專利名稱：用于控制計算機指向外圍設(shè)備所使用的照射的方法及計算機指向外圍設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利申請一般而言涉及使用光學(xué)導(dǎo)航功能的計算機外圍設(shè)備。
背景技術(shù)：
大多數(shù)圖形用戶接口(GURs)主要依靠“鼠標(biāo)”外圍設(shè)備控制一軟件程序與所述用戶之間的互動。傳統(tǒng)鼠標(biāo)外圍設(shè)備利用一種依靠機/電機構(gòu)的“球”結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生指示用戶移動鼠標(biāo)的信號。因為這種裝置的機械部分容易損壞并因污染而變得不能操作，所以這種傳統(tǒng)設(shè)計存在很多問題。人們對這種傳統(tǒng)鼠標(biāo)外圍設(shè)備的相對共同的感受是難以在一特定方向上移動圖形指針。例如用戶可能能夠向上、向左和向右移動GUR的圖形指針，但卻不能使用一不能操作的傳統(tǒng)鼠標(biāo)輕易地向下移動圖形指針。
人們已開發(fā)出不因污染而輕易地變得不能操作的光電鼠標(biāo)外圍設(shè)備。光電鼠標(biāo)通常通過持續(xù)照射一個表面、捕獲所述表面的圖像并根據(jù)連續(xù)的圖像估計設(shè)備的移動來進行操作。光電鼠標(biāo)的優(yōu)勢在于可輕易地從保護光電器件的窗口清除灰塵或其他污染物。因此，相比于傳統(tǒng)設(shè)備，光電鼠標(biāo)外圍設(shè)備顯示出更高的可靠性和性能。另外，光電鼠標(biāo)外圍設(shè)備可以在很多表面上進行操作而不需要“鼠標(biāo)墊”。
圖1描繪了鼠標(biāo)100的原理框圖，鼠標(biāo)100使用重復(fù)性圖像分析來產(chǎn)生指示用戶移動鼠標(biāo)100的信號。如圖1所示，鼠標(biāo)100包括耦合至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)102的圖像陣列101(例如一電荷耦合裝置)。鼠標(biāo)100在上操作的所述表面的一圖像的數(shù)字數(shù)據(jù)被提供至直流消除(DCR)元件103。DCR元件103是一用來濾除一數(shù)字圖像中的直流分量的數(shù)字濾波器。關(guān)于DCR 103的更詳細資料可在美國專利第6,049,338號和第6,047,091號中找到，這些專利均以引用方式并入本文中。來自連續(xù)性圖像的數(shù)字數(shù)據(jù)從DCR元件103提供至參考存儲器104和比較存儲器105。
交叉相關(guān)器邏輯件106在參考存儲器104和比較存儲器105之間執(zhí)行一窗口搜索程序。對于超出一偏移位置范圍的每一偏移位置，交叉相關(guān)器邏輯件106都會計算參考存儲器104和比較存儲器器105中存儲的圖像數(shù)據(jù)的重疊部分之間的相關(guān)性。一般來說，與最高相關(guān)性關(guān)聯(lián)的偏移位置可提供鼠標(biāo)100在相應(yīng)圖像之間移動的最佳估計。導(dǎo)航器邏輯件107分析相關(guān)值來產(chǎn)生一指示用戶移動鼠標(biāo)裝置的ΔX和ΔY數(shù)值流。更多關(guān)于處理圖像數(shù)據(jù)以估計一計算機外圍設(shè)備導(dǎo)航的細節(jié)可在美國專利第5,644,139號中找到；此專利以引用方式并入本文中。
導(dǎo)航器邏輯件107跟蹤鼠標(biāo)100實際移動的性能依賴于對支承表面的均勻照射。因此，鼠標(biāo)100在一連續(xù)的基礎(chǔ)上調(diào)整圖像的曝光時間，以獲得符合一個或數(shù)個標(biāo)準(zhǔn)的像素數(shù)據(jù)。具體來說，如圖1所示，鼠標(biāo)100進一步包括用來分析圖像質(zhì)量的像素監(jiān)視邏輯件108。像素監(jiān)視邏輯件108可在從圖像陣列101掃描像元時執(zhí)行一平均運算。另外或選擇性地，像素監(jiān)視邏輯件108可以在從圖像陣列101中掃描一完整圖像時確定最大像素值。響應(yīng)對像素信息的分析，像素監(jiān)視邏輯件108會通過使用幀周期計數(shù)器(FPC)109來維持、增加或減少快門曝光時間。幀周期計數(shù)器109是一計數(shù)器，它在每一幀開始時發(fā)射“幀開始”(Frame_Start)中斷信號來觸發(fā)數(shù)字塊。如果圖像數(shù)值太低，那么將增加快門曝光時間以提高圖像亮度。如果出現(xiàn)像元飽和現(xiàn)象，則將減少快門曝光時間以保證圖像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
