專利名稱：運動檢測裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種運動檢測裝置及方法，特別是涉及一種使用線性感測器的運動檢測裝置及方法。
背景技術：
現(xiàn)如今影像感測的應用范圍相當廣泛，其中包括利用影像的檢測技術來作運動的檢測，如光學鼠標及自走車等。
一般用運動檢測裝置為設置一感測裝置來感測其所在的表面反射回來的光信號，而通常感測裝置為面型感測裝置。面型感測裝置為包括n×n的影像感測元件的陣列，用以擷取檢測表面反射的光影像信號。隨著運動檢測裝置與檢測表面的相對移動，面型感測裝置上n×n的影像感測元件便開始擷取所在表面的影像信號。然后借著已擷取的影像信號之間彼此相關性的運算，來判斷運動檢測裝置相對于表面的移動方向及距離。
而上述的運動檢測裝置為利用面型感測裝置來擷取檢測表面上所反射的光影像信號，通過判斷彼此關系以實現(xiàn)運動檢測的功能。但因為面型感測裝置使用了較多的影像感測元件，故成本較高。且因為以其使用了較多的影像感測元件，所以其后續(xù)所需處理以及運算的數(shù)據(jù)量龐大，需要運算功能更強的運算單元來執(zhí)行符合產(chǎn)品速度要求的運算功能，但如此又增加了運動檢測裝置的成本。
所以在公知的運動檢測裝置中，其硬件的成本及運算速度的問題，為需要改善之處。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種運動檢測裝置及其方法，其在運動檢測裝置中設置兩條線性感測器來感測所在表面所反射的光信號。再根據(jù)兩條線性感測器所檢測的光信號來判斷運動檢測裝置相對于檢測表面的運動方向。本發(fā)明由于僅使用兩條線性感測器來檢測表面影像，其所需的影像感測元件較公知的運動檢測裝置還要少，且所檢測的數(shù)據(jù)量也將較公知的運動檢測裝置還要小。以此改善公知技術的成本高及數(shù)據(jù)量大而影響運算速度的問題。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種運動檢測裝置，其包括一光源，用于提供照射于該運動檢測裝置所檢測的一表面的光源，以反射一光信號；一第一線性感測器陣列(Linear sensor array)，其根據(jù)系統(tǒng)頻率來感測該光信號；一第二線性感測器陣列，其與第一線性感測器陣列以非平行方式設置，其根據(jù)系統(tǒng)時脈來感測該光信號；一數(shù)據(jù)儲存單元，用以儲存第一線性感測器陣列所感測的光信號以及第二線性感測器陣列所感測的光信號；及一運算單元，連接于該數(shù)據(jù)儲存單元，根據(jù)該第一線性感測器陣列所感測的該光信號以及該第二線性感測器陣列所感測的該光信號來計算該運動檢測裝置在相對于該表面的運動方向及速度。
為實現(xiàn)上述問題，本發(fā)明還提供了一種運動檢測方法，包括步驟首先，一第一線性感測器陣列根據(jù)一系統(tǒng)時脈來感測一光信號而產(chǎn)生一第一光信號數(shù)據(jù)序列，同時一第二線性感測器陣列根據(jù)該系統(tǒng)時脈來感測該光信號而產(chǎn)生一第二光信號數(shù)據(jù)序列，其中該第一線性感測器陣列及該第二線性感測器陣列非平行地設置于一運動檢測裝置上。接著儲存該第一光信號數(shù)據(jù)序列及該第二光信號數(shù)據(jù)序列。然后分別計算該第一光信號數(shù)據(jù)序列中列與列之間的相關性(correlation)及該第二光信號數(shù)據(jù)序列中列與列之間的相關性，以決定該第一線性感測器陣列在垂直方向上相對于待測表面所移動的距離及該第二線性感測器陣列在垂直方向上相對于待測表面所移動的距離。再來分別計算該第一線性感測器陣列在垂直方向上相對于待測表面的移動速度及該第二線性感測器陣列在垂直方向上相對于待測表面的移動速度。最后根據(jù)該第一線性感測器陣列在垂直方向上相對于待測表面的移動速度及該第二線性感測器陣列在垂直方向上相對于待測表面的移動速度進行向量分解或合并，以求得該運動檢測裝置相對于待測表面的運動方向及速度。
