导航系统和导航方法

xiaoxiao2020-7-23  8

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专利名称:导航系统和导航方法
技术领域
本发明涉及导航系统和导航方法,更具体地说,涉及能基于光鼠标的运动速度改变输入帧选择周期的导航系统和导航方法,其中通过将当前输入帧中的所有象素与基准帧中的所有象素比较来执行象素映射。
在U.S.专利No.5,664,139中公开了常规的导航方法,是颁发给Super Lock et a1.的,标题为“METHOD AND A COMPUTER SYSTEMFOR ALLOCATING AMD MAPPING FRAME BUFFERS INTOEXPENDED MEMORY”。参考图2,下面将描述用于获得当前输入帧和基准帧间的相关值的常规的象素映射方法。
首先,获得基准帧数据,然后获得当前输入帧数据。接着,计算基准帧数据和当前输入帧数据间的相关值。将基准帧上的每个象素与当前输入帧上相应的象素以及相应象素周围的8个象素进行比较,并确定当前输入帧是否从基准帧移动了一个象素。因此,在当前输入帧从基准帧移动了一个象素的情况下,获得相对于该运动的位移。然后,通过将旧的基准帧移动到匹配的象素来重新设置基准帧。由于将常规的象素映射作为目标来检测在九个方向中一个象素内的运动或位移,如果在一个采样周期中光鼠标移动超过一个象素,光鼠标不能跟踪光鼠标的运动,从而生成误差。为防止这种运动跟踪误差,通过增加输入帧的采样速度来实现运动检测。然而,对增加光鼠标的光速有限制。该常规方法在额外的功耗和噪音增加方面很不利。
另外,常规的方法不利之处在于常规的导航系统消耗大量能源并导致大的噪音,因为即使改变光鼠标的运动速度,输入帧选择周期还是保持不变。
本发明的实施例的特征是提供能基于光鼠标的运动速度改变输入帧选择周期的导航系统和导航方法。
本发明的实施例的特征是提供消耗少量能源而且具有良好的噪音降低特征的导航系统。
根据本发明的一个方面,提供导航方法,包括步骤顺序地提供包含导航信息的帧并生成与光传感器的位置一致的电信号、将第一帧存储到基准帧存储器中作为基准帧,将第一帧后的输入帧存储到输入帧存储器中作为当前输入帧、在基准帧上设置具有预定大小的掩膜窗(mask window)、通过全搜索比较方法,通过逐个象素移动输入帧上的掩膜窗,获得输入帧上所有象素的相关值、计算具有所有象素的最大相关值的象素的X轴和Y轴位移以及使用存储在输入帧存储器中的当前输入帧更新基准帧。
根据本发明的另一方面,提供导航方法,包括步骤顺序地提供包含导航信息的帧,并生成表示光传感器的位置的电信号、将第一帧存储到基准帧存储器中作为基准帧、将第一帧后的输入帧存储到输入帧存储器中作为当前输入帧、在基准帧上设置具有预定大小的掩膜窗、通过相对于整个输入帧的全搜索比较方法,逐帧移动输入帧上的掩膜窗,获得相关值、计算关于具有最大相关值的象素的X轴和Y轴位移、确定光传感器的运动速度以及基于光传感器的运动速度选择输入帧选择周期以及使用存储在输入帧存储器中的当前输入帧更新基准帧。
根据本发明的另一方面,提供导航系统,包括用于接收在工作台的表面上反射的光束的光传感器、A/D转换器,用于从光传感器接收模拟信号以及将模拟信号转换成数字信号、输入帧存储器,用于存储为A/D转换器的输出的图象数据、基准帧存储器,用于在从输入帧存储器接收在前输入帧后,将存储在输入帧存储器中的在前输入帧存储为基准帧、处理器,用于相对于基准帧,设置掩膜窗、相对于存储在输入帧存储器中的输入帧,控制整个搜索窗、分别从输入帧存储器和基准帧存储器接收当前输入帧数据和基准帧数据以及通过将基准帧数据和当前输入帧数据进行比较,获得基准帧数据和当前输入帧数据间的相关值、以及位移检测电路,用于通过接收处理器的输出,检测位移值。
