一照射强度的构件确定所述图像曝光时间是否在一预定范围内。
全文摘要
在一个具体实施例中，一种操作计算机指向外围设备的方法包括捕获一支承表面的图像以实施导航分析；分析至少一个图像特征；响应所述分析修改图像曝光时间；及当所述图像曝光时间不能满足一操作参数时修改支承表面的照射强度。
文档编号G06F3/038GK1749940SQ20051007962
公开日2006年3月22日 申请日期2005年6月23日 优先权日2004年9月14日
发明者谭山忠, 刘东升, 曾来福 申请人:安捷伦科技公司