專利名稱：軌跡平滑化方法及使用所述方法的導航裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像處理方法及裝置，特別涉及一種軌跡平滑化方法及使用所述
方法的導航裝置。
背景技術：
現行的互動圖像系統已廣泛利用導航裝置，例如鼠標或指向裝置，進行位移量估 測，且所述導航裝置所估測的位移量將被傳輸到圖像顯示裝置。由此，使用者可利用所述導 航裝置相對控制所述圖像顯示裝置上的光標或指向指標的移動。然而，由于所述導航裝置 所估測并輸出的位移量為量化值，若所述量化后的位移量未經平滑化處理，所述導航裝置 所輸出的位移量往往呈現鋸齒狀變化，當使用者利用所述導航裝置進行例如繪圖作業時， 便難以依據使用者的需求進行繪圖工作。 因而業界便提出了軌跡平滑化的方法以試圖解決上述問題。例如美國專利第 5， 661， 502號，標題為"用來平滑化電腦鼠標移動量的自調節數字濾波器(Self-adjusting digital filter for smoothing computer mouse movement)"，提出了——禾中禾U用電腦禾呈序 平滑化指向指標位移量的方法，包括下列步驟確定指向裝置的目前坐標；決定所述指向 裝置的前一坐標；確定鈍化常數(inertialconstant);根據所述指向裝置的目前坐標、所 述指向裝置的前一坐標及所述鈍化常數求得所述指向裝置的校正后坐標；及將所述校正后 坐標輸出到顯示器以進行顯示；其中，所述鈍化常數取決于所要輸出的速度靈敏度、所述指 向裝置的移動速度以及期望的濾波效果。總而言之，所述方法根據所述指向裝置的目前坐 標以及前一校正后的坐標進行平滑化處理，其平滑化效果有限。此外，若想要利用所述方 法累計更多先前信息以求獲得更佳的平滑化效果，則需耗費很大的存儲空間來記錄各種信 息，因而需要較高的存儲器成本。 有鑒于此，本發明另提出一種根據所累計的預定數目的位移信息來進行軌跡平滑 化的方法及使用所述方法的導航裝置。利用本發明的平滑化方法所形成的數字濾波器具有 較佳的平滑化效果，且僅需記錄累計至前一位移信息的狀態。由于所述累計位移信息已包 含先前位移量的各種信息，因而不需耗費大量存儲器資源逐一記錄各種位移信息，可降低 系統成本。

發明內容
本發明提供一種軌跡平滑方法及使用所述方法的位移估測裝置，其透過即時地處 理導航裝置所估測的位移信息，來提升所述導航裝置操控性。 本發明提供一種軌跡平滑方法及使用所述方法的導航裝置，由于僅需記錄累計至 前一輸出的位移信息而不需逐一記錄所有位移信息，可有效降低存儲器需求。
本發明提供一種軌跡平滑化方法，其根據先前輸出的預定數目的平滑化位移處理 最新估測的位移。所述軌跡平滑化方法包括下列步驟累計先前輸出的預定數目的平滑化 位移以形成第一累計位移并記錄前一輸出的平滑化位移；估測最新位移；將所述第一累計位移減去所述前一輸出的平滑化位移并加上所述最新位移以形成第二累計位移；將所述第 二累計位移除以預定正整數以形成最新平滑化位移；將所述最新平滑化位移累計至所述第 一累計位移中并更新所述前一輸出的平滑化位移；及將所述最新平滑化位移傳輸到圖像顯 不器。 根據本發明的另一特點，本發明另提供一種軌跡平滑化方法，其根據先前輸出的 預定數目的平滑化位移處理最新估測的位移。所述軌跡平滑化方法包括下列步驟累計先 前輸出的預定數目的平滑化位移以形成累計位移并記錄前一輸出的平滑化位移；估測最 新位移；根據所述累計位移、所述前一輸出的平滑化位移及所述最新位移形成數字濾波器； 利用所述數字濾波器處理所述最新位移以產生最新平滑化位移；將所述最新平滑化位移累 計至所述累計位移中并更新所述前一輸出的平滑化位移；及將所述最新平滑化位移傳輸到 圖像顯示器。 