具有游标旋转能力的光学鼠标、仪器、移动检测器与方法技术

本申请提供具有游标旋转能力的光学鼠标、仪器、移动检测器与方法。该仪器至少包含有：一个移动装置，被置于与参考表面相对的位置上，在该参考表面上有多个被追踪物体；一个空孔；至少一个光检测器；以及至少一个光源；该仪器利用至少一个光检测器产生一个图像框，该图像框由电子像素图像代表，在该像素图像里有一些被追踪物体的图像；该仪器从图像的变化里产生出被追踪物体的概括笼统的运动向量；该概括笼统的运动向量被解析出平移运动以及旋转运动的部分。本发明专利技术的仪器能迅速且准确地将与上述的运动相关的位移运动向量与旋转运动向量传达至电脑的显示屏幕或其他显示器上，借以控制显现在该电脑或该显示器上的游标的移动。

Optical mouse with vernier rotation capability, apparatus, mobile detector and method

The present application provides an optical mouse, an instrument, a mobile detector and a method with vernier rotation capability. The instrument comprises at least one mobile device is placed in a position relative to the reference surface, the reference surface is provided with a plurality of tracked objects; an empty hole; at least one light detector; and at least one light source; at least one light detector generates an image frame by using the instrument. The image frame is composed of electronic pixel image representative, some of the object being tracked in the image pixel in the image; the instrument produces a motion vector of the object being tracked in general from the image change; motion vector of the generalized general parsed translational movement and rotation movement. The instrument of the present invention can quickly and accurately the displacement of motion vector and rotation vector associated with the motion of the transmitted to the computer display screen or other display, to control the show moves on the computer or on the display of the cursor.

【技术实现步骤摘要】
具有游标旋转能力的光学鼠标、仪器、移动检测器与方法
本专利技术涉及一动作导航器(Motionnavigationdevice)有关，可以用于一附带有图形显示器(Graphicaldisplay)的电脑或其他电子器材上使用。
技术介绍
传统的光学鼠标通常是在一个表面上移动，该表面可以是一个桌子的表面或其它的表面；在操作时，传统的光学鼠标能够计算并且提供给予一个与其连接的电脑所需要的游标移动的向量(Translationalmotionvector；例如，位移量Δx,Δy；或者基于需要，该向量是某一种速度值)，此一移动向量与该鼠标与该表面的相对位置有关。借由这些位移向量，一个电脑或是一个具有图案显示能力的仪器可以移动一个游标，或是移动一个在其它的画面(在本专利技术里也称之为图像)上显示出来的物体(Objects)，甚至改变软件物件(Object)的状态(注意，在英文里，Object具有至少以下两种含意：(1)看得见或摸得到的物体，(2)软件的物件；所谓软件的物件，其意义为一个不一定有固定形体的、由软件的名词(例如:数字、字串，或变数等数据)与软件的动词(例如:函数Functions)所形成的一个组合)。