TWI382331B - 投影效應校準方法 - Google Patents

Description

投影效應校準方法

本發明係關於一種投影效應校準方法，特別是關於可偵測並修正因物平面與光學導覽系統之像平面不平行所造成之投影效應的投影效應校準方法。

請參閱圖一。圖一係繪示光學滑鼠1之光學機構的示意圖。如圖一所示，光學滑鼠1之光學機構包含發光模組10以及感測器12。感測器12可以是一種影像感測器(image sensor)。感測器12上具有像平面(image plane)120。光學滑鼠1係於一物體2之物平面(object plane)20上操作。物平面20上具有物平面20法線。發光模組10所發射之光線以入射角θ i(亦即，入射之光線與物平面20法線之間的夾角)照射在物平面20上。感測器12在反射角θ r(亦即，經反射之光線與物平面20法線之間的夾角)方向上接收從物平面20反射而來之反射光或散射光。其中，反射角θ r與入射角θ i可以相等(亦即，鏡射)以讓感測器12接收經反射之光線的能量。或者，反射角θ r與入射角θ i也可以不相等以讓感測器12接收經散射之光線的能量。若像平面120與經反射之光線的方向垂直但是不平行於物平面20(意即，經反射之光線與物平面20之間具有夾角θ s)，則如此之配置可以讓感測器12獲得較佳的光訊號強度，進而能控制發光模組10之輸出來減少功率之消耗。藉此，可以使得光學滑鼠1達到省電之效果。

在感測器12擷取到影像之後，會將影像訊號傳送到一般的影像處理器(image processor)進行處理。影像處理器可以 是集成電路、專用積體電路(Application－Specific Integrated Circuit,ASIC)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)或是一般的中央處理器(Central Processing Unit,CPU)。在收到影像訊號之後，影像處理器便即時地做關聯比對處理，並計算出位移資訊(例如，x方向上的位移△x以及y方向上的位移△y)。藉由這些位移資訊，個人電腦即可控制滑鼠鼠標並移動到相對之位置。

然而，當上述光學機構之感測器12上的像平面120與物體2之物平面20不平行，並且物平面20與光學機構有相對運動時，在物平面20上之位移量會在像平面120上發生投影現象。請參閱圖二。圖二係繪示圖一中之物平面20與像平面120之間之投影效應的示意圖。如圖二所示，第一方向A1係位於物平面20上並與經反射之光線垂直。第二方向A2係在物平面20上並與第一方向A1垂直。當物平面20與光學機構在第一方向A1上產生位移量為d時，由於像平面120與第一方向A1平行，因此經反射之光線在像平面120上對應至物平面20之第一方向A1上的位移量也會為d。但是，當物平面20與光學機構在第二方向A2上產生位移量為d時，由於像平面120與物平面20之間具有夾角θ s，因此經反射之光線在像平面120上對應至物平面20之第二方向A2上的位移量會產生投影效果(projection effect)，進而使得經反射之光線在像平面120上對應至物平面20上之第二方向A2的位移量會變成dsin θ s，而非d。換句話說，在物平面20上第一方向A1上與第二方向A2上之位移量比例為1：1，但在向平面上對應至物平面20上之第一方向A1上與第二方向A2上之位移量卻為1：sin θ s。像平面120與物平面20不平行所造成之投影效應，會使得光學滑鼠1的定位軌跡失真。例如，當光學滑鼠1在物平面20上做圓形軌跡運動時，在像平面120上可能會定位成橢圓形軌跡；當光學滑鼠1在物平 面20上做正方形軌跡運動時，在像平面120上可能會定位成長方形軌跡。

因此，本發明之主要範疇在於提供一種投影效應校準方法，其係可偵測並修正因物平面與光學導覽系統之像平面不平行所造成之投影效應。並且，本發明之投影效應校準方法可應用於如光學滑鼠、光學筆或光學定位系統等光學導覽系統之調教或修正上。藉此，即可解決投影效應所造成之定位失真的問題，進而能提昇光學導覽系統之定位精準度並增加應用之價值。

本發明之一範疇在於提供一種投影效應校準方法。投影效應校準方法可應用於光學導覽系統中。光學導覽系統具有發光模組以及感測器。發光模組所產生之光線係經由物平面反射至感測器。投影效應校準方法包含下列步驟。首先，根據本發明之投影效應校準方法，使光學導覽系統相對物平面沿預定軌跡移動。接著，根據本發明之投影效應校準方法，藉由感測器感測軌跡，進而獲得投影軌跡。隨後，根據本發明之投影效應校準方法，根據經反射之光線與物平面之間之夾角計算投影效應值。最後，根據本發明之投影效應校準方法，以投影效應值校正投影軌跡，進而獲得與軌跡等比例之校正軌跡。

