具有游標旋轉能力的光學鼠標、儀器、移動檢測器與方法技術

本申請提供具有游標旋轉能力的光學鼠標、儀器、移動檢測器與方法。該儀器至少包含有：一個移動裝置，被置于與參考表面相對的位置上，在該參考表面上有多個被追蹤物體；一個空孔；至少一個光檢測器；以及至少一個光源；該儀器利用至少一個光檢測器產生一個圖像框，該圖像框由電子像素圖像代表，在該像素圖像里有一些被追蹤物體的圖像；該儀器從圖像的變化里產生出被追蹤物體的概括籠統的運動向量；該概括籠統的運動向量被解析出平移運動以及旋轉運動的部分。本發明專利技術的儀器能迅速且準確地將與上述的運動相關的位移運動向量與旋轉運動向量傳達至電腦的顯示屏幕或其他顯示器上，借以控制顯現在該電腦或該顯示器上的游標的移動。

Optical mouse with vernier rotation capability, apparatus, mobile detector and method

The present application provides an optical mouse, an instrument, a mobile detector and a method with vernier rotation capability. The instrument comprises at least one mobile device is placed in a position relative to the reference surface, the reference surface is provided with a plurality of tracked objects; an empty hole; at least one light detector; and at least one light source; at least one light detector generates an image frame by using the instrument. The image frame is composed of electronic pixel image representative, some of the object being tracked in the image pixel in the image; the instrument produces a motion vector of the object being tracked in general from the image change; motion vector of the generalized general parsed translational movement and rotation movement. The instrument of the present invention can quickly and accurately the displacement of motion vector and rotation vector associated with the motion of the transmitted to the computer display screen or other display, to control the show moves on the computer or on the display of the cursor.

【技術實現步驟摘要】
具有游標旋轉能力的光學鼠標、儀器、移動檢測器與方法
本專利技術涉及一動作導航器(Motionnavigationdevice)有關，可以用于一附帶有圖形顯示器(Graphicaldisplay)的電腦或其他電子器材上使用。
技術介紹
傳統的光學鼠標通常是在一個表面上移動，該表面可以是一個桌子的表面或其它的表面；在操作時，傳統的光學鼠標能夠計算并且提供給予一個與其連接的電腦所需要的游標移動的向量(Translationalmotionvector；例如，位移量Δx,Δy；或者基于需要，該向量是某一種速度值)，此一移動向量與該鼠標與該表面的相對位置有關。借由這些位移向量，一個電腦或是一個具有圖案顯示能力的儀器可以移動一個游標，或是移動一個在其它的畫面(在本專利技術里也稱之為圖像)上顯示出來的物體(Objects)，甚至改變軟件物件(Object)的狀態(注意，在英文里，Object具有至少以下兩種含意：(1)看得見或摸得到的物體，(2)軟件的物件；所謂軟件的物件，其意義為一個不一定有固定形體的、由軟件的名詞(例如:數字、字串，或變數等數據)與軟件的動詞(例如:函數Functions)所形成的一個組合)。