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光学导航方法以及相关装置.pdf

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光学 导航 方法 以及 相关 装置
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摘要
申请专利号:

CN201310007840.6

申请日:

2013.01.09

公开号:

CN103914155A

公开日:

2014.07.09

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法?#19978;?#24773;: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G06F 3/03申请公布日:20140709|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 3/03申请日:20130109|||公开
IPC分类号: G06F3/03; G06F3/0354(2013.01)I; G06F3/042 主分类号: G06F3/03
申请人: 奇高电子股份有限公司
发明人: 林俊煌
地址: 中国台湾新竹市
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 中原信达知识产权代理有限责任公司 11219 代理人: 陈肖梅;谢丽娜
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法律状态
申请(专利)号:

CN201310007840.6

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2017.08.22|||2014.08.06|||2014.07.09

法律状态类型:

发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明提供一种光学导航方法,包含:依序取得多个感测影像,其中包括第一、第二与第三感测影像;在该第一感测影像中选取一主参考区块;以该主参考区块与该第二感测影像进行区块匹配比对,以决定一第一移动向量;根据该第一移动向量,限缩该主参考区块以产生一副参考区块,其中该副参考区块的尺寸小于该主参考区块;以及以该副参考区块与该第三感测影像进行区块匹配比对,以决定一第二移动向?#20426;?#26412;发明?#22266;?#20379;一种使用该光学导航方法的光学导航装置。

权利要求书

权利要求书
1.  一种光学导航方法,其特征在于,包含:
依序取得多个感测影像,其中包括第一、第二与第三感测影像;
根据一预设取样范围,在该第一感测影像中选取一主参考区块;
以该主参考区块与该第二感测影像进行区块匹配比对,以决定一第一移动向量;
根据该第一移动向量,限缩该主参考区块以产生一副参考区块,其中该副参考区块的尺寸小于该主参考区块;以及
以该副参考区块与该第三感测影像进行区块匹配比对,以决定一第二移动向?#20426;?BR>
2.  如权利要求1所述的光学导航方法,其中,该限缩该主参考区块以产生一副参考区块的步骤包含:根据该第一移动向量的水平及/或垂直分量,自移动指向方向的侧边,往反方向限缩该主参考区块而产生该副参考区块。

3.  如权利要求1所述的光学导航方法,其中,还包含:根据该第二移动向量限缩该主参考区块,以更新该副参考区块。

4.  如权利要求3所述的光学导航方法,其中,该根据该第二移动向量限缩该主参考区块以更新该副参考区块的步骤包含:根据该第二移动向量的水平及/或垂直分量,自移动指向方向的侧边,往反方向限缩该主参考区块而产生该副参考区块。

5.  如权利要求1所述的光学导航方法,其中,还包含:设定一下限;以及?#20013;?#26681;据最新的移动向量更新该副参考区块,且使更新后的副参考区块尺寸不低于该下限。

6.  如权利要求1所述的光学导航方法,其中,还包含:限缩该副 参考区块在第三感测影像中的区块匹配比对范围。

7.  如权利要求6所述的光学导航方法,其中,该限缩该副参考区块在第三感测影像中的区块匹配比对范围的步骤包含:根据该第一移动向量的水平或垂直分量,由移动指向方向的反方向侧边,往内限缩。

8.  如权利要求6所述的光学导航方法,其中,该限缩该副参考区块在第三感测影像中的区块匹配比对范围的步骤包含:根据比对的前一段时间的平均移动向量的水平或垂直分量,由移动指向方向的反方向侧边,往内限缩。

9.  如权利要求6所述的光学导航方法,其中,还包含:根据该多个移动向量判断是否能确认一移动趋势,且于能确认该移动趋势时,才限缩该副参考区块在第三感测影像中的区块匹配比对范围。

10.  如权利要求9所述的光学导航方法,其中,该判断是否能确认一移动趋势的步骤包含?#21495;?#26029;在一方向上的移动时间或次数是否大于一临界值、或是移动平均值是否大于一平均值临界值。

11.  如权利要求3所述的光学导航方法,其中,还包含:
取得第四感测影像;
以该更新的副参考区块与第四感测影像进行区块匹配比对,以决定一第三移动向量;以及
根据该第二移动向量,限缩该更新的副参考区块在第四感测影像中的区块匹配比对范围。

12.  如权利要求11所述的光学导航方法,其中,该限缩该副参考区块在第四感测影像中的区块匹配比对范围的步骤包含:根据该第二移动向量的水平或垂直分量,由移动指向方向的反方向侧边,往内限缩。