本發(fā)明利用兩條線性感測器陣列來檢測表面的光影像，其所擷取的感測數(shù)據(jù)量比以往面型的感測器減少了許多，因而有效地增進了判斷運動方向的運算速度。同理，所需的感測元件也比以往面型感測器少，所以也減少了運動檢測裝置在硬件上的成本。
為了能更進一步了解本發(fā)明為實現(xiàn)預定目的所采取的技術、手段及功能效果，請參閱以下有關本發(fā)明的詳細說明與附圖，本發(fā)明的目的、特征與特點，應當可由此得一深入且具體的了解，然而附圖僅提供參考與說明之用，并非用來對本發(fā)明加以限制。


圖1為本發(fā)明的運動檢測裝置的功能方塊圖；圖1A為本發(fā)明的線性感測器的第一較佳實施例的示意圖；圖1B為本發(fā)明的線性感測器的第二較佳實施例的示意圖；圖2為本發(fā)明的運動檢測方法步驟流程圖；及圖3為本發(fā)明的線性感測器的運動示意圖。
其中，附圖標記說明如下運動檢測裝置1 表面9光源11 第一線性感測器陣列12第二線性感測器陣列13數(shù)據(jù)儲存單元14運算單元15 感測器控制單元1具體實施方式
現(xiàn)配合附圖將本發(fā)明的較佳實例詳細說明下。
請參閱圖1，其為本發(fā)明運動檢測裝置的功能方塊圖。本發(fā)明的運動檢測裝置1包括光源11、第一線性感測器陣列12、第二線性感測器陣列13、數(shù)據(jù)儲存單元14、運算單元15及感測器控制單元16。當運動檢測裝置1檢測待測表面9時，其光源11照射于表面9的光，將反射一光信號至第一線性感測器陣列12及第二線性感測器陣列13。而該光信號為光源11的光照射于表面9而反射的表面影像或表面特征影像，且其表面影像或表面特征影像由第一線性感測器陣列12及第二線性感測器陣列13根據(jù)系統(tǒng)時脈(systemtiming clock)來感測。其中第一線性感測器陣列12與第二線性感測器陣列13是互為非平行的排列，且分別具有一個以上的感測元件。請參閱圖1A，其為本發(fā)明的線性感測器的第一較佳實施例的示意圖。圖中示出的是第一線性感測器陣列12與第二線性感測器陣列13設置關系的俯視圖。第一線性感測器陣列12與第二線性感測器陣列13互為垂直關系設置于運動檢測裝置中，以感測表面9反射的光信號。另參閱圖1B，其為本發(fā)明的線性感測器的第二較佳實施例的示意圖。如圖所示第一線性感測器陣列12與第二線性感測器陣列13之間以非平行關系設置于運動檢測裝置中，以感測表面9反射的光信號。
接著請繼續(xù)參閱圖1，承上所述，第一線性感測器陣列12及第二線性感測器陣列13根據(jù)系統(tǒng)時脈感測由表面9反射的光信號。其中系統(tǒng)時脈由感測器控制單元16所提供，而感測器控制單元16除連接于第一線性感測器陣列12及第二線性感測器陣列13以外，還連接于數(shù)據(jù)儲存單元14及運算單元15。第一線性感測器陣列12根據(jù)系統(tǒng)時脈感測光信號后，將產(chǎn)生第一光信號數(shù)據(jù)序列，接著再將第一光信號數(shù)據(jù)序列儲存于數(shù)據(jù)儲存單元14。另一方面，第二線性感測器陣列13根據(jù)系統(tǒng)時脈感測光信號后，將產(chǎn)生第二光信號數(shù)據(jù)序列，接著再將第二光信號數(shù)據(jù)序列儲存于數(shù)據(jù)儲存單元14。然后運算單元15在數(shù)據(jù)儲存單元14中讀取第一光信號數(shù)據(jù)序列及第二光信號數(shù)據(jù)序列，以執(zhí)行決定運動檢測裝置1在相對于待測表面9的運動方向及速度的相關運算。
