專利名稱：次像素精度的位移量偵測方法及使用該方法的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像位移偵測方法及裝置，特別涉及一種次像素精度的 位移量偵測方法及裝置。
背景技術：
現有的次像素位移量的偵測方法，如臺灣專利公告第1225622號，名稱 為"應用于光學軌跡導航元件的次像素位移量偵測方法"，它是以泰勒展開 式的一階偏微分函數所建立的聯立方程式來計算次像素位移量。所述偵測方 法包含下列步驟擷取第一張圖像與第二張圖像；選取多個圖像點作為計算 參考點；根據前述第一張圖像與第二張圖像計算出前述計算參考點的泰勒展 示的一階偏微分函數的偏微分量，以產生多個二元一次方程式；以及根據前 述多個二元一次方程式計算次像素位移量。然而在實際使用時，此種利用泰 勒展開式估測的方法由于省略了泰勒展開式的高次項而存在誤差，因此其適 用于位移量較小的狀況，但是當位移量逐漸增大時，所估測出位移量的誤差 也相對增大。除此之外，泰勒展開式的偏微分處理對于噪聲具有較高的敏感 度，因此估測結果容易被噪聲所影響。
另一種現有的計算相對位移量的方法，如美國專利第5,729,008號，名 稱為"由光學圖像陣列的相關信號追蹤相對移動的方法與裝置(Method and device for tracking relative movement by correlating signals from an array of photoelements)"，如圖1所示，使用圖像裝置擷取7x7像素的第一圖像91 ， 并選定中央的5x5像素為搜尋框93，并擷取第二圖像92;使所述搜尋框93 在所述第二圖像92中朝不同方向移動，則可得到圖像940 948，并根據所述 搜尋框93在所述圖像940 948中與所述第二圖像92的相關性，以計算相對
移動量。然而在實際使用時，此種方法最小可求得的移動量為圖像擷取裝置 中兩相鄰像素的距離，當移動量小于兩相鄰像素的距離時，則無法判斷所述 微小位移量。
基于上述原因，確實仍有必要進一步改良上述現有的像素位移量偵測方 法及裝置，以解決現有技術中所存在的問題。
發明內容
本發明的一個目的在于提供一種次像素精度的位移量偵測方法及裝置， 所述方法以及裝置通過內插運算以增加搜尋范圍，并增加圖像細致度。
本發明另一個目的在于提供一種次像素精度的位移量偵測方法及裝置， 所述裝置可以通過兩階段搜尋，以增加搜尋速度。
為達到上述目的，本發明提供一種次像素精度的位移量偵測方法，所述 方法包含下列步驟擷取第一陣列圖像以及第二陣列圖像；針對所述第一陣 列圖像進行內插運算以形成參考圖像；針對所述第二陣列圖像進行內插運算 以形成比對圖像；以及比對所述參考圖像以及所述比對圖像，以求出位移量。
根據本發明的另一個特點，本發明還提供一種次像素精度的位移量偵測 方法，所述方法包含下列步驟擷取第一陣列圖像以及第二陣列圖像；在所 述第二陣列圖像中進行第一次搜尋比對；針對所述第一陣列圖像進行內插運 算以形成參考圖像；針對所述第二陣列圖像進行內插運算以形成比對圖像； 在所述比對圖像中進行第二次搜尋比對；以及計算位移量。
根據本發明的另一個特點，本發明還提供一種次像素精度的位移量偵測 方法，所述方法包含下列步驟擷取第一陣列圖像以及第二陣列圖像；針對 所述第一陣列圖像進行內插運算形成參考圖像；針對所述第二陣列圖像進行 內插運算以形成比對圖像；在所述比對圖像中進行第一次搜尋比對；在所述 比對圖像中進行第二次搜尋比對；以及計算位移量。
本發明還提供一種次像素精度的位移量偵測裝置，所述裝置包含圖像擷 取單元、內插單元、儲存單元以及處理單元。所述圖像擷取單元用以擷取來
自一個表面的第一陣列圖像以及第二陣列圖像；所述內插單元針對所述第一 陣列圖像以及所述第二陣列圖像進行內插運算，以分別形成參考圖像以及比 對圖像；所述儲存單元用以儲存所述第一陣列圖像、第二陣列圖像、參考圖 像以及比對圖像；所述處理單元用以比對所述第一陣列圖像以及所述第二陣 列圖像，和/或比對所述參考圖像以及所述比對圖像，并求出位移量。
本發明的次像素精度的位移量偵測方法及裝置利用內插運算的方式來 增加搜尋范圍，可用于偵測具有次像素精度等級的微小位移量，且偵測的結 果可透過傳輸介面傳送至圖像顯示裝置，例如電視屏幕、電腦屏幕、游戲機 屏幕或投影幕上，以進行游標控制或指向器瞄準點的控制。所述次像素精度 的位移量偵測裝置的一個實施例包含光學鼠標以及導航裝置(navigation device)o
圖1為現有的用以計算相對移動量的方法的示意圖； 圖2為本發明的次像素精度的位移量偵測裝置的一個實施例的立體示意
圖3為本發明的次像素精度的位移量偵測裝置的一個實施例的方塊示意
圖4為本發明實施例的次像素精度的位移量偵測方法的內插運算的示意
圖5為本發明實施例的次像素精度的位移量偵測方法的流程圖6為本發明實施例中一個表面上的亮度分布示意圖7a為本發明實施例的圖像擷取單元所擷取的第一陣列圖像灰階值分
布的示意圖7b為本發明實施例的圖像擷取單元所擷取的第二陣列圖像灰階值分 布的示意圖8a為本發明實施例的圖像擷取單元所擷取的第一陣列圖像以及參考 圖像的其中一行灰階值分布的示意圖，其中上方行顯示第一陣列圖像的其中 一行以及第一參考搜尋框，下方行顯示參考圖像的其中一行以及第二參考搜 尋框；
