(57)【要約】【課題】回転角度および回転中心座標を正確かつ簡単に取得する。【解決手段】画素のグループＧiが同じ配列軸に沿って配列され、前記各グループＧiがこの軸に沿った各縦座標ｘiに関連付けられるＮ個の異なる画素のグループＧiを、前記第１画像から選択し（６８、８４）、前記各グループＧiに対して、前記配列軸と直交する方向に対する前記第１画像と前記第２画像との間の前記グループＧiの移動量ｙiを計算し（７２）、次の式を最小にする線形回帰直線の係数ａおよびｂに基づいて、前記回転角度および前記回転中心座標を計算する（８６）。【数１】2013020624.tif 000007    Ｎは、３以上の前記グループＧiの数【選択図】図４
2013020624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  画像面に垂直な軸の回りにパターンを回転させる前に、電子センサにより前記パターンの第１画像を取得し（５４）、
−  前記電子センサに対して、人により前記画像面に垂直な軸の回りに前記パターンを回転させ、
−  前記パターンの回転後、前記電子センサにより同じパターンの第２画像を取得し、画素により構成される前記第１画像および前記第２画像を電子メモリに記憶させ、
−  画素のグループＧiが同じ配列軸に沿って配列され、前記各グループＧiがこの軸に沿った各縦座標ｘiに関連付けられ、添え字ｉによりＮ個の画素の前記グループＧiの中から前記グループＧiが特定される、Ｎ個の異なる画素の前記グループＧiを電子コンピュータにより前記第１画像から選択し（６８、８４）、
−  移動量ｙiは、前記グループＧiに属する前記第１画像の画素と前記第２画像の画素との相関の計算から得られる移動量であり、前記各グループＧiに対して、前記電子コンピュータにより、前記第１画像と前記第２画像とを比較し、前記配列軸に垂直な方向に対する前記第１画像と前記第２画像との間の前記グループＧiの前記移動量ｙiを計算する（７２）という処理を備える回転角度および回転中心座標の取得方法において、
前記電子コンピュータにより、次の式を最小にする線形回帰直線の係数ａおよびｂに基づいて前記回転角度および前記回転中心座標を計算する（８６）ことを特徴とする回転角度および回転中心座標取得方法。
【数１】
2013020624.tif 000005
−  ||…||は、ノルム
−  Ｎは、３以上の前記グループＧiの数
【請求項２】
前記電子コンピュータは、
−  少なくとも幅の２倍の長さを有し、前記第１画像および前記第２画像よりも小さいウインドウを、取得した前記第１画像および前記第２画像の同じ位置に配置し（６２）、
−  前記ウインドウに含まれる前記第１画像および前記第２画像の画素だけを処理し、前記各移動量ｙiの計算を実行する（７２）
ことを特徴とする請求項１記載の回転角度、および回転中心座標取得方法。
【請求項３】
前記電子センサは、前記ウインドウに含まれる前記画素のみを取得する（９２）ことを特徴とする請求項２記載の回転角度、および回転中心座標取得方法。
【請求項４】
前記電子コンピュータは、
−  前記ウインドウを、画素の前記各グループＧiの全ての画素を備える前記第１画像の少なくともＮ個の各区域Ｓiに分割し（６４）、
−  対応する前記区域Ｓiに含まれる前記第１画像および前記第２画像の画素だけを処理し、前記各移動量ｙiの計算を実行する（７２）
ことを特徴とする請求項２または３記載の回転角度および回転中心座標取得方法。
【請求項５】
前記電子コンピュータは、
−  前記移動量ｙiを所定の閾値と比較し（８４）、
−  前記所定の閾値を超える場合に前記移動量ｙiとそれに関連する縦座標ｘiが前記回転角度および前記回転中心座標の計算に考慮されず、超えない場合に前記移動量ｙiと関連する前記縦座標ｘiが前記計算に考慮される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転角度および回転中心座標取得方法。
【請求項６】
前記電子コンピュータは、
計算された角度を０．５〜１０°の範囲に維持するため、前記第１画像および前記第２画像の前に取得された少なくとも１つの画像に基づいて計算された前記回転角度の関数として、前記第１画像と前記第２画像との時間間隔を調節する（９０）
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転角度および回転中心座標取得方法。
【請求項７】
電子コンピュータにより、取得した回転角度および回転中心の座標の関数として、スクリーンに表示された対象を回転させるための前記スクリーンの制御方法において、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法を実行することにより、前記回転角度を取得することを特徴とする表示スクリーン制御方法。
【請求項８】