然而上述的光源11可為一相干光源(coherent light)，例如激光光源(LASER)或面型激光光源(VCSEL)，或一共振腔LED(Resonant Cavity LED)。光源11利用相干光源照射于運動檢測裝置1，運動檢測裝置1所檢測的表面9的反射光信號為一光斑影像，供第一線性感測器陣列12及第二線性感測器陣列13進行感測。另外，光源11也可為包括一非相干光源及一透鏡的裝置，以產(chǎn)生運動檢測裝置1所檢測的表面9的一表面影像，供第一線性感測器陣列12及第二線性感測器陣列13進行感測。
接著請參閱圖2，其為本發(fā)明的運動檢測方法步驟流程圖。首先利用光源11照射于運動檢測裝置1所檢測的表面9，以反射光信號(如圖2的步驟S201)。然后光信號反射至第一線性感測器陣列12及第二線性感測器陣列13，而第一線性感測器陣列12及第二線性感測器陣列13根據(jù)系統(tǒng)時脈感測光信號，分別產(chǎn)生第一光信號數(shù)據(jù)序列及第二光信號序列(如圖2步驟S203)。接著將第一光信號數(shù)據(jù)序列及第二光信號序列儲存于數(shù)據(jù)儲存單元14(如圖2的步驟S205)。再利用運算單元15計算第一光信號數(shù)據(jù)序列中列與列之間的相關性，以及第二光信號數(shù)據(jù)序列中列與列之間的相關性(如圖2的步驟S207)。以此決定第一線性感測器陣列12在垂直方向所移動的距離及方向，以及第二線性感測器陣列13在垂直方向所移動的距離及方向。接著將第一線性感測器陣列12在垂直方向上所檢測的移動距離和系統(tǒng)時脈的時間信息進行演算，以求得第一線性感測器陣列12在垂直方向的移動速度；以及將第二線性感測器陣列13在垂直方向上所檢測的移動距離和系統(tǒng)時脈的時間信息進行演算，以求得第二線性感測器陣列13在垂直方向的移動速度(如圖2的步驟S209)。而上述移動速度的演算為除法或微分的運算。最后將第一線性感測器陣列12在垂直方向的移動速度及第二線性感測器陣列13在垂直方向的移動速度進行向量分解或合并的計算，以求得運動檢測裝置1相對于表面9的運動方向及速度(如圖2的步驟S211)。
步驟S207所述利用第一光信號數(shù)據(jù)序列中列與列之間以及第二光信號數(shù)據(jù)序列中列與列之間相關性的運算，可通過各種的相關性表達式實現(xiàn)，本發(fā)明可利用第一較佳相關性運算公式(公式1)或第二較佳相關性運算公式(公式2)來執(zhí)行相關性的運算。其第一較佳相關性運算公式(公式1)及第二較佳相關性運算公式(公式2)如下所示(公式1)Cr(xlist,ylist)=ΣixiyiΣixi2Σiyi2]]>其中Cr為相關性的運算參數(shù)，xi為第一光信號數(shù)據(jù)序列或第二光信號數(shù)據(jù)序列中的一數(shù)據(jù)參考陣列，而yi為第一光信號數(shù)據(jù)序列或第二光信號數(shù)據(jù)序列中的一數(shù)據(jù)比對陣列。
(公式2)Cr(xlist,ylist)=Σi(xi-x‾)(yi-y‾)Σi(xi-x‾)2Σi(yi-y‾)2]]>
其中Cr為相關性的運算參數(shù)，xi為第一光信號數(shù)據(jù)序列或第二光信號數(shù)據(jù)序列中的一數(shù)據(jù)參考陣列，yi為第一光信號數(shù)據(jù)序列或第二光信號數(shù)據(jù)序列中的一數(shù)據(jù)比對陣列， 為該數(shù)據(jù)參考陣列的平均值， 為該數(shù)據(jù)比對陣列的平均值。