本發明之另一範疇在於提供另一種投影效應校準方法。投影效應校準方法同樣可應用於光學導覽系統中。光學導覽系統具有發光模組以及感測器。發光模組所產生之光線係經由物平面反射至感測器。投影效應校準方法包含下列步驟。首先，根據本發明之投影效應校準方法，使光學導覽系統相對物平面沿預定軌跡移動。接著，根據本發明之投影效應校 準方法，藉由感測器感測軌跡，進而獲得投影軌跡。隨後，根據本發明之投影效應校準方法，根據投影軌跡計算投影效應值。最後，根據本發明之投影效應校準方法，根據軌跡與投影效應值校正投影軌跡，進而獲得與軌跡等比例之校正軌跡。

因此，根據本發明之投影效應校準方法，其主要係可偵測並修正因物平面與光學導覽系統之像平面不平行所造成之投影效應。藉此，即可解決投影效應所造成之定位失真的問題，進而能提昇光學導覽系統之定位精準度並增加應用之價值。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

本發明之範疇旨在提供一投影效應校準方法。其主要係可偵測並修正因物平面與光學導覽系統之像平面不平行所造成之投影效應。以下將詳述本發明之較佳具體實施例，藉以充分解說本發明之特徵、精神、優點以及實施上的簡便性。

請參閱圖三並配合參閱圖一與圖二。圖三係繪示根據本發明之第一較佳具體實施例之投影效應校準方法的步驟流程圖。根據本發明之投影效應校準方法可以應用於光學導覽系統中，例如圖一中之光學滑鼠1，但並不以此為限。換言之，光學導覽系統還可以是光學筆、光學定位系統、手指導覽器...等。以下將以圖一中之光學滑鼠1為例做進一步說明。如圖一所示，光學滑鼠1具有發光模組10以及感測器12。發光模組10所產生之光線可以經由物體2上之物平面20反射至感測器12。要特別注意的是，光學滑鼠1之發光模 組10所採用之光源可以是紅外線光源、雷射光源、發光二極體光源...等類似光源。根據本發明之第一較佳具體實施例之投影效應校準方法包含有下列步驟。

如圖三所示，根據本發明之第一較佳具體實施例之投影效應校準方法首先執行步驟S100：使光學滑鼠1相對物平面20沿預定軌跡移動(未示於圖中)。接著，根據本發明之第一較佳具體實施例之投影效應校準方法執行步驟S102：藉由感測器12感測預定軌跡，進而獲得投影軌跡。

在此要特別說明的是，在本發明之第一較佳具體實施例中，光學滑鼠1在設計階段就已經知道如圖一所示之入射角θ i、反射角θ r，以及經反射之光線與物平面20之間之夾角θ s。因此，根據本發明之第一較佳具體實施例之投影效應校準方法可以接著執行步驟S104：根據經反射之光線與物平面20之間之夾角θ s計算投影效應值PF。

如圖二所示，物體2之物平面20上定義有與經反射之光線垂直之第一方向A1，並定義有與第一方向A1垂直之第二方向A2。舉例而言，預定軌跡於第一方向A1上具有第一實際位移，並且預定軌跡於該第二方向A2上具有一第二實際位移。相對地，經反射之光線在感測器12之像平面120上所獲得之投影軌跡亦會具有對應第一實際位移之第一投影位移以及對應第二實際位移之第二投影位移。

舉例而言，若物體2之物平面20上之第一實際位移與第二實際位移之間的比值為1：1，則在感測器12之像平面120上之第一投影位移與第二投影位移之間的比值即為1：sin θ s。藉此，因物體2之物平面20與光學滑鼠1上之感測器12之像平面120不平行所造成之投影效應值PF即可經由下列方程式計算： 換言之，經反射之光線與物平面20之間之夾角θ s亦可由下列方程式計算：θ _s ＝sin^－1 (PF )。

最後，根據本發明之第一較佳具體實施例之投影效應校準方法可以執行步驟S106：以投影效應值校正第二投影位移，進而獲得與預定軌跡等比例之校正軌跡。在此要說明的是，經校正之第二投影位移可以由下列方程式計算： 其中，△y 為經感測第二投影位移量，△y' 為經校正之第二投影位移量。因此，當光學滑鼠1與物體2之物平面20相對移動時，感測器12可以將感測到之影像傳送至一影像處理器(未示於圖中)進行即時的關聯比對處理，並藉由計算出之投影效應值PF進一步獲得經校正之位移資訊。在此要補充的是，上述之影像處理器可以是集成電路、ASIC、DSP或者是CPU，但並不限於此。