根据本发明的另一方面,提供导航系统,包括光传感器,用于接收在工作台的表面上反射的光束、A/D转换器,用于从光传感器接收模拟信号并将模拟信号转换成数字信号、输入帧存储器,用于存储为A/D转换器的输出的图象数据、基准帧存储器,用于在从输入帧存储器接收在前输入帧后,将在输入帧存储器中存储的在前输入帧存储为基准帧、处理器,用于相对于基准帧设置掩膜窗、相对于存储在输入帧存储器中的输入帧,控制整个搜索窗、分别从输入帧存储器和基准帧存储器接收当前输入帧数据和基准帧数据,以及通过将基准帧数据与当前输入帧数据比较获得基准帧数据和当前输入帧数据的相关值、位移检测电路,用于通过接收处理器的输出,检测位移值,以及采样控制电路,用于检测输入帧选择周期并将其传送给输入帧存储器。
在下文中,通过参考附图描述本发明的优选实施例来详细地描述本发明。整个附图中,相同的参考数字表示相同的元件。
图3描述用于获得基准帧和当前输入帧间的相关值的象素映射方法。
通过将当前输入帧上的象素与后来的输入帧上的象素进行比较来检测光鼠标的运动,其中以预定间隔时间输入输入帧。前输入帧用作基准帧并在基准帧部分设置掩膜窗。然后,将掩膜窗与后来的输入帧进行比较。同时,执行全搜索比较。即,掩膜窗上的每个象素不仅与最邻近的象素逐个象素进行比较,而且掩膜窗将基准帧上的所有象素与后来的输入帧上的所有象素进行比较。例如,参考图3,在前输入帧(基准帧)包括12×12象素,并且在包含12×12象素的基准帧部分上设置包含4×4象素的掩膜窗。掩膜窗在包含12×12象素的当前输入帧上进行逐个象素的移动,并以全搜索比较的方式与当前输入帧进行比较以获得相关值。即,首先,将基准帧上的掩膜窗与当前输入帧或采样帧上的第一区域进行比较,并获得第一相关值。然后,将在基准帧上的掩膜窗与当前输入帧上的第二区域进行比较,并获得第二相关值。重复这种比较直到将基准帧上的掩膜窗与当前输入帧上的最后区域N比较完为止。然后,相对于相关值最大的位置,生成X轴和Y轴位移。位移的范围是从当光鼠标从未移动时获得的(0,0)到当光鼠标移动很远时获得的(n,n)。最大位移“n”是由基准帧上的掩膜窗和输入帧的整个搜索窗的大小确定的,并用等式n=(整个搜索窗的大小-掩膜窗的大小)/2表示。将获得的表示光鼠标的移动距离的位移传送给计算机系统中的控制器并用作计算机屏幕上的光标的运动值。
图4描述当设置搜索区时用于获得当前输入帧和基准帧间的相关值的象素映射方法。在图4中,在获得采样帧(当前输入帧)和基准帧上的掩膜窗间的相关值中,不是在整个采样帧上执行全搜索比较,而是在采样帧的一部分上执行。从最新设置的采样帧的全搜索窗当中,将第一区域与基准帧进行比较,并获得第一相关值。接着,将采样帧的第二区域与基准帧进行比较并获得第二相关值。重复这种比较直到将最后一个区域M与基准帧比较并获得最后一个相关值为止。然而,在光倾斜或光没有入射到一个侧面的情况下,或其外围区域上检测到采样帧的情况下,相对于采样帧的外围区域的相关值是不正确的。因此,在这些情况下,通过使用图4中所示的导航方法删除采样帧的预定部分来检测光鼠标的运动。
图5描述在基准帧的初始掩膜窗具有缺陷的情况下改变掩膜窗的方法。当初始掩膜窗具有有缺陷的象素时,通过在基准帧上的方向中位移初始掩膜窗,或降低掩膜窗的大小以将有缺陷的象素排除在初始掩膜窗之外来设置不同于初始掩膜窗的掩膜窗。
