(57)【要約】【課題】本発明は、光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法を提供する。【解決手段】かかる光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法は、光斑画像の光強度値を計算することで、光斑画像の位置決め精度を有効に向上させることができ、各種のノートパソコン、多機能キーボード(キーボード付き光斑滑り制御器)、テレビリモコンなどの電子製品のナビゲーション入力装置に適用することができる。【選択図】図１
2020101494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法であって、
(A)オリジナル座標を設定し、センサによってターゲット表面のリアルタイム光斑画像を検出し、オリジナル光斑画像を取得し、該オリジナル光斑画像は、第一複数オリジナル座標値及び対応する第一複数光強度値を含み；
(B)前記センサが前記ターゲット表面に対して相対移動し、移動後の前記センサによって前記ターゲット表面のリアルタイム光斑画像を検出し、マッチング光斑画像を取得し、該マッチング光斑画像は、第二複数オリジナル座標値及び対応する第二複数光強度値を含み；及び
(C)一組の精密座標を設定し、精密マッチング計算法によって前記オリジナル光斑画像と前記マッチング光斑画像に対して計算を行い、計算後に相対変位量を取得するステップを含み、
前記相対変位量は、前記精密座標に位置し、前記精密座標の座標精度は、前記オリジナル座標の座標精度よりも小さい、光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法。
【請求項２】
請求項1に記載の光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法であって、
前記センサは、不変形光斑画像取得器である、光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法。
【請求項３】
請求項2に記載の光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法であって、
前記リアルタイム光斑画像は、不変形光斑画像である、光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法。
【請求項４】
請求項1に記載の光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法であって、
前記オリジナル座標及び前記精密座標は、極座標である、光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法。
【請求項５】
請求項1に記載の光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法であって、
前記オリジナル座標及び前記精密座標は、直角座標である、光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法。
【請求項６】
請求項1に記載の光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法であって、
前記精密マッチング計算法は、前記オリジナル光斑画像の第一複数オリジナル座標値及び第一複数光強度値と、前記マッチング光斑画像の第二複数オリジナル座標値及び第二複数光強度値とに基づいて、前記相対変位量を計算する、光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法。
【請求項７】
請求項6に記載の光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法であって、
前記精密マッチング計算法は、
(A)前記オリジナル光斑画像に基づいてバーチャル参考画像を複数生成し、各バーチャル参考画像は、バーチャル複数オリジナル座標値及び対応するバーチャル複数光強度値を含み、且つ各バーチャル参考画像は、さらにバーチャル相対変位量を表し、該バーチャル相対変位量は、前記精密座標に位置し；及び
(B)SAD計算法(sum  of  absolute  difference)によって前記マッチング光斑画像と各バーチャル参考画像との間の数値を計算し、各バーチャル参考画像についての計算後にSAD値を取得し、SAD値が最も小さいバーチャル参考画像を選択し、該バーチャル参考画像により表れるバーチャル相対変位量を前記相対変位量とするステップを含む、光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法。
【請求項８】
請求項6に記載の光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法であって、
前記精密マッチング計算法は、
(A)前記オリジナル光斑画像に基づいてバーチャル参考画像を複数生成し、各バーチャル参考画像は、バーチャル複数オリジナル座標値及び対応するバーチャル複数光強度値を含み、且つ各バーチャル参考画像は、さらにバーチャル相対変位量を表し、該バーチャル相対変位量は、前記精密座標に位置し；及び
