專利名稱：用于根據(jù)差分圖像相關(guān)性來確定運(yùn)動(dòng)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
導(dǎo)航裝置已和計(jì)算機(jī)和其他類型的計(jì)算系統(tǒng)一起使用了許多年。計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)是導(dǎo) 航裝置的一個(gè)實(shí)例。對(duì)于機(jī)械式計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)，當(dāng)所述鼠標(biāo)移動(dòng)時(shí)， 一球在鼠標(biāo)墊上滾 動(dòng)。所述鼠標(biāo)的內(nèi)部是滾輪，所述滾輪與所述球接觸，且將其旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成代表運(yùn)動(dòng)的 正交分量的電信號(hào)。
計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)的另一類型是光電鼠標(biāo)。圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的光電鼠標(biāo)的一部分的
圖式圖解說明。鼠標(biāo)100包括光源102和成像器104。光源102通常實(shí)施為發(fā)光二極 管，其朝表面108發(fā)射光106。成像器104捕捉來自表面108的圖像，且將所述圖像 傳輸?shù)教幚黼娐?10。處理電路110通常使所述圖像相關(guān)，以跟蹤目標(biāo)在所述圖像內(nèi) 的運(yùn)動(dòng)，并確定鼠標(biāo)100己沿表面108移動(dòng)的速度和距離。
表面108和成像器104之間的光路徑內(nèi)的污染物可減小處理電路IIO確定運(yùn)動(dòng)的 能力。諸如灰塵、棉絨和冷凝水等污染物作為背景噪聲出現(xiàn)，其在圖像之間保持相對(duì) 恒定，且降低關(guān)聯(lián)引擎的效率。如果污染物隨時(shí)間增加，則所述背景噪聲可導(dǎo)致所述 關(guān)聯(lián)引擎產(chǎn)生會(huì)淹沒其他信號(hào)的信號(hào)，且導(dǎo)致處理電路IIO錯(cuò)誤地推斷光電鼠標(biāo)100 沒有發(fā)生運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于根據(jù)差分圖像相關(guān)性確定運(yùn)動(dòng)的方法和系統(tǒng)。成像器 捕捉目標(biāo)的連續(xù)圖像。然后，將一個(gè)圖像從另一圖像中減去，以產(chǎn)生差分圖像。然后， 將每個(gè)差分圖像與其自身或與用于產(chǎn)生所述差分圖像的圖像中的一者相關(guān)，以確定所 述成像器和所述目標(biāo)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。


結(jié)合附圖參閱下文中對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)闡釋可最佳地理解本發(fā)明，其中 圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的光電鼠標(biāo)的一部分的圖式圖解說明；
圖2圖解說明在根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中根據(jù)差分圖像相關(guān)性確定運(yùn)動(dòng)的第一方 法的流程圖3繪示在根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中根據(jù)差分圖像相關(guān)性確定運(yùn)動(dòng)的第二方法的
流程圖4是用于在根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中實(shí)施圖2中的方法的系統(tǒng)的方框圖；及 圖5是用于在根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中實(shí)施圖3中的方法的第一系統(tǒng)的方框圖。
具體實(shí)施例方式
提供以下說明旨在使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制作并使用本發(fā)明的實(shí)施例，且出 于專利申請(qǐng)及其要求的緣故提供以下說明。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員易知對(duì)所揭示實(shí)施例 的各種修改，且本文中的一般原理可應(yīng)用于其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明并非意欲受所 示實(shí)施例的限制，而要賦予其與隨附權(quán)利要求書及本文所述原理和特征相一致的最寬 廣范疇。
參考各圖示且尤其參考圖2，其中顯示用于在根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中根據(jù)差分 圖像相關(guān)性確定導(dǎo)航矢量的第一方法的流程圖。首先，將數(shù)字ii設(shè)置為1且成像器捕 捉目標(biāo)的一圖像(圖像I (n))(方框200、 202)。然后，將圖像I (n)存儲(chǔ)到緩沖器 內(nèi)。在根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中，將圖像I (n)存儲(chǔ)在兩個(gè)串聯(lián)的緩沖器中的第一緩 沖器內(nèi)。