根據本發明的另一特點，本發明再提供一種導航裝置，其利用數字濾波器進行軌 跡平滑化。所述導航裝置包含圖像感測單元、處理單元、存儲單元以及傳輸接口單元。所述 圖像感測單元用來采集圖像以產生最新數字化位移。所述處理單元根據先前輸出的預定數 目的平滑化位移的累計位移、前一輸出的平滑化位移及所述最新數字化位移來形成所述數 字濾波器，并利用所述數字濾波器將所述最新數字化位移處理成最新平滑化位移。所述存 儲單元存儲所述累計位移、所述前一輸出的平滑化位移及所述最新數字化位移。所述傳輸 接口單元將所述最新平滑化位移傳輸到圖像顯示器。 本發明的軌跡平滑化方法及使用所述方法的導航裝置利用先前輸出的預定數目 的平滑化位移的累計信息作為平滑化處理的依據，具有較佳的平滑化效果及較低的存儲器 需求。所述導航裝置例如可為鼠標或指標裝置，用以相對控制圖像顯示器上的光標或指向 指標的移動。此外，本發明的位移信息的一種實施例包括橫向位移及縱向位移。另一種實 施例中，位移信息系包括距離變化及角度變化。



X 橫向位移 Y 縱向位移 r 距離變化 9 角度變化
具體實施例方式
為了讓本發明的上述和其他目的、特征及優點能更明顯，下文特舉本發明實施例， 并配合附圖，作詳細說明如下。 請參照圖1所示，其顯示根據本發明實施例的導航裝置10的應用示意圖，包含導 航裝置10及圖像顯示器90。應該了解的是，圖l僅顯示用以說明本發明的元件，并省略了 其他元件。所述導航裝置10的實施例包括鼠標及指向裝置(pointing device)。所述導航 裝置10通過無線方式或電的方式耦接所述圖像顯示器90。所述圖像顯示器90例如是，但 并不限于，電視、投影機屏幕、電腦屏幕及游戲機屏幕等，用來控制在所述圖像顯示器90的 屏幕上顯示的光標或指向指標91的移動。在本發明中，所述導航裝置IO用來采集多個數 字圖像并求出圖像間的數字化位移，并利用數字濾波器101(在后面詳述)處理所述數字化 位移以形成平滑化位移，其將被傳輸到所述圖像顯示器90。可以了解的是，所述圖像顯示器 90最好包含坐標處理單元(coordinate processing unit)，用來將所述平滑化位移與所述 光標91的坐標結合。這樣，所述光標91可根據所述平滑化位移在所述圖像顯示器90的屏 幕上進行平滑的移動。 請參照圖2a及2b所示，其分別顯示本發明一個實施例的導航裝置10的示意圖及 框圖。在此實施例中，所述導航裝置10用鼠標表示，并設置于表面S(例如桌面或鼠標墊表 面)供使用者(未圖示)操控。所述導航裝置10包括光源11、圖像感測單元12、處理單元 13、存儲單元14及傳輸接口單元15，其中所述數字濾波器101可設置在所述處理單元13 內。 所述光源11的實施例包括發光二極管及激光二極管，用來照明所述表面S以提供 所述圖像感測單元12采集圖像時所需的光。所述圖像感測單元12的實施例包括，但不限 于，電荷耦合裝置(CCD)圖像感測器及互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像感測器，用來采 集自該表面S的反射光以形成數字圖像，并計算所述導航裝置10相對于所述表面S的數字 化位移。例如，但不限于，根據數字圖像間的相關性(correlation)計算所述數字化位移， 其中所述數字化位移是未經過平滑化處理的數字化位移。所述處理單元13內設置所述數 字濾波器IOI，來自所述圖像感測單元10的數字化位移經過所述數字濾波器101 (在后面詳 述)后將被形成平滑化位移并存儲于所述存儲單元14中。此外，所述處理單元13根據權 重比例累計所述數字濾波器101所輸出的平滑化位移并將其存儲于所述存儲單元14中，其 中所述權重比例，例如可設定為越晚產生的平滑化位移具有越大的權重比例，而越早產生 的平滑化位移具有越小的權重比例。