图6描述改变输入帧选择频率的状态图。光鼠标的运动检测是由基准帧和输入帧间的相关值来确定的。输出帧不是固定为一次性设置。当光鼠标移动时,连续输入图象帧,因此,使用在前输入帧连续更新基准帧。基准帧的更新是在当光鼠标移动时,通过接收当前输入帧和用当前输入帧代替旧基准帧来实现的。基准帧的更新并不是无论何时检测到光鼠标运动就执行,而是以规则的时间间隔,即基于采样周期执行。采样周期是根据光鼠标的运动速度,即X轴和Y轴的位移值来改变。
在状态S/1,如果确定光鼠标的运动慢于在前状态,降低输入帧选择周期并将状态S/1改变到状态S/4。在状态S/4,如果光鼠标的运动仍然很慢,将状态S/4改变到状态S/16。在状态S/4,如果光鼠标的运动快于在前状态S/1,则将状态S/4改变到S/1状态,其中缩短采样周期。另外,在状态S/16,如果光鼠标的运动变得更快,那么将状态S/16改变到状态S/4。另外,在状态S/16,如果光鼠标的运动变得更快,则将状态S/16改变到状态S/4,最后达到状态S/1。然而,在状态S/16,光鼠标的运动既不快也不慢,保持状态S/16。
图7是用于解释用于确定输入帧的采样选择,即基准帧更新周期的方法的时序图。如图4所示,在状态S/4的采样选择周期是状态S/1的四倍,并且在状态S/16的采样周期是状态S/4的四倍。
在采样周期期间,光传感器以预定时间间隔接收输入帧数据。因此,如果光传感器运动很快,在S/1状态采样周期更新基准帧。另外,如果光传感器的运动变得慢,在S/4状态采样周期更新基准帧。另外,光传感器移动特别慢,在S/16状态采样周期更新基准帧。另一方面,当光传感器以预定周期的采样周期操作时,可能引起运动误差。因此,为降低光传感器的这种运动误差,必须另外获得输入帧数据。如图7所示,需要另外的周期的脉冲来获得这种另外的输入帧数据。
如上所述,如果输入帧选择周期改变,根据光传感器的运动,帧频也改变。因此,即使光传感器反复地移动慢或快,也能精确地检测光传感器的这种运动。
图8描述表示导航方法的流程图。
参考图8,在步骤S1期间,将在初始阶段生成的第一图象帧存储在基准帧存储器中作为基准帧。在步骤S2期间,将后来的输入帧连续地存储在输入帧存储器中。在步骤S3期间,在基准帧上设置具有预定大小的掩膜窗。在步骤S4期间,为全搜索比较,在输入帧上逐个象素地移动掩膜窗并且获得相对于每个象素的相关值。在步骤S5期间,在相关值最大的位置,获得X轴和Y轴位移以及在步骤S6期间,输出位移值。接着,在步骤S7期间,确定光传感器的运动是快还是慢以及通过监控在前输入帧的采样周期来控制采样周期。在步骤S8期间,使用输入帧更新基准帧。
图9是根据本发明的一个实施例的导航系统的框图。参考图9,导航系统包括接收在工作台(未示出)的表面上反射的光束的光传感器91、以及A/D转换器92,用于将模拟信号转换成数字信号、输入帧存储器94。用于存储作为A/D转换器92的输出的图象数据、基准帧存储器93,用于接收和存储存储在输入帧存储器94中的在前输入帧数据、处理器95,用于相对于存储在基准帧存储器93中的基准帧设置掩膜窗,相对于存储在输入帧存储器94中的输入帧控制整个搜索窗,分别从基准帧存储器93和输入帧存储器94接收基准帧数据和输入帧数据,并通过将基准帧数据与输入帧数据比较计算它们的相关值、以及位移检测电路96,用于通过接收处理器95的输出,检测位移值DOUT。
下面将描述如图9中所示的导航系统的操作。