電子コンピュータにより実行される請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法を実行するための命令を備えることを特徴とする情報記録媒体（３８）。
【請求項９】
−  スクリーン（４）と、
−  画像面に垂直な軸の回りに人によりパターンを回転させる前の前記パターンの第１画像と、この回転後の同じパターンの第２画像とを取得することができ、画素により構成される前記第１画像および前記第２画像が電子メモリに記憶される電子センサ（８）と、
−  取得された回転角度および回転中心の座標の関数として前記スクリーンに表示される対象を回転させるように前記スクリーンを制御するとともに、前記回転角度を取得するためにプログラムされた電子コンピュータ（３０）とを備え、
画素のグループＧiが同じ配列軸に沿って配列され、前記各グループＧiがこの軸に沿った各縦座標ｘiに関連付けられ、添え字ｉによりＮ個の画素の前記グループＧiの中から前記グループＧiが特定される、Ｎ個の異なる画素の前記グループＧiを前記電子コンピュータ（３０）により前記第１画像から選択し、
移動量ｙiは、前記グループＧiに属する前記第１画像の画素と前記第２画像の画素との相関の計算から得られる移動量であり、前記各グループＧiに対して、前記電子コンピュータ（３０）により、前記第１画像と前記第２画像とを比較し、前記配列軸に垂直な方向に対する前記第１画像と前記第２画像との間の前記グループＧiの前記移動量ｙiを計算する装置において、
前記電子コンピュータ（３０）は、次の式を最小にする線形回帰直線の係数ａおよびｂに基づいて、前記回転角度および前記回転中心座標を計算する（８６）ためにプログラムされることを特徴とする装置。
【数２】
2013020624.tif 000006
−  ||…||は、ノルム
−  Ｎは、３以上の前記グループＧiの数
【請求項１０】
前記電子センサは、指紋センサまたは光学式マウスであることを特徴とする請求項９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角度および回転中心座標の決定方法に関する。また、本発明の主題は、スクリーン制御方法、およびこの方法を実行するための情報記録媒体に関する。さらに、本発明は、スクリーンを備え、この制御方法を実行することができる装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
回転角度および回転中心座標を決定する公知の方法は、
−  画像面に垂直な軸の回りにパターンを回転させる前に、電子センサにより、前記パターンの第１画像を取得し、
−  前記電子センサに対して、人により前記画像面に垂直な軸の回りに、前記パターンを回転させ、
−  前記パターンの回転後、前記電子センサにより同じパターンの第２画像を取得し、画素により構成される前記第１画像および第２画像を電子メモリに記憶させ、
−  画素のグループＧiが同じ配列軸に沿って配列され、前記各グループＧiが、この軸に沿った各縦座標ｘiに関連付けられ、添え字ｉによりＮ個の画素の前記グループＧiの中から前記グループＧiが特定される、Ｎ個の異なる画素の前記グループＧiを、電子コンピュータにより前記第１画像から選択し、
−  移動量ｙiは、前記グループＧiに属する前記第１画像の画素と、第２画像の画素との相関の計算から得られる移動量であり、前記各グループＧiに対して、前記電子コンピュータにより、前記第１画像と第２画像とを比較し、前記配列軸に垂直な方向に対する前記第１画像と第２画像との間のグループＧiの移動量ｙiを計算するようになっている。
【０００３】
例えば、このような方法は、米国特許出願公開第2005/0012714号明細書（特許文献１）に開示されている。この方法は、極めて簡単であり、実行するために、限られたコンピュータの能力しか必要としない。そのため、携帯端末や携帯電話として知られている携帯電子機器のように、コンピュータ資源が限られている電子機器により実行することができる。
【０００４】
しかしながら、この方法では、決定される回転角度の精度はあまり良くない。実際、回転角度は、回転中心に対してのみ正確に計算可能である。特許文献１では、回転中心の位置を正確に決定する方法については、開示されていない。より正確には、この特許文献では、回転中心の位置は、２つのウインドウの交点、すなわち、電子センサの実質上の中央に仮定されている。従って、このような仮定は、回転中心の実際の位置を正確に示していない。回転中心の位置を正確に決定していないため、計算された回転角度もまた、あまり正確ではない。
【０００５】
一般的に、回転中心の位置を正確に決定することは、困難である。当然のことであるが、回転中心に近いパターンの移動の幅は、小さく、従って、Ｓ／Ｎ比はあまり良くない。そのため、回転角度および回転中心座標を取得するための他の方法が考えられていた。例えば、特許文献２（米国特許出願公開第2001/0036299号）を参照することができる。しかしながら、この方法は、取得した画像に対して、かなりの計算能力が要求される複雑な計算が必要である。従って、かなりのコンピュータ資源を有する機器でなければ、実行することができない。
