一种精确定位光电鼠标位移量的方法.pdf

本发明涉及一种精确定位光电鼠标位移量的方法，包括以下步骤：周期性采集鼠标底部反射回的光学影像，获取样本帧和参考帧；对样本帧进行二值化处理；计算样本帧和参考帧的相关系数矩阵；根据相关系数矩阵中最小元素的位置，确定鼠标的整像素级位移；计算相关系数变化值；根据相关系数变化值，计算鼠标的亚像素级位移；将整像素级位移与亚像素级位移相加，得出鼠标的总位移量；将当前样本帧更新为参考帧，返回获取下一样本帧。本发明提供的一种精确定位光电鼠标位移量的方法，实现了在使用相同的光电鼠标硬件条件下，更精确地判断鼠标的移动方向和移动距离，可以明显提高光电鼠标的光标定位精度和运行轨迹的平滑度，增强了光电鼠标的性能。

权利要求书一种精确定位光电鼠标位移量的方法，其特征在于，包括以下步骤： 
S1、周期性采集鼠标底部反射回的光学影像，获取样本帧和参考帧；其中，参考帧的采集时间早于样本帧； 
S2、对样本帧进行二值化处理； 
S3、计算样本帧和参考帧的相关系数矩阵； 
S4、根据相关系数矩阵中最小元素的位置，确定鼠标的整像素级位移； 
S5、计算最小元素的相关系数变化值，并计算在相关系数矩阵中与最小元素横向或纵向相邻的四个元素的相关系数变化值；其中，所述相关系数变化值等于相关系数矩阵各元素的平均值与该元素的差； 
S6、根据S5中计算得出的相关系数变化值，计算鼠标的亚像素级位移； 
S7、将S4中的整像素级位移与S6中的亚像素级位移相加，得出鼠标的总位移量； 
S8、将当前样本帧更新为参考帧，返回S1获取下一样本帧。 
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2具体包括： 
S201、对样本帧进行去噪处理； 
S202、将样本帧中每一个像素点的灰度与设定的阈值比较，将灰度低于阈值的像素点设为第一值，将灰度高于阈值的像素点设为第二值。 
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3具体包括： 
S301、去除样本帧中的忽略计算区域，确定待计算区域； 
S302、在样本帧的待计算区域内，使用一矩阵采样模板采集多个样本矩阵； 
S303、根据各样本矩阵在样本帧中的位置，将参考帧的待计算区域内相同位置的矩阵作为对应样本矩阵的参考矩阵； 
S304、计算每一对位置相对应的样本矩阵和参考矩阵的相关系数； 
S305、将所有相关系数按照对应的样本矩阵或参考矩阵在样本帧或参考帧中的相对位置关系，排列形成相关系数矩阵。 
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S302具体包括，在样本帧的待计算区域内，使用所述矩阵采样模板从横向和纵向边缘开始，按照同一步长横向或纵向移动；当矩阵采样模板处于起始位置，以及每完成一次移动 时，都对样本帧落在矩阵采样模板区域内的矩阵进行采样，作为样本矩阵，直至历遍样本帧的待计算区域中的所有可移动区域。 
根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述矩阵采样模板每次移动的步长为一个或多个像素。 
根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述相关系数矩阵为M行N列的矩形，其中，M和N为奇数。 
根据权利要求6所述的方法，其特征在于，M与N相等。 
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S304中，所述相关系数等于样本矩阵与参考矩阵相减后得出的差值矩阵中所有元素的绝对值之和。 
根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述S4中，确定鼠标的整像素级位移的方法包括： 
S401、确定相关系数矩阵中的最小元素； 
S402、将位于相关系数矩阵中心的元素作为参考元素，从所述参考元素到所述最小元素的向量值即为鼠标的整像素级位移，其中，每相邻一个元素为一个单位向量。 
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述亚像素级位移的计算公式为： 


其中，dx为X轴方向上的亚像素级位移矢量，dy为Y轴方向上的亚像素级位移矢量，Cinv(x,y)为相关系数矩阵中最小元素的相关系数变化值，Cinv(x+1,y)为最小元素右边相邻元素的相关系数变化值，Cinv(x‑1,y)为最小元素左边相邻元素的相关系数变化值，Cinv(x,y+1)为最小元素下方相邻元素的相关系数变化值，Cinv(x,y‑1)为最小元素上方相邻元素的相关系数变化值。