值得注意的是，傳統的光學鼠標僅能為電腦提供二維(2D)的平移運動，至于第三維(Thethirddimension)，那是與鼠標本身的旋轉運動有關。該第三維運動的功能是能以在屏幕上直接根據鼠標的旋轉動作去旋轉游標或者物件。傳統光學鼠標并無法提供上述第三維的運動的參數給電腦使用，因此現今的電腦或電子器材的畫面上所呈現的物件或游標并無法輕易地或直接地根據鼠標的旋轉運動來旋轉。當電子工業走到了當今的世代，傳統的光學鼠標的上述功能限制，已經不能再滿足許多消費者的需求。有越來越多的應用程序在操作時，或是在以圖案方式顯現物體(該物體通常是軟件物件輸出的結果)時，需要使用三維的繪圖法(3Dperspective)，對于此類的應用而言，其所呈現出來的物體的運動至少包括平移與旋轉兩種。舉例來說，電腦繪圖程序AUTOCADTM是一個被很多工程師與設計人員使用的工具程序，借由AUTOCADTM，工程師可以以三維寫實(Three-dimensionalrealism)的方式來呈現(Render)出機械制圖的零件(Mechanicalpartsdrawings)。當AUTOCADTM程序的功能逐漸演進成具有3D繪圖能力時，很多管子、閥件，以及用類似的寫實繪圖法所繪制的機械零件，都將需要在圖形顯示器(Graphicaldisplay)上隨著操作員的指示(Instruction)迅速地、準確地旋轉。不幸的是，由于傳統的光學鼠標只有二維的功能(2Dfunctionality)，上述繪圖法的改變(Perspectiveadjustment，例如，改變觀察某物體的視角)，并無法由傳統光學鼠標來直接完成。更有甚者，即使操作員能在某表面上旋轉上述的二維鼠標，其旋旋轉作所得出的結果也無法有效地在電腦上發揮功能。在當今電腦視覺工業(Computervisionindustry)里，有一主要的目的、功能，是處理圖形顯示器(Graphicaldisplay)里的正在運動中的物體的動作。關于這一功能，相關從業者曾花費相當大的努力去分析視頻(Video)或是圖形顯示器里的物件的動作(Motionanalysis)；在這一領域里，一個典型的動作分析(Motionanalysis)，可以被粗略地分類為2D-2D，2D-3D，以及3D-3D幾類。上述這些分類的不同，主要是來自于一種關聯性，該關聯性與移動檢測器(Motionsensingdevice)與用來呈現欲移動的物件的呈像器材(Renderingdevice，例如，平面顯示器(flatpaneldisplay))之間的關聯性有關。不過值得注意的是，與近年來呈像器材(Renderingdevice)的長足進步相對比的是，在過去很長的一段時間里，電腦視覺工業只有花極少的努力在改良屏幕上的游標移動上，而改良上述的功能(借由改良游標移動器的功能來改良屏幕上的游標移動的動作)，正是本專利技術的主要目標。為了要能夠清楚地了解到公知技術的缺點，以及將這些缺點與本專利技術做一比較，我們先從公式(1)開始說明。公式(1)能以解釋一物體最基本的兩種運動–平移運動與旋轉運動。對于一個位于p的物體而言，它的直角座標位置是x,y，而這個地址亦可以表達為經過運動以后，這一物體的最終位置也可由平移與旋轉運動決定出來(此時我們用字母M來代表旋轉的操作)。公式(1)里的代表平移位移(Translationaldisplacement)，M代表針對p這一點以及相對于x軸與y軸的旋轉位移(Rotationaldisplacement)，S則代表沿著某一個軸所做的物體放大縮小(例如:x或y軸)。傳統光學鼠標無法提供像θx以及θy這樣的參數(這些參數指的是針對某一個轉軸旋轉的參數)，而且還同時滿足另一要求—當在導出θx以及θy這樣的參數時，其所使用的方法還必須是容易計算，可以被相關的公知技術接納使用的。更直接明確地說，傳統光學鼠標提所能供給電腦的運動向量(MotionVector)，只是平移向量而已(Translationalmotionvector)。如果我們把傳統光學鼠標的局限用公式(1)來解讀，上述的局限所要表達的意思是：傳統鼠標只能操控d的數據，而不能操控M的數據(M=0)。當某一操作情況要求對一物體作一旋轉運動時，M必須用其他方法來導出來。例如，當一個操作員要完完全全地以一個三維(Fully3D)運動的方式來旋轉某一個物件時(這一情況可以用旋轉一個正在運動中的球體來想象)，由于傳統的光學鼠標所提供的只是二維(2D)運動向量，此時該二維運動向量就必須持續不斷地被電腦拿來重新計算，以便求出該球體在沿著某一路徑運動時一組一組的旋轉角度θx以及θy。