用於根據差分圖像相關性來確定運動的方法和系統的製作方法
2023-05-09 09:50:51
專利名稱：用於根據差分圖像相關性來確定運動的方法和系統的製作方法
技術領域：
導航裝置已和計算機和其他類型的計算系統一起使用了許多年。計算機滑鼠是導 航裝置的一個實例。對於機械式計算機滑鼠，當所述滑鼠移動時， 一球在滑鼠墊上滾 動。所述滑鼠的內部是滾輪，所述滾輪與所述球接觸，且將其旋轉轉換成代表運動的 正交分量的電信號。
計算機滑鼠的另一類型是光電滑鼠。圖1是根據現有技術的光電滑鼠的一部分的
圖式圖解說明。滑鼠100包括光源102和成像器104。光源102通常實施為發光二極 管，其朝表面108發射光106。成像器104捕捉來自表面108的圖像，且將所述圖像 傳輸到處理電路110。處理電路110通常使所述圖像相關，以跟蹤目標在所述圖像內 的運動，並確定滑鼠100己沿表面108移動的速度和距離。
表面108和成像器104之間的光路徑內的汙染物可減小處理電路IIO確定運動的 能力。諸如灰塵、棉絨和冷凝水等汙染物作為背景噪聲出現，其在圖像之間保持相對 恆定，且降低關聯引擎的效率。如果汙染物隨時間增加，則所述背景噪聲可導致所述 關聯引擎產生會淹沒其他信號的信號，且導致處理電路IIO錯誤地推斷光電滑鼠100 沒有發生運動。
發明內容
根據本發明，提供一種用於根據差分圖像相關性確定運動的方法和系統。成像器 捕捉目標的連續圖像。然後，將一個圖像從另一圖像中減去，以產生差分圖像。然後， 將每個差分圖像與其自身或與用於產生所述差分圖像的圖像中的一者相關，以確定所 述成像器和所述目標之間的相對運動。
結合附圖參閱下文中對本發明實施例的詳細闡釋可最佳地理解本發明，其中 圖1是根據現有技術的光電滑鼠的一部分的圖式圖解說明；
圖2圖解說明在根據本發明的一實施例中根據差分圖像相關性確定運動的第一方 法的流程圖3繪示在根據本發明的一實施例中根據差分圖像相關性確定運動的第二方法的
流程圖4是用於在根據本發明的一實施例中實施圖2中的方法的系統的方框圖；及 圖5是用於在根據本發明的一實施例中實施圖3中的方法的第一系統的方框圖。
具體實施例方式
提供以下說明旨在使所屬領域的技術人員能夠製作並使用本發明的實施例，且出 於專利申請及其要求的緣故提供以下說明。所屬領域的技術人員易知對所揭示實施例 的各種修改，且本文中的一般原理可應用於其它實施例。因此，本發明並非意欲受所 示實施例的限制，而要賦予其與隨附權利要求書及本文所述原理和特徵相一致的最寬 廣範疇。
參考各圖示且尤其參考圖2，其中顯示用於在根據本發明的一實施例中根據差分 圖像相關性確定導航矢量的第一方法的流程圖。首先，將數字ii設置為1且成像器捕 捉目標的一圖像(圖像I (n))(方框200、 202)。然後，將圖像I (n)存儲到緩衝器 內。在根據本發明的一實施例中，將圖像I (n)存儲在兩個串聯的緩衝器中的第一緩 衝器內。
接著，在方框204中，成像器捕捉圖像I (n+l)且將其存儲在另一緩衝器內。在 根據本發明的一實施例中，將圖像I (n+l)存儲在兩個串聯的緩衝器中的後一緩衝器 內。因而，所述兩個串聯的緩衝器形成一隊列，其中當捕捉並處理圖像時，所述圖像 從一個緩衝器移到另一個緩衝器。在根據本發明的一實施例中，該移動是通過將數據 傳輸到所述第一緩衝器中以電子方式發生。在根據本發明的另一實施例中，所述移動 是通過將指針或地址重新分配給所述緩衝器來以邏輯的方式進行。
然後，在方框206中，將圖像I (n)從圖像I (n+l)中減去，以產生差分圖像。 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 示所述兩個圖像之間的灰度值之差。
將一個圖像從另一圖像減去會減小或消除背景噪聲，所述背景噪聲在所述兩個圖 像中恆定或近似恆定。減小或消除背景噪聲會增大信噪比且提髙運動檢測的效率。
然後，以差分圖像進行自相關，如方框208中所示。對所述自相關結果進行閾限， 以確認在捕捉到圖像I (n)的時刻和捕捉到圖像I (n+l)的時刻之間是否發生運動(方 框210)。在根據本發明的一實施例中，接下來，在方框212中，將圖像I (n+l)傳輸 到所述第一緩衝器。在根據本發明的另一實施例中，所述移動是通過將指針或地址重 新分配給所述緩衝器來以邏輯的方式進行。