(B)SSD計算法(sum  of  square  difference)によって前記マッチング光斑画像と各バーチャル参考画像との間の数値を計算し、各バーチャル参考画像についての計算後にSSD値を取得し、SSD値が最も小さいバーチャル参考画像を選択し、該バーチャル参考画像により表れるバーチャル相対変位量を前記相対変位量とするステップを含む、光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法。
【請求項９】
請求項6に記載の光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法であって、
前記精密マッチング計算法は、
(A)前記オリジナル光斑画像に基づいてバーチャル参考画像を複数生成し、各バーチャル参考画像は、バーチャル複数オリジナル座標値及び対応するバーチャル複数光強度値を含み、且つ各バーチャル参考画像は、さらにバーチャル相対変位量を表し、該バーチャル相対変位量は、前記精密座標に位置し；及び
(B)NCC計算法(normalized  cross  correlation)によって前記マッチング光斑画像と各バーチャル参考画像との間の数値を計算し、各バーチャル参考画像についての計算後にNCC値を取得し、NCC値が1に最も近いバーチャル参考光斑画像を選択し、該バーチャル参考画像により表れるバーチャル相対変位量を前記相対変位量とする、光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光斑画像位置決め（ポジショニング）方法に関し、特に、副画素（subpixel）による光斑画像位置決め方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、光学式マウス又はレーザー式マウスの移動に基づいてスクリーン上のマウスの変位を制御することにより、スクリーンのナビゲーション機能を達成する。例えば、光学式マウスは、LED光源を用いて、20度よりも小さい夾角(入射光と物体表面との夾角)で物体表面に照射するともに、CMOS二次元画像センサを用いて、物体表面の突起のところに生じた陰影の変化を観測し、光学式マウスと物体表面との相対変位量を判断する。レーザー式マウスは、レーザー光を物体表面に照射し、入射角が反射角に等しい箇所で光斑画像を取得し、前後で隣接する二つの光斑画像を比較し、レーザー式マウスと物体表面との相対変位量を判断する。
【０００３】
そのうち、レーザー式マウスは、二次元画像センサを用いて、隣接する二つの画像を得て画像のマッチング・ポジショニングを行う。その位置決め精度が二次元画像センサの画素(pixel)サイズにより制限されるので、画像のマッチング・ポジショニングのための最小単位は、通常、二次元画像センサの画素サイズである。画像のマッチング・ポジショニングの精度を向上させるために、従来技術では、二次元画像センサの製造パラメータを調整し、各画素のサイズを小さくする手段を取っている。しかし、マッチング・ポジショニングを正確に行うために、マッチング・ポジショニングの対象としての二つの物体表面の画像面積（サイズ）に制限があり、十分な画像特徴(又は差異性)を有する物体表面の画像でなければ、精確にマッチング・ポジショニングを行うことができない。物体表面の画像面積が小さすぎると、物体表面の画像データが乏しくなり、正確にマッチングすることができなくなる恐れがある。よって、従来技術では、二次元画像センサの画素サイズを小さくするだけでなく、画像センサのマッチング画像アレイのサイズを大きくして十分に大きいマッチング面積を維持する必要がある。このように、位置決め精度を向上させるために、二次元画像センサの製造パラメータを調整して各画素のサイズを小さくし、且つ、画像アレイの画像取得範囲を大きくすることは、センサ画素数が増えるため、二次元画像センサの製造コストの上昇につながる。
【０００４】
よって、今のところ、二次元画像センサの製造コストが増加しない前提で、レーザー式マウスの位置決め精度を有効に向上させることができる位置決め精度向上方法が望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の従来技術における欠点に鑑みて、本発明の主な目的は、光斑画像の精密なマッチング・ポジショニング方法を提供することにあり、光斑画像の光強度値を計算することにより、光斑画像の位置決め精度を有効に向上させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法が提供され、この方法は、(A)オリジナル座標を設定し、センサによってターゲット表面のリアルタイム光斑画像を検出し、オリジナル光斑画像を取得し、該オリジナル光斑画像は、第一複数オリジナル座標値及び対応する第一複数光強度値を有し；(B)前記センサが前記ターゲット表面に対して相対移動し、移動後の前記センサによって前記ターゲット表面のリアルタイム光斑画像を検出し、マッチング光斑画像を取得し、該マッチング光斑画像は、第二複数オリジナル座標値及び対応する第二複数光強度値を有し；及び、(C)一組の精密座標を設定し、精密マッチング計算法によって前記オリジナル光斑画像と前記マッチング光斑画像に対して計算を行い、計算後に相対変位量を取得するステップを含み、そのうち、前記相対変位量は、前記精密座標に位置し、前記精密座標の座標精度は、前記オリジナル座標の座標精度よりも小さい。
【０００７】
本発明による光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法では、前記センサは、不変形光斑画像取得器である。
【０００８】
本発明による光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法では、前記リアルタイム光斑画像は、不変形光斑画像である。