将从光电二极管(未示出)发出的光束入射到工作台(未示出)上,并在工作台的表面上反射。通过透镜(未示出),将反射光束输入到光传感器91。光传感器91将图象数据传送给A/D转换器94,并将图象数据转换成数字信号。然后将数字信号保存在输入帧存储器94中作为当前输入帧数据,然后将保存在输入帧存储器中的当前输入帧数据传送给基准帧存储器93并保存在基准帧存储器93中作为基准帧数据。使用存储在输入帧存储器94中的当前输入帧,连续更新存储在基准帧存储器93中的基准帧数据。处理器95从基准帧存储器93接收基准帧数据,从输入帧存储器94接收当前输入帧,并将基准帧数据与当前输入帧数据进行比较,并获得它们的相关值。处理器95在存储于基准帧存储器93中的基准帧上设置掩膜窗并控制存储于输入帧存储器94中的输入帧上的整个搜索窗。位移检测电路96从处理器95接收相关值,检测X轴和Y轴位移并将它们传送给计算机系统中的控制器,以便通过计算机屏幕上的位移移动光标。


图10是根据本发明的另一实施例的导航系统的框图。参考图10,导航系统包括光传感器101、A/D转换器102,用于将模块信号转换成数字信号、输入帧存储器104,用于存储从A/D转换器102输出的图象数据、基准帧存储器103,用于存储存储于输入帧存储器104中的在前输入帧数据、处理器105,用于相对于存储于基准帧存储器103中的基准帧,设置掩膜窗,相对于存储于输入帧存储器104中的输入帧,控制整个搜索窗,分别从基准帧存储器103和输入帧存储器104接收基准帧数据和输入帧数据,以及通过将基准帧数据与输入帧数据比较来获得相关值、位移检测电路106,用于通过接收处理器105的输出检测位移,以及控制器107,用于确定输入帧选择周期。
下面将描述图10所示的导航系统的操作。
将从光电二极管(未示出)发出的光束入射到工作台(未示出)上,并在工作台的表面上反射。通过透镜(未示出),将反射光束输入到光传感器101。光传感器101将模拟图象数据传送给A/D转换器104,并将模拟图象数据转换成数字信号图象数据。然后将数字信号图象数据保存在输入帧存储器104中作为输入帧数据,然后将保存在输入帧存储器中的输入帧数据传送给基准帧存储器103并保存在基准帧存储器103中作为基准帧数据。使用输入帧存储器104中的当前输入帧数据,连续更新基准帧存储器103中的基准帧数据。处理器105从基准帧存储器103接收基准帧数据,从输入帧存储器104接收当前输入帧,并将基准帧数据与当前输入帧数据进行比较,并计算相关值。处理器105相对于在存储于基准帧存储器103中的基准帧设置掩膜窗并相对于存储于输入帧存储器104中的输入帧,控制整个搜索窗。位移检测电路106从处理器105接收相关值,检测X轴和Y轴位移并将它们传送给计算机系统中的控制器,以便通过计算机屏幕上的位移移动光标。采样控制电路107检测光鼠标移动快还是慢,并基于光鼠标的运动速度确定输入帧选择周期,同时监视在前输入帧的选择周期。
在此公开了本发明的优选实施例,尽管采用了特殊的术语,但仅是在一般的或描述性的意义上使用和解释它们,并不是为了限定目的。因此,本领域的普通技术人员将可以理解,在不脱离由下述的权利要求所阐述的本发明的精神和范围内对本发明可做出形式和细节上的改变。
权利要求
1.一种导航方法,包括步骤顺序地提供包含导航信息的帧并生成对应于光传感器的位置的电信号;将第一帧存储到基准帧存储器中作为基准帧;将第一帧后的输入帧存储到输入帧存储器中作为当前输入帧;在基准帧上设置具有预定大小的掩膜窗;通过全搜索比较方法,通过逐个象素移动输入帧上的掩膜窗,获得输入帧上所有象素的相关值;计算具有所有象素的最大相关值的象素的X轴和Y轴位移;以及使用存储在输入帧存储器中的当前输入帧更新基准帧。