盡管光電鼠標(biāo)外圍設(shè)備具有多個明顯的優(yōu)點，但已知的光電鼠標(biāo)外圍設(shè)備并非在所有條件下都能高水平地工作。具體來說，已知的光電鼠標(biāo)外圍設(shè)備使用一恒定的電流驅(qū)動方法來給光源供電。當(dāng)使用激光、高定向性光源或相干光源照射一高反射性表面(例如閃光的金屬板、光亮的膠片、高光亮平滑的木質(zhì)表面等)時，圖像數(shù)據(jù)陣列會呈現(xiàn)一寬廣的動態(tài)范圍，并可包括一個或多個飽和值。所述飽和值發(fā)出典型的快門控制功能信號，以將曝光時間降低到一個不能接受的低水平。這一動作的結(jié)果是低曝光時間會因為每一步進(連續(xù)圖像之間的非連續(xù)移動)的圖像特征的高變化比例而易振蕩。因此，在這些情況下，圖像質(zhì)量和由此而來的光學(xué)導(dǎo)航跟蹤性能都會惡化。
在另一種情況下，當(dāng)使用激光、高定向性光源或相干光源照射一黑暗的表面(例如黑布、黑色天鵝絨等)時，低圖像亮度發(fā)出快門控制功能信號，以將曝光時間增加到一個所能允許的最大值。這一動作的結(jié)果是鼠標(biāo)的速度或幀速率降低，且甚至在最大快門時間下，圖像質(zhì)量可能會因照射不足而降低。因此，跟蹤性能惡化。
某些代表性實施例包括自動增益控制功能以控制提供至一光電鼠標(biāo)外圍設(shè)備光源的驅(qū)動電流。具體來說，某些代表性實施例結(jié)合監(jiān)視像素特征還監(jiān)視快門反饋信號。當(dāng)快門反饋信號漂移出一預(yù)定范圍時，某些代表性實施例改變提供給電源的驅(qū)動電流。對驅(qū)動電流的校正能夠?qū)⒖扉T反饋信號保持在合適的值內(nèi)，保持圖像質(zhì)量以用于導(dǎo)航目的。具體來說，所述自動增益控制功能使得能夠獲得一穩(wěn)定而合理的快門曝光時間。


圖1描繪一已知光電鼠標(biāo)外圍設(shè)備的框圖。
圖2描繪一代表性實施例的光電鼠標(biāo)外圍設(shè)備的框圖。
圖3描繪一本發(fā)明代表性實施例的流程圖。
具體實施例方式
圖2描繪一代表性實施例的光電鼠標(biāo)外圍設(shè)備200的框圖。鼠標(biāo)200的導(dǎo)航功能與鼠標(biāo)100的導(dǎo)航功能的操作方式基本上相同。具體來說，圖像陣列101捕獲支承表面的圖像，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)102將來自圖像陣列101的相應(yīng)像元的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)。該數(shù)字數(shù)據(jù)被提供至DCR元件103，然后再被提供至參考存儲器104和比較存儲器105。交叉相關(guān)邏輯件106計算參考存儲器104的各圖像部分與比較存儲器105的各部分之間的相關(guān)性。導(dǎo)航器邏輯件107分析相關(guān)值以產(chǎn)生指示用戶移動鼠標(biāo)裝置的ΔX和ΔY的數(shù)值流。
如圖2所示，像素監(jiān)視邏輯件201在模擬域內(nèi)對圖像特征進行分析。然而，如果需要，可以替代方式耦合像素監(jiān)視邏輯件201從模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器102接收圖像數(shù)據(jù)以在數(shù)字域內(nèi)進行圖像分析。如果圖像特征不符合所期望的標(biāo)準(zhǔn)，那么像素監(jiān)視邏輯件201通過幀周期計數(shù)器109控制快門來增加或減少圖像陣列101的曝光時間。舉例而言，像素監(jiān)視邏輯件201可能發(fā)送消息給幀周期計數(shù)器109來增加或減少曝光時間。幀周期計數(shù)器109產(chǎn)生定時信號來控制用于圖像陣列101曝光和DCR元件103的快門，以使用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器102得到一圖像的數(shù)字數(shù)據(jù)。在一代表性實施例中，將像素監(jiān)視邏輯件201耦合到幀周期計數(shù)器109上以接收提供至快門功能和DCR元件103的相同定時信號。因此，使得像素監(jiān)視邏輯件201能夠監(jiān)視曝光時間的長度(例如，以時鐘周期計算)。
