光学运动感知方法技术

一种运动感知方法通过采集工作表面的参考图像（参考帧）和采样（采样帧）图像来感知鼠标相对于该表面的运动。此方法平移参考图像到排列成某种模板的相邻像素位置，并且比较采样图像和在原点位置的参考图像及在平移像素位置的参考图像。从比较结果我们可以得到，用于表示物体相对于表面位移的运动矢量。在具体实施例中，模板包括排列成五行五列且总的像素数小于二十五的原点位置和相邻像素位置。在另一具体实施例中，跟踪方法基于预测运动矢量的方向，选择四种延长模板中的一种模板。在另一具体实施例中，感知或跟踪方法基于预测运动矢量的方向，选择八种带方向的模板中的一种模板。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种运动感知方法，特别是指应用在计算机指示装置上的。
技术介绍
计算机指示装置，一般是指鼠标，是最为常用的计算机接口设备之一。当用户在工作表面上移动鼠标时，鼠标内的运动感知装置便感知此运动，由此移动计算机屏幕上的指针。一般来讲，现有技术中有两种运动感知装置，机械装置和光学装置。机械感知装置一般包括位于鼠标底部的橡皮球以及以机械方式连接在橡皮球上的两个滚轮。当鼠标在工作表面如鼠标垫或桌面上移动时，橡皮球滚动，这时滚轮把橡皮球的转动转换为电信号，并控制计算机屏幕上指针的运动。然而，机械鼠标很容易损坏，并且由于灰尘积累以及磨损会引起性能的降低。光学感知装置一般包括一个光发射装置(如发光二极管)和一个光敏检测器阵列。光敏检测器阵列可以检测鼠标垫或桌面的特征。当用户在工作表面上移动鼠标时，表面特征会相对于光敏检测器阵列发生移动。一种实现方式是将光敏检测器沿两个正交的方向线性排列，每个方向只有一个像素的宽度，通过状态机来比较线性阵列中光敏检测器的输出信号，从而可以感知鼠标相对于工作表面的运动。这种线性排列方法易受鼠标运动的速度和方式的影响，它的性能和可靠性相对于传统的机械感知装置都不令人满意。另外一种实现方法就是将光敏检测器排列成二维阵列，运动感知和跟踪是通过计算新捕获的采样图像(或称“帧”)和以前捕获的参考图像之间的相关来完成对运动方向及大小的确定。特别地，跟踪方法通过计算采样图像和参考图像之间的九个相关函数来完成，一个相关函数是采样图像在原点位置，而另外八个则对应于采样图像按一个像素偏移的八个方向，这九个像素点形成了一个以原点为中心的3×3正方形阵列。这种光敏检测器的二维阵列方法同样受鼠标运动的速度和方式影响，表现不令人满意。一种改进的运动跟踪性能可以通过计算25点的相关来获得，这25点的像素点包括一个原点，八个原点的最近邻点和16个原点的次近邻点，它们形成一个以原点为中心的5×5正方形阵列。25点相关计算的光学运动跟踪方法可以提供比正交线性阵列和9点跟踪法更高的性能和可靠性，但是，25点的相关计算具有很大的计算量，消耗很大的功率，因此，它的实现复杂并且不省功率。综上所述，有必要研究一种可靠的光学运动感知和跟踪方法，该方法能够准确的跟踪运动方向和位移，且速度快，能够减少延迟和提高光鼠的性能，且更加高功率。如果计算机光学指示装置中能够植入这样一种光学感知方法，使它更简单、高效并且廉价，则会带来更多优势。附图说明图1是本专利技术的一种实施例的光学运动跟踪系统示意图。图2是本专利技术的一种实施例的光学运动跟踪方法示意图。图3是本专利技术的一种具体实施例的无方向跟踪模板示意图。图4是本专利技术的另一种具体实施例的无方向跟踪模板示意图。图5是本专利技术的一种具体实施例的四个方向性跟踪模板示意图。图6是本专利技术的一种具体实施例的模板选择方法图。图7是本专利技术的另一种具体实施例的八方向跟踪模板示意图。实施方式下面参照附图具体介绍本专利技术的各种实施例，图中相同的结构或功能用相同的数字标出。应该指出的是，附图的目的只是便于对本专利技术具体实施例的说明，不是一种多余的叙述或是对本专利技术范围的限制，此外，附图没有必要按比例画出。图1是本专利技术具体实施例的功能示意图。它描述了一个光学运动感知和跟踪系统10。举一个例子，运动跟踪系统10可以作为计算机指示装置，一般是指鼠标的光学运动跟踪系统。该运动跟踪系统10包括一个发光装置12和一个感光装置14。作为本专利技术的一个优选实施方式，感光装置14包括许多个排列成二维阵列的光敏检测器，这个光敏检测器阵列通过电耦合到一个信号处理或运算电路上，以处理光敏检测器获得的信号。