藉此，根據本發明之第一較佳具體實施例之投影效應校準方法即可有效地消除因投影效應所造成之定位失真的問題。

請參閱圖四並配合參閱圖一與圖二。圖四係繪示根據本發明之第二較佳具體實施例之投影效應校準方法的步驟流程圖。同樣地，以下將以圖一中之光學滑鼠1為例做進一步說明。如圖一所示，光學滑鼠1具有發光模組10以及感測器12。發光模組10所產生之光線可以經由物體2上之物平面20反射至感測器12。根據本發明之第二較佳具體實施例之投 影效應校準方法包含有下列步驟。

如圖四所示，根據本發明之第二較佳具體實施例之投影效應校準方法首先執行步驟S200：使光學滑鼠1相對物平面20沿預定執跡移動(未示於圖中)。於此步驟中，可以藉由平移測試平台或機械手臂執行，但並不以此為限。

如圖二所示，物體2之物平面20上定義有與經反射之光線垂直之第一方向A1，並定義有與第一方向A1垂直之第二方向A2。舉例而言，預定軌跡於第一方向A1上具有第一實際位移，並且預定軌跡於該第二方向A2上具有一第二實際位移。相對地，經反射之光線在感測器12之像平面120上所獲得之投影軌跡亦會具有對應第一實際位移之第一投影位移以及對應第二實際位移之第二投影位移。

因此，根據本發明之第二較佳具體實施例之投影效應校準方法可以接著執行步驟S202：根據第一實際位移與第二實際位移計算實際比例。於一具體實施例中，第一實際位移與第二實際位移之間之實際比例可以是1。換言之，於此實施例中，上述之預定軌跡可以是L形軌跡、圓形軌跡或者是正方形軌跡，但並不限於此。換句話說，預定軌跡並不限定必須是對稱軌跡。相反地，只要在第一方向A1與第二方向A2具有相同總位移，皆屬於實際比例為1之軌跡。如圖五A至圖五C所示。圖五A係繪示於物平面20上移動之預定軌跡為L形軌跡的示意圖。圖五B係繪示於物平面20上移動之預定軌跡為圓形軌跡的示意圖。圖五C係繪示於物平面20上移動之預定軌跡為正方形軌跡的示意圖。

隨後，根據本發明之第二較佳具體實施例之投影效應校準方法可以執行步驟S204：藉由感測器12感測預定軌跡，進而獲得投影軌跡。

在此要再次說明的是，經反射之光線在感測器12之像平面120上所獲得之投影軌跡亦會具有對應第一實際位移之第一投影位移以及對應第二實際位移之第二投影位移。因此，根據本發明之第二較佳具體實施例之投影效應校準方法可以執行步驟S206：根據第一投影位移與第二投影位移計算投影效應值。因物體2之物平面20與光學滑鼠1上之感測器12之像平面120不平行所造成之投影效應值PF即可經由下列方程式計算： 其中，X 1d 為第一投影位移量，Y 1d 為第二投影位移量。

同樣示於圖四中，根據本發明之第二較佳具體實施例之投影效應校準方法隨即可以執行步驟S208：判斷投影效應值是否與實際比例相等。換言之，於此具體實施例中，必須判斷投影效應值PF是否等於1。若投影效應值PF不等於1，即代表光學滑鼠1之光學機構具有投影效應，並應予以消除。如圖六A至圖六C所示。圖六A係繪示對應至圖五A中之L形軌跡之投影軌跡的示意圖。圖六B係繪示對應至圖五B中之圓形軌跡之投影軌跡的示意圖。圖六C係繪示對應至圖五C中之正方形軌跡之投影軌跡的示意圖。其中像平面120上之第一投影方向A1’係對應至物平面20上之第一方向A1，並且像平面120上之第二投影方向A2’係對應至物平面20上之第二方向A2。另外要說明的是，上述之投影軌跡係以L形軌跡、圓形軌跡以及正方形軌跡為範例作說明，但實際應用時並不以此為限。