此外，所欲累積的平滑化位移的個數可根據實際需求 而設定，不同的累計個數可得到不同的平滑化效果。所述處理單元13系可內建于鼠標IC 中，或為獨立于鼠標IC的處理單元。 所述傳輸接口單元15則將所述數字濾波器101目前所輸出的平滑化位移傳輸到 所述圖像顯示器90。此外，所述導航裝置IO內可以還包含至少一透鏡或透鏡組，所述透鏡 或透鏡組設置于所述光源11和/或所述圖像感測單元12的前方，以進行光路的調整。可 以了解的是，在其他實施例中，例如當所述導航裝置10為指向裝置而非鼠標時，所述光源11可被省略，且此時所述導航裝置10并不需要設置于所述表面S，而可供使用者握持以進 行操控。 請參照圖3所示，其顯示本發明實施例的軌跡平滑化方法的流程圖，包括下列步 驟累計先前輸出的平滑化位移，并記錄前一輸出的平滑化位移(步驟210);估測最新位移 (步驟220);處理所述最新位移以產生最新平滑化位移(步驟230);將所述最新平滑化位 移累計至先前輸出的平滑化位移，并更新所述前一輸出的平滑化位移(步驟240);以及輸 出所述最新平滑化位移(步驟250)。接著說明本發明實施例的軌跡平滑化方法的詳細實施 方式。 請再參照圖1-3，所述導航裝置10用預定報告率(r印ort rate)，例如125Hz或 500Hz，傳輸所輸出的平滑化位移到所述圖像顯示器90。首先，所述導航裝置10的處理單元 13累計先前輸出的預定數目的平滑化位移并記錄前一輸出的平滑化位移，并將它們存儲于 所述存儲單元14中，其中當所述導航裝置10從靜止開始移動時，所述累計的平滑化位移以 及所述前一輸出的平滑化位移均為0(步驟210)。接著，所述導航裝置IO估測最新位移，其 為數字化且未經平滑化處理的位移(步驟220)，其中估測所述最新位移的方式可利用公知 技術的估測方式，例如利用圖像間的相關性(correlation)進行估測。
將所述最新位移輸入到所述數字濾波器101進行平滑化處理，且所述數字濾波器 101通過下列過程所形成， <formula>formula see original document page 7</formula>式(1)
<formula>formula see original document page 7</formula> 式(2)
<formula>formula see original document page 7</formula> 式(3) 其中，S[n-l]表示所累計的先前輸出的預定數目的平滑化位移；P[n-l]表示前一 輸出的平滑化位移；D[n]表示所估測的最新位移；D' [n]表示所述最新位移經過所述數字 濾波器101處理后所求得的最新平滑化位移。將式(1)及(2)整理后可求得，
<formula>formula see original document page 7</formula> 式(4) 其中，"X "表示乘號。將式(4)進行Z轉換(Z-transform)后可求得所述數字濾 波器101的轉移函數(transfer function)為，
<formula>formula see original document page 7</formula>式(5) 其中，N為正整數，且N的一種實施例為2，但并不限于此。因此，當所述最新位移 D[n]輸入所述數字濾波器101后，則可得到最新平滑化位移D' [n](步驟230)。同時，根 據式(1)至式(3)可知，本發明的軌跡平滑化方法僅需記錄先前輸出的預定數目的平滑化 位移S[n-l]的累計值以及前一輸出的平滑化位移P[n-l]，而不需記錄每一個輸出的位移 量，可有效減少存儲空間需求；而且，由于先前輸出的平滑化位移S[n-l]包含多個先前位 移量的信息，可具有較佳的平滑化效果。必須了解的是，所需累計的先前輸出的平滑化位 移S[n-l]的個數可根據實際應用決定，且每一先前輸出的平滑化位移可對應不同的權重 (weighting)比例進行累計，以求獲得更佳的平滑化效果。 接著，將所述最新平滑化位移D' [n]累計至先前輸出的預定數目的平滑化位移 中，并將所述前一輸出的平滑化位移更新為最新平滑化位移D' [n](步驟240)。最后，所述 導航裝置10通過所述傳輸接口單元15將所述最新平滑化位移D' [n]輸出到所述圖像顯示 器90 (步驟250)，以進行相對應的控制。