【０００９】
本発明による光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法では、前記オリジナル座標及び前記精密座標は、極座標である。
【００１０】
本発明による光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法では、前記オリジナル座標及び前記精密座標は、直角座標である。
【００１１】
本発明による光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法では、前記精密マッチング計算法は、前記オリジナル光斑画像の第一複数オリジナル座標値及び第一複数光強度値と、前記マッチング光斑画像の第二複数オリジナル座標値及び第二複数光強度値とに基づいて、前記相対変位量を計算する。
【００１２】
本発明による光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法では、前記精密マッチング計算法は、(A)前記オリジナル光斑画像に基づいて複数のバーチャル参考画像を生成し、各バーチャル参考画像は、バーチャル複数オリジナル座標値及び対応するバーチャル複数光強度値を有し、且つ、各バーチャル参考画像は、さらに、１つのバーチャル相対変位量を表し、該バーチャル相対変位量は、前記精密座標に位置し；(B)SAD計算法(sum  of  absolute  difference)によって前記マッチング光斑画像と各バーチャル参考画像との間の数値を計算し、各バーチャル参考画像についての計算後にSAD値を取得し、SAD値が最も小さいバーチャル参考画像を選択し、該バーチャル参考画像により表れるバーチャル相対変位量を前記相対変位量とするステップを含む。
【００１３】
本発明による光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法では、前記精密マッチング計算法は、(A)前記オリジナル光斑画像に基づいてバーチャル参考画像を複数生成し、各バーチャル参考画像は、バーチャル複数オリジナル座標値及び対応するバーチャル複数光強度値を有し、且つ、各バーチャル参考画像は、さらに、１つのバーチャル相対変位量を表し、該バーチャル相対変位量は、前記精密座標に位置し；(B)SSD計算法(sum  of  square  difference)によって前記マッチング光斑画像と各バーチャル参考画像との間の数値を計算し、各バーチャル参考画像についての計算後にSSD値を取得し、SSD値が最も小さいバーチャル参考画像を選択し、該バーチャル参考画像により表れるバーチャル相対変位量を前記相対変位量とするステップを含む。
【００１４】
本発明による光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法では、前記精密マッチング計算法は、(A)前記オリジナル光斑画像に基づいてバーチャル参考画像を複数生成し、各バーチャル参考画像は、バーチャル複数オリジナル座標値及び対応するバーチャル複数光強度値を有し、且つ、各バーチャル参考画像は、さらに、１つのバーチャル相対変位量を表し、該バーチャル相対変位量は、前記精密座標に位置し；(B)NCC計算法(normalized  cross  correlation)によって前記マッチング光斑画像と各バーチャル参考画像との間の数値を計算し、各バーチャル参考画像についての計算後にNCC値を取得し、NCC値が1に最も近いバーチャル参考光斑画像を選択し、該バーチャル参考画像により表れるバーチャル相対変位量を前記相対変位量とするステップを含む。
【００１５】
本発明の上述の特徴及び利点をより明らかにするために、以下、実施例を挙げて添付した図面を参照することにより、詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法のフローチャートである。
【図２】(x，y)の位置における画像強度Ix，y及びその８個の隣接位置における画像強度読み取り値を示す図である。
【図３】新画像強度I′x，y(i，j)及び原画像強度Ix，y(i，j)がカバーする面積の位置関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明を実施するための好適な形態を詳細に説明する。なお、このような実施形態は、例示に過ぎず、本発明を限定するものでない。
【００１８】
図１を参照する。図１に示すように、本発明による光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法は、次のようなステップを含む。
【００１９】
ステップ(A)110：オリジナル座標を設定し、センサによってターゲット表面のリアルタイム光斑画像を検出し、オリジナル光斑画像を取得し、該オリジナル光斑画像は、第一複数オリジナル座標値及び対応する第一複数光強度値を含み；
ステップ(B)120：前記センサが前記ターゲット表面に対して相対移動し、移動後の前記センサによって前記ターゲット表面のリアルタイム光斑画像を検出し、マッチング光斑画像を取得し、該マッチング光斑画像は、第二複数オリジナル座標値及び対応する第二複数光強度値を含み；
ステップ(C)130：一組の精密座標を設定し、精密マッチング計算法によって前記オリジナル光斑画像及び前記マッチング光斑画像に対して計算を行い、計算後に相対変位量を取得し；
そのうち、前記相対変位量は、前記精密座標に位置し、前記精密座標の座標精度は、前記オリジナル座標の座標精度よりも小さい。