然後，將數字n遞增l (方框214)，且通過所述自相關結果來確定導航矢量(方 框216)。所述導航矢量是目標的相對運動的量度。所述"相對運動"是所述成像器和 目標之間的運動。在根據本發明的一個實施例中，所述成像器包含在一裝置(如光電 導航裝置)內，且所述成像器移動，而所述目標保持靜止。在根據本發明的另一實施 例中，所述目標移動，而所述成像器保持靜止。且在根據本發明的再一實施例中，所
述成像器和目標兩者都彼此相對移動。
在根據本發明的一實施例中，將所述導航矢量界定為從原點到所述自相關結果的 最大值的矢量。該最大值可通過如下方式計算通過選擇具有最大值的像素，通過將 預先確定的形狀擬合到最大值像素的區域以內插並找到更精確的確定值，或者通過用 於在所採樣的圖像內査找最大值位置的其他數學方法。如果僅在原點處找到最大值， 則報告零運動矢量。
在圖2所示的實施例中，使矢量的符號(±)不確定地對所述導航矢量加以確定。
這是在方框208中實施自相關的結果。在根據本發明的一實施例中，然後，所述過程 返回到方框204且不斷重複。在根據本發明的其他實施例中，不是使用迭代方法來確 定相對運動。例如，在根據本發明的其他實施例中，當接收到請求或當發生觸發事件 時確定導航矢量。
圖3繪示在根據本發明的一實施例中根據差分圖像相關性確定運動的第二方法的 流程圖。將數字n設置為l且通過成像器捕捉目標的一圖像(方框300、 302)。然後， 將所述圖像(圖像I (n))存儲到緩衝器內。在根據本發明的一實施例中，將圖像I (n) 存儲在兩個串聯的緩衝器中的第一緩衝器內。
接下來，在方框304中，捕捉圖像I (n+l)並將其存儲在另一緩衝器內。在根據 本發明的一實施例中，將圖像I (n+l)存儲在所述兩個串聯緩衝器中的後一緩衝器內。 因而，所述兩個串聯的緩衝器形成一隊列，其中當捕捉並處理圖像時，所述圖像從一 個緩衝器移動到另一個緩衝器。在根據本發明的一實施例中，該移動是通過將數據傳 輸到所述第一緩衝器中而以電子方式發生。在根據本發明的另一實施例中，所述移動 是通過將指針或地址重新分配給所述緩衝器來以邏輯的方式進行。
在方框306中，通過從圖像I (n+l)減去圖像I (n)來產生差分圖像。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 個圖像之間的灰度值之差。
然後,將所述差分圖像與用於產生所述差分圖像的圖像中的一者相關(方框308)。 例如，在根據本發明的一個實施例中，所述差分圖像與圖像I (n)相關。在根據本發 明的另一實施例中，所述差分圖像與圖像I (n+l)相關。
然後，對所述相關結果進行閾限，以確認在捕捉到圖像I (n)的時刻和捕捉到圖 像I (n+l)的時刻之間發生的運動(方框310)。接下來，在方框312中，在根據本發 明的一實施例中，將圖像I (n+l)傳輸到所述第一緩衝器。在根據本發明的另一實施 例中，所述移動是通過將指針或地址重新分配給所述緩衝器來以邏輯的方式進行。
然後，在方框316中，將數字n遞增l，且在方框316中使用類似於結合圖2的 實施例所述的方法來計算導航矢量。在圖3的實施例中，所述導航矢量是無符號不確 定性的相對運動的大小和方向兩者的量度。然後，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複。在根據本發明的其他實施例中，用於根據差分圖像相 關性來確定導航矢量的方法不是迭代方法。
現在參見圖4，其中顯示在根據本發明的一實施例中用於實施圖2的方法的系統 的方框圖。系統400包括成像器402和緩衝器404、 406。成像器402捕捉目標的圖像 並將所述圖像(圖像I(n))傳輸至緩衝器404。然後，成像器402捕捉下一個圖像(圖 像I (n+l))。在將圖像I (n)從緩衝器404傳輸並存儲在緩衝器406中後，將圖像I (n+l )傳輸並存儲在緩衝器404中。在根據本發明的另一實施例中，在捕捉圖像1(n+l) 之前將圖像I (n)存儲在緩衝器406內。及在根據本發明的再一實施例中，所述移動 是通過將指針或地址重新分配給所述緩衝器來以邏輯的方式進行。
然後，將圖像輸入差分圖像產生器408內，以產生差分圖像。在根據本發明的一 實施例中，使用加法電路來構建差分圖像產生器408。相關器410以差分圖像實施自 相關且將結果傳輸至處理電路412。然後，處理電路412對所述自相關結果實施閾限 運算，且根據所述自相關結果確定相對運動。