圖4顯示本發明實施例的數字濾波器的頻率響應，其是根據式(5)的轉移函數所 求得，其中縱軸表示頻率響應值，橫軸表示歸一化頻率。根據圖4所示，本發明的數字濾波 器為低通濾波器，可將高頻進行濾除以獲得平滑化位移。于本實施例中，低頻成分指所述圖 像感測單元所得的數字位移量中數值較小的部分，高頻成本則為數字位移量中數值較大的 部分。由于本發明的數字濾波器包含先前輸出的多個平滑化位移信息，具有較佳的平滑化 效果。 請參照圖5a及5b所示，其顯示本發明實施例的軌跡平滑化方法中，位移表示方式 的二種實施例。第5a圖顯示直角坐標系，此時位移D包含橫向位移X及縱向位移Y，即式 (1)包含下列兩個公式， Sx[n] = Sx[n-1]-Px[n-1]+X[n] 式(6)
SY[n] = SY[n-l]-PY[n_l]+Y[n]式(7) 同理，式(2)至式(4)也分別包含橫向及縱向部分，于此不再贅述。圖5b顯示圓 柱坐標系，此時位移D包含距離變化r及角度變化e ，也即式(1)包含下列兩個公式，
Sr[n] = Sr[n-l]-Pr[n_l]+r[n]式(8)
Se [n] = Se [n-l]-Pe [n_l]+ e [n]式(9) 同理，式(2)至式(4)也分別包含距離及角度部分，于此不再贅述。 綜上所述，由于公知軌跡平滑方法僅利用最新位移信息及前一位移信息形成數字
濾波器，具有平滑效果較差且需要較大存儲空間才能改善平滑化效果的問題。本發明提出
一種軌跡平滑化方法(圖3)，其利用累計預定數目的平滑化位移信息以及最新位移信息以
形成數字濾波器，具有較佳的平滑化效果和較低的存儲空間需求。此外，本發明的平滑化效
果可根據累計的平滑化位移信息數目進行微調，具有較佳的實用性。 雖然本發明已經用前述優選實施例公開，然而上述公開并非用以限定本發明，任 何本發明所屬技術領域中的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可做出各種更 動與修改。因此本發明的保護范圍應當根據附加的權利要求所述的范圍為準。
權利要求
一種軌跡平滑化方法，用于根據先前輸出的預定數目的平滑化位移處理最新估測的位移，所述軌跡平滑化方法包括下列步驟累計先前輸出的預定數目的平滑化位移以形成第一累計位移，并記錄前一輸出的平滑化位移；估測最新位移；將所述第一累計位移減去所述前一輸出的平滑化位移，并加上所述最新位移以形成第二累計位移；以及將所述第二累計位移除以預定正整數以形成最新平滑化位移。
2. 根據權利要求1所述的軌跡平滑化方法，其中所述第一累計位移、所述第二累計位 移、所述最新位移、所述前一輸出的平滑化位移以及所述最新平滑化位移包括橫向位移和 縱向位移。
3. 根據權利要求1所述的軌跡平滑化方法，其中所述第一累計位移、所述第二累計位 移、所述最新位移、所述前一輸出的平滑化位移以及所述最新平滑化位移包括距離變化和 角度變化。
4. 根據權利要求1所述的軌跡平滑化方法，其中在所述累計先前輸出的預定數目的平 滑化位移的步驟中，利用權重比例累計先前輸出的預定數目的平滑化位移。
5. 根據權利要求4所述的軌跡平滑化方法，其中所述權重比例設定為越晚輸出的平滑 化位移具有越大的權重比例。