13.  如权利要求1所述的光学导航方法,其中,还包含:?#20013;?#26681;据最新的移动向量更新该副参考区块,以及?#22791;?#21103;参考区块的特征不足时,进行以下步骤之一:
(1)根据当时最新的感测影像,根据该预设取样范围重新选取主参考区块;
(2)根据当时最新的感测影像,并根据最新的移动向量的水平或垂直分量反向调整位置,而重新选取主参考区块;或
(3)根据当时最新的感测影像,并根据最新的移动向量的水平或垂直分量,由移动指向方向的反方向侧边往内限缩,而重新选取副参考区块。

14.  如权利要求1所述的光学导航方法,其中,还包含:?#20013;?#26681;据最新的移动向量更新该副参考区块,以及在以下条件之一或更多符合时,根据当时最新的感测影像重新选取主参考区块或副参考区块:
(1)?#22791;?#25454;最新的移动向量更新该副参考区块会使更新后的副参考区块尺寸低于一预设尺寸临界值时;
(2)?#22791;?#21442;考区块中的特征?#26723;?#20110;一预设特征临界值时,其中该副参考区块的特征值根据预先定义的计算方式计算;
(3)当以当时最新的副参考区块,在当时最新的感测影像中,有两个以上可能的匹配位置时;
(4)自选取主参考区块之后、到取得当时最新的感测影像,所经过的时间超过一预设的临界时间。

15.  如权利要求13或14所述的光学导航方法,其中,还包含:根据最新的多个移动向量判断是否能确认一移动趋势,且于能确认该移动趋势时,才根据移动趋势重新选取主参考区块或副参考区块。

16.  如权利要求13或14所述的光学导航方法,其中,该判断是否能确认一移动趋势的步骤包含?#21495;?#26029;在一方向上的移动时间或次数 是否大于一临界值、或是移动平均值是否大于一平均值临界值。

17.  一种光学导航装置,其特征在于,包含:
一影像撷取单元,用以撷取多个感测影像并转换为电子讯号,其中该多个感测影像包括第一、第二与第三感测影像;
一移动向量计算单元,接收影像撷取单元输出的电子讯号,根据以下步骤计算移动向量并予以输出:
根据一预设取样范围,在该第一感测影像中选取一主参考区块;
以该主参考区块与该第二感测影像进行区块匹配比对,以决定一第一移动向量;
根据该第一移动向量,限缩该主参考区块以产生一副参考区块,其中该副参考区块的尺寸小于该主参考区块;以及
以该副参考区块与该第三感测影像进行区块匹配比对,以决定一第二移动向量;以及
一?#19988;?#21333;元,用以储存该主参考区块及/或该副参考区块。

18.  如权利要求17所述的光学导航装置,其中,该限缩该主参考区块以产生一副参考区块的步骤包含:根据该第一移动向量的水平及/或垂直分量,自移动指向方向的侧边,往反方向限缩该主参考区块而产生该副参考区块。

19.  如权利要求17所述的光学导航装置,其中,该移动向量计算单元还执行以下步骤:根据该第二移动向量限缩该主参考区块,以更新该副参考区块。

20.  如权利要求19所述的光学导航装置,其中,该根据该第二移动向量限缩该主参考区块以更新该副参考区块的步骤包含:根据该第二移动向量的水平及/或垂直分量,自移动指向方向的侧边,往反方向限缩该主参考区块而产生该副参考区块。

21.  如权利要求17所述的光学导航装置,其中,该移动向量计算单元还执行以下步骤:设定一下限;以及?#20013;?#26681;据最新的移动向量更新该副参考区块,且使更新后的副参考区块尺寸不低于该下限。

22.  如权利要求17所述的光学导航装置,其中,该移动向量计算单元还执行以下步骤:根据该第一移动向量,限缩该副参考区块在第三感测影像中的区块匹配比对范围。

23.  如权利要求22所述的光学导航装置,其中,该限缩该副参考区块在第三感测影像中的区块匹配比对范围的步骤包含:根据该第一移动向量的水平或垂直分量,由移动指向方向的反方向侧边,往内限缩。

24.  如权利要求22所述的光学导航装置,其中,该限缩该副参考区块在第三感测影像中的区块匹配比对范围的步骤包含:根据比对的前一段时间的平均移动向量的水平或垂直分量,由移动指向方向的反方向侧边,往内限缩。

25.  如权利要求22所述的光学导航装置,其中,还包含:根据该多个移动向量判断是否能确认一移动趋势,且于能确认该移动趋势时,才限缩该副参考区块在第三感测影像中的区块匹配比对范围。