【０００６】
また、先行技術としては、以下のものが知られている。
特許文献３（米国特許第5563403号明細書）
特許文献４（米国特許第4558461号明細書）
特許文献５（特開平10-027246号公報）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第2005/0012714号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第2001/0036299号明細書
【特許文献３】米国特許第5563403号明細書
【特許文献４】米国特許第4558461号明細書
【特許文献５】特開平10-027246号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の欠点を改善し、回転角度および回転中心座標を、正確かつ簡単に取得することができ、限られた計算能力を有する機器により実行することのできる方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従って、この発明の主題は、請求項１に係る方法である。
【００１０】
上記の方法は、画素のグループＧiが回転前に配列軸Ｍに沿って配列されているとすると、回転後、軸Ｍに対して角度ａとなる軸Ｍ′に沿って配列される、という仮定に基づいている。角度ａは、回転角度である。さらに、軸Ｍと軸Ｍ′との交点は、回転中心に対応する。実際、単純な回転は、グループＧiの配列を変更しない。その結果、線形回帰により計算された係数ａおよびｂから、軸Ｍ′の式を求めることができ、従って、回転角度および回転中心の座標を求めることができる。係数ａおよびｂを線形回帰により計算できるため、疑似現象を考慮した最良の方法で補正することができる。なお、疑似現象とは、パターンが生成される素材の弾性変形による回転後のグループＧiの調整不良、回転と同時のパターンの移動等である。
【００１１】
上記の方法では、移動量ｙiが、グループＧiに属する前記第１画像の画素と前記第２画像の画素との相関から計算されるため、グループＧiの画素が表しているものについての特別な知識は必要ない。従って、記載された方法は、回転対称ではない任意のパターンに適用される。
【００１２】
上記の方法は、回転角度及び回転中心の座標を、米国特許出願公開第2005/0012714号に記載されている方法よりも、はるかに正確に決定することを可能とする。例えば、上記の方法は、回転中心の位置に関して、いかなる仮定も必要としない。また、米国特許出願公開第2005/0012714号の場合のように、回転中心の縦座標を２つの画素のグループＧi間の境界とする必要もない。
【００１３】
さらに、上記の方法は、同一の軸に沿って配列されているＮ個の画素のグループＧiだけを使用する。従って、画像の全ての画素を使用して計算する必要がない。このことは、実行される処理回数を制限し、従って、この方法を実施するために必要な計算能力は減少する。
【００１４】
また、係数ａおよびｂが線形回帰により計算されるため、計算が簡単となり、また、この方法を実施するために必要な計算能力が抑制される。
【００１５】
従って、上記の方法は、実行速度が速く、適切な時間で実行するための相当な計算能力を必要としない。
【００１６】
この方法の実施形態は、従属する請求項の１つ以上の特徴を備えることができる。
【００１７】
さらに、この方法の実施形態は、以下の利点を有する。
−  回転角度および回転中心を計算するため、１つのウインドウの画素だけを使用することにより、実行の処理回数を減少させることを可能とする。従って、この方法を実行するために必要な計算能力を減少させることを可能とする。
−  このウインドウに含まれる画素だけを取得することにより、処理速度を速くすることを可能とし、また、電子センサの電力消費を少なくすることを可能とする。
−  また、ウインドウをＮ個の区域Ｓiに分割することにより、回転角度および回転中心の座標を計算するために実行される処理回数を減少させることを可能とする。
−  移動量ｙiが所定の閾値を超えた場合、移動量ｙiおよび縦座標ｘiを考慮しないことにより、異常点を除去し、従って、実行される処理回数を増加させることなく、計算精度を向上させることを可能とする。
−  計算された角度を０．５〜１０°の範囲に維持するため、前回計算された角度の関数として、前記第１画像および前記第２画像を取得する時間間隔を調節することにより、これらの回転角度の値に対して、前記第１画像および前記第２画像が移動量ｙiを正確に計算するのに十分に重なるため、前記方法の精度を向上させることを可能とする。