圖8b為本發明實施例的圖像擷取單元所擷取的第二陣列圖像以及比對 圖像的其中一行灰階值分布的示意圖，其中上方行顯示第二陣列圖像的其中 一行以及第一搜尋框，下方行顯示比對圖像的其中一行以及第二搜尋框；
圖8c為本發明實施例的圖像擷取單元所擷取的第二陣列圖像以及比對 圖像的其中一行灰階值分布的另一示意圖，其中所述第一搜尋框向右方J叟尋 2列亮度間隔，所述第二搜尋框向右方搜尋1列亮度間隔；
圖8d為本發明實施例的圖像擷取單元所擷取的第二陣列圖像以及比對 圖像的其中一行灰階值分布的另一示意圖，其中所述第一搜尋框再度向右方 搜尋2列亮度間隔，所述第二搜尋框再度向右方搜尋1列亮度間隔；
圖8e為本發明實施例的圖像擷取單元所擷取的第二陣列圖像以及比對 圖像的其中一行灰階值分布的另一示意圖，其中所述第一搜尋框再度向右方 搜尋2列亮度間隔，所述第二搜尋框再度向右方搜尋1列亮度間隔。
圖8f為本發明實施例的圖像擷取單元所擷取的第二陣列圖像以及比對 圖像的其中一行灰階值分布的另一示意圖，其中所述第一搜尋框再度向右方 搜尋2列亮度間隔并完成第二陣列圖像的搜尋，所述第二搜尋框再度向右方 搜尋l列亮度間隔；
圖8g為本發明實施例的圖像擷取單元所擷取的第二陣列圖像以及比對 圖像的其中一行灰階值分布的另一示意圖，其中所述第一搜尋框已完成第二
陣列圖像的搜尋，所述第二搜尋框再度向右方搜尋1列亮度間隔；
圖8h為本發明實施例的圖像擷取單元所擷取的第二陣列圖像以及比對 圖像的其中一行灰階值分布的另一示意圖，其中所述第一搜尋框已完成第二 陣列圖像的搜尋，所述第二搜尋框再度向右方搜尋1列亮度間隔；
圖8i為本發明實施例的圖像擷取單元所擷取的第二陣列圖像以及比對 圖像的其中一行灰階值分布的另一示意圖，其中所述第一搜尋框已完成第二 陣列圖像的搜尋，所述第二搜尋框再度向右方搜尋1列亮度間隔；
圖8j為本發明實施例的圖像擷取單元所擷取的第二陣列圖像以及比對 圖像的其中一行灰階值分布的另一示意圖，其中所述第一搜尋框已完成第二 陣列圖像的搜尋，所述第二搜尋框再度向右方搜尋1列亮度間隔并完成比對 圖像的搜尋；
圖9為本發明實施例的比對圖像以及所述第二搜尋框的第四參考點搜尋 位置的示意圖，其中所述第二搜尋框需搜尋81次；
圖10為本發明實施例的快速次像素精度的位移量偵測方法的流程圖10a為本發明實施例的快速次像素精度的位移量偵測方法的第一次搜 尋位置的示意圖，其中顯示第一次需搜尋25次；
圖10b為本發明實施例的快速次像素精度的位移量偵測方法的第二次搜 尋位置的示意圖，其中顯示第二次需搜尋9次；
圖11為本發明實施例的另一快速次像素精度的位移量偵測方法的流程
圖lla為本發明實施例的另一快速次像素精度的位移量偵測方法的第一 次搜尋位置的示意圖，其中顯示第一次需搜尋25次；
圖llb為本發明實施例的另一快速次像素精度的位移量偵測方法的第二 次搜尋位置的示意圖，其中顯示第二次需搜尋9次。
主要元件符號說明
1位移量的偵測裝置101光源
102圖像擷取單元103內插單元
104儲存單元105處理單元
106傳輸單元107透鏡
21第一陣列圖像211第一參考搜尋框
212第一參考點213第一陣列圖像其中--行
22參考圖像221第二參考搜尋框
222第二參考點223參考圖像其中一行
23第二陣列圖像231第一搜尋框
232第三參考點233第二陣列圖像其中--行
234第一最佳參考點24比對圖像
241第二搜尋框242第四參考點
243比對圖像其中一行244內插后第一最佳參考點245第二最佳參考點246第三最佳參考點
247第四最佳參考點91第一圖像
92第二圖像93搜尋框
940-948圖像相關性 A1 A6步驟
B1 B7步驟 C1 C6步驟
S表面
具體實施例方式
為了讓本發明的上述和其他目的、特征及優點能更明顯，下文特舉本發 明實施例，并配合所附圖示，作詳細說明如下。此外，在本說明書的說明內 容中，類似的元件是以相同的編號表示。
請參照圖2以及3示，其分別顯示根據本發明實施例的次像素精度的位 移量偵測裝置1的立體示意圖以及方塊示意圖，其實施例包含，但不限于， 光學鼠標以及導航裝置(navigationdevice)等。在本發明的說明中，所述偵測 裝置1以光學鼠標作為例示性的說明(圖2)，所述偵測裝置1具有殼體100， 所述殼體100下方具有孔H并放置于表面S上使用，例如桌面或鼠標墊的表 面等，所述殼體100內部包含光源101、圖像擷取單元102、內插單元103、 儲存單元104、處理單元105、傳輸單元106以及至少一個透鏡107。所述光 源101的實施例包括發光二極管以及激光二極管，例如可為紅外光發光二極 管或紅外光激光二極管，用以透過所述殼體100的孔H向所述表面S投射光， 且自所述表面S的光反射再度經過所述殼體100的孔H進入所述殼體100。 所述圖像擷取單元102的實施例包括電荷耦合元件圖像感測器(CCD image sensor)、互補金屬氧化物半導體圖像感測器(CMOS image sensor)以及其他類 型的圖像感測器，用于接收來自所述殼體100的孔H，且自所述表面S的反 射光連續光圖像并轉換成多個陣列圖像。