值得注意的是，传统的光学鼠标仅能为电脑提供二维(2D)的平移运动，至于第三维(Thethirddimension)，那是与鼠标本身的旋转运动有关。该第三维运动的功能是能以在屏幕上直接根据鼠标的旋转动作去旋转游标或者物件。传统光学鼠标并无法提供上述第三维的运动的参数给电脑使用，因此现今的电脑或电子器材的画面上所呈现的物件或游标并无法轻易地或直接地根据鼠标的旋转运动来旋转。当电子工业走到了当今的世代，传统的光学鼠标的上述功能限制，已经不能再满足许多消费者的需求。有越来越多的应用程序在操作时，或是在以图案方式显现物体(该物体通常是软件物件输出的结果)时，需要使用三维的绘图法(3Dperspective)，对于此类的应用而言，其所呈现出来的物体的运动至少包括平移与旋转两种。举例来说，电脑绘图程序AUTOCADTM是一个被很多工程师与设计人员使用的工具程序，借由AUTOCADTM，工程师可以以三维写实(Three-dimensionalrealism)的方式来呈现(Render)出机械制图的零件(Mechanicalpartsdrawings)。当AUTOCADTM程序的功能逐渐演进成具有3D绘图能力时，很多管子、阀件，以及用类似的写实绘图法所绘制的机械零件，都将需要在图形显示器(Graphicaldisplay)上随着操作员的指示(Instruction)迅速地、准确地旋转。不幸的是，由于传统的光学鼠标只有二维的功能(2Dfunctionality)，上述绘图法的改变(Perspectiveadjustment，例如，改变观察某物体的视角)，并无法由传统光学鼠标来直接完成。更有甚者，即使操作员能在某表面上旋转上述的二维鼠标，其旋旋转作所得出的结果也无法有效地在电脑上发挥功能。在当今电脑视觉工业(Computervisionindustry)里，有一主要的目的、功能，是处理图形显示器(Graphicaldisplay)里的正在运动中的物体的动作。关于这一功能，相关从业者曾花费相当大的努力去分析视频(Video)或是图形显示器里的物件的动作(Motionanalysis)；在这一领域里，一个典型的动作分析(Motionanalysis)，可以被粗略地分类为2D-2D，2D-3D，以及3D-3D几类。上述这些分类的不同，主要是来自于一种关联性，该关联性与移动检测器(Motionsensingdevice)与用来呈现欲移动的物件的呈像器材(Renderingdevice，例如，平面显示器(flatpaneldisplay))之间的关联性有关。不过值得注意的是，与近年来呈像器材(Renderingdevice)的长足进步相对比的是，在过去很长的一段时间里，电脑视觉工业只有花极少的努力在改良屏幕上的游标移动上，而改良上述的功能(借由改良游标移动器的功能来改良屏幕上的游标移动的动作)，正是本专利技术的主要目标。为了要能够清楚地了解到公知技术的缺点，以及将这些缺点与本专利技术做一比较，我们先从公式(1)开始说明。公式(1)能以解释一物体最基本的两种运动–平移运动与旋转运动。对于一个位于p的物体而言，它的直角座标位置是x,y，而这个地址亦可以表达为经过运动以后，这一物体的最终位置也可由平移与旋转运动决定出来(此时我们用字母M来代表旋转的操作)。公式(1)里的代表平移位移(Translationaldisplacement)，M代表针对p这一点以及相对于x轴与y轴的旋转位移(Rotationaldisplacement)，S则代表沿着某一个轴所做的物体放大缩小(例如:x或y轴)。传统光学鼠标无法提供像θx以及θy这样的参数(这些参数指的是针对某一个转轴旋转的参数)，而且还同时满足另一要求—当在导出θx以及θy这样的参数时，其所使用的方法还必须是容易计算，可以被相关的公知技术接纳使用的。更直接明确地说，传统光学鼠标提所能供给电脑的运动向量(MotionVector)，只是平移向量而已(Translationalmotionvector)。如果我们把传统光学鼠标的局限用公式(1)来解读，上述的局限所要表达的意思是：传统鼠标只能操控d的数据，而不能操控M的数据(M=0)。当某一操作情况要求对一物体作一旋转运动时，M必须用其他方法来导出来。例如，当一个操作员要完完全全地以一个三维(Fully3D)运动的方式来旋转某一个物件时(这一情况可以用旋转一个正在运动中的球体来想象)，由于传统的光学鼠标所提供的只是二维(2D)运动向量，此时该二维运动向量就必须持续不断地被电脑拿来重新计算，以便求出该球体在沿着某一路径运动时一组一组的旋转角度θx以及θy。