26.  如权利要求25所述的光学导航装置,其中,该判断是否能确认一移动趋势的步骤包含?#21495;?#26029;在一方向上的移动时间或次数是否大于一临界值、或是移动平均值是否大于一平均值临界值。

27.  如权利要求19所述的光学导航装置,其中,该移动向量计算单元还执行以下步骤:
取得第四感测影像;
以该更新的副参考区块与第四感测影像进行区块匹配比对,以决 定一第三移动向量;以及
根据该第二移动向量,限缩该更新的副参考区块在第四感测影像中的区块匹配比对范围。

28.  如权利要求27所述的光学导航装置,其中,该限缩该副参考区块在第四感测影像中的区块匹配比对范围的步骤包含:根据该第二移动向量的水平或垂直分量,由移动指向方向的反方向侧边,往内限缩。

29.  如权利要求17所述的光学导航装置,其中,该移动向量计算单元还执行以下步骤:?#20013;?#26681;据最新的移动向量更新该副参考区块,以及?#22791;?#21103;参考区块的特征不足时,进行以下步骤之一:
(1)根据当时最新的感测影像,根据该预设取样范围重新选取主参考区块;
(2)根据当时最新的感测影像,并根据最新的移动向量的水平或垂直分量反向调整位置,而重新选取主参考区块;或
(3)根据当时最新的感测影像,并根据最新的移动向量的水平或垂直分量,由移动指向方向的反方向侧边往内限缩,而重新选取副参考区块。

30.  如权利要求17所述的光学导航装置,其中,该移动向量计算单元还执行以下步骤:?#20013;?#26681;据最新的移动向量更新该副参考区块,以及在以下条件之一或更多符合时,根据当时最新的感测影像重新选取主参考区块或副参考区块:
(1)?#22791;?#25454;最新的移动向量更新该副参考区块会使更新后的副参考区块尺寸低于一预设尺寸临界值时;
(2)?#22791;?#21442;考区块中的特征?#26723;?#20110;一预设特征临界值时,其中该副参考区块的特征值根据预先定义的计算方式计算;
(3)当以当时最新的副参考区块,在当时最新的感测影像中,有两个以上可能的匹配位置时;
(4)自选取主参考区块之后、到取得当时最新的感测影像,所经过的时间超过一预设的临界时间。

31.  如权利要求29或30所述的光学导航装置,其中,还包含:根据最新的多个移动向量判断是否能确认一移动趋势,且于能确认该移动趋势时,才根据移动趋势重新选取主参考区块或副参考区块。

32.  如权利要求29或30所述的光学导航装置,其中,该判断是否能确认一移动趋势的步骤包含?#21495;?#26029;在一方向上的移动时间或次数是否大于一临界值、或是移动平均值是否大于一平均值临界值。