2.如权利要求1所述的导航方法,其中获得相关值的步骤在输入帧中的预定区域上执行全搜索比较。
3.如权利要求1所述的导航方法,其中当初始掩膜窗具有缺陷时,改变掩膜窗。
4.导航方法包括步骤顺序地提供包含导航信息的帧,并生成表示光传感器的位置的电信号;将第一帧存储到基准帧存储器中作为基准帧;将第一帧后的输入帧存储到输入帧存储器中作为当前输入帧;在基准帧上设置具有预定大小的掩膜窗;通过相对于所有输入帧的全搜索比较方法,逐个象素移动输入帧上的掩膜窗,获得相关值;计算关于具有最大相关值的象素的X轴和Y轴位移;基于光传感器的运动速度,选择输入帧选择周期;以及使用存储在输入帧存储器中的当前输入帧更新基准帧。
5.如权利要求4所述的导航方法,其中选择输入帧选择周期的步骤当确定在当前状态的光传感器的运动速度慢于在前状态的运动速度时,增加输入帧选择周期,并且当确定在当前状态的光传感器的运动速度快于在前状态的运动速度时,降低输入帧选择周期。
6.如权利要求4所述的导航方法,其中选择输入帧选择周期的步骤通过考虑多个在前输入帧的运动量来选择输入帧选择周期。
7.如权利要求4所述的导航方法,其中选择输入帧选择周期的步骤当需要另外的输入帧时,生成用于降低光传感器的运动误差的另外的周期脉冲。
8.一种导航系统,包括光传感器,用于接收在工作台的表面上反射的光束;A/D转换器,用于从光传感器接收模拟信号以及将模拟信号转换成数字信号;输入帧存储器,用于在此存储作为A/D转换器的输出的图象数据;基准帧存储器,用于在从输入帧存储器接收在前输入帧后,将存储在输入帧存储器中的在前输入帧存储为基准帧;处理器,用于相对于基准帧设置掩膜窗,相对于存储在输入帧存储器中的输入帧,控制整个搜索窗,分别从输入帧存储器和基准帧存储器接收当前输入帧数据和基准帧数据,以及通过将基准帧数据和当前输入帧数据进行比较,获得基准帧数据和当前输入帧数据间的相关值;以及位移检测电路,用于通过接收处理器的输出,检测位移值。
9.如权利要求8所述的导航系统,还包括采样控制电路,用于确定并将输入帧选择周期传送到输入帧存储器。
全文摘要
公开了导航系统和导航方法,其中航方法包括步骤顺序地提供包含导航信息的图象帧并生成对应于光传感器位置的电信号、将第一图象帧存储到基准帧存储器中作为基准帧、将第一图象帧后的输入图象帧存储到输入图象帧存储器中作为当前输入帧、在基准帧上设置具有预定大小的掩膜窗、通过全搜索比较方法,通过逐个象素移动输入图象帧上的掩膜窗,获得输入帧上所有象素的相关值、计算具有所有象素的最大相关值的象素的X轴和Y轴位移并且使用存储在输入帧存储器中的当前输入帧更新基准帧。根据本发明的导航系统和导航方法可根据光鼠标的运动速度改变输入帧选择周期,以便即使当光鼠标运动快时,也有可能检测光鼠标的运动而不改变光传感器的采样速度。另外,根据本发明的导航系统和导航方法与常规的导航系统和方法相比消耗较少的能源,并降低光鼠标中存在的噪音。
文档编号G06F12/00GK1461993SQ0311015
公开日2003年12月17日 申请日期2003年4月14日 优先权日2002年4月12日
发明者李芳远, 郭钟择 申请人:三星电机株式会社, 艾勒博科技股份有限公司

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