这个计算θx以及θy的过程并非如一般人所想象的那么简单，该方法是先指定一个(通常是程序预定的)转轴，再针对该球体运动轨迹的每一点，运算而得来的。其整个运算过程是以两个连续的步骤完成的：首先，电脑的程序在经过某种指令的指示以后，不再把从传统光学鼠标传送来的运动向量(Motionvector)当作为平移向量(Translationalmotionvector)来使用；通常这一步骤可借由按下鼠标上某一特殊按键来完成。第二个步骤是——鼠标可以根据指示，为该旋转物体指定一旋转轴，有了固定的旋转轴以后，电脑能够根据其所收到的平移向量(Δx,Δy)计算出针对该旋转轴的旋转向量(Rotationvector)。理所当然的，介于该转轴与游标之间的距离，会对旋转角度θx以及θy有重大的影响；即使是针对相同的鼠标位移量(Δx,Δy)而言，选择不同的转轴点(Pivot)仍然会导致不同的θx以及θy。值得注意的是，通常转轴点是不会显示在显示器上的。因此，操作者很容易忽略它们的存在，更有甚者，当程序在持续进行时，转轴点(Pivot)有可能会不断地变换位置。举例来说，当某操作员将鼠标移到一个显示在3D屏幕上的吊车上时，电脑程序所选择的转轴点(Pivot)会自动地随着该鼠标的游标的游移而改变，这将导致吊车臂的旋转动作有所改变。因为当转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仪器，用来操控一个物件的位置，或者控制一个电子系统上的一种功能，该电子系统与一显示器连接，该仪器至少包含有：一个移动装置，该移动装置被置于与一参考表面相对的位置上，该移动装置与该参考表面之间具有一相对速度，在该参考表面上有多个被追踪物体；一个空孔，该空孔形成在该移动装置之上或之内，该空孔经由一个开口朝向该参考表面的一个部分，在该参考表面的该部分内，包含该些追踪物体；至少一个光检测器，嵌于该空孔之内；至少一个光源，嵌于该空孔之内；该仪器能够利用该至少一个光检测器产生一个图像框，该图像框能够由电子像素图像来代表，该像素图像能够以数字的方式来代表被该至少一个光源照射的该参考表面的一个部分，在该像素图像里有一些该被追踪物体的图像；在该仪器内，该些被追踪物体系表示成复数个群组，该些群组是被摆置成大致围绕一个虚拟圆的圆周上，该些被追踪物体的运动是由该虚拟圆来代表；该仪器能够形成多个如上所述的像素图像，而且所述像素图像与两种位置有对应的关系，第一种位置为所述被追踪物体相对于该参考表面之间的相对位置，第二种位置为该移动装置与该参考表面之间的相对位置；该仪器能够比较上述图像框，借由使用该虚拟圆作为该些被追纵体移动的参考架构，而且使用数学解算的方式，以及/或者几何分析的方式，该仪器能够从这些图像的变化里，产生出这些被追踪物体的概括笼统的运动向量；该概括笼统的运动向量能够被解析出平移运动的部分以及旋转运动的部分。...

【技术特征摘要】
2012.12.07 US 61/734,574;2013.10.17 US 14/056,1401.一种仪器，用来操控一个物件的位置，或者控制一个电子系统上的一种功能，该电子系统与一显示器连接，该仪器至少包含有：一个移动装置，该移动装置被置于与一参考表面相对的位置上，该移动装置与该参考表面之间具有一相对速度，在该参考表面上有多个被追踪物体；一个空孔，该空孔形成在该移动装置之上或之内，该空孔经由一个开口朝向该参考表面的一个部分，在该参考表面的该部分内，包含该些追踪物体；至少一个光检测器，嵌于该空孔之内；至少一个光源，嵌于该空孔之内；该仪器能够利用该至少一个光检测器产生一个图像框，该图像框能够由电子像素图像来代表，该像素图像能够以数字的方式来代表被该至少一个光源照射的该参考表面的一个部分，在该像素图像里有一些该被追踪物体的图像；在该仪器内，该些被追踪物体系表示成复数个群组，该些群组是被摆置成大致围绕一个虚拟圆的圆周上，该些被追踪物体的运动是由该虚拟圆来代表；该仪器能够形成多个如上所述的像素图像，而且所述像素图像与两种位置有对应的关系，第一种位置为所述被追踪物体相对于该参考表面之间的相对位置，第二种位置为该移动装置与该参考表面之间的相对位置；该仪器能够比较上述图像框，借由使用该虚拟圆作为该些被追纵体移动的参考架构，而且使用数学解算的方式，以及/或者几何分析的方式，该仪器能够从这些图像的变化里，产生出这些被追踪物体的概括笼统的运动向量；该概括笼统的运动向量能够被解析出平移运动的部分以及旋转运动的部分。2.