因此，若投影效應值與實際比例不相等，根據本發明之第二較佳具體實施例之投影效應校準方法最後可以執行步驟 S210：根據實際比例與投影效應值校正第二投影位移，進而獲得與預定軌跡等比例之校正軌跡。在此要說明的是，經校正之第二投影位移可以由下列方程式計算： 其中，△y 為經感測第二投影位移量，△y' 為經校正之第二投影位移量。因此，當光學滑鼠1與物體2之物平面20相對移動時，感測器12可以將感測到之影像傳送至一影像處理器(未示於圖中)進行即時的關聯比對處理，並藉由計算出之投影效應值PF進一步獲得經校正之位移資訊。藉此，根據本發明之第一較佳具體實施例之投影效應校準方法即可有效地消除因投影效應所造成之定位失真的問題。

於另一具體實施例中，上述之第一實際位移與第二實際位移之間之實際比例可以不為1。舉例而言，第一實際位移與第二實際位移之間之實際比例如下所示： 其中，R 為實際比例，Xod 為第一實際位移量，Yod 為第二實際位移量。

因此，同樣可以根據本發明之第二較佳具體實施例之投影效應校準方法執行步驟S204：藉由感測器12感測預定軌跡，進而獲得投影軌跡。接著，根據本發明之第二較佳具體實施例之投影效應校準方法可以執行步驟S206：根據第一投影位移與第二投影位移計算投影效應值。

因此，因物體2之物平面20與光學滑鼠1上之感測器12之像平面120不平行所造成之投影效應值PF即可經由下列方程式計算： 其中，X 2d 為第一投影位移量，Y 2d 為第二投影位移量。

同樣示於圖四中，根據本發明之第二較佳具體實施例之投影效應校準方法隨即可以執行步驟S208：判斷投影效應值是否與實際比例相等。換言之，於此具體實施例中，必須判斷投影效應值PF是否等於R。若投影效應值PF不等於R，即代表光學滑鼠1之光學機構具有投影效應，並應予以消除。

因此，若投影效應值與實際比例不相等，根據本發明之第二較佳具體實施例之投影效應校準方法最後可以執行步驟S210：根據實際比例與投影效應值校正第二投影位移，進而獲得與預定軌跡等比例之校正軌跡。在此要說明的是，經校正之第二投影位移可以由下列方程式計算： 其中，△y 為經感測第二投影位移量，△y' 為經校正之第二投影位移量。因此，當光學滑鼠1與物體2之物平面20相對移動時，感測器12可以將感測到之影像傳送至一影像處理器(未示於圖中)進行即時的關聯比對處理，並藉由計算出之投影效應值PF進一步獲得經校正之位移資訊。藉此，根據本發明之第一較佳具體實施例之投影效應校準方法即可有效地消除因投影效應所造成之定位失真的問題。

由以上對於本發明之較佳具體實施例之詳述，可以明顯地看出，根據本發明之投影效應校準方法，其係可偵測並修正因物平面與光學導覽系統之像平面不平行所造成之投影效應。並且，本發明之投影效應校準方法可應用於如光學滑 鼠、光學筆或光學定位系統等光學導覽系統之調教或修正上。藉此，即可解決投影效應所造成之定位失真的問題，進而能提昇光學導覽系統之定位精準度並增加應用之價值。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

1‧‧‧光學滑鼠

10‧‧‧發光模組

12‧‧‧感測器

120‧‧‧像平面

2‧‧‧物體

20‧‧‧物平面

N‧‧‧物平面法線

A1‧‧‧第一方向

A1’‧‧‧第一投影方向

A2‧‧‧第二方向

A2’‧‧‧第二投影方向

θ i‧‧‧入射角

θ r‧‧‧反射角

θ s‧‧‧夾角

d‧‧‧位移量

圖一係繪示光學滑鼠之光學機構的示意圖。

圖二係繪示圖一中之物平面與像平面之間之投影效應的示意圖。

圖三係繪示根據本發明之第一較佳具體實施例之投影效應校準方法的步驟流程圖。

圖四係繪示根據本發明之第二較佳具體實施例之投影效應校準方法的步驟流程圖。

圖五A係繪示於物平面上移動之預定軌跡為L形軌跡的示意圖。

圖五B係繪示於物平面上移動之預定軌跡為圓形軌跡的示意圖。

圖五C係繪示於物平面上移動之預定軌跡為正方形軌跡的示意圖。

圖六A係繪示對應至圖五A中之L形軌跡之投影軌跡的示意圖。

圖六B係繪示對應至圖五B中之圓形軌跡之投影軌跡的示意圖。

圖六C係繪示對應至圖五C中之正方形軌跡之投影軌跡的示意圖。

1‧‧‧光學滑鼠

10‧‧‧發光模組

12‧‧‧感測器

120‧‧‧像平面

2‧‧‧物體

20‧‧‧物平面

N‧‧‧物平面法線

θ i‧‧‧入射角

θ r‧‧‧反射角

θ s‧‧‧夾角

Claims (15)