说明书

说明书光学导航方法以及相关装置
技术领域
本发明涉及一种光学导航方法,特别是一种根据移动向量而调整匹配区块范围大小、以提升整体运算效率的光学导航方法,以及使用此方法的装置。
背景技术
光学导航方法是比对前后感测影像的差异以进行位移计算的方法,比对影像差异的常用方法包括区块匹配(Block matching)等方法,因针对全影像进行比对会造成计算量过大,故在感测影像中决定一小于全影像范围的参考区块(reference block),并将该参考区块与?#25105;?#24863;测影像中的所有可能位置相比对(称为全搜寻,fully search),计算每个位置的相关值误差(correlation error),来?#19994;醬我?#24863;测影像中最符合该参考区块的匹配区块,进而比对匹配区块与参考区块的坐标差异以计算出影像中特征的移动?#20426;?#30001;上可知,区块范围的大小会影响到相关值误差的计算;当区块范围越大,相关值误差计算的精确度越高,但计算量也随之提高;相对的,当区块范围越小,相关值误差计算的精确度越低,但计算量也随之?#26723;汀?
参照图1,其中显示此现有技术的区块匹配(Block matching)的步骤。感测影像11、12为前后依序撷取的两影像,在感测影像11中决定一参考区块111,举例而言,假设感测影像11的范围为6x6,而选取的是4x4的参考区块。在感测影像12中,将4x4的参考区块与所有可能的位置做比对,亦即参考区块111的左上角(在感测影像11中以黑点标示),在感测影像12中有九种可能的位置(在感测影像12中以白圈标示)。对这九种可能的位置进行相关值误差的计算,亦即进行区块匹配比对,可以?#19994;?#19982;参考区块111最匹配的匹配区块121,其 相关值误差最低。相关值误差的计算有各种方法,例如但不限于可计算区块平均值、特征面积、相邻像素差?#26723;齲?#22312;此不赘述。决定匹配区块121后,比较参考区块111与匹配区块121的坐标差异,通过此可计算出位移,根据图式中的坐标方向X、Y可标示为(X位移量,Y位移量)=(-1,1)。原参考区块111于感测影像12中已移至参考区块123的新位置,故在感测影像12中决定一新参考区块124,继续重复前述的步骤,与再?#25105;?#20010;感测影像进行比对以计算出位移。
上述现有技术中,参考区块的范围大小是固定的,因此在运算效率和精确度方面不能兼顾。此外,参考区块必须频?#22791;?#26032;,造成计算量上的负担。本发明即针对上述现有技术的缺点,提出一种光学导航方法,其根据前后的感测影像计算移动向量,并根据移动向量以调整参考区块范围大小,此外更可根据移动向量调整感测影像中的区块匹配比对范围,以提升比对效率及提升整体运算效率,且可兼顾匹配比对的准确性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷,提出一种光学导航方法,其根据前后的感测影像计算移动向量,并根据移动向量以调整参考区块范围大小,此外更可根据移动向量调整感测影像中的区块匹配比对范围,以提升比对效率及提升整体运算效率,且可兼顾匹配比对的准确性。
为达上述目的,就其中一个观点言,本发明提供一种光学导航方法,包含:依序取得多个感测影像,其中包括第一、第二与第三感测影像;根据一预设取样范围,在该第一感测影像中选取一主参考区块;以该主参考区块与该第二感测影像进行区块匹配比对,以决定一第一移动向量;根据该第一移动向量,限缩该主参考区块以产生一副参考区块,其中该副参考区块的尺寸小于该主参考区块;以及以该副参考区块与该第三感测影像进行区块匹配比对,以决定一第二移动向?#20426;?
在本发明的其中一种实施方式中,可?#20013;?#26681;据最新的移动向量更新该副参考区块。较佳地,宜使更新后的副参考区块尺寸不低于一下限。
在本发明的其中一种实施方式中,产生或更新该副参考区块的步骤包含:根据第一、第二或当时最新的移动向量的水平及/或垂直分量,自移动指向方向的侧边,往反方向限缩该主参考区块而产生该副参考区块。
在本发明的其中一种实施方式中,可更包含:根据第一、第二或当时最新的移动向量,限缩该副参考区块在感测影像中的区块匹配比对范围。
在本发明的其中一种实施方式中,该限缩副参考区块在感测影像中的区块匹配比对范围的步骤包含:根据该第一、第二或当时最新的移动向量的水平或垂直分量,由移动指向方向的反方向侧边,往内限缩。
在本发明的其中一种实施方式中,可更包含:?#20013;?#26681;据最新的移动向量更新该副参考区块,以及?#22791;?#21103;参考区块的特征不足时,进行以下步骤之一:
根据当时最新的感测影像,根据该预设取样范围重新选取主参考区块;
根据当时最新的感测影像,并根据最新的移动向量的水平或垂直分量反向调整位置,而重新选取主参考区块;或
根据当时最新的感测影像,并根据最新的移动向量的水平或垂直分量,由移动指向方向的反方向侧边往内限缩,而重新选取副参考区块。
在本发明的其中一种实施方式中,可更包含:?#20013;?#26681;据最新的移动向量更新该副参考区块,以及在以下条件之一或更多符合时,根据当时最新的感测影像重新选取主参考区块或副参考区块:
?#22791;?#25454;最新的移动向量更新该副参考区块会使更新后的副参考区块尺寸低于一预设尺寸临界值时;
?#22791;?#21442;考区块中的特征?#26723;?#20110;一预设特征临界值时,其中该副参考区块的特征值根据预先定义的计算方式计算;
当以当时最新的副参考区块,在当时最新的感测影像中,有两个以上可能的匹配位置时;及/或
自选取主参考区块之后、到取得当时最新的感测影像,所经过的时间超过一预设的临界时间。
在本发明的其中一种实施方式中,可根据最新的多个移动向量判断是否能确认一移动趋势,且于能确认该移动趋势时,才根据移动趋势重新选取主参考区块或副参考区块。其中该判断是否能确认一移动趋势的步骤可包含?#21495;?#26029;在一方向上的移动时间或次数是否大于一临界值、或是移动平均值是否大于一平均值临界值。
为达上述目的,根据另一观点,本发明又提供一利用上述方法以进行光学导航的装置,包含:一影像撷取单元,用以撷取多个感测影像并转换为电子讯号,其中该多个感测影像包括第一、第二与第三感测影像;一移动向量计算单元,接收影像撷取单元输出的电子讯号,根据上述光学导航方法计算移动向量并予以输出;以及一?#19988;?#21333;元,用以储存该主参考区块及/或该副参考区块。
下面通过具体实施例详加说明,?#22791;?#23481;易?#31169;?#26412;发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1显示现有技术的光学导航方法;
图2A~2M显示本发明的光学导航方法的其中一种实施例;
图3A~3E显示本发明的光学导航方法的另一种实施例;
图4显示本发明的光学导航装置的其中一种实施例。
图中符号说明
11、12、21、22、23、24、25  感测影像
111、211、214               主参考区块
212、213、215               副参考区块
220、230、240、250          匹配区块
41                          影像撷取单元
42                          移动向量计算单元
43                          ?#19988;?#21333;元
具体实施方式
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效,在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中,将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语,例如:上、下、左、右、前或后等,仅是参考附加图式的方向。本发明中的图式均属示意,主要意在表示各装置以及各组件之间的功能作用关?#25285;?#33267;于形状、厚度与宽度则并未依照比例绘制。
参照图2A、2B、2C,其中为本发明所提供的光学导航方法的一实施例示意图。其中,图2A、2B中感测影像21、22为前后依序撷取的两影像,在感测影像21中根据一预设取样范围决定一主参考区块211,并在感测影像22中利用相关值误差的计算以?#19994;?#19982;主参考区块211匹配的匹配区块220。相关值误差的计算可采用任?#25105;?#30693;方法,在此不赘述。决定匹配区块220后,比较主参考区块211与匹配区块220的坐标差异,即可得移动向量(X位移量,Y位移量)=(-1,1)。
本发明的其中一个特点在于:根据移动向量而调整参考区块的大 小。参考图2C,?#23435;有?#22270;2B的步骤。?#24065;?#21160;向量为(-1,1)时,便将感测影像21中原始决定的主参考区块211,根据所计算出的移动向量,向反方向限缩以产生一副参考区块212。根据本实施例,其方法为:根据该?#25105;?#21160;向量的水平移动分量,自移动指向方向的侧边,往反方向限缩主参考区块211的水平范围,以及根据该?#25105;?#21160;向量的垂?#24065;?#21160;分量,自移动指向方向的侧边,往反方向限缩主参考区块211的垂直范围。以移动向量为(-1,1)为例,因计算出的水平移动分量(X位移量)为-1,因此如图2C所示,自左方(移动指向方向)的侧边往右方缩减一单位;以及,因计算出的垂?#24065;?#21160;分量(Y位移量)为+1,因此如图2C所示,自上方(移动指向方向)的侧边往下方缩减一单位,依此方式限缩主参考区块211以更新为副参考区块212。其中,副参考区块212为根据主参考区块211所产生,而非从感测影像22中重新选取参考区块,因此并不如现有技术一般需要重新读取影像、重新选取参考区块及暂存参考区块,运算量远较现有技术为低。
参考图2D,由于副参考区块212的尺寸缩减为3x3,因此,如果进行全搜寻,则有十六种可能的位置需要比对(副参考区块212左上角的黑点在感测影像中有白圈标?#38236;?#21313;六种可能)。根据本发明的其中一种实施例,可以针对这所有十六种可能的位置进行全搜寻,而在本发明的另一种实施例中,则可以缩减搜寻的范围,后面这种实施例容后详述。
