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1、10申请公布号CN102346571A43申请公布日20120208CN102346571ACN102346571A21申请号201010244562222申请日20100729G06F3/03200601G06T5/0020060171申请人原相科技股份有限公司地址中国台湾新竹科学工业园区新竹县创新一路5号5楼72发明人陈信嘉苏宗敏黄森煌74专利代理机构北京润平知识产权代理有限公司11283代理人陈小莲王凤桐54发明名称位移估测方法及使用该方法的位移估测装置57摘要本发明提供一种位移估测方法，包含下列步骤根据取样参数捕获图像帧及确定质量阈值；计算该图像帧的质量参数；以及比较该质量参数及该质量。
2、阈值以确定是否后处理该图像帧。本发明的位移估测方法中，质量阈值可动态地调整，以减少输出错误位移量的可能性。本发明还提供一种位移估测装置。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图3页CN102346591A1/2页21一种位移估测方法，该位移估测方法包括下列步骤根据取样参数捕获图像帧并确定预设噪声水平；计算所述图像帧的质量参数；根据所述预设噪声水平确定质量阈值；以及比较所述质量参数和所述质量阈值以确定是否后处理所述图像帧。2根据权利要求1所述的位移估测方法，其中所述取样参数为曝光时间、放大增益和/或光源亮度。3根据权利要求1所述的位移估测方法，其。
3、中比较所述质量参数和所述质量阈值的步骤还包括当所述质量参数大于所述质量阈值时，利用所述图像帧估测位移量；以及当所述质量参数小于所述质量阈值时，忽略所述图像帧。4根据权利要求1所述的位移估测方法，该位移估测方法还包括下列步骤计算所述图像帧的平均亮度；当所述平均亮度处于预设范围时，维持所述取样参数；以及当所述平均亮度不处于所述预设范围时，调整所述取样参数。5根据权利要求1所述的位移估测方法，其中所述质量阈值为所述预设噪声水平的倍数或偏移量。6根据权利要求1所述的位移估测方法，其中根据所述取样参数确定所述预设噪声水平的步骤还包括下列步骤根据所述预设噪声水平与所述取样参数的查找表来确定所述预设噪声水平。
4、。7根据权利要求1所述的位移估测方法，其中比较所述质量参数和所述质量阈值的步骤还包括当比较所述质量参数和所述质量阈值的比较结果显示所述图像帧为可用图像帧时，后处理所述图像帧；以及当所述比较结果显示所述图像帧为不可用图像帧时，忽略所述图像帧。8一种位移估测方法，包括下列步骤根据取样参数捕获图像帧并确定质量阈值；计算所述图像帧的质量参数；以及比较所述质量参数和所述质量阈值以确定是否根据所述图像帧估测位移量。9根据权利要求8所述的位移估测方法，其中所述取样参数为曝光时间、放大增益和/或光源亮度。10根据权利要求8所述的位移估测方法，其中所述质量阈值根据所述取样参数与所述质量阈值的查找表求得。11根据。
5、权利要求8所述的位移估测方法，还包括下列步骤计算所述图像帧的平均亮度；以及判断所述平均亮度是否处于预设范围以确定是否调整所述取样参数。12根据权利要求8所述的位移估测方法，其中比较所述质量参数和所述质量阈值的步骤还包括当比较所述质量参数和所述质量阈值的比较结果显示所述图像帧为可用图像帧时，根据所述图像帧估测所述位移量。权利要求书CN102346571ACN102346591A2/2页313根据权利要求8所述的位移估测方法，还包括下列步骤比较所述质量参数和所述质量阈值以确定是否输出根据所述图像帧估测的所述位移量。14一种位移估测装置，该位移估测装置包括图像感测单元，用于根据取样参数捕获并输出图像。