在一個實施例中，所述多個陣列圖 像可選擇先儲存在所述儲存單元104后，接著由所述內插單元103將儲存于 所述儲存單元104的所述多個陣列圖像分別進行內插運算，例如利用雙線性 內插法(bilinearinterpolation),形成至少一個參考圖像以及多個比對圖像后， 再度回存至所述儲存單元104。另一種實施例中，所述多個陣列圖像可直接 經由所述內插單元103進行內插運算后形成一個參考圖像以及多個比對圖像 并儲存至所述儲存單元104。所述處理單元105在所述參考圖像(儲存于所 述儲存單元104內)中選擇參考搜尋框，并在所述多個比對圖像(儲存在所述 儲存單元104內)中選擇搜尋框，利用所述搜尋框搜尋整個比對圖像并與所 述參考搜尋框作比對，則可計算出所述殼體100相對于所述表面S的移動量， 其詳細內容以及內插運算的實施方式將在下列段落中說明。最后經由所述傳 輸單元106將所求得的移動量傳送至圖像顯示裝置(未繪示)，例如電腦屏幕、
17 電視屏幕、游戲機屏幕或投影屏幕等，以進行相應的控制，例如可控制電腦 屏幕上鼠標的動作或指向器指針的動作。此外，所述光源101的前方可選擇
設置透鏡107，用以調整所述光源101的照射范圍；所述圖像擷取單元102 的前方也可選擇設置透鏡107以提高所述圖像擷取單元102的感光效率。
請參照圖2、 3以及4所示，接著說明本發明實施例的內插運算方式。 所述圖像擷取單元102在第一時間擷取來自所述表面S的光信號后形成第一 陣列圖像21，在本實施例中，所述第一陣列圖像21為一個8x8像素(pixel) 的陣列圖像，在內插運算前所述第一陣列圖像21的左上方像素灰階值為 x[m,n]，其相鄰下方像素灰階值為x[m+l,n]，其相鄰右方像素灰階值為 x[m,n+l]，且其相鄰右下方像素灰階值為x[m+l,n+l]，每一個像素都有一個 相應的像素值。選定所述第一陣列圖像21的中央4x4像素范圍為第一參考 搜尋框211，同時選定所述第一參考搜尋框211的左上方像素為第一參考點 212，且選定其起始坐標為[Xsta^,ystan—,]。接著所述內插單元103利用下列公 式將所述第一陣列圖像21進行內差運算
x[2m+p,2n+q]=( 1 -t)x( 1 -u)xx[2m,2n]+tx( 1 -u)xx[2m+2,2n]+( 1畫t)xuxx[2m，2 n+2〗+txuxx[2m+2，2n+2]，其中(t,u^(p/2，q/2)，且(Xp《2以及(Kq《2;
內插運算的結果可得到參考圖像22，其中所述參考圖像22左上方像素 灰階值為x[2m，2n]，其下方相隔一個像素的像素灰階值為x[2m+p,2n]，其右 方相隔一個像素的像素灰階值為x[2m，2n+q]，且其右下方相隔一個像素的像 素灰階值為x[2m+p，2n+q]。在這個實施例中，所述參考圖像22中包含多個 未經過內插運算的像素，其灰階值為所述第一陣列圖像21中像素的灰階值 (如圖中顯示空白的像素，例如X[m,n]與X[2m,2n]的像素的灰階值相同)，并 具有多個經過內插運算后所產生的像素，所述像素就是本文中所稱的次像素 (如圖中顯示斜線的像素)。所述第一參考搜尋框211經過內插運算后則形成 一個7x7像素范圍的第二參考搜尋框221，并選定所述第二參考搜尋框221
的左上方像素為第二參考點222，且選定其起始坐標為[xaan—2，ystart_2]。必須了 解的是，在兩相鄰像素間內插一個次像素僅為本發明的例示性實施方式，在 其他實施例中也可以內插一個次像素以上，并不脫離本發明的精神。
所述圖像擷取單元102在第二時間擷取來自所述表面S的光信號后形成 一個第二陣列圖像23，且所述第二陣列圖像23同樣經由所述內插單元103 執行內插運算后，形成一個比對圖像24，其內插運算方式與前述形成所述參 考圖像22的過程相同，這里不再贅述。通過這樣，所述比對圖像24中包含 多個未經過內插運算的像素，其灰階值為所述第二陣列圖像23中的像素灰 階值(如圖中顯示空白的像素)，并具有多個經過內插運算后所產生的像素， 所述像素就是本文中所稱的次像素(如圖中顯示斜線的像素)。因此，所述處 理單元105在所述第二陣列圖像23中選定第一搜尋框231，所述第一搜尋框 與所述第一參考搜尋框211具有相同的像素范圍，并對應于所述第一參考點 212在所述第一參考搜尋框211中的位置，在所述第一搜尋框231中選定第 三參考點232;并在所述比對圖像24中選定第二搜尋框241，其與所述第二 參考搜尋框221具有相同的像素范圍，并對應于所述第二參考點222在所述 第二參考搜尋框221的位置，在所述第二搜尋框241中選定第四參考點242。 必須了解的是，所述第一參考點212在所述第一參考搜尋框211中的位置、 所述第二參考點222在所述第二參考搜尋框221中的位置、所述第三參考點 232在所述第一搜尋框231中的位置以及所述第四參考點242在所述第二搜 尋框241中的位置并不限定于本實施例中所揭示的，可以位于各搜尋框內任 何位置。
在本說明中，分別列出現有技術中未經過內插運算而運用本發明的方法 直接進行位移量估測以及本發明中經過內插運算后進行位移量估測的實施 方式以作為比較。在現有技術中不進行內插運算而直接進行位移量估測的實 施方式中，利用所述第一搜尋框231在所述第二陣列圖像23逐一搜尋所有
