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CN101477412B - 子像素级精度的运动感知方法 - Google Patents

子像素级精度的运动感知方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种子像素级精度的运动感知方法。该方法包括以下步骤：采集工作表面的参考图像(参考帧)和采样图像(采样帧)；计算参考帧和采样帧的相互关系获得鼠标相对于该表面的运动矢量；对参考帧和采样帧进行插值，得到插值参考帧和插值采样帧；计算插值参考帧和插值采样帧的相关性，从而对前面的运动矢量加以修正，得到子像素的运动。通过该方法可以在传感器特征不变的情况下，有效地提高位移计算精度，进而改善光学鼠标的性能。

Description

子像素级精度的运动感知方法
技术领域
本发明涉及一种光学运动感知方法，特别是涉及一种用于光电鼠标中的子像素级精度的运动感知方法。
背景技术
如图1所示，为一个光电鼠标的工作原理图。发光二极管101发出光线，通过透镜102后，被工作表面103反射，透镜104将包含工作表面信息的光线汇集，进入运动感知装置105成像。当光电鼠标移动时，其运动轨迹会被记录为一组高速拍摄的连贯图像。其中，每一幅图像称为一帧。所述的运动感知装置105计算出存储的帧之间的相互关系，从而识别出光电鼠标的移动并将该移动的数值输出。
如图2所示，是运动感知装置105常用的计算像素移动的方法。
从某个起始位置开始，运动感知装置105首先获取一幅图像，即参考帧。在延迟一个预定的时间间隔之后，所述运动感知装置105获取下一幅图像，即采样帧。
该方法通过计算采样帧与参考帧的相关性，产生预测运动矢量。从而得到像素的移动方向和移动距离。当对于采样帧与参考帧进行相关性运算后发现最高相关性时，如果采样帧相对于参考帧移动至少0.5像素且至多1.5像素时，计算结果为移动一个像素，如果采样帧的移动超过相对于参考帧的预定值，那么参考帧被更新为当前采样帧，并且之后当进行下一采样帧时将更新的参考帧作为参考帧。
在上述方法中，移动的识别是以0.5像素为单位进行，光电鼠标的移动只有在运动感知装置105将参考帧更新后才能更新识别，随后只有当光电鼠标移动大约1.0像素后才会继续对光电鼠标的移动进行识别。
因此，上述方法不能识别1.0像素以下，即子像素的移动，所以分辨率受到限制。
发明内容
为了解决现有运动感知方法分辨率低的缺点，提高计算精度，本发明提出一种子像素级精度的运动感知方法。通过该方法可以在传感器特征不变的情况下，有效地提高位移计算精度，进而改善光学鼠标的性能。
一种计算子像素级精度的运动感知方法，包括以下步骤：利用光学传感器采集工作表面图像，得到参考帧；延迟一定时间后再次采集工作表面图像，得到采样帧；分别对参考帧和采样帧做插值，得到插值参考帧和插值采样帧；计算参考帧和采样帧的相关性，得到运动矢量MVA；计算插值参考帧和插值采样帧的相关性，得到插值运动矢量MVB；利用MVB对MVA进行修正补偿，得到输出运动矢量MV；将MV/N，得到更精确的运动矢量。
其中，MV＝N*MVA+MVB。
其中，N取决与图差插值算法，且N＞1。
因而，采用本发明的方法，可以得到子像素级精度的位移，在技术上有较大进步，可以有效提高光学鼠标的定位精度和性能。
特别地，在利用运动感知传感器的光电鼠标的位移值被减少1/N因数后输出到计算机时，光电鼠标的移动精度与现有技术相比可以提高N倍。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
以下结合附图介绍较佳实施例，对本发明提出的利用图像插值提高运动感知位移计算精度的方法和使用该方法的光学运动感知传感器，加以详细说明。应该指出的是，附图的目的只是便于对本发明具体实施例的说明，不是一种多余的叙述或是对本发明范围的限制。
附图说明
图1为光电鼠标的工作原理图。
图2为常用的运动感知方法示意图。
图3为根据本发明计算子像素移动的方法示意图。
在上述附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
请参阅图3所示，为根据本发明计算子像素移动的方法示意图。