6、帧；以及处理单元，用于控制所述图像感测单元根据所述取样参数捕获所述图像帧，根据所述取样参数确定质量阈值，计算所述图像帧的质量参数以及比较所述质量参数和所述质量阈值。15根据权利要求14所述的位移估测装置，其中所述处理单元根据比较所述质量参数和所述质量阈值的比较结果来确定是否后处理所述图像帧。16根据权利要求14所述的位移估测装置，其中所述图像感测单元还包括图像感测器，用于以一曝光时间捕获所述图像帧；光源，用于以一亮度提供所述图像感测器捕获所述图像帧时所需的光；以及放大单元，用于以一增益放大所述图像帧的信号。17根据权利要求16所述的位移估测装置，其中所述取样参数为所述曝光时间、所述亮度和/或所。
7、述增益。18根据权利要求16所述的位移估测装置，其中所述图像感测单元还包括模拟数字转换器以将所述图像感测器所捕获的模拟图像帧转换为数字图像帧；所述放大单元为模拟放大器或数字放大器。19根据权利要求14所述的位移估测装置，其中所述处理单元中还存储有根据所述取样参数与所述质量阈值所预先建立的查找表。20根据权利要求14所述的位移估测装置，其中所述处理单元还判断所述图像帧的平均亮度是否处于预设范围以确定是否调整所述取样参数。21根据权利要求14所述的位移估测装置，其中所述质量阈值为根据所述取样参数确定的预设噪声水平的倍数或偏移量。权利要求书CN102346571ACN102346591A1/5页4位。
8、移估测方法及使用该方法的位移估测装置技术领域0001本发明关于位移估测方法，特别关于一种可动态调整图像帧的质量阈值的位移估测方法及使用该方法的位移估测装置。背景技术0002光学位移估测装置利用图像感测器所捕获的多个图像来估测该位移估测装置相对于工作表面的位移量，例如通常可利用图像间的相关性CORRELATION来计算该位移量。0003然而，该图像感测器所捕获图像的质量，会影响利用该图像所估测的位移量的精确性，因而已知通常会先判断该图像感测器所捕获的图像是否适合用以估测位移量，再利用符合要求的图像来进行位移估测。判断图像质量的方式，例如可比较根据图像内容所求出图像的质量参数与预设的固定阈值，如果。
9、该质量参数高于该固定阈值，所述图像则为一张好的图像而适合用以计算位移量。0004降低图像质量的原因往往是噪声量太高，当该图像感测器所捕获的图像不符合要求时，已知可通过改变取样参数的方式来调整图像质量，然而改变取样参数却会同时改变图像的噪声水平NOISELEVEL。因此，若使用固定阈值，仍可能出现以不理想图像进行位移估测而输出错误位移量的情形。0005有鉴于此，一种能够根据取样参数或图像噪声水平动态地调整图像质量阈值的位移估测方法是估测系统业界所需要的。发明内容0006本发明的目的是提供一种位移估测方法及使用该方法的位移估测装置，其可根据图像感测器的取样参数动态地调整质量阈值，以减少输出错误位移。
10、量的可能性。0007本发明另一目的是提供一种位移估测方法及使用该方法的位移估测装置，其可根据图像感测器所捕获图像帧的噪声水平动态地调整质量阈值，以增加估测位移量的精确度。0008为达到上述目的，本发明提出一种位移估测方法，包含下列步骤根据取样参数捕获图像帧及确定预设噪声水平；计算该图像帧的质量参数；根据该预设噪声水平确定质量阈值；以及比较该质量参数及该质量阈值以确定是否后处理该图像帧。0009在一个实施方式中，该预设噪声水平可根据该取样参数理论推导而得到，或根据所捕获的不包含工作表面图像的图像帧，例如包含均匀分布的光源的图像的图像帧，实际量测而得。0010本发明还提出一种位移估测方法，包含下列。
11、步骤根据取样参数捕获图像帧及确定质量阈值；计算该图像帧的质量参数；及比较该质量参数和该质量阈值以确定是否根据该图像帧估测位移量和/或确定是否输出根据该图像帧估测的该位移量。0011在一个实施方式中，本发明的位移估测方法还包含下列步骤判断该图像帧的平说明书CN102346571ACN102346591A2/5页5均亮度是否处于预设范围以确定是否调整该取样参数。0012本发明还提出一种位移估测装置，包含图像感测单元，根据取样参数捕获并输出图像帧；以及处理单元，控制该图像感测单元根据该取样参数捕获该图像帧，根据该取样参数确定质量阈值，计算该图像帧的质量参数以及比较该质量参数及该质量阈值。0013本发。