像素并與所述第一參考搜尋框211進行比對，如圖4所示，若以所述第一參 考點212的起始坐標[X^an—,"tan—,]為基準，則所述第一搜尋框231在所述第 二陣列圖像23的搜尋范圍為[x艦—廣2,x艦—,+2; ystarU-2， ystart」+2]，也就是所述 第一搜尋框231在所述第二陣列圖像23中搜尋并與所述第一參考搜尋框211 進行比對的次數共為25次，且每次比對為計算所述第一參考搜尋框211每 一個像素的灰階值與所述第一搜尋框231中相應位置的像素灰階值差值絕對 值的總和，共可得到25個差值絕對值的總和，并以差值絕對值的總和最小 時判定為最佳比對，藉此以計算其位移量，其詳細計算方式將在下列段落中 舉例說明。
在本發明中經過內插運算后進行位移量估測的實施方式中，則利用所述 第二搜尋框241在所述比對圖像24逐一搜尋所有像素并與所述第二參考搜 尋框221進行比對，如圖4所示，此時若以所述第二參考點222的起始座標 [x自一2，y麵一2]為基準，則所述第二搜尋框241在所述比對圖像24的搜尋范圍 為[Xstan—2-4，xstart—2+4;ystart—r4，ystart—2+4]，也就是所述第二搜尋框241在所述比對 圖像24中搜尋并與所述第二參考搜尋框221進行比對的次數增加為81次， 且每次比對為計算所述第二參考搜尋框221每一個像素的灰階值與所述第二 搜尋框241中相應位置的像素灰階值差值絕對值的總和，共可得到81個差 值絕對值的總和，并以差值絕對值的總和最小時判定為最佳比對，通過這樣 計算其位移量。由此可知，在進行內插運算后可增加搜尋范圍，以增加圖像 細致度。
請參照圖5所示，其顯示本發明的一個實施例的次像素精度的位移量偵
測方法的流程圖，所述方法包含下列步驟擷取多個陣列圖像(步驟A1);儲 存陣列圖像(步驟A2);進行內插運算(步驟A3);儲存內插后圖像(步驟A4);
進行搜尋比對(步驟A5)以及求得位移量(步驟A6)。
請參照圖5、 6以及7a至7b所示，以下說明本實施例的次像素精度的
位移量偵測方法。在此實施例中，所述表面S上經所述光源101照射后形成
16列亮度的變化，如圖6所示，其中每列中的亮度均相等且每列的間距為所 述圖像擷取單元102的感測陣列(未繪示)中相鄰感測像素距離的一半，且所 述感測陣列具有8x8像素，實際的像素數目則根據感測陣列的解析度而不同。 在第一時間tl，所述圖像擷取單元102擷取所述表面S中亮度的偶數列而形 成第一陣列圖像21，如圖7a所示，其中每一個圓圈皆表示一個像素，且像 素內的數字則表示所述像素的亮度(灰階值)。在第二時間t2，所述位移量偵 測裝置1朝向圖6的左方移動一列亮度距離(即所述圖像擷取單元102的感 測陣列中感測像素距離的一半)，因此所述圖像擷取單元102擷取所述表面S 上亮度的奇數列而形成第二陣列圖像23，如圖7b所示(步驟Al)。接著可選 擇先將所述第一陣列圖像21以及所述第二陣列圖像23儲存至所述儲存單元 104(步驟A2)，也可選擇不經儲存而直接由所述內插單元103針對所述第一 陣列圖像21以及所述第二陣列圖像23進行內插運算后(步驟A3)，接著再存 入所述儲存單元104(步驟A4)。
請參照圖7a、 7b以及8a至8j所示，由于所述圖像擷取單元102的感測 陣列所感測的每一列亮度都相等，為簡化說明，僅取所述第一陣列圖像21 以及第二陣列圖像23之中的一行進行說明，例如第1行。在圖8a中，上方 行表示所述第一陣列圖像21的第一行213，其中實線方框范圍表示所選定的 第一參考搜尋框211，其為一個lx4的像素范圍，同時選定所述像素范圍的 左側第1個像素為所述第一參考點212。下方行則表示經過內插運算后所形 成的參考圖像22(未繪示)的第一行223，其中虛線方框范圍表示所選定的第 二參考搜尋框221，其為一個lx7的像素范圍，同時選定所述像素范圍的左 側第1個像素為所述第二參考點222。在圖8b至8j中，上方行表示為所述 第二陣列圖像23的第一行233，其中實線方框范圍表示所選定的第一搜尋框 231，其為一個1x4的像素范圍，同時選定所述像素范圍的左側第1個像素
為第三參考點232，所述第一搜尋框231逐一搜尋所述第二陣列圖像23第一 行233的所有像素(一次兩列亮度距離)。下方行則表示經過內插運算后所形 成的比對圖像24(未繪示)的第一行243，其中虛線方框范圍表示所選定的第 二搜尋框241，其為一個lx7的像素范圍，同時選定所述像素范圍的左側第 1個像素為所述第四參考點242，所述第二搜尋框241逐一搜尋所述比對圖 像24第一行243的所有像素(一次一列亮度距離)。
在現有技術的未進行內插運算而直接進行位移量估測中，利用所述第一 搜尋框231在所述第二陣列圖像23中逐一搜尋并與所述第一參考搜尋框211 比對。首先將圖8b的第一搜尋框231的各像素
與所述第一參考搜尋 框211的各像素
分別相減后的絕對值相加，因而可得到比對值 為256。然后依序將圖8c至8f中的所述第一搜尋框231的各像素與所述第 一參考搜尋框211的各像素