【００１８】
また、本発明の主題は、
−  電子コンピュータにより、取得した回転角度および回転中心の座標の関数として、スクリーンに表示された対象を回転させるため、前記スクリーンを制御し、
−  上記の方法を実行することにより、前記回転角度を取得する、
表示スクリーン制御方法である。
【００１９】
また、本発明の主題は、電子コンピュータにより命令が実行されるときに、上記の方法を実行するための前記命令を備える情報記録媒体である。
【００２０】
また、本発明の主題は、請求項９に係る装置である。
【００２１】
この装置の実施形態は、次の特徴を備えることができる。すなわち、前記電子センサを、指紋センサまたは光学式マウスとする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本発明は、以下の制限されることのない例、および図面を参照することのより、一層良く理解することができると思う。
【００２３】
【図１】回転角度および回転中心座標を取得できる装置の概略図である。
【図２】図１の装置に使用される電子センサの概略図である。
【図３】図２の電子センサの検知面における画素配置の部分概略図である。
【図４】回転角度および回転中心座標の取得方法のフローチャートである。
【図５】図４の方法を実行するために実施される処理の概略図である。
【図６】図４の方法を実行するために実施される処理の概略図である。
【図７】複数の区域に分割され、図４の方法で使用される画素ウインドウの概略図である。
【００２４】
これらの図において、同一の符号は、同一の構成要素を示している。
【００２５】
以下の説明において、当業者に周知の特徴および機能については、詳細に説明しない。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、回転角度および回転中心座標を取得することのできる電子装置２を示す。この目的のために、電子装置２は、例として、スクリーン４と、接触型マンマシンインタフェース６とを備えている。接触型マンマシンインタフェース６は、例えば、スクリーン４に表示された対象を移動させるために使用される。ここでの説明では、特に、スクリーン４に表示された対象の回転移動を扱う。スクリーン４に表示された対象を回転移動させるため、接触型マンマシンインタフェース６を介して、回転角度θおよび回転中心の座標Ｃを予め取得する必要がある。
【００２７】
そのため、この実施形態では、ユーザは、接触型マンマシンインタフェース６の所望の回転中心の位置に指を置き、次いで、所望の回転角度θを指示するため、接触型マンマシンインタフェース６の表面に垂直な軸の回りに指を回転させる。この実施形態では、この操作は、ユーザが特にＸ方向の回転中心の位置を指示することを可能にする。
【００２８】
ユーザの指は、パターンの回転角度θを検出できる回転対称ではないパターンを有する。このパターンは、ユーザ、すなわち、人により直接移動される。指の場合、このパターンは、「指紋」と称される。指紋は、隆起部により互いに分離された谷またはくぼみを備えている。
【００２９】
接触型マンマシンインタフェース６は、くぼみと隆起部とを識別する十分に良好な解像度で、指紋の画像を取得することが可能である。
【００３０】
取得した画像は、Ｘ方向に平行な水平の行と、Ｙ方向に平行な列とに整列された画素の行列により構成されている。くぼみと隆起部とを識別できるように、画素のＸ方向またはＹ方向の最大幅は、２５０μｍよりも小さく、好ましくは、１００μｍまたは７５μｍよりも小さい。この最大幅は、５０μｍ以下であると有利である。ここでは、約５００ｄｐｉ（ドット／インチ＝ドット／２５，４ｍｍ）の解像度に対応するように、画素は、５０μｍ×５０μｍの正方形である。
【００３１】
図２は、電子装置２のさらに詳細な１つの態様を示し、特に、接触型マンマシンインタフェース６の特定の実施形態を示す。この実施形態では、接触型マンマシンインタフェース６は、温度パターンを検出可能な電子センサ８に基づいて実施される。
【００３２】
温度パターンは、電子センサ８の電子チップ１０に基づいて識別可能な対象の温度特性の非同次空間分布である。一般的に、このような温度パターンは、対象によって生成される。この実施形態では、指紋は、電子センサ８により検出可能な温度パターンである。
【００３３】
「温度特性」という表現は、熱容量および熱伝導率の関数である対象の特性を意味する。
【００３４】
以下において、電子センサ８は、指紋の検出に特に適する特定の場合のものとして説明する。この特定の場合において、電子センサ８は、指紋センサとして良く知られている。
【００３５】
電子チップ１０は、作図される温度パターンを有する対象が接触する検知面１２を備えている。この対象は、表皮が検知面１２に直接置かれる指１４である。指１４の表皮にある指紋は、くぼみ１８により分離された隆起部１６の存在によって明らかにされる。図２では、隆起部１６を描写してくぼみ１８が視認できるように、指１４が数倍に拡大されている。