【００２０】
前記精密マッチング計算法は、前記オリジナル光斑画像の第一複数オリジナル座標値及び第一複数光強度値と、前記マッチング光斑画像の第二複数オリジナル座標値及び第二複数光強度値とに基づいて、前記相対変位量を計算することができる。
【００２１】
前記精密マッチング計算法の一実施例では、前記精密マッチング計算法は、次のようなステップを含み、即ち、
(A)前記オリジナル光斑画像に基づいてバーチャル参考画像を複数生成し、各バーチャル参考画像は、バーチャル複数オリジナル座標値及び対応するバーチャル複数光強度値を含み、且つ、各バーチャル参考画像は、さらに、１つのバーチャル相対変位量を表し、該バーチャル相対変位量は、前記精密座標に位置し；及び
(B)SAD計算法(sum  of  absolute  difference)によって前記マッチング光斑画像と各バーチャル参考画像の間の数値を計算し、各バーチャル参考画像についての計算後にSAD値を取得し、SAD値が最も小さいバーチャル参考画像を選択し、該バーチャル参考画像により表れるバーチャル相対変位量を相対変位量とするスッテプを含む。
【００２２】
なお、本発明は、これに限定されず、好ましくは、SAD計算法(sum  of  absolute  difference)、SSD計算法(sum  of  square  difference)、NCC計算法(normalized  cross  correlation)などの簡単な計算法により、前記オリジナル光斑画像の第一複数オリジナル座標値及び第一複数光強度値と、前記マッチング光斑画像の第二複数オリジナル座標値及び第二複数光強度値とに基づいて計算を行った後に、前記マッチング光斑画像に最も近いバーチャル参考画像を取得することができる。
【００２３】
本発明が解決しようとする解題は、二次元画像センサの製造コストが増加しない前提で、如何にマウスのナビゲーション位置決め精度を向上させるかにある。本発明は、二次元副画素による位置決め技術及び回転センサ角度などの方法を提供し、二次元画像センサの製造コストを増やしない条件で、マウスのナビゲーション位置決め精度を有効に向上させ、製造コストが低く、且つ位置決め精度が高いレーザー式マウス用二次元画像センシングモジュールを実現することができる。
【００２４】
本発明は、不変形光斑画像取得器を使用しても良い。該不変形光斑画像取得器は、物体表面に直接照射するコヒーレント光源を有し、物体表面の三次元テクスチャによる散乱光束が進入する光斑画像取得器である二次元イメージャ（imager）を用いて光斑画像を形成する。特殊な設計の下で、前記不変形光斑画像取得器は、各建設的（constructive）干渉斑点が二次元イメージャの画像取得ウィンドウに入ること乃至該画像取得ウィンドウを出ることを確認することができる。このような干渉斑点の相対光路差変化量が波長の五分の一よりも小さいので、光斑画像の画像取得ウィンドウに入る建設的光斑亮点乃至光斑画像の画像取得ウィンドウを出る光斑の大部分は、依然として建設的干渉を維持可能であり、不変形に近い光斑画像の画像取得効果を達成することができる。これにより、前記不変形光斑画像取得器により取得された光斑画像は、移動することができるが、変形しないので、不変形光斑画像と称される。このような光斑画像は、画像処理計算法(SAD、SSD、NCC)などによるマッチング・ポジショニングを経た後に、非常に精確な相対変位量を得ることができる。
【００２５】
従来技術では、光斑画像の画像処理計算法による移動量の計算は、すべて、センサの画素を位置決め精度としている。本発明は、光斑画像を副画素の組み合わせに分割し、また、各画素の光斑画像の分布が均一であると仮定する。副画素分割技術により光斑画像を再構成し、副画素が移動可能なすべての光斑画像組み合わせを予測し、そして、リアルタイム光斑画像と、前述の副画素が移動可能なすべての光斑画像組み合わせとに基づいてマッチング・ポジショニングを行い、二次元副画素の位置決め精度を取得し、これにより、従来技術の一つの画素の位置決め精度の制限を突破することができる。
【００２６】
図２及び図３を参照する。これらの図は、本発明による光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法の実施例を示す図である。本実施例では、如何にn方位、1/m副画素による位置決めの光斑イメージング方法を確立するかを示し、前記副画素の座標は、精密座標である。以下、詳しく説明する。単位角度変位ベクトルを(cosθi，sinθi)と定義し、ここで、θi＝(2π×i)/n、i＝0，1，2，…，n-1である。各単位角度変位ベクトルについてj/m副画素の変位量で分割し、そのうち、mは、正の偶数であり、j＝1，2，…，m/2である。よって、トータルでn×m/2個のバーチャル変位ベクトルを生成することができる。各バーチャル変位ベクトルは、一つのバーチャル参考光斑画像を生成し得るため、(n×m/2)個のバーチャル変位光斑画像を生成することができ、また、元の光斑画像を加えると、リアルタイム光斑画像と画像のマッチング及び位置決めを行うための(n×m/2)+1個の参考画像を取得ことができる。そして、最も小さいSAD計算量が得られた参考光斑画像のバーチャル変位量は、リアルタイム光斑画像のn方位、1/m副画素の位置決め精度の変位ベクトルである。
【００２７】