分別相減后的絕對值相加，則可得 到多個比對值分別為192、 64、 64以及192。本發明用以判定為最佳比對的 方式設定為比對值最小的第一搜尋框231，也就是現有技術在未進行內插運 算而直接進行位移量估測時可得到2個最佳比對值都為64(圖8d以及圖8e)。 此時，位移量表示由所述第一參考點212位移至圖8d的第三參考點232，也 就是表示所述位移量的偵測裝置1無位移；同時，位移量也表示由所述第一 參考點212位移至圖8e的第三參考點232(向右位移1列亮度)，也就是表示 所述偵測裝置l相對向左位移l列亮度的距離。由此可知，由于現有技術中 未進行內插運算，所述偵測裝置l有可能無法正確判定位移方向以及位移量。
本發明在內插運算后才進行位移量估測，判定的方式為利用所述第二搜 尋框241在所述比對圖像24中逐一搜尋并與所述第二參考搜尋框221比對。 首先將圖8b的第二搜尋框241的各個像素
與所述第二參考搜尋 框221的各個像素
分別相減后的絕對值相加，因而可得 到比對值為448，然后依序將圖8c至8j中的第二搜尋框241的各個像素與
第二參考搜尋框221的各個像素
分別相減后的絕對值 相加，則可得到多個比對值分別為416、 352、 256、 128、 64、 128、 256以 及352，由于本發明用以判定為最佳比對的方式設定為比對值最小的所述第 二搜尋框241，此實施例中，先進行內插運算后再判定移動量，可僅得到1 個最佳比對值64(圖8g)。此時，位移量表示由所述第二參考點222位移至圖 8g的第四參考點242(向右位移1列亮度)，可算出所述位移量的偵測裝置1 相對向左位移1列亮度的距離。由此可知，本發明(進行內插運算)可正確估 測所述偵測裝置1的位移方向以及位移量至次像素精度等級。
請參照圖4、 9、 10、 10a以及10b所示，如前所述，本發明經過內插運 算后，所述第二搜尋框241在搜尋一個15x15像素范圍時需要搜尋比對81 次，如圖9中所示，其中每一個第四參考點242都有一個相應的第二搜尋框 241，圖中可清楚看出所述第四參考點242共需搜尋81個位置。為了減少搜 尋比對的次數，本發明另提供一種快速次像素精度的位移量偵測方法，如圖 10、 10a以及10b所示，所述方法包含下列步驟擷取多個陣列圖像(步驟
Bl);儲存所述多個陣列圖像(步驟B2);進行第一次搜尋比對(步驟B3);進 行內插運算(步驟B4);儲存內插后圖像(步驟B5);進行第二次搜尋比對(步
驟B6);最后可求得一個位移量(步驟B7)。圖IO與圖5的差別在于，在擷 取多個陣列圖像后(步驟Bl)且在進行內插運算之前，先利用所述第一搜尋框 231逐一搜尋第二陣列圖像23，先找出第一最佳搜尋框，所述第一最佳搜尋 框具有相應的第三參考點232(步驟B3)，例如圖10a中所示的像素234，此 步驟中需要搜尋比對25次。接著再進行所述第一陣列圖像23的內插運算(步 驟B4)，且令所述像素234經內插運算后成為像素244，可以了解的是，在 此實施例中所述像素244為不需經內插運算的像素，因此234以及244具有 相同的灰階或亮度值。接著再利用第四參考點242逐一搜尋所述比對圖像24 中所述像素244以及其周圍8個像素范圍，并比對所述第四參考點242對應 的第二搜尋框241以及第二參考搜尋框221，以找出第二最佳搜尋框，所述 第二最佳搜尋框具有對應的第四參考點242，例如像素245，則所述像素245 為最后的最佳匹配參考點(步驟B6)，此步驟需要搜尋比對9次，因此本實施 例中的搜尋比對次數總共為25+9=34次。最后，位移量的計算方式為計算所 述最佳匹配參考點(像素245)與所述第二參考點222的距離(步驟B7)。通過 這樣，可有效減少搜尋比對的次數以增加位移量的運算速度。此外，其他步 驟的實施方式則與圖5的次像素精度的位移量偵測方法相類似，于此不再贅 述。
請參照圖4、 9、 11、 lla以及llb所示，其顯示本發明的另一種快速次 像素精度的位移量偵測方法，所述方法包含下列步驟擷取多個陣列圖像(步
驟C1);進行內插運算(步驟C2);儲存內插后圖像(步驟C3);進行第一次搜 尋比對(步驟C4);進行第二次搜尋比對(步驟C5);最后可求得位移量(步驟
C6)。當所述圖像擷取單元102擷取到第一陣列圖像21以及第二陣列圖像23 后(步驟Cl)，直接由所述內插單元103進行內插運算并形成參考圖像22以 及比對圖像24(步驟C2)后，儲存于所述儲存單元104(步驟C3)，所述處理單 元105在所述參考圖像22選定第二參考搜尋框221以及第二參考點222(參 照圖4)，并在所述比對圖像24中選定第二搜尋框241以及第四參考點242， 接著所述處理單元105利用所述第二搜尋框241逐一搜尋所述比對圖像24 并與所述第二參考搜尋框221比對。在此實施例中，所述處理單元105控制 所述第四參考點242僅搜尋所述比對圖像24中部份選定位置的像素，如圖 11a中多個圓圈的位置(第四參考點242)，共需搜尋25個位置，且每一個第 四參考點242都具有一個對應的第二搜尋框241 。如此可找出第三最佳搜尋 框，且所述第三最佳搜尋框具有對應的第四參考點242，例如像素246，此 步驟需要搜尋比對25次(步驟C4)。此為與圖5的次像素精度的位移量偵測 方法的主要差異之處，也就是所述第四參考點242先搜尋部份選定位置的像