参考图2E,其中感测影像23为?#26377;?#24863;测影像22所撷取的感测影像。在感测影像23中利用相关值误差计算,?#19994;?#19982;副参考区块212匹配的匹配区块230。决定匹配区块230后,如图2F所示,比较参考区块212与匹配区块230的坐标差异,即可得移动向量(X位移量,Y位移量)=(-2,2)。
参照图2G,在本实施例中,可再根据该?#25105;?#21160;向量(-2,2)来限缩主参考区块211,而得到更新的副参考区块213。副参考区块213可视 为自主参考区块211由左方和上方各缩减两单位,或是可视为自副参考区块212由左方和上方各缩减一单位(如图2H所示)。自主参考区块211来得到更新后的副参考区块213、或是自副参考区块212来得到更新后的副参考区块213,概念与结果相同,可视为等效,但运算上会略有?#29004;?#23454;施的方式可?#26377;?#35201;?#25105;?#20915;定。
参照图2I,其中感测影像24为?#26377;?#24863;测影像23所撷取的感测影像。在感测影像24中利用相关值误差计算,?#19994;?#19982;副参考区块213匹配的匹配区块240。决定匹配区块240后,比较参考区块213与匹配区块240的坐标差异,即可得移动向量(X位移量,Y位移量)=(-3,3)。在本发明的其中一个实施例中,还可根据移动向量(-3,3)来继续更新副参考区块。
在本发明的另一个实施例中,副参考区块的尺寸可设定一下限,举例而言为2x2,当到达此下限时,即不再根据移动向量来限缩副参考区块的尺寸(但可能会根据移动向量来增长副参考区块的尺寸,容后说明)。亦即,在此实施例中,即使移动向量为(-3,3)或更多,但副参考区块的尺寸仍保持为2x2。
当参考区块的尺寸不断缩小时,可能导致参考区块内的特征不足而难以正确判断匹配区块,使得精确度下降。所谓的特征有各种定义方式,例如但不限于是亮度大于某一参考位准的像素集合、与相邻像素差值大于某一参考位准的像素集合、等?#21462;?#26681;据本发明,当参考区块内的特征不足时,即可以重新选取主参考区块。重新选取主参考区块的时机,例如但不限于可根据副参考区块的尺寸来决定、或是根据参考区块内的特征值来决定、或是可在无法确定?#19994;?#21305;配区块时,即重新选取主参考区块。此外,当某参考区块的使用时间超过一定时间时,亦宜重新选取主参考区块。以上各种决定重新选取主参考区块时机的方式,不限于只使用其中一种,亦可多种搭配使用。
举例而言,假设是根据副参考区块的尺寸来决定重新选取主参考区块的时机,则可设定一临界尺寸,例如但不限于可与前述下限相同,在本实施例中为2x2。?#22791;?#25454;移动向量限缩副参考区块的尺寸,会使其低于临界值时,即可重新选取主参考区块。参照图2I,该?#25105;?#21160;向量为(-3,3),如不考虑下限,则应自主参考区块211由左方和上方各缩减三单位,但这将使所得的副参考区块尺寸小于临界值,因此,参照图2J,此?#26412;?#21487;自感测影像24中,重新根据预设取样范围选取主参考区块214。
再举例而言,假设是根据参考区块内的特征值来决定重新选取主参考区块的时机,则可根据特征的定义方式来设定特征值的计算方式,例如但不限于是亮度总值、亮度平均值、亮度大于某一参考位准的像素个数、与相邻像素差值大于某一参考位准的像素个数、等等,并设定特征值的临界值。?#22791;?#21442;考区块中的特征?#26723;?#20110;临界值时,即可重新选取主参考区块。参照图2H,假设副参考区块213中的特征值不足,则参照图2J,此?#26412;?#21487;?#28304;我?#24863;测影像24中,重新根据预设取样范围选取主参考区块214。
再举例而言,假设是在无法确定?#19994;?#21305;配区块时,重新选取主参考区块,则可设定“确定?#38381;业?#21305;配区块的条件,例如但不限于可为一差异临界值。举例而言,针对一副参考区块,在一感测影像中计算所有可能位置的相关值误差,其中相关值误差最低者和相关值误差次低者,两者之间的差异不超过该差异临界值,这表示有两个位置都可能是匹配区块,因此不能“确定?#38381;业?#21305;配区块,则参照图2J,此?#26412;?#21487;自感测影像24中,重新根据预设取样范围选取主参考区块214。以上仅是举例,总之,不论所使用的计算方法为何,当有两个以上的可能匹配位置而无法确定匹配区块为何时,即可重新选取主参考区块。
再举例而言,假设自选取主参考区块211之后、到取得感测影像24,所经过的时间超过了预设的临界时间,则参照图2J,此?#24065;?#21487;自 感测影像24中,重新根据预设取样范围选取主参考区块214。
此外,在需要重新进行选取时,亦可不根据预设取样范围选取主参考区块214,而是根据当时的移动趋势,选择?#29004;?#20301;置或尺寸的参考区块、或是虽仍然选取主参考区块214,但进行比对时,不以主参考区块214来比对,而是直接以限缩后的副参考区块来比对,举例说明如下。