【００３６】
指１４を検知面１２に置くと、隆起部１６だけが、検知面１２に直接に接触する。一方、くぼみ１８は、空気を介して、検知面１２から離間する。従って、指１４と検知面１２との間の熱伝導率は、くぼみ１８のレベルよりも隆起部１６のレベルの方が大きい。この結果、指紋は、電子チップ１０により作図できる温度パターンに対応する。
【００３７】
この目的のために、電子チップ１０は、検知面１２の全体に渡り、接した状態で互いに並んで配置された多数の検出画素Ｐijを備えている。１つの検出画素Ｐijは、温度変化を検出可能な最小の独立した表面である。検出された温度変化は、隣の画素が隆起部１６に接触するか、くぼみ１８に対向するかにより、１つの画素から隣の画素に変化する。各検出画素Ｐijは、この電子センサ８により取得された画像の１つの画素に対応している。そのため、これらは、「画素」とも呼ばれる。
【００３８】
これらの画素Ｐijは、同一の基板２０上に形成される。
【００３９】
互いに並んでいる画素Ｐijの例示的な配置を、図３に示す。この例では、画素Ｐijは、画素の行列を形成する行および列として配置されている。例えば、電子チップ１０は、それぞれが少なくとも３００の画素からなる少なくとも５０の行を備えている。
【００４０】
各画素は、検知面１２の１つの断片を規定する。検知面１２のこれらの断片は、矩形であり、図３に示す点線で区切られる。各断片の表面は、面積が１ｍｍ2未満、好ましくは、０．５ｍｍ2未満、０．０１ｍｍ2未満または０．００５ｍｍ2未満である。各画素Ｐijにより規定される検知面１２の断片は、５０μｍ×５０μｍの正方形である。２つの隣接する画素の幾何学的中心間の距離は、１ｍｍ未満、好ましくは、０．５ｍｍ未満、０．１ｍｍ未満、０．０１ｍｍ未満または０．００１ｍｍ未満である。隣接する画素Ｐijの中心間の距離は、５０μｍである。
【００４１】
各画素Ｐijは、
−温度変化を電位差に変換可能な変換器と、
−必要に応じて、この変換器に接触する対象を加熱可能な加熱抵抗とを備えている。
【００４２】
電位差は、較正後に、この電位差が温度変化に直接変換されるという意味で、温度変化の「測定値」を表す。
【００４３】
加熱抵抗は、米国特許第6091837号、または２０１０年５月６日出願のフランス国特許出願第1053554号に記載されているような動的検出方法の実行を可能とする。
【００４４】
動的検出方法は、特に、画素の初期温度が温度パターンを生じさせる対象の温度に近いか、または同一であっても機能するという点を含め、いくつかの利点を有する。また、各画素の加熱抵抗により熱量を放散させる制御を行うことで、コントラストを調節することが可能である。
【００４５】
各画素Ｐijは、これらの各画素Ｐijにより検出された温度変化の測定値を読み出す回路２２に電気的に接続される。より正確には、回路２２は、
−  読み出される１つ以上の画素Ｐijを選択し、
−  選択された１つの画素または複数の画素の加熱抵抗を制御し、
−  選択された１つの画素または複数の画素の変換器により測定された温度変化を読み出すことができる。
【００４６】
通常、読み出す回路２２は、画素Ｐijが形成される同じ硬い基板２０に刻設され、および／または埋め込まれる。例えば、基板２０は、シリコンまたはガラスからなっている。
【００４７】
電子センサ８は、結線３２により電子コンピュータ３０に接続されている。例えば、この電子コンピュータ３０は、電子チップ１０を駆動するモジュール３４と、処理モジュール３６とを備えている。
【００４８】
モジュール３４は、検知画素の測定値に基づいて温度パターンを作図することが可能である。より正確には、このモジュール３４は、画素の測定値と、これらの画素の互いに対する既知の位置との関数に従い、それぞれの画素により検出された隆起部およびくぼみの画像を構成することが可能である。
【００４９】
ここで、処理モジュール３６は、さらに、
−  電子センサ８により連続して取得された画像に基づき、回転角度およびこの回転中心の座標を決定し、
−  決定された回転角度および回転中心の座標の関数に従い、表示された対象を回転させるためにスクリーン４を制御することが可能である。
【００５０】
補足すると、処理モジュール３６は、この指紋を確認するため、取得された指紋の画像をデータベースに含まれる画像と比較することが可能であり、また、それに応じて、電子装置２の所定の動作を許可し、または、選択的に禁止する。
【００５１】
通常、電子コンピュータ３０は、情報記録媒体に記憶された命令を実行可能である少なくとも１つのプログラム可能な電子コンピュータとして実施される。この目的のために、電子コンピュータ３０には、図４の方法を実行するために必要な命令、およびデータを含むメモリ３８が接続されている。また、電子センサ８により取得された画像は、モジュール３４によりメモリ３８に記憶される。