素。接著，所述處理單元105控制所述第四參考點242僅搜尋像素246以及 其周圍未搜尋過的像素，例如8個像素，并比對所述第四參考點242對應的 第二搜尋框241以及所述第二參考搜尋框221，以找出第四最佳搜尋框，所 述第四最佳搜尋框具有對應的第四參考點242，例如像素247，則所述像素 247為最后的最佳匹配參考點(步驟C5)，且此步驟需要搜尋比對9次，因此 本實施例中的搜尋比對次數總共為25+9=34次。最后，位移量的計算方式為 計算所述最佳匹配參考點(像素247)與所述第二參考點222的距離(步驟C6)。 通過這樣，可同樣達到減少搜尋比對的次數以增加位移量運算速度的目的。 此外，其他步驟的實施方式則與圖5的次像素精度的位移量偵測方法相類似， 于此不再贅述。
綜上所述，由于現有利用泰勒展開式計算位移量的方法在計算較大位移 量時會具有較大的誤差，具有無法精確估測的問題。利用本發明的次像素精 度的位移量偵測方法及裝置，可通過過內插運算的方式以增加搜尋范圍，并 具有增加圖像細致度的功效。
雖然本發明己通過上述較佳實施例揭示，然而上述實施例并非用以限定 本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，可以作各種 更動與修改。因此本發明的保護范圍應當以所附權力要求書所界定的范圍為 準。
權利要求
1、一種次像素精度的位移量偵測方法，所述方法包含下列步驟擷取第一陣列圖像以及第二陣列圖像；針對所述第一陣列圖像進行內插運算以形成參考圖像；針對所述第二陣列圖像進行內插運算以形成比對圖像；以及比對所述參考圖像和所述比對圖像，以求出位移量。
2、 根據權利要求1所述的次像素精度的位移量偵測方法，所述方法還 包含下列步驟將所述位移量傳送至圖像顯示裝置。
3、 根據權利要求1所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中所述內 插運算利用下列公式進行x[2m+p，2n+q]=( 1 -t)x( 1陽u)xx[2m,2n]+tx( 1 -u)xx[2m+2，2n]+( 1 -t)xuxx[2m，2 n+2]+txuxx[2m+2,2n+2]，其中，(t,u)=(p/2，q/2)，且0郊S2以及(^q^2;[m,n]表示內插運算前所述第一陣列圖像或所述第二陣列圖像中每一個 像素的座標；[2m+p，2n+q]表示內插運算后所述參考圖像或所述比對圖像中 經過內插運算后所產生的像素座標；x[2m+p，2n+q]、 x[2m,2n]、 x[2m+2,2n]、 x[2m,2n+2]以及x[2m+2，2n+2]表示像素座標的灰階值或亮度值。
4、 根據權利要求1所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中比對所 述參考圖像和所述比對圖像的步驟還包含下列步驟在所述參考圖像內選定參考搜尋框并設定第二參考點，其中所述參考搜 尋框具有預設像素范圍且所述第二參考點為所述預設像素范圍內的一個像 素；在所述比對圖像內選定搜尋框并設定第四參考點，其中所述搜尋框具有與所述參考搜尋框相同的像素范圍且所述第四參考點在所述搜尋框中的像素位置對應于所述第二參考點在所述參考搜尋框中的像素位置；利用所述搜尋框逐一搜尋所述比對圖像的所有像素，并在搜尋的同時比對所述搜尋框和所述參考搜尋框，以求得最佳匹配搜尋框；以及計算所述最佳匹配搜尋框的第四參考點與所述第二參考點的距離以作為所述位移量。
5、 根據權利要求4所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中比對所 述搜尋框和所述參考搜尋框的方式為將所述搜尋框的每一個像素灰階值減 去所述參考搜尋框中相對位置像素的灰階值，并求出所有差值絕對值的總 和。
6、 根據權利要求5所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中所述最 佳匹配搜尋框為比對所述搜尋框和所述參考搜尋框時，所得差值絕對值的總 和最小的搜尋框。
7、 根據權利要求4所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中所述第 二參考點為所述參考搜尋框左上方第一個像素；所述第四參考點為所述搜尋 框左上方第一個像素。
8、 一種次像素精度的位移量偵測方法，所述方法包含下列步驟 擷取第一陣列圖像以及第二陣列圖像； 在所述第二陣列圖像中進行第一次搜尋比對； 針對所述第一陣列圖像進行內插運算以形成參考圖像； 針對所述第二陣列圖像進行內插運算以形成比對圖像；在所述比對圖像中進行第二次搜尋比對；以及 計算位移量。
9、 根據權利要求8所述的次像素精度的位移量偵測方法，所述方法還 包含下列步驟將所述位移量傳送至圖像顯示裝置。