當(dāng)像素監(jiān)視邏輯件201確定曝光時間長度已偏離一預(yù)定范圍時，像素監(jiān)視邏輯件201發(fā)送一合適的信號給光源強度驅(qū)動器202?；谶@一信號，光源強度驅(qū)動器202增加或減少提供給陣列照射器203的驅(qū)動電流。舉例而言，陣列照射器203的輸出功率可能降低，且圖像陣列101接收到的圖像光線也可能降低。像素監(jiān)視邏輯件201可繼續(xù)給光源強度驅(qū)動器202發(fā)信號以降低驅(qū)動電流，直到獲得一個穩(wěn)定而合理的快門值(例如以時鐘周期計算的曝光時間)。
可使用集成電路元件來實施圖2所示鼠標(biāo)200的元件。在其它實施例中，可選擇性地或另外使用在一合適的處理器上執(zhí)行的軟件指令。舉例而言，如果需要，可使用一計算機系統(tǒng)(未顯示)上可執(zhí)行的軟件指令來分析曝光時間并產(chǎn)生一信號來改變驅(qū)動電流的強度。
圖3描繪了一根據(jù)一代表性實施例的光電鼠標(biāo)的操作流程圖。為方便讀者，對所述流程圖的描述采用了線形操作的描述形式。然而，所述流程圖的執(zhí)行對各種功能的實施不需要強加嚴格的定時關(guān)系。舉例而言，集成電路元件可并行實施某些定時關(guān)系。
在步驟301中，使用一CCD陣列元件和一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器來捕獲圖像數(shù)據(jù)。在302步驟中，實施導(dǎo)航分析。在步驟303中，通過一合適的接口從光電鼠標(biāo)中輸出導(dǎo)航數(shù)據(jù)?？墒褂檬袌錾峡少I到的光電鼠標(biāo)的已知功能實施步驟301至303。
在步驟304中，分析圖像特征。舉例而言，可確定平均像素值；另外或選擇性地，可確定整個陣列的最大像素值。在步驟305中，進行一邏輯比較以決定是否改變曝光時間。在一實施例中，對平均像素值和最大像素值與相應(yīng)的參數(shù)進行比較以做出此決定。如果步驟305的邏輯比較的結(jié)果為否定，則流程從步驟305返回到步驟301。如果所述邏輯比較的結(jié)果為肯定，則流程從步驟305前進到步驟306；在步驟306中，將一信號發(fā)送到一快門控制機構(gòu)以改變曝光時間。
在步驟307中，進行一邏輯比較以確定曝光時間是否偏離了一預(yù)定范圍。如果比較結(jié)果為否定，則流程返回到步驟301。如果比較結(jié)果為肯定，則流程前進到步驟308；在步驟308中，提供一信號到照射器驅(qū)動裝置以修改驅(qū)動電流。由此，對鼠標(biāo)支承表面的照射得以修改，并可將曝光時間恢復(fù)到預(yù)定范圍內(nèi)。因此，避免了曝光時間的波動，改善了圖像質(zhì)量，并改善了導(dǎo)航分析的精確性。流程從步驟308返回到步驟301。
權(quán)利要求
1.一種操作計算機指向外圍設(shè)備的方法，其包括捕獲一支承表面的圖像來實施導(dǎo)航分析，以產(chǎn)生指示所述計算機指向外圍設(shè)備的移動的數(shù)據(jù)供輸出至一計算機系統(tǒng)；分析至少一個圖像特征；響應(yīng)所述分析修改一圖像曝光時間；和當(dāng)所述圖像曝光時間不能滿足一操作參數(shù)時，修改所述支承表面的一照射強度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述修改一照射強度包括修改提供給用于照射所述支承表面的照射裝置的驅(qū)動電流。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述照射裝置是一相干光源。