1. 一種投影效應校準方法，應用於一光學導覽系統上的一物平面與該光學導覽系統上的一感測器之像平面之間，該光學導覽系統具有一發光模組以及該感測器，該發光模組所產生之光線係經由該物平面反射至該像平面，包含經反射之光線與該物平面之間非零值角度之一夾角θ i，該物平面上定義與該經反射之光線垂直之一第一方向A1，以及與該第一方向A1垂直之一第二方向A2；該投影效應校準方法包含下列步驟：(a)以該第一方向A1與該第二方向A2上分別具有一第一實際位移Xod 與一第二實際位移Yod ，使該光學導覽系統相對該物平面沿一預定軌跡移動，其中Yod ：Xod 的比例為R ；(b)藉由該感測器感測該預定軌跡，進而獲得一投影軌跡；(c)根據θ s：如果R =1，PF=sinθ s計算一投影效應值PF；以及(d)以該投影效應值PF校正該投影軌跡，進而獲得與該預定軌跡等比例之一校正軌跡。
2. 如申請專利範圍第1項所述之投影效應校準方法，其中該投影軌跡具有對應該第二實際位移之一第二投影位移，步驟(d)進一步包含下列步驟：(d1)以該投影效應值校正該第二投影位移，進而獲得與該預定軌跡等比例之該校正軌跡。
3. 如申請專利範圍第1項所述之投影效應校準方法，其中該光學導覽系統為一光學滑鼠或一手指導覽器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之投影效應校準方法，其中步驟(b)至步驟(d)係藉由一影像處理器執行。
5. 如申請專利範圍第4項所述之投影效應校準方法，其中該影像處理器係選自由一集成電路、一ASIC、一DSP以及一CPU所組成之一群體中之其一。
6. 一種投影效應校準方法，應用於一光學導覽系統上的一物平面與該光學導覽系統上的一感測器之像平面之間，該光學導覽系統具有一發光模組以及該感測器，該發光模組所產生之光線係經由該物平面反射至該像平面，包含經反射之光線與該物平面之間非零值角度之一夾角θ i，該物平面上定義與該經反射之光線垂直之一第一方向A1，以及與該第一方向A1垂直之一第二方向A2；該投影效應校準方法包含下列步驟：(a)以該第一方向A1與第二方向A2上分別具有一第一實際位移Xod 與一第二實際位移Yod ，使該光學導覽系統相對該物平面沿一預定軌跡移動；(b)藉由該感測器感測該預定軌跡，進而獲得一投影軌跡；(c)根據該投影軌跡計算一投影效應值；以及(d)根據該預定軌跡與該投影效應值校正該投影軌跡，進而獲得與該預定軌跡等比例之一校正軌跡。
7. 如申請專利範圍第6項所述之投影效應校準方法，其中該步驟(a)進一步包含下列步驟：(a1)以該第二實際位移與該第一實際位移的比例計算一實際比例。
8. 如申請專利範圍第7項所述之投影效應校準方法，其中該實 際比例為1。
9. 如申請專利範圍第8項所述之投影效應校準方法，其中該預定軌跡係選自由一L形軌跡、一圓形軌跡以及一正方形軌跡所組成之一群體中之其一。
10. 如申請專利範圍第7項所述之投影效應校準方法，其中該投影軌跡具有對應該第一實際位移之一第一投影位移以及對應該第二實際位移之一第二投影位移，步驟(c)進一步包含下列步驟：(c1)根據該第一投影位移與該第二投影位移計算該投影效應值。
11. 如申請專利範圍第10項所述之投影效應校準方法，其中步驟(d)進一步包含下列步驟：(d1)判斷該投影效應值是否與該實際比例相等，若否，則執行步驟(d2)；(d2)根據該實際比例與該投影效應值校正該第二投影位移，進而獲得與該預定軌跡等比例之一校正軌跡。
12. 如申請專利範圍第6項所述之投影效應校準方法，其中該光學導覽系統為一光學滑鼠或一手指導覽器。
13. 如申請專利範圍第6項所述之投影效應校準方法，其中步驟(a)係藉由一平移測試平台或一機械手臂執行。
14. 如申請專利範圍第6項所述之投影效應校準方法，其中步驟(b)至步驟(d)係藉由一影像處理器執行。
15. 如申請專利範圍第14項所述之投影效應校準方法，其中該影 像處理器係選自由一集成電路、一ASIC、一DSP以及一CPU所組成之一群體中之其一。