【００５２】
このようなセンサの実施形態および処理の他の詳細については、例えば、２０１０年５月６日出願のフランス国特許出願第1053554号を参考にすることができる。
【００５３】
次に、電子装置２の処理方法につき、図４に示す方法に関して説明する。
【００５４】
先ず、ステップ５０では、電子コンピュータ３０は、電子センサ８の検知面１２に置かれた指の存在を一定の間隔で確認する。それに応じて、例えば、電子装置２のエネルギ消費を減少させるため、電子センサ８の画素Ｐijの一部分だけが使用される。さらに、この確認は、あまり頻繁には行われない。例えば、確認は、２０〜２５回／秒で行われる。
【００５５】
検知面１２が指を検出するまで、ステップ５０の処理が繰り返される。
【００５６】
変換を行う場合、電子センサ８を起動させるステップ５２が実行される。
【００５７】
次に、ステップ５４では、電子センサ８は、時点ｔ1において、指紋の第１画像を取得し、時間間隔ΔＴが経過した後、時点ｔ2において、指紋の第２画像を取得する。通常、時間間隔ΔＴは、第１画像および第２画像が重畳するように十分に短い。例えば、時間間隔ΔＴは、最小で１／８００秒、好ましくは、既定値として１／８００〜１／４００秒である。モジュール３４は、これらの画像をメモリ３８に記憶する。
【００５８】
次に、第１画像の関心領域を検索するステップ５６が実行される。関心領域は、指が検知面１２に接触する位置である。それに応じて、例えば、電子コンピュータ３０は、信号を出力する画素を選択する。その後、関心領域の範囲を設定する選択された画素が使用される。これ以降、この関心領域の外側の画素は、以下に説明する計算には使用されない。選択される関心領域は、指１４が検知面１２に接触する１つの領域より大きくてもよい。一方、関心領域は、画素の数の点では、検知面１２よりも小さい。
【００５９】
ステップ５８では、コンピュータは、第１画像と第２画像を比較することにより、回転中心の概略位置を求める。
【００６０】
例えば、第１画像の関心領域の各画素は、第２画像が占有する同じ位置の画素から差し引かれる。このようにして、「差分」画像が得られる。画素同士の減算は、時点ｔ1およびｔ2において、電子センサ８により測定された同じ画素Ｐijの値の差を計算することである。
【００６１】
次に、この差分画像は、画素のブロックＢjの行列ＭＩを得るために分割される。ブロックＢjは、互いに隣接し、重畳しない。この行列ＭＩは、図５に示されている。図５では、関心領域は、行列ＭＩの背景にある指紋６０によって示されている。行列ＭＩの各ブロックＢjは、同じ数の画素を含んでいる。ここで、各ブロックは、８画素×８画素の正方形である。図５において、ブロックＢjの大きさは、指紋と同じ縮尺ではない。
【００６２】
次に、同一のブロックＢjに属する全ての画素が、このブロックの平均値を求めるために加算される。差分画像の各画素に関連する値は、時点ｔ1およびｔ2におけるこの画素の値の差である。この値は、このブロックの画素の平均値を得るため、同じブロックの他の画素と加算される。
【００６３】
最後に、電子コンピュータ３０は、平均値が最も小さいブロックＢjの中央を見かけの回転中心として選択する。実際、回転中心に接近する指紋の移動量は、この回転中心から遠く離れたものよりもずっと小さい。従って、時点ｔ1とｔ2との間で変化の最も小さい画素ブロックは、最も小さい平均値を有するブロックに対応する。
【００６４】
ステップ６２では、電子コンピュータ３０は、ステップ５８で決定された回転中心の概略位置を中心としてウインドウＦ（図６参照）を配置する。このウインドウＦは、長さが高さの少なくとも２倍、好ましくは、少なくとも１０倍または２０倍の矩形である。ここでは、例えば、ウインドウＦは、１９２画素の長さと８画素だけの高さとで構成されている。
【００６５】
このウインドウＦに含まれる画素だけが、回転角度θおよび回転中心の座標Ｃの計算に使用される。この点において、実行される処理数は、関心領域の全ての画素がこの計算に使用される場合に比較して、相当に制限される。従って、電子コンピュータ３０は、極めて高速でかつ多くのコンピュータ資源を必要とすることなく、前記方法を実行することができる。
【００６６】
ウインドウＦの、最大の長さは、Ｆ方向に延在している。Ｆ方向とは、Ｆ方向に隣接する２つの画素が、画像の記録されるメモリ３８の連続するアドレスに配置される方向である。そのため、各画素のメモリアドレスの計算は不要となり、メモリのデータへのアクセスを容易にして計算は速くなる。これにより、データを連続的に十分簡単に読み出すことができる。ここで、Ｆ方向は、水平方向Ｘと平行である。
【００６７】