6. 根據權利要求1所述的軌跡平滑化方法，該方法還包括下列步驟將所述最新平滑 化位移累計至所述第一累計位移中并更新所述前一輸出的平滑化位移。
7. 根據權利要求1所述的軌跡平滑化方法，該方法還包括下列步驟將所述最新平滑 化位移傳輸到圖像顯示器。
8. 根據權利要求1所述的軌跡平滑化方法，其中所述預定正整數為2。
9. 一種軌跡平滑化方法，用于根據先前輸出的預定數目的平滑化位移處理最新估測的 位移，所述軌跡平滑化方法包括下列步驟累計先前輸出的預定數目的平滑化位移以形成累計位移，并記錄前一輸出的平滑化位移；估測最新位移；根據所述累計位移、所述前一輸出的平滑化位移以及所述最新位移形成數字濾波器；以及利用所述數字濾波器處理所述最新位移以產生最新平滑化位移。
10. 根據權利要求9所述的軌跡平滑化方法，其中所述累計位移、所述前一輸出的平滑 化位移、所述最新位移以及所述最新平滑化位移包括橫向位移和縱向位移。
11. 根據權利要求9所述的軌跡平滑化方法，其中所述累計位移、所述前一輸出的平滑 化位移、所述最新位移以及所述最新平滑化位移包括距離變化和角度變化。
12. 根據權利要求9所述的軌跡平滑化方法，其中在所述累計先前輸出的預定數目的 平滑化位移的步驟中，利用權重比例累計先前輸出的預定數目的平滑化位移。
13. 根據權利要求12所述的軌跡平滑化方法，其中所述權重比例設定為越晚輸出的平 滑化位移具有越大的權重比例。
14. 根據權利要求9所述的軌跡平滑化方法，該方法還包括下列步驟將所述最新平滑 化位移累計至所述累計位移中，并更新所述前一輸出的平滑化位移。
15. 根據權利要求9所述的軌跡平滑化方法，該方法還包括下列步驟將所述最新平滑 化位移傳輸到圖像顯示器。
16. —種導航裝置，用于利用數字濾波器進行軌跡平滑化，所述導航裝置包括 圖像感測單元，用以采集圖像以產生最新數字化位移；處理單元，根據先前輸出的預定數目的平滑化位移的累計位移、前一輸出的平滑化位 移以及所述最新數字化位移以形成所述數字濾波器，并利用所述數字濾波器將所述最新數 字化位移處理成最新平滑化位移；以及存儲單元，存儲所述累計位移、所述前一輸出的平滑化位移以及所述最新數字化位移。
17. 根據權利要求16所述的導航裝置，該導航裝置為鼠標或指標裝置。
18. 根據權利要求17所述的導航裝置，其中當所述導航裝置為鼠標時，所述處理單元 集成于鼠標IC中。
19. 根據權利要求16所述的導航裝置，該導航裝置還包括傳輸接口單元，用于將所述 最新平滑化位移傳輸到圖像顯示器。
20. 根據權利要求16所述的導航裝置，其中所述最新平滑化位移等于所述累計位移減 去所述前一輸出的平滑化位移并加上所述最新數字化位移后所得數值再除以一正整數。
21. 根據權利要求16所述的導航裝置，其中所述處理單元根據權重比例累計先前輸出 的預定數目的平滑化位移以產生所述累計位移。
22. 根據權利要求21所述的導航裝置，其中所述權重比例設定為越晚輸出的平滑化位 移具有越大的權重比例。
全文摘要
一種軌跡平滑化方法，根據先前輸出的預定數目的平滑化位移處理最新估測的位移，所述軌跡平滑化方法包括下列步驟累計先前輸出的預定數目的平滑化位移以形成累計位移并記錄前一輸出的平滑化位移；估測最新位移；根據所述累計位移、所述前一輸出的平滑化位移及所述最新位移形成數字濾波器；利用所述數字濾波器處理所述最新位移以產生最新平滑化位移；以及將所述最新平滑化位移傳輸到圖像顯示器。本發明還提供一種具有平滑軌跡的導航裝置。
文檔編號G06F3/038GK101739158SQ20081018070
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月24日 優先權日2008年11月24日
發明者蘇宗敏, 趙子毅, 陳信嘉 申請人:原相科技股份有限公司