接著，在方框204中，成像器捕捉圖像I (n+l)且將其存儲(chǔ)在另一緩沖器內(nèi)。在 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中，將圖像I (n+l)存儲(chǔ)在兩個(gè)串聯(lián)的緩沖器中的后一緩沖器 內(nèi)。因而，所述兩個(gè)串聯(lián)的緩沖器形成一隊(duì)列，其中當(dāng)捕捉并處理圖像時(shí)，所述圖像 從一個(gè)緩沖器移到另一個(gè)緩沖器。在根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中，該移動(dòng)是通過將數(shù)據(jù) 傳輸?shù)剿龅谝痪彌_器中以電子方式發(fā)生。在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述移動(dòng) 是通過將指針或地址重新分配給所述緩沖器來以邏輯的方式進(jìn)行。
然后，在方框206中，將圖像I (n)從圖像I (n+l)中減去，以產(chǎn)生差分圖像。 將來自圖像I (n)的灰度值從圖像I (n+l)中的灰度值減去。因而，所述差分圖像表 示所述兩個(gè)圖像之間的灰度值之差。
將一個(gè)圖像從另一圖像減去會(huì)減小或消除背景噪聲，所述背景噪聲在所述兩個(gè)圖 像中恒定或近似恒定。減小或消除背景噪聲會(huì)增大信噪比且提髙運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的效率。
然后，以差分圖像進(jìn)行自相關(guān)，如方框208中所示。對(duì)所述自相關(guān)結(jié)果進(jìn)行閾限， 以確認(rèn)在捕捉到圖像I (n)的時(shí)刻和捕捉到圖像I (n+l)的時(shí)刻之間是否發(fā)生運(yùn)動(dòng)(方 框210)。在根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中，接下來，在方框212中，將圖像I (n+l)傳輸 到所述第一緩沖器。在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述移動(dòng)是通過將指針或地址重 新分配給所述緩沖器來以邏輯的方式進(jìn)行。
然后，將數(shù)字n遞增l (方框214)，且通過所述自相關(guān)結(jié)果來確定導(dǎo)航矢量(方 框216)。所述導(dǎo)航矢量是目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的量度。所述"相對(duì)運(yùn)動(dòng)"是所述成像器和 目標(biāo)之間的運(yùn)動(dòng)。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述成像器包含在一裝置(如光電 導(dǎo)航裝置)內(nèi)，且所述成像器移動(dòng)，而所述目標(biāo)保持靜止。在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施 例中，所述目標(biāo)移動(dòng)，而所述成像器保持靜止。且在根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例中，所
述成像器和目標(biāo)兩者都彼此相對(duì)移動(dòng)。
在根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中，將所述導(dǎo)航矢量界定為從原點(diǎn)到所述自相關(guān)結(jié)果的 最大值的矢量。該最大值可通過如下方式計(jì)算通過選擇具有最大值的像素，通過將 預(yù)先確定的形狀擬合到最大值像素的區(qū)域以內(nèi)插并找到更精確的確定值，或者通過用 于在所采樣的圖像內(nèi)査找最大值位置的其他數(shù)學(xué)方法。如果僅在原點(diǎn)處找到最大值， 則報(bào)告零運(yùn)動(dòng)矢量。
在圖2所示的實(shí)施例中，使矢量的符號(hào)(±)不確定地對(duì)所述導(dǎo)航矢量加以確定。
這是在方框208中實(shí)施自相關(guān)的結(jié)果。在根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中，然后，所述過程 返回到方框204且不斷重復(fù)。在根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例中，不是使用迭代方法來確 定相對(duì)運(yùn)動(dòng)。例如，在根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例中，當(dāng)接收到請(qǐng)求或當(dāng)發(fā)生觸發(fā)事件 時(shí)確定導(dǎo)航矢量。
圖3繪示在根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中根據(jù)差分圖像相關(guān)性確定運(yùn)動(dòng)的第二方法的 流程圖。將數(shù)字n設(shè)置為l且通過成像器捕捉目標(biāo)的一圖像(方框300、 302)。然后， 將所述圖像(圖像I (n))存儲(chǔ)到緩沖器內(nèi)。在根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中，將圖像I (n) 存儲(chǔ)在兩個(gè)串聯(lián)的緩沖器中的第一緩沖器內(nèi)。
接下來，在方框304中，捕捉圖像I (n+l)并將其存儲(chǔ)在另一緩沖器內(nèi)。在根據(jù) 本發(fā)明的一實(shí)施例中，將圖像I (n+l)存儲(chǔ)在所述兩個(gè)串聯(lián)緩沖器中的后一緩沖器內(nèi)。 因而，所述兩個(gè)串聯(lián)的緩沖器形成一隊(duì)列，其中當(dāng)捕捉并處理圖像時(shí)，所述圖像從一 個(gè)緩沖器移動(dòng)到另一個(gè)緩沖器。在根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中，該移動(dòng)是通過將數(shù)據(jù)傳 輸?shù)剿龅谝痪彌_器中而以電子方式發(fā)生。在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述移動(dòng) 是通過將指針或地址重新分配給所述緩沖器來以邏輯的方式進(jìn)行。