図２は、(x，y)の位置における画像強度Ix，y及びその８個の隣接位置における画像強度読み取り値を示す図である。画像アレイ中の座標(x，y)の位置における画像強度読み取り値は、Ix，yであり、その８個の隣接位置における画像強度読み取り値は、それぞれ、Ix+1，y、Ix+1，y+1、Ix，y+1、Ix-1，y+1、Ix-1，y、Ix-1，y-1、Ix，y-1、Ix+1，y-1である。元の光斑画像の強度は、Ix，yである。先ず、第一象限(0≦θi＜π/2)において生成され得るバーチャル画像強度I′x，yを考慮する。第一象限のバーチャル変位に貢献し得る画像強度は、Ix，y、Ix+1，y、Ix+1，y+1、Ix，y+1である。θi方向において、j/m副画素の変位距離の単位バーチャル変位ベクトルは、[(j/m)cosθi，(j/m)sinθi]と記すことができる。
【００２８】
図３は、第一象限において、原画像強度Ix，y(i，j)がθi方向にj/m副画素変位すれば、新画像強度I′x，y(i，j)及び原画像強度Ix，y(i，j)がカバーする面積の位置関係を示す図である。原画像強度Ix，y(i，j)がθi方向にj/m副画素変位すれば、新画像強度I′x，y(i，j)がカバーする面積も変位し得る。新画像強度I′x，y(i，j)と原画像強度Ix，y(i，j)との関係は、I′x，y(i，j)＝Ix，y(i，j)×(バーチャル変位後に残された面積)+Ix+1，y(i，j)×(バーチャル変位後に生成された面積)+Ix+1，y+1(i，j)×(バーチャル変位後に生成された面積)+Ix，y+1(i，j)×(バーチャル変位後に生成された面積)＝Ix，y(i，j)×{[1-(j/m)cosθi)]×[1-(j/m)sinθi]}+Ix+1，y(i，j)×(j/m)cosθi×[1-(j/m)sinθi]+Ix+1，y+1(i，j)×(j/m)cosθi×(j/m)sinθi+Ix，y+1(i，j)×[1-(j/m)cosθi)]×(j/m)sinθiであり、そのうち、0≦i＜n/4、1≦j≦m/2である。
【００２９】
同様に、第二象限のバーチャル変位に貢献し得る画像強度は、Ix，y、Ix，y+1、Ix-1，y+1、Ix-1，yである。よって、π/2≦θi＜πの範囲内で、θi方向においてj/m副画素変位することにより生成され得るすべてのバーチャル光斑画像強度I′x，yは、I′x，y(i，j)＝Ix，y(i，j)×(バーチャル変位後に残された面積)+Ix，y+1(i，j)×(バーチャル変位後に生成された面積)+Ix-1，y+1(i，j)×(バーチャル変位後に生成された面積)+Ix-1，y(i，j)×(バーチャル変位後に生成された面積)＝Ix，y(i，j)×{[1+(j/m)cosθi)]×[1-(j/m)sinθi]}+Ix，y+1(i，j)×[1+(j/m)cosθi)]×(j/m)sinθi+Ix-1，y+1(i，j)×(j/m)(-cosθi)×(j/m)sinθi+Ix-1，y(i，j)×(j/m)(-cosθi)×[1-(j/m)sinθi]と記すことができ、そのうち、n/4≦i＜n/2、1≦j≦m/2である。
【００３０】
同様に、第三象限のバーチャル変位に貢献し得る画像強度は、Ix，y、Ix-1，y、Ix-1，y-1、Ix，y-1である。よって、π≦θi＜3π/2の範囲内で、θi方向においてj/m副画素変位することにより生成され得るすべてのバーチャル光斑画像強度I′x，yは、I′x，y(i，j)＝Ix，y(i，j)×(バーチャル変位後に残された面積)+Ix-1，y(i，j)×(バーチャル変位後に生成された面積)+Ix-1，y-1(i，j)×(バーチャル変位後に生成された面積)+Ix，y-1(i，j)×(バーチャル変位後に生成された面積)＝Ix，y(i，j)×{[1+(j/cosθi)]×[1+(j/m)sinθi]}+Ix-1，y(i，j)×(j/m)(-cosθi)×[1+(j/m)sinθi]+Ix-1，y-1(i，j)×(j/m)(-cosθi)×(j/m)(-sinθi)+Ix，y-1(i，j)×[1+(j/m)cosθi)]×(j/m)(-sinθi)と記すことができ、そのうち、n/2≦i＜3n/4、1≦j≦m/2である。
【００３１】
同様に、第四象限のバーチャル変位に貢献し得る画像強度は、Ix，y、Ix，y-1、Ix+1，y-1、Ix+1，yである。よって、3π/2≦θi＜2の範囲内で、θi方向において、j/m副画素変位することにより生成され得るすべてのバーチャル光斑画像強度I′x，yは、I′x，y(i，j)＝Ix，y(i，j)×(バーチャル変位後に残された面積)+Ix，y-1(i，j)×(バーチャル変位後に生成された面積)+Ix+1，y-1(i，j)×(バーチャル変位後に生成された面積)+Ix+1，y(i，j)×(バーチャル変位後に生成された面積)＝Ix，y(i，j)×{[1-(j/m)cosθi)]×[1+(j/m)sinθi]}+Ix，y-1(i，j)×[1-(j/m)cosθi)]×(j/m)(-sinθi)+Ix+1，y-1(i，j)×(j/m)cosθi×(j/m)(-sinθi)+Ix+1，y(i，j)×(j/m)cosθi)×[1+(j/m)sinθi]と記すことができ、そのうち、3n/4≦i<n、1≦j≦m/2である。
【００３２】
また、本発明は、次のように１つの実施例を提供する。即ち、一つの5×5アレイ画像について、8方位、1/4画素の位置決め精度のすべての可能な副画素アレイ光斑画像を予測する。予測方法は、以下の通りである。予測アレイ画像が、アレイ画像に対して副画素変位を行うことにより生成されるので、n×nアレイ画像は、(n-2)×(n-2)予測アレイ画像しか生成できない。即ち、5×5アレイ画像は、3×3予測アレイ画像しか生成できない。該5×5アレイ画像は、下記表１に示す通りである。