在根據本發明的一實施例中，使用互補金屬氧化物半導體(CMOS)來構建成像 器402，且使用現場可編程門陣列(FPGA)來構建系統400。在根據本發明的其他實 施例中，可使用另一類型的圖像捕捉裝置來構建成像器。也可以不同的方式來構建系 統400，例如，舉例而言，使用分立組件來構建系統400。
在根據本發明的一實施例中，時鐘414連接到成像器402。時鐘414允許成像器 402捕捉圖像並將其同步傳輸到緩衝器404、 406。在根據本發明的一實施例中，這使 系統400能夠確定絕對量參考。在根據本發明的其他實施例中，時鐘414可不包含在 系統400中。
圖5是在根據本發明的一實施例中實施圖3的方法的系統的方框圖。系統500可 例如使用現場可編程門陣列(FPGA)來構建。成像器402捕捉目標的圖像並將所述圖 像(圖像I (n))傳輸至緩衝器404。然後，成像器402捕捉下一個圖像(圖像I (n+l))。 在將圖像I (n)從緩衝器404傳輸並存儲在緩衝器406中後，將圖像I (n+l)傳輸並 存儲在緩衝器404中。在根據本發明的另一實施例中，在捕捉圖像I (n+l)之前將圖 像I (n)存儲在緩衝器406內。且在根據本發明的再一實施例中，所述移動是通過將 指針或地址重新分配給所述緩衝器來以邏輯的方式進行。
然後，將圖像輸入差分圖像產生器408內，以產生差分圖像。相關器502將所述 差分圖像及用於產生所述差分圖像的圖像中的一者進行相關。在圖5的實施例中，存 儲在緩衝器404內的圖像I (n+l)與所述差分圖像相關。在根據本發明的另一實施例 中，緩衝器406內的圖像I (n)與所述差分圖像相關。然後，處理電路412對所述相 關結果實施閾限運算，且根據所述相關結果確定相對運動。
如同圖4的實施例一樣，在根據本發明的一實施例中，時鐘414連接到成像器402。 時鐘414允許成像器402捕捉圖像並將其同步傳輸到緩衝器404、 406。在根據本發明 的一實施例中，這使系統500能夠確定絕對量參考。在根據本發明的其他實施例中， 時鐘414可不包含在系統500中。
權利要求
1、一種確定裝置的導航矢量的方法，其包括捕捉目標的第一圖像；捕捉所述目標的第二圖像；從所述第二圖像減去所述第一圖像以產生差分圖像；利用所述差分圖像實施相關；及從所述相關的結果確定所述導航矢量，其中所述導航矢量表示所述裝置與所述目標之間的相對運動。
2、 如權利要求1所述的方法，其中以所述差分圖像實施相關包括以所述差分圖 像實施自相關。
3、 如權利要求2所述的方法，其進一步包括在確定所述導航矢量之前對自相關 結果實施閾限運算。
4、 如權利要求1所述的方法，其中以所述差分圖像實施相關包括將所述差分圖 像與所述第一圖像或所述第二圖像中的一者進行相關。
5、 如權利要求4所述的方法，其進一步包括在確定所述導航矢量之前，對所述 相關的結果實施閾限運算。
6、 一種用於確定裝置的相對運動的系統，其包括 成像器(402)，其經配置以捕捉多個圖像； 相關器(410);及差分圖像產生器(408)，其電耦合至所述成像器(402)和所述相關器(410), 且經配置以使用所捕捉的圖像對來產生差分圖像。
7、 如權利要求6所述的系統，其中所述相關器(410)經配置以接收所述差分圖 像且對每一差分圖像實施自相關。
8、 如權利要求7所述的系統，其進一步包括處理電路(412)，所述處理電路(412) 電耦合至所述相關器(410)的輸出且經配置以根據所述自相關的每一結果來確定所述 裝置的相對運動。
9、 如權利要求6所述的系統，其中所述相關器(410)經配置以接收每一差分圖 像和用於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 像與其相應的差分圖像相關。
10、 如權利要求9所述的系統，其進一步包括處理電路(412)，所述處理電路(412) 電耦合至所述相關器(410)的輸出且經配置以根據所述相關的每一結果來確定所述裝 置的相對運動。
全文摘要
本發明提供一種捕捉目標的連續圖像的成像器(402)。然後，將一個圖像從另一圖像中減去，以產生差分圖像。然後，將每一差分圖像與其自身或與用於產生所述差分圖像的所述圖像中的一者進行相關，以確定所述成像器(402)和所述目標之間的相對運動。
文檔編號G06F3/033GK101107585SQ200580042752
公開日2008年1月16日 申請日期2005年10月31日 優先權日2004年12月16日
發明者喬治·M·小克利福德, 傑蘭特·歐文, 傑弗裡·S·羅斯納 申請人:麥克隆科技公司