這個計算θx以及θy的過程并非如一般人所想象的那么簡單，該方法是先指定一個(通常是程序預定的)轉軸，再針對該球體運動軌跡的每一點，運算而得來的。其整個運算過程是以兩個連續的步驟完成的：首先，電腦的程序在經過某種指令的指示以后，不再把從傳統光學鼠標傳送來的運動向量(Motionvector)當作為平移向量(Translationalmotionvector)來使用；通常這一步驟可借由按下鼠標上某一特殊按鍵來完成。第二個步驟是——鼠標可以根據指示，為該旋轉物體指定一旋轉軸，有了固定的旋轉軸以后，電腦能夠根據其所收到的平移向量(Δx,Δy)計算出針對該旋轉軸的旋轉向量(Rotationvector)。理所當然的，介于該轉軸與游標之間的距離，會對旋轉角度θx以及θy有重大的影響；即使是針對相同的鼠標位移量(Δx,Δy)而言，選擇不同的轉軸點(Pivot)仍然會導致不同的θx以及θy。值得注意的是，通常轉軸點是不會顯示在顯示器上的。因此，操作者很容易忽略它們的存在，更有甚者，當程序在持續進行時，轉軸點(Pivot)有可能會不斷地變換位置。舉例來說，當某操作員將鼠標移到一個顯示在3D屏幕上的吊車上時，電腦程序所選擇的轉軸點(Pivot)會自動地隨著該鼠標的游標的游移而改變，這將導致吊車臂的旋轉動作有所改變。因為當轉本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種儀器，用來操控一個物件的位置，或者控制一個電子系統上的一種功能，該電子系統與一顯示器連接，該儀器至少包含有：一個移動裝置，該移動裝置被置于與一參考表面相對的位置上，該移動裝置與該參考表面之間具有一相對速度，在該參考表面上有多個被追蹤物體；一個空孔，該空孔形成在該移動裝置之上或之內，該空孔經由一個開口朝向該參考表面的一個部分，在該參考表面的該部分內，包含該些追蹤物體；至少一個光檢測器，嵌于該空孔之內；至少一個光源，嵌于該空孔之內；該儀器能夠利用該至少一個光檢測器產生一個圖像框，該圖像框能夠由電子像素圖像來代表，該像素圖像能夠以數字的方式來代表被該至少一個光源照射的該參考表面的一個部分，在該像素圖像里有一些該被追蹤物體的圖像；在該儀器內，該些被追蹤物體系表示成復數個群組，該些群組是被擺置成大致圍繞一個虛擬圓的圓周上，該些被追蹤物體的運動是由該虛擬圓來代表；該儀器能夠形成多個如上所述的像素圖像，而且所述像素圖像與兩種位置有對應的關系，第一種位置為所述被追蹤物體相對于該參考表面之間的相對位置，第二種位置為該移動裝置與該參考表面之間的相對位置；該儀器能夠比較上述圖像框，借由使用該虛擬圓作為該些被追縱體移動的參考架構，而且使用數學解算的方式，以及/或者幾何分析的方式，該儀器能夠從這些圖像的變化里，產生出這些被追蹤物體的概括籠統的運動向量；該概括籠統的運動向量能夠被解析出平移運動的部分以及旋轉運動的部分。...

【技術特征摘要】
2012.12.07 US 61/734,574;2013.10.17 US 14/056,1401.一種儀器，用來操控一個物件的位置，或者控制一個電子系統上的一種功能，該電子系統與一顯示器連接，該儀器至少包含有：一個移動裝置，該移動裝置被置于與一參考表面相對的位置上，該移動裝置與該參考表面之間具有一相對速度，在該參考表面上有多個被追蹤物體；一個空孔，該空孔形成在該移動裝置之上或之內，該空孔經由一個開口朝向該參考表面的一個部分，在該參考表面的該部分內，包含該些追蹤物體；至少一個光檢測器，嵌于該空孔之內；至少一個光源，嵌于該空孔之內；該儀器能夠利用該至少一個光檢測器產生一個圖像框，該圖像框能夠由電子像素圖像來代表，該像素圖像能夠以數字的方式來代表被該至少一個光源照射的該參考表面的一個部分，在該像素圖像里有一些該被追蹤物體的圖像；在該儀器內，該些被追蹤物體系表示成復數個群組，該些群組是被擺置成大致圍繞一個虛擬圓的圓周上，該些被追蹤物體的運動是由該虛擬圓來代表；該儀器能夠形成多個如上所述的像素圖像，而且所述像素圖像與兩種位置有對應的關系，第一種位置為所述被追蹤物體相對于該參考表面之間的相對位置，第二種位置為該移動裝置與該參考表面之間的相對位置；該儀器能夠比較上述圖像框，借由使用該虛擬圓作為該些被追縱體移動的參考架構，而且使用數學解算的方式，以及/或者幾何分析的方式，該儀器能夠從這些圖像的變化里，產生出這些被追蹤物體的概括籠統的運動向量；該概括籠統的運動向量能夠被解析出平移運動的部分以及旋轉運動的部分。