【００３３】
【表１】
2020101494.tif 000003
8方位、1/4画素の位置決め精度の光斑画像を予測しようとすると、第一象限については、上述の公式に従って次のように記すことができる。即ち、n＝8、m＝4であり、よって、0≦θi＜π/2の範囲内で、0≦i＜n/4、1≦j≦m/2であるため、i＝0，1、j＝1，2になり、このときに、変位ベクトルは、[(j/4)cos(iπ/4)，(j/4)sin(iπ/4)]であり、(1/4，0)、(1/2，0)、(0.17678，0.17678)、(0.35355，0.35355)という4個の変位ベクトルを生成することができる。
【００３４】
前記5×5アレイ画像は、中心の3×3アレイ画像を副画素変位無しの参考画像として取り、該3×3アレイ画像は、下記表２に示す通りである。
【００３５】
【表２】
2020101494.tif 000004
0°方向において、1/4副画素変位[1/4×(cos0°，sin0°)＝(0.25，0)]の3×3アレイのバーチャル参考画像を生成し、各バーチャル画素は、上述の公式に従って次のように記すことができ、即ち、I′ij＝３/４Iij+１/４Ii+1，jである。一つの3×3副画素変位バーチャルアレイ参考画像は、下記表３に示す通りである。
【００３６】
【表３】
2020101494.tif 000005
同様に、0°方向において、1/2副画素変位[1/2×(cos0°，sin0°)＝(0.5，0)]の3×3アレイのバーチャル参考画像を生成し、各バーチャル画素は、上述の公式に従って次のように記すことができ、即ち、I′ij＝1/2Iij+1/2Ii+1，jである。一つの3×3副画素変位バーチャルアレイ参考画像は、下記表４に示す通りである。
【００３７】
【表４】
2020101494.tif 000006
同様に、45°方向において、1/4副画素変位[1/4×(cos45°，sin45°)＝(0.17678，0.17678)の3×3アレイのバーチャル参考画像を生成し、各バーチャル画素は、上述の公式に従って次のように記すこができ、即ち、I′i，j＝(1-0.17678)×(1-0.17678)Iij+0.176778×(1-0.17678)Ii+1，j+0.17678×0.17678Ii+1，j+1+(1-0.17678)×0.17678Ii+1，j＝0.67769Iij+0.14553Ii+1，j+0.03125Ii+1，j+1+0.14553Ii+1，jである。一つの3×3副画素変位バーチャルアレイ参考画像は、下記表５に示す通りである。
【００３８】
【表５】
2020101494.tif 000007
同様に、45°方向において、1/2副画素変位[1/2×(cos45°，sin45°)＝(0.35355，0.35355)の3×3アレイバーチャル参考画像を生成し、各バーチャル画素は、上述の公式に従って次のように記すことができ、即ち、I′i，j＝(1-0.35355)×(1-0.35355)Iij+0.35355×(1-0.35355)Ii+1，j+0.35355×0.35355Ii+1，j+1+(1-0.35355)×0.35355Ii+1，j＝0.41790Iij+0.22855Ii+1，j+0.12450Ii-1，j+1+0.22855Ii+1，jである。一つの3×3副画素変位バーチャルアレイ参考画像は、下記表６に示す通りであう。
【００３９】
【表６】
2020101494.tif 000008
第二象限については、n＝8、m＝4であり、よって、π/2≦θi＜πの範囲内で、n/4≦i＜n/2、1≦j≦m/2であるため、i＝2，3、j＝1，2になり、このときに、変位ベクトルは、[(j/4)cos(iπ/4)，(j/4)sin(iπ/4)]であり、次のように4個の変位ベクトルを生成することができる。
【００４０】
1．90°方向において、1/4副画素変位[1/4×(cos90°，sin90°)＝(0，0.25)]の3×3アレイのバーチャル参考画像が生成され、下記表７に示す通りである。
【００４１】
【表７】
2020101494.tif 000009
2．90°方向に、1/2副画素変位[1/2×(cos90°，sin90°)＝(0，0.5)]の3×3アレイのバーチャル参考画像が生成され、下記表８に示す通りである。
【００４２】
【表８】
2020101494.tif 000010
3．135°方向において、1/4副画素変位[1/4×(cos135°，sin135°)＝(-0.17678，0.17678)]の3×3アレイのバーチャル参考画像が生成され、下記表９に示す通りである。
【００４３】
【表９】
2020101494.tif 000011
4．135°方向において、1/2副画素変位[1/2×(cos135°，sin135°)＝(-0.35355，0.35355)]の3×3アレイのバーチャル参考画像が生成され、下記表１０に示す通りである。
【００４４】
【表１０】
2020101494.tif 000012
第三象限については、n＝8、m＝4であり、よって、π≦θi＜2π/3の範囲内で、n/4≦i＜n/2、1≦j≦m/2であるため、i＝4，5、j＝1，2になり、このときに、変位ベクトルは、[(j/4)cos(iπ/4)，(j/4)sin(iπ/4)]であり、次のように4個の変位ベクトルを生成することができる。
【００４５】
1．180°方向において、1/4副画素変位[1/4×(cos180°，sin180°)＝(-0.25，0)]の3×3アレイのバーチャル参考画像が生成され、下記表所１１に示す通りである。