运行时，发光装置12发出的入射光线16照在工作表面15上，如鼠标垫或是桌面等等，感光装置14感应从表面15反射的反射光线18，该反射光线18中就包含了表面的特征信息，如表面的颜色，纹理，对比度，亮度，光滑度等等。当用户移动鼠标，使其相对于表面15运动时，反射光线18所包含的信息随之改变，感光装置14中的运算电路通过反射光线18中信息的变化来计算鼠标相对于表面15的运动，基于此相对运动，运算电路会发送一个控制信号给主机，从而控制计算机屏幕上指针的运动。这里应该指出的是图1仅仅从功能上描述了运动跟踪系统10，里面并没有画出所有的部件。比如，运动跟踪系统10可以在从发光装置12到表面15以及从表面15到感光装置14的光路上包含一个或多个透镜(未图示)，在鼠标底部接近表面15的地方有一个窗口(未图示)。作为本专利技术的一个优选的实施方式，发光装置12可以包括一个高效光源，如一个发光二极管。此外，感光装置14中的光敏检测器阵列和信号处理电路可以装配在一个芯片上或是分开装配在不同的芯片上。在光学鼠标的应用中，运动跟踪系统10的所有部件最好是封装在一个有便于手握的外形的壳子中。鼠标和主机可以通过有线或无线的方式进行通信，其中无线通信方式可以包括无线电频率或是红外，但并不局限于此。图2是按照本专利技术实施例的光学运动感知或跟踪方法100的算法方法图，比如，光学运动跟踪方法100可以用在图1的光学运动感知或跟踪系统10上，按照本专利技术的一个具体实施例，运动跟踪方法100能够跟踪鼠标相对于工作表面的运动，并发送控制信号给主机而控制计算机屏幕上指针的运动。按照本专利技术的一个优选实施例，光学运动跟踪方法100通过计算不同时刻工作表面图像之间的相关来跟踪鼠标相对于表面的运动，特别地，光学运动跟踪方法100在平移表面的采样帧或参考帧到近邻像素点位置之后，计算采样帧和参考帧之间的相关。按照本专利技术的一个具体实施例，运动跟踪方法100预测鼠标运动的方向，并由此选择采样帧或参考帧进行相关计算的近邻像素点模板。按照本专利技术的另一个具体实施例，运动跟踪方法100按照无方向模板平移采样帧或参考帧到近邻像素点进行相关计算。从某个起始位置102开始，运动跟踪方法100首先获取一幅图像，即104步中的参考帧，参考帧由二维光敏检测器阵列得到的信号构成，它含有图1中表面15的特征信息。按照本专利技术的一个具体实施例，参考帧存储到运动跟踪系统10的参考帧存储单元中(图1没有示出)。在采集完104步骤中的参考图像并延迟一个预定的时间间隔之后，方法采集下一幅图像，即步骤106中的采样帧，同参考图像一样，采样帧也是由二维检测器阵列得到的信号构成，并且包含图1中表面15的特征信息，但是是在不同的时刻获得的。如果鼠标在步骤104和106之间的时间间隔中发生了运动，则采样帧会相对于参考帧发生平移。按照本专利技术，采样帧存储在运动跟踪系统10的采样帧存储单元中(图1没有示出)。下一个步骤112，计算步骤106中的采样帧和参考帧之间的相关。按照本专利技术的一个具体实施例，运动跟踪方法100通过比较采样帧和位于原点及不同邻点的参考帧来计算相关，原始参考帧和平移后的参考帧形成了许多比较帧，通过计算采样帧和比较帧之间的相关，运动跟踪方法100求出运动矢量MV，以代表采样帧相对于参考帧位移的大小及方向。按照本专利技术的一个具体实施例，运动跟踪方法100中的112步顺序的比较采样帧和原点处的参考帧以及平移到12个近邻点的参考帧，如图3中的菱形模板135。按照本专利技术的另一个具体实施例，运动跟踪方法100中的112步顺序的比较采样帧和原点处的参本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种感知物体相对于表面的运动方法，特征在于，包括：通过连在物体上的排列成二维阵列的光敏检测器来采集表面的参考帧；经过一段时间间隔采集表面的采样帧；比较采样帧和参考帧产生相关函数；平移参考帧或采样帧，平移到以原点为中心 的无方向模板中的多个像素点，产生多个平移帧；将另一幅没有平移的参考帧或采样帧与多个平移帧进行比较，产生多个平移相关函数；以及根据上述的相关函数和多个平移相关函数计算在一段时间间隔物体相对于表面的运动矢量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建，侯舒维，
申请(专利权)人：埃派克森微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]