2.如權利要求1所述的儀器，其中，所述被追蹤物體在經過該儀器挑選以后，形成多個群組，所述群組能夠大致均勻地落于所述虛擬圓上，且該各群組分別由一個點狀物來代表其圓心，該各群組的圓心的運動是一個概括籠統的運動向量，該概括籠統的運動向量是一個由平移運動向量以及一個旋轉運動向量所合并而成的，該儀器能夠以加權平均的方式或無加權平均的方式，根據各個群組的概括籠統的運動向量的值，計算出其總平均值，該總平均值被該儀器用來作為一常用項，提供給該電子系統拿來作為平移運動向量使用，當一個群組的概括籠統的運動向量減掉該儀器常用的平移運動向量以后，即產生出一旋轉運動向量。3.權利要求1所述的儀器，其中，當該移動裝置與該參考表面之間有相對運動時，該參考表面上的所述多個被追蹤物體彼此之間并無相對運動。4.如權利要求1所述的儀器，其中，該參考表面上的所述多個被追蹤物體至少包括由光學現象所制造出來的物體，該由光學現象所制造出來的物體至少包括陰影、閃光以及由該至少一個光檢測器所截捕到的多彩光。5.如權利要求1所述的儀器，其中，該概括籠統的運動向量所包含的平移運動以及旋轉運動的部分，該兩部分皆與該移動裝置與該參考表面之間的相對運動有關，且該平移運動的部分以及旋轉運動的部分的向量可以分別獨立地控制該顯示器上的物件的平移與旋轉運動。6.如權利要求1所述的儀器，其中，該概括籠統的運動向量是借由比較多個圖像框而得出的，所述多個圖像框以數字的格式來代表施加于該儀器的一種操作，該比較為一種數學解算法，該比較使用圖像區塊比對演算法，得出平均絕對值差、平均平方差或其它具有相同效果的參數，作為該演算法的結果。7.如權利要求1所述的儀器，其中，該概括籠統的運動向量與該移動裝置的平移運動有線性相關的關系，該概括籠統的運動向量還有一旋轉運動的部分，該旋轉運動的部分與該移動裝置的運動有非線性相關的關系。8.如權利要求1所述的儀器，其中，該移動裝置借由該概括籠統的運動向量所產生的位移的數字數據，在經過傅立葉轉換后，能使該儀器在頻域里表達出該概括籠統的運動向量。9.如權利要求1所述的儀器，其中，該參考表面上的一個部分包含有多個由所述被追蹤物體所構成的群組，所述群組中的每一個單一的群組都被安置在所述虛擬圓的圓周上，借由幾何的方法，該儀器根據所述群組在該圓周上的角位移，計算出旋轉運動向量。10.如權利要求9所述的儀器，其中，所述光源以一個近乎對稱的方式被安置于該儀器上，并借由此安置光源的方法決定出一個有旋轉對稱性的團體，該團體用來決定出該儀器的旋轉向量。11.如權利要求1所述的儀器，其中，所述位于該參考表面上的被追蹤物體是一些陰影，當該移動裝置移動時，所述陰影也隨之移動，所述陰影的移動提供給該儀器作為計算旋轉運動向量的信息。12.如權利要求11所述的儀器，其中，所述陰影由不同波長的光源所構成，所述陰影的移動是借由計算各個陰影里不同波長的光的強度比值而得出的。13.如權利要求1所述的儀器，其中，該至少一個光檢測器為單色光檢測器，該至少一個光源為單色光。14.如權利要求1所述的儀器，其中，該至少一個光檢測器為多色光檢測器，所述多色光檢測器能對不只一個波長的光線敏感，該至少一個光源由多個發出單色光的光源組合而成，至少有一個該發出單色光的光源的波長，落在所述多色光檢測器的敏感波長范圍之內。15.如權利要求1所述的儀器，其中，該光檢測器上包含有一過濾層，能以改變其對顏色的靈敏度或景深。16.如權利要求1所述的儀器，其中，該儀器所作的像素的比較，其結果是以模糊邏輯的來解讀，比較的結果僅對判斷的真偽作出機率性的解讀。17.如權利要求1所述的儀器，其中，該旋轉運動的部分產生出一個圖形化顯示器上的游標的旋轉運動。18.如權利要求1所述的儀器，其中，該旋轉運動的部分被用來啟動該電子系統的一個功能。19.如權利要求1所述的儀器，其中，該儀器為一游戲控制器。20.如權利要求1所述的儀器，其中，該儀器嵌于一智能型電話里。21.如權利要求1所述的儀器，其中，該電子像素圖像為手指指紋的圖像。22.如權利要求1所述的儀器，其中，該儀器為一觸摸板，或者該儀器被鑲嵌于一光學式觸摸板之內。23.如權利要求1所述的儀器，其中，該光檢測器能夠檢測人的手部、手指、手腕或胳膊的姿態或動作。24.一種根據一個漫游于一個參考面的儀器的運動來移動一個電子屏幕上的圖像，或者打開或關閉一個由電腦控制的功能的方法，該方法至少包括：提供一參考表面，該...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李文杰，
申請(專利權)人：李文杰，
類型：發明
國別省市：中國臺灣,71