而通過相關性的演算，可以求出第一線性感測器陣列12在其垂直方向相對于待測的表面9所移動的距離，以及第二線性感測器陣列13在其垂直方向相對于待測的表面9所移動的距離，如圖3所示，其為本發(fā)明線性感測器運動示意圖。當運動檢測裝置1上的第一線性感測器陣列12及第二線性感測器陣列13，其位置相對于表面9由位置P1移動到位置P2。通過相關性的計算可得知第一線性感測器陣列12在其垂直方向相對于表面9所移動的距離D1及方向，以及第二線性感測器陣列13在其垂直方向相對于表面9所移動的距離D2及方向。接著可由感測器控制單元16所提供的系統(tǒng)時脈得知運動檢測裝置1由位置Pl移動到位置P2所花的移動時間t。然后再將第一線性感測器陣列12在其垂直方向相對于表面9所移動的距離D1和其移動時間t進行演算，即可求得第一線性感測器陣列12在其垂直方向的相對移動速度V1。而將第二線性感測器陣列12在其垂直方向相對于表面9所移動的距離D2和其移動時間t進行演算，即可求得第二線性感測器陣列12在其垂直方向的相對移動速度V2。最后將移動速度V1及移動速度V2進行向量的運算，將移動速度V1及移動速度V2向量分解或合并，即可求得運動檢測裝置1由位置P1移動到位置P2的方向及速度V3。通過相同原理，可檢測運動檢測裝置1相對于表面9上的任一方向的運動及其速度。而上述為第一線性感測器陣列12及第二線性感測器陣列13于運動檢測裝置1中垂直設置的較佳實施例。上述的運動檢測方法，也可在第一線性感測器陣列12及第二線性感測器陣列13以非平行設置(如圖1B所示)在運動檢測裝置1中來實現(xiàn)。
綜上所述，本發(fā)明利用兩條線性感測器陣列來檢測表面的光影像，其所擷取的感測數(shù)據(jù)量比以往面型的感測器減少了許多，因而有效地增進了判斷運動方向的運算速度。同理，所需的感測元件也比以往面型感測器少，所以也減少了運動檢測裝置在硬件上的成本。
然而，以上所述僅為本發(fā)明較佳的具體實施例的詳細說明與附圖，然而本發(fā)明的特征并不局限于此，其并非用以限制本發(fā)明，本發(fā)明的專利保護范圍應以下述的權利要求書為準，凡符合本發(fā)明權利要求書的精神與其類似變化的實施例，均應包含于本發(fā)明的范疇中，任何本領域的技術人員在本發(fā)明的技術領域內(nèi)，可輕易想到的變化或修飾均可涵蓋在本申請的專利保護范圍中。
權利要求
1.一種運動檢測裝置，其特征在于，包括一光源，用于提供照射于該運動檢測裝置所檢測的一表面的光源，以反射一光信號；一第一線性感測器陣列，其根據(jù)一系統(tǒng)時脈來感測該光信號；一第二線性感測器陣列，其與該第一線性感測器陣列以非平行方式設置，且根據(jù)該系統(tǒng)時脈來感測該光信號；一數(shù)據(jù)儲存單元，用以儲存該第一線性感測器陣列所感測的該光信號和該第二線性感測器陣列所感測的該光信號；及一運算單元，其連接于該數(shù)據(jù)儲存單元，根據(jù)該第一線性感測器陣列所感測的該光信號和該第二線性感測器陣列所感測的該光信號計算該運動檢測裝置相對于該表面的運動方向及速度。
2.如權利要求1所述的運動檢測裝置，其特征在于，該第一線性感測器陣列及該第二線性感測器陣列分別具有一個以上的感測元件。
3.如權利要求1所述的運動檢測裝置，其特征在于，該運動檢測裝置還包括一感測器控制單元，該感測器控制單元連接于該第一線性感測器陣列、該第二線性感測器陣列、該數(shù)據(jù)儲存單元及該運算單元，用于提供該系統(tǒng)時脈。
4.如權利要求1所述的運動檢測裝置，其特征在于，該光源為一相干光源。
5.如權利要求4所述的運動檢測裝置，其特征在于，該光源為一激光光源或一面型激光光源。
6.如權利要求1所述的運動檢測裝置，其特征在于，該光信號為一相干光照射于該表面而反射的光斑影像。
7.如權利要求1所述的運動檢測裝置，其特征在于，該光源為一共振腔LED。
8.如權利要求1所述的運動檢測裝置，其特征在于，該光源包括一非相干光源及一透鏡，用以產(chǎn)生該運動檢測裝置所檢測的該表面的表面影像。
9.如權利要求8所述的運動檢測裝置，其特征在于，該非相干光源為一發(fā)光二極管。
10.如權利要求1所述的運動檢測裝置，其特征在于，該第一線性感測器陣列與該第二線性感測器陣列互為垂直設置。