在方框306中，通過從圖像I (n+l)減去圖像I (n)來產(chǎn)生差分圖像。將來自圖 像I (n)的灰度值從圖像I (n+l)中的灰度值減去。因而，所述差分圖像表示所述兩 個(gè)圖像之間的灰度值之差。
然后,將所述差分圖像與用于產(chǎn)生所述差分圖像的圖像中的一者相關(guān)(方框308)。 例如，在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述差分圖像與圖像I (n)相關(guān)。在根據(jù)本發(fā) 明的另一實(shí)施例中，所述差分圖像與圖像I (n+l)相關(guān)。
然后，對(duì)所述相關(guān)結(jié)果進(jìn)行閾限，以確認(rèn)在捕捉到圖像I (n)的時(shí)刻和捕捉到圖 像I (n+l)的時(shí)刻之間發(fā)生的運(yùn)動(dòng)(方框310)。接下來，在方框312中，在根據(jù)本發(fā) 明的一實(shí)施例中，將圖像I (n+l)傳輸?shù)剿龅谝痪彌_器。在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施 例中，所述移動(dòng)是通過將指針或地址重新分配給所述緩沖器來以邏輯的方式進(jìn)行。
然后，在方框316中，將數(shù)字n遞增l，且在方框316中使用類似于結(jié)合圖2的 實(shí)施例所述的方法來計(jì)算導(dǎo)航矢量。在圖3的實(shí)施例中，所述導(dǎo)航矢量是無符號(hào)不確 定性的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的大小和方向兩者的量度。然后，所述過程返回至方框304。圖3所 示的方法是迭代的且不斷重復(fù)。在根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例中，用于根據(jù)差分圖像相 關(guān)性來確定導(dǎo)航矢量的方法不是迭代方法。
現(xiàn)在參見圖4，其中顯示在根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中用于實(shí)施圖2的方法的系統(tǒng) 的方框圖。系統(tǒng)400包括成像器402和緩沖器404、 406。成像器402捕捉目標(biāo)的圖像 并將所述圖像(圖像I(n))傳輸至緩沖器404。然后，成像器402捕捉下一個(gè)圖像(圖 像I (n+l))。在將圖像I (n)從緩沖器404傳輸并存儲(chǔ)在緩沖器406中后，將圖像I (n+l )傳輸并存儲(chǔ)在緩沖器404中。在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例中，在捕捉圖像1(n+l) 之前將圖像I (n)存儲(chǔ)在緩沖器406內(nèi)。及在根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例中，所述移動(dòng) 是通過將指針或地址重新分配給所述緩沖器來以邏輯的方式進(jìn)行。
然后，將圖像輸入差分圖像產(chǎn)生器408內(nèi)，以產(chǎn)生差分圖像。在根據(jù)本發(fā)明的一 實(shí)施例中，使用加法電路來構(gòu)建差分圖像產(chǎn)生器408。相關(guān)器410以差分圖像實(shí)施自 相關(guān)且將結(jié)果傳輸至處理電路412。然后，處理電路412對(duì)所述自相關(guān)結(jié)果實(shí)施閾限 運(yùn)算，且根據(jù)所述自相關(guān)結(jié)果確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
在根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中，使用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)來構(gòu)建成像 器402，且使用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)來構(gòu)建系統(tǒng)400。在根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí) 施例中，可使用另一類型的圖像捕捉裝置來構(gòu)建成像器。也可以不同的方式來構(gòu)建系 統(tǒng)400，例如，舉例而言，使用分立組件來構(gòu)建系統(tǒng)400。
在根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中，時(shí)鐘414連接到成像器402。時(shí)鐘414允許成像器 402捕捉圖像并將其同步傳輸?shù)骄彌_器404、 406。在根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中，這使 系統(tǒng)400能夠確定絕對(duì)量參考。在根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例中，時(shí)鐘414可不包含在 系統(tǒng)400中。
圖5是在根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中實(shí)施圖3的方法的系統(tǒng)的方框圖。系統(tǒng)500可 例如使用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)來構(gòu)建。成像器402捕捉目標(biāo)的圖像并將所述圖 像(圖像I (n))傳輸至緩沖器404。然后，成像器402捕捉下一個(gè)圖像(圖像I (n+l))。 在將圖像I (n)從緩沖器404傳輸并存儲(chǔ)在緩沖器406中后，將圖像I (n+l)傳輸并 存儲(chǔ)在緩沖器404中。在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例中，在捕捉圖像I (n+l)之前將圖 像I (n)存儲(chǔ)在緩沖器406內(nèi)。且在根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例中，所述移動(dòng)是通過將 指針或地址重新分配給所述緩沖器來以邏輯的方式進(jìn)行。