12、明的位移估测方法及位移估测装置中，该取样参数为图像感测器的曝光时间、放大器的增益值和/或光源的亮度。0014本发明根据不同的取样参数动态调整该预设噪声水平或质量阈值，可增加取舍图像帧的精确度，以降低误计算位移量的可能性，其中该预设噪声水平或该质量阈值与该取样参数的关系可建立成查找表或关系图预先存储于该处理单元中。附图说明0015图1为本发明实施例的位移估测装置的方块图。0016图2显示本发明实施例的位移估测方法中，质量阈值随噪声水平调整的示意图。0017图3显示本发明实施例的位移估测方法中，质量阈值随噪声水平调整的另一示意图。0018图4为本发明实施例的位移估测方法的流程图。0019图5显示本。
13、发明实施例的位移估测方法中，一种质量参数的示意图。0020主要元件符号说明00211位移估测装置10图像感测单元002211光源12图像感测器002313模拟数字转换单元14模拟放大器002414数字放大器15处理单元002516导光单元S工作表面0026T1、T2时间区间TH、TH1、TH2质量阈值0027NL噪声水平U1、U2、U3上波峰0028D1、D2、D3下波峰S1S5步骤具体实施方式0029为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，作详细说明如下。此外，本发明各图示中仅显示了部份构件并省略了与本发明说明不直接相关的构件。0030请参照图1所示，其显示本发。
14、明实施例的位移估测装置。位移估测装置1例如为光学鼠标，可放置于工作表面S以估测相对于该工作表面S的位移量，其中该工作表面S可为任何适当表面，例如桌面、鼠标垫表面或纸面等。位移估测装置1包含图像感测单元10及处理单元15。该图像感测单元10根据取样参数SAMPLINGPARAMETER捕获并输出图像帧IMAGEFRAME；该处理单元15控制该图像感测单元10根据该取样参数捕获该工作表面S的图像帧，根据该取样参数确定预设噪声水平或质量阈值，计算该图像帧的质量参数以及比较该质量参数及该质量阈值以确定是否后处理POSTPROCESS该图像帧，所述后处理例如根据该图像帧计算该位移估测装置1相对于该工作表。
15、面S的位移量和/或确定是否输说明书CN102346571ACN102346591A3/5页6出根据该图像帧估测的位移量。本发明中，质量参数可为表示图像帧的质量的各种参数。0031图像感测单元10包含光源11、图像感测器12、模拟数字转换器ADC13、模拟放大器14及/或数字放大器14。初始时，该光源11以预设亮度照明该工作表面S以提供该图像感测器12捕获图像帧时所需的光，其可为发光二极管、雷射二极管或其他适当光源。该图像感测器12以预设曝光时间EXPOSURETIME接收来自该工作表面S的反射光以形成模拟图像帧，其可为CCD图像感测器、CMOS图像感测器或其他适当感测器。该模拟放大器14以预设。
16、模拟增益GAIN放大该图像感测器12所输出的模拟图像帧的图像信号；本实施例中该模拟放大器14可实施或不予实施。该模拟数字转换器13用以将模拟图像帧转换为数字图像帧。该数字放大器14以预设数字增益放大该模拟数字转换器13所输出的数字图像帧的图像信号；本实施例中该数字放大器14可实施或不予实施。因此，该图像感测单元10的取样参数例如为该曝光时间、该亮度和/或该增益等，但本发明并不限于此。此外，该图像感测单元10还可包含导光单元16用以将来自该工作表面S的反射光引导至该图像感测器12。0032接着，该处理单元15根据所接收的数字图像帧自动控制该光源11以一亮度发光，控制该图像感测器12以一曝光时间捕。