在第一种实施例中,例如可根据最后一个单位时间内的移动向?#20426;?#25110;是根据先前一段时间内的平均移动向量,来反方向选取主参考区块。例如假设自图2E到图2I的移动向量为(-1,1),则可反方向移动(1,-1)来选取同样尺寸但位置?#29004;?#30340;主参考区块214’,如图2J所示。又例如,自图2A到图2I的平均移动向量为(-1,1),故如果根据平均移动向量来反方向选取主参考区块,?#19981;?#36873;取主参考区块214’。若是平均移动向量不为整数,则可用任何方式取整数(四舍五入、无条件进位/舍去等),凡本发明中有关取平均值的部分都可依此原则处理。
在第二种实施例中,例如可根据最后一个单位时间内的移动向?#20426;?#25110;是根据先前一段时间内的平均移动向量,来缩小范围而产生副参考区块,例如假设自图2E到图2I的移动向量为(-1,1),则可以直接取副参考区块214?#20445;?#22914;图2J所示。自图2A到图2I的平均移动向量为(-1,1),故如根据平均移动向量来选取,?#19981;?#21462;主参考区块214”。在这第二种实施例中,可以省略或不省略取主参考区块214的步骤,亦即,可以直接选取主参考区块214”而不运算主参考区块214,或是仍然运算并储存主参考区块214。
以上根据当时的移动趋势来改变参考区块的选取位置或尺寸,原因是:若已知移动趋势,则往反方向取参考区块,所取的参考区块较不会很快地过时失效而需要频繁地更新。?#36824;?#30001;于影像撷取时可能有噪声而造成误判移动趋势,故如果需要对移动趋势做更精准的判断, 可以设一个判断机制来确认移动趋势,以决定是否要改变参考区块的选取位置或尺寸。若不符合此判断机制,则仍以原始设定的位置和尺寸来选取主参考区块;若符合此判断机制,才改变参考区块的选取位置或尺寸。
确认移动趋势的判断机制举例而言可为:设定一时间或次数临界值,而移动向量(或其任?#25105;?#32500;的分量)维持同方向的移动,必须超过此时间或次数临界值,才改变参考区块的选取位置或尺寸。例如假设临界值为2单位时间或2次,则自图2A到图2I,负X方向的移动?#20013;?#20102;3个单位时间(或是,如每单位时间计数一次的话为3次),因此判断:确实有往负X方向的移动趋势,故在X方向上根据此移动趋势改变参考区块的选取位置或尺寸。Y方向上亦可做类似的判断。?#27604;唬?#20197;上仅是举例,除数字可以改变外,设定时间或次数临界值?#27493;?#26159;其中一种方式,亦可根据其它参数如移动向量平均值是否大于一平均值临界?#26723;?#26469;确认移动趋势。
参照图2K说明另一情况,假设在图2E之后,所取得的影像并非图2J的感测影像24、而是图2K的感测影像25。又,根据先前所述的原则,因为根据图2E的感测影像23计算得到的移动向量为(-2,2),因此参考区块已更新为图2H的副参考区块213。如图2K所示,此?#22791;?#25454;副参考区块213,在感测影像25中利用相关值误差计算,?#19994;?#19982;副参考区块213匹配的匹配区块250。决定匹配区块250后,比较参考区块213与匹配区块250的坐标差异,即可得移动向量(X位移量,Y位移量)=(-2,1)。
参照图2L,根据该?#25105;?#21160;向量限缩主参考区块211,可得到更新后的副参考区块215。副参考区块215可视为自主参考区块211由左方缩减两单位、由上方缩减一单位,或是如图2M所示,可视为自副参考区块213,由移动指向方向的反方向侧边,增加一单位;因为自图2E到图2K,移动向量为(0,-1),移动指向方向为往下,因此自上方(移 动指向方向的反方向)的侧边,增加一单位。自主参考区块211来得到更新后的副参考区块215、或是自副参考区块213来得到更新后的副参考区块215,概念与结果相同,可视为等效,但运算上会略有?#29004;?#23454;施的方式可?#26377;?#35201;?#25105;?#20915;定。
以上叙述中,主参考区块的尺寸乃是根据预设取样范围来决定。根据本发明的一个实施例,预设取样范围可根据精确度与运算效率的需求来决定其尺寸。当进行区块匹配计算(相关值误差计算)时,计算效率主要决定于两因素:区块大小与匹配计算次数。当区块较大时,区块内相关值误差所耗运算时间较长,但须匹配运算的区块数量较少,而区块较小时,区块内相关值误差所耗运算时间较短,但须匹配运算的区块数量较多。故在此两因素?#25442;?#24433;响中,会有一较佳区块大小的范围,其精确度与总体运算时间可达较佳的平衡,即可据?#21496;?#23450;预设取样范围的尺寸。然而,此选择也可能受其它因素影响,例如光学特性等来决定此预设取样范围,故以上决定预设取样范围尺寸的方式仅为举例而非限制。
如前所述,当参考区块的尺寸减小时,如进行全搜寻,则匹配计算的次数会增加。因此,根据本发明的其中一种实施例,当参考区块的尺寸减小时,可相对应地减少搜寻的范围,以减少匹配计算的次数。