然后，將圖像輸入差分圖像產(chǎn)生器408內(nèi)，以產(chǎn)生差分圖像。相關(guān)器502將所述 差分圖像及用于產(chǎn)生所述差分圖像的圖像中的一者進(jìn)行相關(guān)。在圖5的實(shí)施例中，存 儲(chǔ)在緩沖器404內(nèi)的圖像I (n+l)與所述差分圖像相關(guān)。在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例 中，緩沖器406內(nèi)的圖像I (n)與所述差分圖像相關(guān)。然后，處理電路412對(duì)所述相 關(guān)結(jié)果實(shí)施閾限運(yùn)算，且根據(jù)所述相關(guān)結(jié)果確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
如同圖4的實(shí)施例一樣，在根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中，時(shí)鐘414連接到成像器402。 時(shí)鐘414允許成像器402捕捉圖像并將其同步傳輸?shù)骄彌_器404、 406。在根據(jù)本發(fā)明 的一實(shí)施例中，這使系統(tǒng)500能夠確定絕對(duì)量參考。在根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例中， 時(shí)鐘414可不包含在系統(tǒng)500中。
權(quán)利要求
1、一種確定裝置的導(dǎo)航矢量的方法，其包括捕捉目標(biāo)的第一圖像；捕捉所述目標(biāo)的第二圖像；從所述第二圖像減去所述第一圖像以產(chǎn)生差分圖像；利用所述差分圖像實(shí)施相關(guān)；及從所述相關(guān)的結(jié)果確定所述導(dǎo)航矢量，其中所述導(dǎo)航矢量表示所述裝置與所述目標(biāo)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中以所述差分圖像實(shí)施相關(guān)包括以所述差分圖 像實(shí)施自相關(guān)。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步包括在確定所述導(dǎo)航矢量之前對(duì)自相關(guān) 結(jié)果實(shí)施閾限運(yùn)算。
4、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中以所述差分圖像實(shí)施相關(guān)包括將所述差分圖 像與所述第一圖像或所述第二圖像中的一者進(jìn)行相關(guān)。
5、 如權(quán)利要求4所述的方法，其進(jìn)一步包括在確定所述導(dǎo)航矢量之前，對(duì)所述 相關(guān)的結(jié)果實(shí)施閾限運(yùn)算。
6、 一種用于確定裝置的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，其包括 成像器(402)，其經(jīng)配置以捕捉多個(gè)圖像； 相關(guān)器(410);及差分圖像產(chǎn)生器(408)，其電耦合至所述成像器(402)和所述相關(guān)器(410), 且經(jīng)配置以使用所捕捉的圖像對(duì)來產(chǎn)生差分圖像。
7、 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述相關(guān)器(410)經(jīng)配置以接收所述差分圖 像且對(duì)每一差分圖像實(shí)施自相關(guān)。
8、 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括處理電路(412)，所述處理電路(412) 電耦合至所述相關(guān)器(410)的輸出且經(jīng)配置以根據(jù)所述自相關(guān)的每一結(jié)果來確定所述 裝置的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
9、 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述相關(guān)器(410)經(jīng)配置以接收每一差分圖 像和用于形成每一差分圖像的所述所捕捉圖像中的一者，及將所述所接收的所捕捉圖 像與其相應(yīng)的差分圖像相關(guān)。
10、 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括處理電路(412)，所述處理電路(412) 電耦合至所述相關(guān)器(410)的輸出且經(jīng)配置以根據(jù)所述相關(guān)的每一結(jié)果來確定所述裝 置的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種捕捉目標(biāo)的連續(xù)圖像的成像器(402)。然后，將一個(gè)圖像從另一圖像中減去，以產(chǎn)生差分圖像。然后，將每一差分圖像與其自身或與用于產(chǎn)生所述差分圖像的所述圖像中的一者進(jìn)行相關(guān)，以確定所述成像器(402)和所述目標(biāo)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)G06F3/033GK101107585SQ200580042752
公開日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2005年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月16日
發(fā)明者喬治·M·小克利福德, 杰蘭特·歐文, 杰弗里·S·羅斯納 申請(qǐng)人:麥克隆科技公司