17、获图像帧，并控制该模拟放大器14或该数字放大器14以一增益放大图像帧。该处理单元15判断所接收数字图像帧的平均亮度是否处于预设范围以确定取样参数，例如若数字图像帧的平均亮度范围为0255，则当目前图像帧的平均亮度处于108148时，该处理单元15不调整取样参数；当目前图像帧的平均亮度处于108148以外时，该处理单元15调整取样参数以使接下来该图像感测器12所捕获图像帧的平均亮度能够处于预设范围内。可以理解的是，上述预设范围的数值仅为示例性的，并非用以限定本发明。0033然而，当取样参数被调整时，图像帧的噪声水平NL也会随着改变；本发明中，噪声水平为表示图像质量的特征指标。0034请参照图2和。
18、图3，其显示本发明实施例的位移估测方法中噪声水平变化的情形。例如当该处理单元15所接收的图像帧的平均亮度低于预设范围时，可在时间区间T1先增加该光源11的亮度或该图像感测器12的曝光时间；当该等取样参数逐渐增加时，该处理单元15所接收的图像帧的平均亮度中噪声水平NL也同时增加，如图2和图3所示。假设该处理单元15无法仅通过调整光源11的发光亮度及图像感测器12的曝光时间以使图像帧的平均亮度达到预设范围内，因此在第2时间区间T2控制该等放大器14或14的增益；同样地，此时图像帧中的噪声水平NL也同时增加。0035本发明通过动态调整质量阈值以减少输出错误位移量的可能性；即，当该处理单元15判定所接。
19、收的图像帧的质量参数低于质量阈值时，则判定该图像帧为不可用UNUSABLE图像帧，因而忽略该图像帧；反之，当该处理单元15判定所接收的图像帧的质量参数高于质量阈值时，则判定该图像帧为可用USABLE图像帧，因而后处理该图像帧，例如利用该图像帧计算位移量，其中质量参数及质量阈值将在后面举例说明。可以理解的是，上述当质量参数高于质量阈值时后处理该图像帧的说明并非用以限定本发明；即，经过适当数值处理后，可能为当质量参数低于质量阈值时后处理该图像帧。0036图2中，质量阈值TH设定为噪声水平的倍数或偏移量OFFSET；图3中则设定为根据所调整的取样参数预先设定相对应的质量阈值TH1及TH2，即例如可预。
20、先将取样参数说明书CN102346571ACN102346591A4/5页7与预设噪声水平或质量值阈值建立查找表或关系图，以使得该处理单元15根据当时取样参数确定预设噪声水平及质量阈值。此外，噪声水平可根据不同取样参数预先以理论推导而得到，或利用该图像感测器12在不同取样参数下捕获不包含该工作表面S的图像的图像帧，例如包含均匀分布的光源的图像的图像帧，以实测求得。可以理解的是，图2和图3所示时间区间T1及T2中所调整的取样参数仅为示例性的，该处理单元15可以其他顺序或组合分别或同时调整不同取样参数。0037请参照图4所示，其显示本发明实施例的位移估测方法的流程图，包含下列步骤根据取样参数捕获图。
21、像帧并确定预设噪声水平步骤S1；计算该图像帧的质量参数步骤S2；根据该预设噪声水平确定质量阈值步骤S3；比较该质量参数和该质量阈值以确定是否后处理该图像帧步骤S4；以及判断该图像帧的平均亮度是否处于预设范围以确定是否调整该取样参数步骤S5。0038除了前述关于本发明的位移估测方法的实施方式外，以下还提出一种图像质量的实施例，但此实施例仅用以说明本发明，并非用以限定本发明。0039请参照图5所示，其显示本发明实施例的位移估测方法中一种图像质量参数的示意图。图像特征变化例如可为该图像感测单元10所捕获图像帧的一维像素的灰阶值变化；而该质量参数例如可设定为该一维像素的灰阶值变化的峰值数目。例如，假设。
22、图像帧的一列或一行像素中，像素两边像素的灰阶值低于该像素一定程度时，该像素则为上波峰；像素两边像素的灰阶值高于该像素一定程度时，该像素则为下波峰；例如图5中包含三个上波峰U1U3及三个下波峰D1D3。图像质量例如可为上波峰数目、下波峰数目和/或上下波峰总数目等，例如此时波峰总数为6。该图像感测单元10所捕获的图像帧中，波峰数目越高则表示所捕获图像帧的特征变化越明显，越容易成为可用帧；因此，可通过不同波峰总数来确定图像帧的质量。此外，本发明中所述的图像质量还可为表示图像质量的其他特征参数，并不限于图5所示。关于上述质量参数的详细实施方式例如可参照由本案申请人所共同拥有的美国专利第7,142,69。