ステップ６４では、ウインドウＦは、Ｘ方向に互いに隣接するＰ個の矩形の区域Ｓiに分割される。区域の数Ｐは、３つ以上、好ましくは、６、１０または２０以上である。数Ｐは、好ましくは、各区域ＳiのＸ方向の幅が８〜１６画素となるように選択される。ここでは、１２画素の各区域Ｓiの幅に対応して、数Ｐは２０である。添え字ｉは、ウインドウＦ内で区切られる区域の組の中から区域Ｓiを特定する。
【００６８】
ウインドウＦおよび区域Ｓiは、図７に拡大して詳細に示されている。ここで、全ての区域Ｓiは、同一の水平の軸６６に沿って配列されている。図７では、縦の波線が、ウインドウＦの一部を省略していることを示している。
【００６９】
ステップ６８では、電子コンピュータ３０は、第１画像の各区域Ｓiから、全てのグループＧiが、同一の水平軸、すなわち、ここでは、軸６６に沿って配列される画素のグループＧiを選択する。軸６６は、Ｘ方向と平行であり、各区域Ｓiの中間の高さのところを通過する。
【００７０】
例えば、各グループＧiは、第１画像における区域ＳiのＹ方向の中間の高さに配置されている１２画素の２行に対応している。各グループＧiは、軸６６に沿った縦座標ｘiに関連付けられる。この目的のために、軸６６は、縦座標ｘiを決定する原点Ｏ（図７）を備えている。各グループＧiの縦座標ｘiは、そのグループＧiのＸ方向の中心に対応している。
【００７１】
ステップ７２では、各グループＧiに対して、電子コンピュータ３０は、第１画像および第２画像を比較することにより、時点ｔ1、ｔ2間の縦の移動量ｙiを計算する。各移動量ｙiは、画像の面に含まれ、軸６６に直交している。通常、移動量ｙiは、第１画像および第２画像における区域Ｓiの画素間の相関を計算して得られる。
【００７２】
ここで、例えば、電子コンピュータ３０は、第２画像の区域ＳiにおけるグループＧiの場所を調べる。そのため、処理７４では、電子コンピュータ３０は、画素のグループＧiと同じ形状のマスクＭiを設定する。例えば、この実施形態では、マスクＭiは、それぞれが１２画素からなる２つの水平の行に対応している。次いで、処理７６では、電子コンピュータ３０は、マスクＭiをＸ方向にｄi画素、Ｙ方向にｙi画素移動させた後、第２画像の区域ＳiにマスクＭiを配置する。
【００７３】
処理７８では、電子コンピュータ３０は、グループＧiの対応する画素からマスクＭiに含まれる各画素を減算する。グループの対応する画素は、マスクＭiおよびグループＧiの同じ位置を占める。画素Ｐmnからの画素Ｐijの減算は、時点ｔ1において、電子センサ８の画素Ｐijにより測定された値と、時点ｔ2において、電子センサ８の画素Ｐmnにより測定された値との差分計算である。
【００７４】
処理７６および７８は、ｄiおよびｙiの全ての可能な値に対して繰り返される。通常、移動量ｄiは、−６画素〜＋５画素の間の全ての値をとることができる。移動量ｙiは、−３画素〜＋４画素の間の全ての値をとることができる。ここで、移動量ｙiの原点は、軸６６上にあるものとする。
【００７５】
処理８０では、電子コンピュータ３０は、処理７８で計算された最小の差分に対応する値ｄiおよび値ｙiの組を選択する。実際、それは、第１画像のグループＧiと最もよく関係付けられる第２画像のマスクＭiにより選択された画素のグループである。
【００７６】
ステップ７２が終了すると、各グループＧiの移動量ｄiおよび移動量ｙiが得られる。
【００７７】
ステップ８２では、電子コンピュータ３０は、検知面１２上の指の動作が実際に回転であることを検証する。例えば、前のステップが終了することで得られた移動量ｄiの平均値を計算する。次いで、この値が所定の閾値Ｓ1と比較される。この閾値Ｓ1を超える場合、電子コンピュータ３０は、平行移動動作が回転動作よりも優位であると判断する。次に、ステップ６８に戻る前に、第２画像を新たに取得し、既に取得されている第２画像を第１画像とする。
【００７８】
回転動作が優位である場合、ステップ８４で異常点を除去して処理を継続する。異常点を除去することにより、計算処理回数を増加させないで、計算精度を向上させることができる。
【００７９】
ステップ８４では、電子コンピュータ３０は、各移動量ｙiを、所定の閾値Ｓ2と比較する。移動量ｙiがこの閾値Ｓ2よりも大きい場合、この移動量ｙiは、回転角度θおよび回転中心の座標Ｃの計算に考慮しない。例えば、閾値Ｓ2は、３画素に設定される。
【００８０】
異常点を除去した後、回転角度θ、および回転中心の座標Ｃを計算するために、移動量ｙiが考慮されるＮ個のグループＧiが残る。
【００８１】
さらに、Ｎが２以下の場合、時間間隔ΔＴを小さくする。次いで、新たな第２画像を取得するステップが実行され、前回の第２画像が第１画像となる。この場合、指の回転速度が速すぎ、従って、この問題を改善するために、画像を取得する周期を増加させる必要のある可能性が高い。
【００８２】
Ｎが３以上の場合、ステップ８６では、電子コンピュータ３０は、回転角度θおよび回転中心の座標Ｃを計算する。そのため、電子コンピュータ３０は、座標（ｘi，ｙi）の点を通る線形回帰直線Ｄ（図７）を計算する。そこで、以下の関係を最小化する係数ａおよびｂを計算する。
