[发明专利]运动图像位移检测方法及装置、光电鼠标

说明书

技术领域  本发明涉及以运动图像为分析对象的电数字数据处理技术，尤其涉及用于光电鼠标领域的运动位移检测的数据处理方法及装置。

背景技术  作为当前鼠标界的主流，光电鼠标所采用的发光二极管定位方法也成了目前的主流定位方法。

图1示意了光电鼠标的内部结构，包括发光二极管1，来自该发光二极管1的光线被一组光学反射镜2引导并照射往与光电鼠标底部相接触的表面；被该表面反射回的光线一部分经一组光学透镜2′传输到光感应器件3(例如但不限于可输出数字图像信号的微成像器)进行成像。这样，当光电鼠标移动时，其移动轨迹便会被高速“连拍”所记录下来的一组图像所揭示。利用光电鼠标所包括的图像分析器4(可以是基于数字信号处理器DSP的专用芯片)来分析处理该组图像，即可得出所述移动轨迹。在实际应用中，所述光感应器件3和图像分析器4往往被集成在一颗芯片内。

图2示意了光电鼠标的电工作原理，虚线框内示意的是光电鼠标的电结构，具有一连接按键的接口及一连接电脑主机的接口。该电结构包括图像传感器(sensor)，用来采集并将光图像信号转换为电图像信号；该电图像信号被送往模数转换器以转换成数字图像信号，再被送往图像信号处理单元来计算生成鼠标位移矢量；微控制单元通过电连接来控制包括图像传感器、模数转换器或图像信号处理单元在内的各电路模块，及接收来自各电路模块的状态信号；来自图像信号处理单元的位移矢量数据和来自鼠标按键的按键信息通过该微控制单元一起打包发送给电脑主机。所述微成像器至少包括了图像传感器和模数转换器。图像信号处理单元可以采用专用的一颗芯片，或者与微控制单元一起集成在一颗芯片内。

图3示意了所述鼠标位移矢量。假设a、b为对应先后时间的两帧图像，三角形代表图像上的同一特征点，则图像信号处理单元通过提取所述特征点和分析其位置变化来判断鼠标的移动方向和移动距离。图c示意了特征点位置变化所计算得出的ΔX，ΔY，唯一地对应于鼠标位移矢量，从而完成光标定位。现有定位方法大多采用基于相关匹配的插值算法来获取鼠标的运动矢量，如图4所示，可以通过在下一帧(如图b)中寻找与当前帧(如图a)特征点最佳匹配的位置来获得当前的位移矢量(如图c)，其中图d示意了一个3*3像素的模板，可以以该模板为单元在图像区域中寻找最佳匹配。该方法具有性能稳定的优点，但由于插值算法的局限性，无法有效获得亚像素大小的精度。

为了获得较高的运动精度，现有技术进一步将计算区域光流的方法用于鼠标定位，以获得高达1/4像素以上的精度。该方法先对图像上的像素建立超定二元光流方程，通过该方程来求解获得单个像素的运动矢量，并用最小二乘法来拟合出多个像素的运动矢量均值，即鼠标的位移向量。为了简化对该方法的描述，图5把来自光感应器件的图像信号简化成一维信号为例进行示意。设曲线A为t时刻信号，曲线B为t+Δt时刻信号；假定在t时刻，x位置的信号幅度值为f(x，t)；在t+Δt时刻，x+Δx位置的信号幅度值为f(x+Δx，t+Δt)。如果信号在t时间内移动了Δx距离，那么在不考虑其它干扰的情况下，可以知道：

f(x+Δx，t+Δt)＝f(x，t)                           (1)

对上式左边作泰勒展开得：