23、5号、7,444,006号及第7,116,801号。此外，还可参照公开的论文，如YSCHENANDFCMENG，“IMAGEQUALITYMEASUREMENTBASEDONSTATISTICSOFACTIVITYREGIONS，”JOURNALOFTHECHINESEINSTITUTEOFENGINEERS，VOL24，NO3，PP3793882001，或MTPOSTEKNZHANG，AEVLADARANDBLARRABEE，“AKURTOSISBASEDSTATISTICALMEASUREFORTWODIMENSIONALPROCESSESANDITSAPPLICATIONTOIMAGES。
24、HARPNESS，”PROCEEDINGSOFSECTIONOFPHYSICALANDENGINEERINGSCIENCESOFAMERICANSTATISTICALSOCIETY，PP47304736，2003。0040请同时参照图4和图5，以下以波峰总数表示图像质量参数为例说明本发明的位移估测方法。首先，该处理单元15控制该图像感测单元10以取样参数曝光时间、光源亮度和/或放大增益捕获图像帧并根据取样参数确定预设噪声水平，此时该预设噪声水平例如为预设波峰总数5步骤S1；接着，该处理单元15计算该图像帧的质量参数，即计算该图像帧的波峰总数步骤S2；接着，该处理单元15根据该预设噪声水平确定质。
25、量阈值，例如该质量阈值可设定为预设波峰总数目的倍数或偏移量，例如2倍为10或加3为8步骤S3；接着，该处理单元15比较该质量参数及该质量阈值以确定是否后处理该图像帧步骤S4，当该质量参数大于该质量阈值时，后处理该图像帧；而当该质量参数小于该质量阈值时，忽略该图像帧。在另一实施例中，当该质量参数与该质量阈值的比较结果显示该图像说明书CN102346571ACN102346591A5/5页8帧为可用图像帧时，后处理该图像帧；而当该质量参数与该质量阈值的比较结果显示该图像帧为不可用图像帧时，忽略该图像帧。0041最后，该处理单元15判断该图像帧的平均亮度是否处于预设范围以确定是否调整该取样参数，例如。
26、当该图像帧的平均亮度处于预设范围时，该处理单元15控制该图像感测单元10在捕获下一张图像帧时维持该取样参数；而当该图像帧的平均亮度不处于该预设范围时，该处理单元15控制该图像感测单元10在捕获下一张图像帧时以新的取样参数捕获图像步骤S5。0042此外，当存储于该处理单元15中的为取样参数与质量阈值的关系时，本发明实施例的位移估测方法的流程图包含下列步骤根据取样参数捕获图像帧及确定质量阈值；计算该图像帧的质量参数；及比较该质量参数及该质量阈值以确定是否根据该图像帧估测位移量或确定是否输出该位移量。0043综上所述，由于已知位移估测方法系根据固定阈值确定所捕获图像帧的优劣，仍存在可能输出错误位移量。
27、的问题。本发明另提出一种可根据预设噪声水平或取样参数动态调整质量阈值的位移估测方法，根据预先建立的取样参数与预设噪声水平或质量阈值的关系来调整质量阈值，可有效增进位移量计算的精确度。0044虽然本发明已以前述实施例揭示，然其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下可做出各种更动与修改。因此本发明的保护范围应当以所附权利要求所限定的范围为准。说明书CN102346571ACN102346591A1/3页9图1说明书附图CN102346571ACN102346591A2/3页10图2图3说明书附图CN102346571ACN102346591A3/3页11图4图5说明书附图CN102346571A。