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述照射裝置是一高定向性光源。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述分析至少一個圖像特征確定一平均像素值是否大于一閾值。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述分析至少一個圖像特征確定一最大像素值是否大于一閾值。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述修改一曝光時間根據(jù)時鐘循環(huán)數(shù)修改快門操作。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其進一步包括確定所述時鐘循環(huán)數(shù)是否在一預(yù)定范圍內(nèi)。
9.一種計算機指向外圍設(shè)備，其包括一用于照射一支承表面的照射元件；一用于捕獲所述支承表面的圖像的成像陣列；用于處理所述圖像以產(chǎn)生指示所述計算機指向外圍設(shè)備的移動的輸出信號的邏輯件；用于分析所述圖像的至少一個特征的邏輯件；用于修改所述成像陣列的一圖像曝光時間的邏輯件，其中所述用于修改的邏輯件響應(yīng)所述用于分析的邏輯件；和用于在所述圖像曝光時間不能滿足一操作參數(shù)時修改由所述照射元件提供的一照射強度的邏輯件。
10.如權(quán)利要求9所述的計算機指向外圍設(shè)備，其中所述用于修改一照射強度的邏輯件控制提供給所述照射元件的驅(qū)動電流。
11.如權(quán)利要求9所述的計算機指向外圍設(shè)備，其中所述照射元件是一相干光源。
12.如權(quán)利要求9所述的計算機指向外圍設(shè)備，其中所述照射元件是一高定向性光源。
13.如權(quán)利要求9所述的計算機指向外圍設(shè)備，其中所述至少一個圖像特征是一界定一平均像素閾值的參數(shù)。
14.如權(quán)利要求9所述的計算機指向外圍設(shè)備，其中所述至少一個圖像特征是一界定一最大像素值的參數(shù)。
15.如權(quán)利要求9所述的計算機指向外圍設(shè)備，其進一步包括用于根據(jù)時鐘信號數(shù)量產(chǎn)生一操作快門的控制信號的邏輯件，其中所述用于產(chǎn)生控制信號的邏輯件的操作響應(yīng)所述用于修改一圖像曝光時間的邏輯件。
16.如權(quán)利要求15所述的計算機指向外圍設(shè)備，其中所述用于修改一圖像曝光時間的邏輯件確定所述時鐘循環(huán)數(shù)是否在一預(yù)定范圍內(nèi)。
17.一種計算機指向外圍設(shè)備，其包括用于照射一支承表面的構(gòu)件；用于捕獲所述支承表面的圖像的構(gòu)件；用于處理所述圖像以產(chǎn)生指示所述計算機指向外圍設(shè)備的移動的輸出信號的構(gòu)件；用于分析所述圖像的至少一個特征的構(gòu)件；用于根據(jù)所述至少一個特征修改所述成像陣列的一圖像曝光時間的構(gòu)件；和用于在所述圖像曝光時間不能滿足一操作參數(shù)時修改所述照射構(gòu)件所提供的一照射強度的構(gòu)件。
18.如權(quán)利要求17所述的計算機指向外圍設(shè)備，其中所述用于分析的構(gòu)件確定一平均像素值是否未達到一預(yù)定值。
19.如權(quán)利要求17所述的計算機指向外圍設(shè)備，其中所述用于分析的構(gòu)件確定一最大像素值是否未達到一預(yù)定值。
20.如權(quán)利要求17所述的計算機指向外圍設(shè)備，其中所述用于修改一照射強度的構(gòu)件確定所述圖像曝光時間是否在一預(yù)定范圍內(nèi)。
全文摘要
在一個具體實施例中，一種操作計算機指向外圍設(shè)備的方法包括捕獲一支承表面的圖像以實施導(dǎo)航分析；分析至少一個圖像特征；響應(yīng)所述分析修改圖像曝光時間；及當(dāng)所述圖像曝光時間不能滿足一操作參數(shù)時修改支承表面的照射強度。
文檔編號G06F3/038GK1749940SQ20051007962
公開日2006年3月22日 申請日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月14日
發(fā)明者譚山忠, 劉東升, 曾來福 申請人:安捷倫科技公司