说明书一种精确定位光电鼠标位移量的方法
技术领域
本发明涉及光电领域，具体涉及一种精确定位光电鼠标位移量的方法。
背景技术
光电鼠标在工作时，通过内部的发光二极管，照亮鼠标底部，底部表面反射的一部分光线经光学透镜传到CMOS感光芯片上。CMOS感光芯片是由数百个光电转换器件组成的矩阵，影像在CMOS上转换为矩阵电信号，传输到信号处理系统DSP芯片，DSP芯片将此影像信号作为样本帧与存储的上一采样周期的影像（参考帧）进行比较，如果某一采样点在先后两个影像中的位置移动为一个整像素点，就发出纵、横两方向位移信号到接口系统，否则继续进行下一周期采样。接口系统对DSP芯片发来的信号进行处理输出，在计算机系统的运行界面上使指针产生对应的移动。
根据上述过程可以看出，DSP处理器输出的纵、横两方向位移信号的精确度影响了鼠标的移动和定位性能。然而，由于数字图像的离散特性，在数字图像相关中所得到的位移都只能是整像素的，而实际图像中的目标偏移一般不会正好为整像素。因此，现有技术中的光电鼠标中的DPS芯片仅能对比出样本帧与参考帧之间的整像素级位移，其精度较低，运动轨迹平滑度低，有待进一步的改进。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种精确定位光电鼠标位移量的方法，通过计算鼠标的亚像素级位移，在不更改硬件的条件下提高光电鼠标的精度和轨迹平滑度，增强光电鼠标的性能。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种精确定位光电鼠标位移量的方法，包括以下步骤：
S1、周期性采集鼠标底部反射回的光学影像，获取样本帧和参考帧；其中，参考帧的采集时间早于样本帧；
S2、对样本帧进行二值化处理；
S3、计算样本帧和参考帧的相关系数矩阵；
S4、根据相关系数矩阵中最小元素的位置，确定鼠标的整像素级位移；
S5、计算最小元素的相关系数变化值，并计算在相关系数矩阵中与最小元素横向或纵向相邻的四个元素的相关系数变化值；其中，所述相关系数变化值等于相关系数矩阵各元素的平均值与该元素的差；
S6、根据S5中计算得出的相关系数变化值，计算鼠标的亚像素级位移；
S7、将S4中的整像素级位移与S6中的亚像素级位移相加，得出鼠标的总位移量；
S8、将当前样本帧更新为参考帧，返回S1获取下一样本帧。
所述S2具体包括：
S201、对样本帧进行去噪处理；
S202、将样本帧中每一个像素点的灰度与设定的阈值比较，将灰度低于阈值的像素点设为第一值，将灰度高于阈值的像素点设为第二值。
所述S3具体包括：
S301、去除样本帧中的忽略计算区域，确定待计算区域；
S302、在样本帧的待计算区域内，使用一矩阵采样模板采集多个样本矩阵；
S303、根据各样本矩阵在样本帧中的位置，将参考帧的待计算区域内相同位置的矩阵作为对应样本矩阵的参考矩阵；
S304、计算每一对位置相对应的样本矩阵和参考矩阵的相关系数；
S305、将所有相关系数按照对应的样本矩阵或参考矩阵在样本帧或参考帧中的相对位置关系，排列形成相关系数矩阵。
所述S302具体包括，在样本帧的待计算区域内，使用所述矩阵采样模板从横向和纵向边缘开始，按照同一步长横向或纵向移动；当矩阵采样模板处于起始位置，以及每完成一次移动时，都对样本帧落在矩阵采样模板区域内的矩阵进行采样，作为样本矩阵，直至历遍样本帧的待计算区域中的所有可移动区域；
所述矩阵采样模板每次移动的步长为一个或多个像素。
所述相关系数矩阵为M行N列的矩形，其中，M和N为奇数。
进一步地，M与N相等。
所述S304中，所述相关系数等于样本矩阵与参考矩阵相减后得出的差值矩阵中所有元素的绝对值之和。
所述S4中，确定鼠标的整像素级位移的方法包括：
S401、确定相关系数矩阵中的最小元素；
S402、将位于相关系数矩阵中心的元素作为参考元素，从所述参考元素到所述最小元素的向量值即为鼠标的整像素级位移，其中，每相邻一个元素为一个单位向量。
所述亚像素级位移的计算公式为：