从某个起始位置301开始，光学传感器获取一帧图像作为参考帧，即步骤302。该参考帧是由二维的光敏检测器阵列得到的信号构成，包含工作表面的特征信息，如颜色、纹理、对比度、亮度、光滑度等。
在完成步骤302后，延迟特定时间，所述光学传感器再获取一帧图像，做为采样帧，即步骤303。同所述参考帧一样，采样帧也是由二维光敏检测器得到的信号构成，也包含工作表面的特征信息。
所述参考帧和所述采样帧是在不同的时刻获取的，如果光学传感器在工作表面发生了移动，那么采样帧相对于参考帧发生了平移。
进而进入步骤304和步骤305，计算所述采样帧和所述参考帧之间的相关。通过相关性运算，求出运动矢量MVA。MVA代表了采样帧相对于参考帧位移的大小以及方向。
同时，在步骤306和步骤307中，分别对所述参考帧和所述采样帧进行图像插值，得到插值参考帧和插值采样帧。
在步骤308中，以运动矢量MVA的终点为中心，X为运动最大步长，对插值参考帧与插值采样帧做相关性运算，求出运动矢量MVB。
在此实施例中，X选为1。
下一个步骤309，利用MVB对MVA做修正补偿，得到输出运动矢量MV，即步骤310。
其中，MV＝N×MVA+MVB，N取决与图差插值算法，且N＞1。
在此实施例中，我们将N取2，即MV＝2×MVA+MVB。
特别地，在步骤309中，我们可以通过运动估值对运动矢量加以预测，这样可以减少运算次数，提高算法效率。
在步骤311中，当输出运动矢量MV大于预设值，则将当前采样帧更新为参考帧(步骤312)，反之，参考帧保持不变。
最后，在将运动感知传感器的光学鼠标的移动值，即输出运动矢量MV减少1/2因数，也就是MV/2，然后输出到计算机，此时光电鼠标的移动精度比现有技术相比可以提高2倍。
因此，根据本发明提供的运动感知方法，可以在传感器特征不变的情况下，有效提高光电鼠标的移动分辨率，进而改善光电鼠标的性能。
在本实施例中，我们取N为2。实际上，可以根据开发人员的需要修改插值算法，增大N的取值，得到更大尺寸的图像，进而得到小于1/2像素的位移。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，但是它们不是本发明范围的局限应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，所作出的若干改进和润饰也应视为本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种感知物体相对于表面的运动方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，获取一帧图像，并将其设定为参考帧；
步骤2，延迟特定的时间，再获取一帧图像，并将其设定为采样帧；
步骤3，分别对所述参考帧和所述采样帧进行插值，得到插值参考帧和插值采样帧；
步骤4，计算所述采样帧与所述参考帧的相关，得到初始运动矢量；
步骤5，以初始运动矢量的终点为中心，选取特定值为运动最大步长，计算所述插值采样帧与所述插值参考帧的相关性，得到插值运动矢量；
步骤6，利用修正方法：第一运动矢量＝插值参数×初始运动矢量+插值运动矢量对初始运动矢量做修正补偿，得到第一运动矢量；
步骤7，将第一运动矢量除以所述插值参数，得到第二运动矢量，并输出到计算机；以及
步骤8，根据第一运动矢量和预设值，更新参考帧或保持参考帧不变。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述参考帧与所述采样帧由二维光敏检测器阵列得到的信号构成，包含工作表面的特征信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
插值参数取决于图差插值算法，并且有插值参数＞1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在步骤8中，当输出运动矢量(MV)大于所述预设值时，将当前采样帧更新为参考帧，反之，参考帧保持不变。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在步骤6中，可以通过运动估值对第一运动矢量加以预测。
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