10、 根據權利要求8所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中所述第一次搜尋比對的步驟還包含下列步驟在所述第一陣列圖像內選定第一參考搜尋框并設定第一參考點，其中所 述第一參考搜尋框具有預設像素范圍且所述第一參考點為所述預設像素范圍內的一個像素；在所述第二陣列圖像內選定第一搜尋框并設定第三參考點，其中所述第 一搜尋框具有與所述第一參考搜尋框相同的像素范圍且所述第三參考點在 所述第一搜尋框中的像素位置對應于所述第一參考點在所述第一參考搜尋 框中的像素位置；以及利用所述第一搜尋框逐一搜尋所述第二陣列圖像的所有像素，并在搜尋 的同時比對所述第一搜尋框和所述第一參考搜尋框，以求得第一最佳匹配搜 尋框。
11、 根據權利要求10所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中比對 所述第一搜尋框和所述第一參考搜尋框的方式為將所述第一搜尋框的每一 個像素灰階值減去所述第一參考搜尋框中相對位置像素的灰階值，求出所有 差值絕對值的總和。
12、 根據權利要求11所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中所述 第一最佳匹配搜尋框為比對所述第一搜尋框和所述第一參考搜尋框時，所得 差值絕對值的總和最小的第一搜尋框。
13、 根據權利要求10所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中所述 第一參考點為所述第一參考搜尋框左上方第一個像素；所述第三參考點為所 述第一搜尋框左上方第一個像素。
14、 根據權利要求10所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中所述 第二次搜尋比對的步驟還包含下列步驟在所述參考圖像內選定第二參考搜尋框并設定第二參考點，其中所述第 二參考搜尋框具有預設像素范圍且所述第二參考點為所述預設像素范圍內 的一個像素；在所述比對圖像內選定第二搜尋框并設定第四參考點，其中所述第二搜 尋框具有與所述第二參考搜尋框相同的像素范圍且所述第四參考點在所述第二搜尋框中的像素位置對應于所述第二參考點在所述第二參考搜尋框中 的像素位置；以及利用所述第四參考點逐一搜尋所述第一最佳匹配搜尋框的第一參考點 以及其周圍的預設搜尋范圍，并在搜尋的同時比對所述第四參考點相應的第 二搜尋框和所述第二參考搜尋框，以求得第二最佳匹配搜尋框。
15、 根據權利要求14所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中比對 所述第二搜尋框和所述第二參考搜尋框的方式為將所述第二搜尋框的每一 個像素灰階值減去所述第二參考搜尋框中相對位置像素的灰階值，并求出所 有差值絕對值的總和。
16、 根據權利要求15所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中所述 第二最佳匹配搜尋框為比對所述第二搜尋框和所述第二參考搜尋框時，所得 差值絕對值的總和最小的第二搜尋框。
17、 根據權利要求14所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中第二 參考點為所述第二參考搜尋框左上方第一個像素；所述第四參考點為所述第 二搜尋框左上方第一個像素。
18、 根據權利要求14所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中計算 所述位移量的方式為計算所述第二最佳匹配搜尋框的第四參考點與所述第 二參考點間的位移量。
19、 根據權利要求14所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中所述 預設搜尋范圍是指所述比對圖像中相鄰所述第一最佳匹配搜尋框的第三參 考點的像素。
20、 一種次像素精度的位移量偵測方法，所述方法包含下列步驟 擷取第一陣列圖像以及第二陣列圖像； 針對所述第一陣列圖像進行內插運算以形成參考圖像； 針對所述第二陣列圖像進行內插運算以形成比對圖像； 在所述比對圖像中進行第一次搜尋比對； 在所述比對圖像中進行第二次搜尋比對；以及計算位移量。
21、 根據權利要求20所述的次像素精度的位移量偵測方法，所述方法 還包含下列步驟將所述位移量傳送至圖像顯示裝置。
22、 根據權利要求20所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中所述第一次搜尋比對的步驟還包含下列步驟在所述參考圖像內選定參考搜尋框并設定第二參考點，其中所述參考搜 尋框具有預設像素范圍且所述第二參考點為所述預設像素范圍內的一個像素；在所述比對圖像內選定搜尋框并設定第四參考點，其中所述搜尋框具有 與所述參考搜尋框相同的像素范圍且所述第四參考點在所述搜尋框中的像素位置對應于所述第二參考點在所述參考搜尋框中的像素位置；以及利用所述第四參考點逐一搜尋所述比對圖像中部份選定位置的像素，并 在搜尋的同時比對所述第四參考點對應的搜尋框和所述參考搜尋框，以求得 第一最佳匹配搜尋框。
23、 根據權利要求22所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中比對 所述搜尋框和所述參考搜尋框的方式為將所述搜尋框的每一個像素灰階值 減去所述參考搜尋框中相對位置像素的灰階值，并求出所有差值絕對值的總 和。