【００４６】
【表１１】
2020101494.tif 000013
2．180°方向において、1/2副画素変位[1/2×(cos180°，sin180°)＝(-0.5，0)]の3×3アレイのバーチャル参考画像が生成され、下記表１２に示す通りである。
【００４７】
【表１２】
2020101494.tif 000014
3．225°方向において、1/4副画素変位[1/4×(cos225°，sin255°)＝(-0.17678，-0.17678)]の3×3アレイのバーチャル参考画像が生成され、下記表１３に示す通りである。
【００４８】
【表１３】
2020101494.tif 000015
4．225°方向において、1/2副画素変位[1/2×(cos225°，sin225°)＝(-0.35355，-0.35355)]の3×3アレイのバーチャル参考画像が生成され、下記表１４に示す通りである。
【００４９】
【表１４】
2020101494.tif 000016
第四象限については、n＝8、m＝4であり、よって、2π/3≦θi＜2の範囲内で、n/4≦i＜n/2、1≦j≦m/2であるため、i＝6，7、j＝1，2になり、このときに、変位ベクトルは、[(j/4)cos(iπ/4)，(j/4)sin(iπ/4)]であり、次のように4個の変位ベクトルを生成することができる。
【００５０】
1．270°方向において、1/4副画素変位[1/4×(cos270°，sin270°)＝(0，-0.25)]の3×3アレイのバーチャル参考画像が生成され、下記表１５に示す通りである。
【００５１】
【表１５】
2020101494.tif 000017
2．270°方向において、1/2副画素変位[1/2×(cos270°，sin270°)＝(0，-0.5)]の3×3アレイのバーチャル参考画像が生成され、下記表１６に示す通りである。
【００５２】
【表１６】
2020101494.tif 000018
3．315°方向において、1/4副画素変位[1/4×(cos315°，sin315°)＝(0.17678，-0.17678)]の3×3アレイのバーチャル参考画像が生成され、下記表１７に示す通りである。
【００５３】
【表１７】
2020101494.tif 000019
4．315°方向において、1/2副画素変位[1/2×(cos315°，sin315°)＝(0.35355，-0.35355)]の3×3アレイのバーチャル参考画像が生成され、下記表１８に示す通りである。
【００５４】
【表１８】
2020101494.tif 000020
本実施例では、元の5×5アレイ画像から、17個の3×3アレイ参考画像が生成され、第1個目のバーチャル変位無しのオリジナル参考光斑画像、及び、8方位、1/4副画素の解像度の第2〜17個目のバーチャル変位参考光斑画像を含む。リアルタイム光斑画像が得られた後に、リアルタイム光斑画像及びこの17個の参考光斑画像に対してSADによるマッチング・ポジショニングを行うことで、17組のSADマッチング値を得ることができ、そのうち、最も小さいSADマッチング値は、リアルタイム光斑画像の副画素位置決めのアドレスであり、例えば、第1個の3×3アレイ画像が最小SADマッチング値の参考画像であれば、リアルタイム光斑画像に副画素変位がないことを示し、第2個目の3×3アレイ画像が最小SADマッチング値の参考画像であれば、リアルタイム光斑画像に(1/4，0)の副画素変位があることを示し、また、その他は、これに基づいて類推することができる。
【００５５】
本発明に開示のn方位、1/m副画素バーチャル変位の光斑画像精密位置決め方法は、計算量が増えるが、FPGAによる並列処理方法によって、リアルタイム光斑画像と[(n×m/2)+1]個の参考光斑画像とのマッチング・ポジショニングを同時に行うことができるため、マッチング・ポジショニングのために使用する時間は、１つの参考光斑画像と同様であり、また、レーザー干渉計による実験から、このバーチャル副画素変位比較方法は、マッチング・ポジショニングの精度を1/20〜1/10副画素の位置決め精度まで向上させることができる。よって、本発明による光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法は、マッチング・ポジショニング時間を延長せず、光斑画像の副画素によるマッチング・ポジショニングの精度を有効に向上させることができ、レーザー式マウスに適用し得ることはもちろんであるが、光斑滑り制御器を開発し、手首の移動の代わりに、手指による滑り制御を用いて、マウスの変位をより気楽に且つ正確に制御することができるため、各種のノートパソコン、多機能キーボード(キーボード付き光斑滑り制御器)、テレビリモコンなどの電子製品のナビゲーション入力装置に適用することもできる。
【００５６】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００５７】
110    ステップ(A)
120    ステップ(B)
130    ステップ(C)
【図１】
2020101494.tif 000021
【図２】
2020101494.tif 000022
【図３】
2020101494.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月19日(2019.11.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法であって、