如权利要求1所述的仪器，其中，所述被追踪物体在经过该仪器挑选以后，形成多个群组，所述群组能够大致均匀地落于所述虚拟圆上，且该各群组分别由一个点状物来代表其圆心，该各群组的圆心的运动是一个概括笼统的运动向量，该概括笼统的运动向量是一个由平移运动向量以及一个旋转运动向量所合并而成的，该仪器能够以加权平均的方式或无加权平均的方式，根据各个群组的概括笼统的运动向量的值，计算出其总平均值，该总平均值被该仪器用来作为一常用项，提供给该电子系统拿来作为平移运动向量使用，当一个群组的概括笼统的运动向量减掉该仪器常用的平移运动向量以后，即产生出一旋转运动向量。3.权利要求1所述的仪器，其中，当该移动装置与该参考表面之间有相对运动时，该参考表面上的所述多个被追踪物体彼此之间并无相对运动。4.如权利要求1所述的仪器，其中，该参考表面上的所述多个被追踪物体至少包括由光学现象所制造出来的物体，该由光学现象所制造出来的物体至少包括阴影、闪光以及由该至少一个光检测器所截捕到的多彩光。5.如权利要求1所述的仪器，其中，该概括笼统的运动向量所包含的平移运动以及旋转运动的部分，该两部分皆与该移动装置与该参考表面之间的相对运动有关，且该平移运动的部分以及旋转运动的部分的向量可以分别独立地控制该显示器上的物件的平移与旋转运动。6.如权利要求1所述的仪器，其中，该概括笼统的运动向量是借由比较多个图像框而得出的，所述多个图像框以数字的格式来代表施加于该仪器的一种操作，该比较为一种数学解算法，该比较使用图像区块比对演算法，得出平均绝对值差、平均平方差或其它具有相同效果的参数，作为该演算法的结果。7.如权利要求1所述的仪器，其中，该概括笼统的运动向量与该移动装置的平移运动有线性相关的关系，该概括笼统的运动向量还有一旋转运动的部分，该旋转运动的部分与该移动装置的运动有非线性相关的关系。8.如权利要求1所述的仪器，其中，该移动装置借由该概括笼统的运动向量所产生的位移的数字数据，在经过傅立叶转换后，能使该仪器在频域里表达出该概括笼统的运动向量。9.如权利要求1所述的仪器，其中，该参考表面上的一个部分包含有多个由所述被追踪物体所构成的群组，所述群组中的每一个单一的群组都被安置在所述虚拟圆的圆周上，借由几何的方法，该仪器根据所述群组在该圆周上的角位移，计算出旋转运动向量。10.如权利要求9所述的仪器，其中，所述光源以一个近乎对称的方式被安置于该仪器上，并借由此安置光源的方法决定出一个有旋转对称性的团体，该团体用来决定出该仪器的旋转向量。11.如权利要求1所述的仪器，其中，所述位于该参考表面上的被追踪物体是一些阴影，当该移动装置移动时，所述阴影也随之移动，所述阴影的移动提供给该仪器作为计算旋转运动向量的信息。12.如权利要求11所述的仪器，其中，所述阴影由不同波长的光源所构成，所述阴影的移动是借由计算各个阴影里不同波长的光的强度比值而得出的。13.如权利要求1所述的仪器，其中，该至少一个光检测器为单色光检测器，该至少一个光源为单色光。14.如权利要求1所述的仪器，其中，该至少一个光检测器为多色光检测器，所述多色光检测器能对不只一个波长的光线敏感，该至少一个光源由多个发出单色光的光源组合而成，至少有一个该发出单色光的光源的波长，落在所述多色光检测器的敏感波长范围之内。15.如权利要求1所述的仪器，其中，该光检测器上包含有一过滤层，能以改变其对颜色的灵敏度或景深。16.如权利要求1所述的仪器，其中，该仪器所作的像素的比较，其结果是以模糊逻辑的来解读，比较的结果仅对判断的真伪作出机率性的解读。17.如权利要求1所述的仪器，其中，该旋转运动的部分产生出一个图形化显示器上的游标的旋转运动。18.如权利要求1所述的仪器，其中，该旋转运动的部分被用来启动该电子系统的一个功能。19.如权利要求1所述的仪器，其中，该仪器为一游戏控制器。20.如权利要求1所述的仪器，其中，该仪器嵌于一智能型电话里。21.如权利要求1所述的仪器，其中，该电子像素图像为手指指纹的图像。22.如权利要求1所述的仪器，其中，该仪器为一触摸板，或者该仪器被镶嵌于一光学式触摸板之内。23.如权利要求1所述的仪器，其中，该光检测器能够检测人的手部、手指、手腕或胳膊的姿态或动作。24.一种根据一个漫游于一个参考面的仪器的运动来移动一个电子屏幕上的图像，或者打开或关闭一个由电脑控制的功能的方法，该方法至少包括：提供一参考表面，该...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文杰，
申请(专利权)人：李文杰，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71