24、 根據權利要求23所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中所述 第一最佳匹配搜尋框為比對所述搜尋框和所述參考搜尋框時所得差值絕對 值的總和最小的搜尋框。
25、 根據權利要求22所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中所述 第二參考點為所述參考搜尋框左上方第一個像素；所述第四參考點為所述搜 尋框左上方第一個像素。
26、 根據權利要求22所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中所述 第二次搜尋比對的步驟還包含下列步驟-利用所述第四參考點逐一搜尋所述第一最佳匹配搜尋框的第二參考點 以及其周圍的預設搜尋范圍，并在搜尋的同時比對所述第四參考點對應的搜 尋框和所述參考搜尋框，以求得第二最佳匹配搜尋框。
27、 根據權利要求26所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中比對 所述搜尋框和所述參考搜尋框的方式為將所述搜尋框的每一個像素灰階值 減去所述參考搜尋框中對應位置像素的灰階值，并求出所有差值絕對值的總 和。
28、 根據權利要求27所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中所述 第二最佳匹配搜尋框為比對所述搜尋框和所述參考搜尋框時所得差值絕對 值的總和最小的搜尋框。
29、 根據權利要求26所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中計算 所述位移量的方式為計算所述第二最佳匹配搜尋框的第四參考點與所述第 二參考點間的位移量。
30、 根據權利要求26所述的次像素精度的位移量偵測方法，其中所述 預設搜尋范圍是指相鄰所述第一最佳匹配搜尋框的第四參考點的未搜尋過 的像素。
31、 一種次像素精度的位移量偵測裝置，所述裝置包含 圖像擷取單元，用以擷取來自一個表面的第一陣列圖像以及第二陣列圖像； 內插單元，用以針對所述第一陣列圖像以及所述第二陣列圖像進行內插運算，以分別形成參考圖像以及比對圖像；儲存單元，用以儲存所述第一陣列圖像、第二陣列圖像、參考圖像以及 所述比對圖像；以及處理單元，用以比對所述第一陣列圖像和所述第二陣列圖像，和/或比 對所述參考圖像和所述比對圖像，并求出位移量。
32、 根據權利要求31所述的次像素精度的位移量偵測裝置，所述裝置 還包含傳輸單元，用于將所述位移量傳輸至圖像顯示裝置。
33、 根據權利要求32所述的次像素精度的位移量偵測裝置，其中所述 圖像顯示裝置為選自電視屏幕、投影幕、電腦屏幕、游戲機屏幕其中之一。
34、 根據權利要求31所述的次像素精度的位移量偵測裝置，所述裝置 還包含光源，用于照明所述表面。
35、 根據權利要求34所述的次像素精度的位移量偵測裝置，其中所述 光源為發光二極管或激光二極管。
36、 根據權利要求34所述的次像素精度的位移量偵測裝置，所述裝置 還包括透鏡，置于所述光源前方，用于調整所述光源的照射范圍。
37、 根據權利要求31所述的次像素精度的位移量偵測裝置，所述裝置 還包括透鏡，置于所述圖像擷取單元前方，用以提高所述圖像擷取單元的感 光效率。
38、 根據權利要求31所述的次像素精度的位移量偵測裝置，其中所述 圖像擷取單元為電荷藕合元件圖像感測器或互補金屬氧化物半導體圖像感側益。
39、 根據權利要求31所述的次像素精度的位移量偵測裝置，所述裝置 為光學鼠標或導航裝置。
40、 根據權利要求31所述的次像素精度的位移量偵測裝置，其中比對 所述第一陣列圖像和所述第二陣列圖像的方式為在所述第一陣列圖像內選 定第一參考搜尋框，并在所述第二陣列圖像內選定第一搜尋框，以所述第一 搜尋框逐一搜尋所述第二陣列圖像的所有像素并同時比對所述第一參考搜 尋框和所述第一搜尋框以求得各像素的灰階值差值絕對值的總和最小者；比 對所述參考圖像和所述比對圖像的方式為在所述參考圖像內選定第二參考 搜尋框，并在所述比對圖像內選定第二搜尋框，以所述第二搜尋框逐一搜尋 所述比對圖像的所有像素并同時比對所述第二參考搜尋框和所述第二搜尋 框以求得各像素的灰階值差值絕對值的總和最小者。
全文摘要
一種次像素精度的位移量偵測方法，所述方法包含下列步驟擷取第一陣列圖像以及第二陣列圖像；針對所述第一陣列圖像進行內插運算以形成參考圖像；針對所述第二陣列圖像進行內插運算以形成比對圖像；以及比對所述參考圖像和所述比對圖像以求出位移量。本發明還提供一種次像素精度的位移量偵測裝置。
文檔編號G01S3/78GK101354434SQ20071012847
公開日2009年1月28日 申請日期2007年7月24日 優先權日2007年7月24日
發明者趙子毅, 陳信嘉 申請人:原相科技股份有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