参照图2A-2C,假设前后分别取得感测影像21、22,在感测影像21中根据一预设取样范围决定了主参考区块211,并在感测影像22中进行区块匹配计算(相关值误差计算)而?#19994;?#19982;主参考区块211匹配的匹配区块220,因此得到移动向量(-1,1),并依此限缩主参考区块211而得到副参考区块212。请对照图2D与图3A,在先前的实施例中,是以副参考区块212在?#25105;?#24863;测影像中进行全搜寻,因此如图2D所示有十六种可能。但在本实施例中,则根据前一时间点的移动向量,自移动指向方向的反方向侧边,往内缩减感测影像中的区块匹配比对范围。详言之,如图3A所示,因前一时间点计算得到的移动向量为(-1,1), 移动指向方向为往左及往上,因此在水平方向上,自移动指向方向(往左)的反方向侧边(?#20918;擼?#24448;内缩小感测影像一个单位而不进行区块匹配比对,又在垂直方向上,自移动指向方向(往上)的反方向侧边(下边),往内缩小感测影像一个单位而不进行区块匹配比对。不进行区块匹配比对的范围如图3A中黑影部分所示。如此,以副参考区块212在?#25105;?#24863;测影像中进行区块匹配比对时,不必进行全搜寻,而仅需进行如图3A所?#38236;?#20061;个可能位置的比对。在比对过程中,仍可?#19994;?#21305;配区块230,如图3B所示。
类似地,请参照图2F与图2G,?#24065;?#21160;向量为(-2,2)时,参考区块更新为副参考区块213,因此如图3C所示,进行区块匹配比对时,自右方与下方缩小感测影像各两个单位。如此,需要比对的位置仅为九个。
参照图3D,假设?#25105;?#26102;间取得的为感测影像25,则在图3C所?#38236;?#20061;个比对位置中,仍可?#19994;?#21305;配区块250。
参照图3E,由于根据图3D计算得到的移动向量为(-2,1),因此,下次进行区块匹配比对时,改为自右方缩小感测影像两个单位、自下方缩小感测影像一个单位。所需比对的位置仍然仅为九个。
以上所述缩小区块匹配比对范围的方法,可减少匹配计算的次数,?#26723;?#24635;体的运算量而提升效率。
需说明的是,除了根据前一时间计算所得的移动向量来调整比对范围之外,也可以使用前几次的移动向量平均值来调整比对范围。又,与重新选取参考区块相似,由于影像撷取时可能有噪声而造成误判移动趋势,故调整比对范围时,也可以在确认移动趋势之后才调整比对范围。确认移动趋势的方式举例而言可采取前述的判断机制,判断在一方向上的移动时间或次数是否大于一临界值、或是移动平均值是否 大于一平均值临界值,如是,才调整比对范围。
参照图4,显示本发明的光学导航装置的一个实施例。光学导航装置包含影像撷取单元41、移动向量计算单元42、?#19988;?#21333;元43。影像撷取单元41撷取光学影像并转换为电子讯号。移动向量计算单元42接收影像撷取单元41输出的电子讯号,根据前述光学导航方法,计算移动向量并予以输出。在计算的过程中,可将主参考区块及/或副参考区块等需要暂存的数据,储存在?#19988;?#21333;元43之中。其中,影像撷取单元41例如但不限于可为影像传感器,移动向量计算单元42例如但不限于可为处理器,?#19988;?#21333;元43例如但不限于可为缓冲存储器。
本发明与现有技术相较,因为参考区块的尺寸?#36879;?#27979;影像中区块匹配比对的范围都可以?#35270;?#24615;地改变,因此运算量较低,且不需要频繁地重新选取主参考区块,故计算效?#24335;?#20339;,且对?#19988;?#21333;元43的存取次数?#27493;?#23569;。
以上已针对较佳实施例来说明本发明,只是以上所述,仅为使本领域技术人?#24065;子諏私?#26412;发明的内容,并非用来限定本发明的权利范围。对于本领域技术人?#20445;?#24403;可在本发明精神内,立?#27492;?#21450;各种等效变化。例如,各实施例所图标的感测影像、主参考区块、副参考区块尺寸都仅为举例而可做各种变化;感测影像、主参考区块、副参考区块不限于为正方形而可为其它形状;本发明调整参考区块尺寸及调整感测影像中区块匹配比对的范围,不限于在水平与垂直二维方向上都实施,而可只实施于其中一维;各实施例所述的一个单位,可以对应一或多个像素;本发明所称的“依序”或“?#26377;?#30340;感测影像,仅表示时间的先后关?#25285;?#20854;并不限于为紧接连续的感测影像,亦可为间隔其它感测影像的“依序”或“?#26377;备?#27979;影像,等?#21462;?#25925;凡依本发明的概念与精神所为之均等变化或修饰,均应包括于本发明的申请专利范围内。

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本文标题:光学导航方法以及相关装置.pdf
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