(A)オリジナル座標を設定し、センサによってターゲット表面のリアルタイム光斑画像を検出し、オリジナル光斑画像を取得し、該オリジナル光斑画像は、第一複数オリジナル座標値及び対応する第一複数光強度値を含み；
(B)前記センサが前記ターゲット表面に対して相対移動し、移動後の前記センサによって前記ターゲット表面のリアルタイム光斑画像を検出し、マッチング光斑画像を取得し、該マッチング光斑画像は、第二複数オリジナル座標値及び対応する第二複数光強度値を含み；及び
(C)一組の精密座標を設定し、精密マッチング計算法によって前記オリジナル光斑画像と前記マッチング光斑画像に対して計算を行い、計算後に相対変位量を取得するステップを含み、
前記相対変位量は、前記精密座標に位置し、前記精密座標の座標精度は、前記オリジナル座標の座標精度よりも小さく、
前記精密マッチング計算法は、前記オリジナル光斑画像の第一複数オリジナル座標値及び第一複数光強度値と、前記マッチング光斑画像の第二複数オリジナル座標値及び第二複数光強度値とに基づいて、前記相対変位量を計算する、光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法であって、
前記センサは、不変形光斑画像取得器である、光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法。
【請求項３】
請求項２に記載の光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法であって、
前記リアルタイム光斑画像は、不変形光斑画像である、光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法。
【請求項４】
請求項１に記載の光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法であって、
前記オリジナル座標及び前記精密座標は、極座標である、光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法。
【請求項５】
請求項１に記載の光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法であって、
前記オリジナル座標及び前記精密座標は、直角座標である、光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法。
【請求項６】
請求項１に記載の光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法であって、
前記精密マッチング計算法は、
(A)前記オリジナル光斑画像に基づいてバーチャル参考画像を複数生成し、各バーチャル参考画像は、バーチャル複数オリジナル座標値及び対応するバーチャル複数光強度値を含み、且つ各バーチャル参考画像は、さらにバーチャル相対変位量を表し、該バーチャル相対変位量は、前記精密座標に位置し；及び
(B)SAD計算法(sum  of  absolute  difference)によって前記マッチング光斑画像と各バーチャル参考画像との間の数値を計算し、各バーチャル参考画像についての計算後にSAD値を取得し、SAD値が最も小さいバーチャル参考画像を選択し、該バーチャル参考画像により表れるバーチャル相対変位量を前記相対変位量とするステップを含む、光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法。
【請求項７】
請求項１に記載の光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法であって、
前記精密マッチング計算法は、
(A)前記オリジナル光斑画像に基づいてバーチャル参考画像を複数生成し、各バーチャル参考画像は、バーチャル複数オリジナル座標値及び対応するバーチャル複数光強度値を含み、且つ各バーチャル参考画像は、さらにバーチャル相対変位量を表し、該バーチャル相対変位量は、前記精密座標に位置し；及び
(B)SSD計算法(sum  of  square  difference)によって前記マッチング光斑画像と各バーチャル参考画像との間の数値を計算し、各バーチャル参考画像についての計算後にSSD値を取得し、SSD値が最も小さいバーチャル参考画像を選択し、該バーチャル参考画像により表れるバーチャル相対変位量を前記相対変位量とするステップを含む、光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法。
【請求項８】
請求項１に記載の光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法であって、
前記精密マッチング計算法は、
(A)前記オリジナル光斑画像に基づいてバーチャル参考画像を複数生成し、各バーチャル参考画像は、バーチャル複数オリジナル座標値及び対応するバーチャル複数光強度値を含み、且つ各バーチャル参考画像は、さらにバーチャル相対変位量を表し、該バーチャル相対変位量は、前記精密座標に位置し；及び
(B)NCC計算法(normalized  cross  correlation)によって前記マッチング光斑画像と各バーチャル参考画像との間の数値を計算し、各バーチャル参考画像についての計算後にNCC値を取得し、NCC値が1に最も近いバーチャル参考光斑画像を選択し、該バーチャル参考画像により表れるバーチャル相対変位量を前記相対変位量とする、光斑画像精密マッチング・ポジショニング方法。