11.一種運動檢測方法，其特征在于，包括步驟一第一線性感測器陣列根據(jù)一系統(tǒng)時脈來感測一光信號而產(chǎn)生一第一光信號數(shù)據(jù)序列，同時一第二二線性感測器陣列根據(jù)該系統(tǒng)時脈來感測該光信號而產(chǎn)生一第二光信號數(shù)據(jù)序列，其中該第一線性感測器陣列及該第二線性感測器陣列非平行地設置于一運動檢測裝置上；儲存該第一光信號數(shù)據(jù)序列及該第二光信號數(shù)據(jù)序列；分別計算該第一光信號數(shù)據(jù)序列中列與列之間的相關性及該第二光信號數(shù)據(jù)序列中列與列之間的相關性，以決定該第一線性感測器陣列在其垂直方向上相對于待測表面所移動的距離及該第二線性感測器陣列在其垂直方向上相對于待測表面所移動的距離；分別計算該第一線性感測器陣列在其垂直方向上相對于待測表面的移動速度及該第二線性感測器陣列在其垂直方向上相對于待測表面的移動速度；及根據(jù)該第一線性感測器陣列在其垂直方向上相對于待測表面的移動速度及該第二線性感測器陣列在其垂直方向上相對于待測表面的移動速度進行向量運算，以求得該運動檢測裝置相對于所在表面的運動方向及速度。
12.如權利要求11所述的運動檢測方法，其特征在于，該方法還包括利用一光源將光照射于該運動檢測裝置所檢測的表面，以反射該光信號供該第一線性感測器陣列感測該第一光信號數(shù)據(jù)序列，及供該第二線性感測器陣列感測該第二光信號數(shù)據(jù)序列。
13.如權利要求11所述的運動檢測方法，其特征在于，該第一線性感測器陣列在其垂直方向上相對于待測表面的移動速度及該第二線性感測器陣列在其垂直方向上相對于待測表面的移動速度，分別由該第一線性感測器陣列在其垂直方向上相對于待測表面所檢測的移動距離和該系統(tǒng)時脈的時間信息及該第二線性感測器陣列在其垂直方向上相對于待測表面所檢測的移動距離和該系統(tǒng)時脈的時間信息進行一算法而求得。
14.如權利要求13所述的運動檢測方法，其特征在于，該算法為除法或微分運算。
15.如權利要求11所述的運動檢測方法，其特征在于，該第一光信號數(shù)據(jù)序列中列與列之間及該第二光信號數(shù)據(jù)序列中列與列之間的相關性的計算式為Cr(xlist,ylist)=ΣixiyiΣixi2Σiyi2]]>其中Cr為相關性參數(shù)，xi為一數(shù)據(jù)參考陣列，yi為一數(shù)據(jù)比對陣列。
16.如權利要求11所述的運動檢測方法，其特征在于該第一光信號數(shù)據(jù)序列中列與列之間及該第二光信號數(shù)據(jù)序列中列與列之間的相關性的計算式為Cr(xlist,ylist)=Σi(xi-x‾)(yi-y‾)Σi(xi-x‾)2Σi(yi-y‾)2]]>其中Cr為相關性參數(shù)，xi為一數(shù)據(jù)參考陣列，yi為一數(shù)據(jù)比對陣列， 為該數(shù)據(jù)參考陣列的平均值， 為該數(shù)據(jù)比對陣列的平均值。
全文摘要
一種感測器運動檢測裝置及方法，其使用線性感測器。該運動檢測裝置包括兩條線性感測器，以非平行方式設置，用于感測光信號數(shù)據(jù)。并且由一運算單元通過兩條線性感測器所感測的光信號數(shù)據(jù)序列執(zhí)行相關性、判斷運動方向及速度的運算等，從而得知運動檢測裝置相對于檢測表面的移動方向及速度。由于本發(fā)明采用了兩條線性感測器感測光信號數(shù)據(jù)序列，所以運算數(shù)據(jù)量比以往利用面型感測器感測光信號數(shù)據(jù)少，可有效提高運動檢測裝置的運算速度及降低硬件成本。
文檔編號G01D5/26GK101093255SQ20061009403
公開日2007年12月26日 申請日期2006年6月20日 優(yōu)先權日2006年6月20日
發(fā)明者鄭家駒, 林詩珩, 周榮華, 陳昭宇 申請人:敦南科技股份有限公司