【００８３】
【数１】
2013020624.tif 000003
【００８４】
−  ｙiは、画素のグループＧｉの縦の移動量。
−  ｘiは、グループＧｉの縦座標。
−  ||…||は、移動量ｙiとａｘi＋ｂとの差分を表す絶対値を与えるノルム。
【００８５】
ステップ８６では、異常点は、考慮されない。換言すれば、移動量ｙiが閾値Ｓ2を超えるグループＧiは、係数ａおよびｂの計算に考慮されない。異常点が除去された場合、グループＧiの数Ｎは、最初に選択された区域ＳiまたはグループＧiの数Ｐよりも小さい。なお、数Ｎは、常に３以上である。
【００８６】
ここで、例えば、係数ａおよびｂは、最小自乗法を使用して計算される。従って、これらは、以下の関係を最小化するものとして計算される。
【００８７】
【数２】
2013020624.tif 000004
【００８８】
次いで、回転角度θは、傾きａの逆正接により与えられる。通常、傾きａが小さければ、一次近似として、回転角度θは、傾きａと等しく、従って、簡単に計算することができる。
【００８９】
係数ｂは、原点の縦座標であり、軸６６に沿った回転中心の位置を表す。この位置は、第１画像の軸６６の既知の位置に基づく他の基準座標系で表される座標Ｃに変換することができる。
【００９０】
また、ステップ８６では、電子コンピュータ３０は、点（ｘi，ｙi）と直線Ｄとの間の近似を表す精度指標Ｉを計算する。この精度指標Ｉは、線形相関係数、標準偏差、分散等とすることができる。ここで、この精度指標Ｉを標準偏差と仮定する。
【００９１】
ステップ８８では、精度指標Ｉは、所定の閾値Ｓ3と比較される。精度指標Ｉが閾値Ｓ3以下であれば、点（ｘi，ｙi）と直線Ｄとの偏差が小さく、その結果が保持されることを示す。逆の場合には、ステップ８６で計算された回転角度θ、および座標Ｃが削除され、第２画像と置き換えるための新たな画像が直ちに取得される。
【００９２】
ステップ９０では、コンピュータは、予め計算された回転角度θの値の関数として、継続時間の時間間隔ΔＴを自動的に調節する。
【００９３】
例えば、回転角度θの値が所定の閾値Ｓ4以下の場合、２つの画像間の回転は、非常に小さい。この場合、ノイズが増加し、従って、計算された回転角度θの値の精度が悪くなる。この欠点を改善するため、継続時間の時間間隔ΔＴが増加される。
【００９４】
継続時間の時間間隔ΔＴは、電子センサ８による画像取得の頻度を変更せずに取得された画像をスキップするか、または、逆に、電子センサ８による画像取得の頻度を少なくすることで、増加させることができる。
【００９５】
ここで、継続時間の時間間隔ΔＴは、計算された回転角度θを０．５〜１０°、好ましくは、０．５〜５°または１〜３°の範囲に維持するため、各回転角度θが計算された後、増減させるか、または、一定に保持される。
【００９６】
ステップ９０と並行して、ステップ９１では、処理モジュール３６は、回転角度θと、必要に応じて、ステップ８６で計算された回転中心の座標Ｃとの関数により表示を変更するように、スクリーン４を制御する。この場合、スクリーン４の表示は、スクリーン４に表示された写真のような対象を、中心の座標Ｃの回りに回転角度θだけ回転させるように変更される。通常、このステップでは、表示された対象は、スクリーン４の面に垂直な軸の回りに回転する。
【００９７】
次いで、ステップ９２では、電子センサ８は、画像を最後に取得してから、時間間隔ΔＴが経過した後、新たな画像を取得する。新たに取得された画像は、新たな第２画像となり、前回の第２画像は、第１画像となる。その後、ステップ６８〜９２が繰り返される。例えば、ステップ９２では、ウインドウＦに含まれる画素のみが電子センサ８により取得される。このことは、取得される画素数を制限し、従って、電子センサ８の電力消費を抑制する。
【００９８】
図４の処理は、例えば、指が検知面１２から離れると、終了する。
【００９９】
他の種々の実施形態が可能である。例えば、パターンの画像を取得するために、容量または抵抗の測定に基づく技術を使用することができる。また、光学的またはその他の技術を含めることができる。電子センサ８の分解能は、一般には、２５０ｄｐｉまたは３８０ｄｐｉよりも大きく、好ましくは、５００ｄｐｉよりも大きい。
【０１００】
変形例として、パターンの画像のスクリーンと電子センサとは、同一である。従って、回転角度θおよび中心の座標Ｃは、スクリーンの表面において、通常、指でパターンを回転させることにより取得される。これは、特に、回転中心のＸ方向およびＹ方向の位置を指示するための極めて人間工学的な実施形態を構成する。事実、指は、回転させたい回転中心を自然に指し示す。
【０１０１】
ウインドウＦは、水平、垂直、または、これら以外の方向とすることができる。
【０１０２】
変形例として、複数のウインドウＦを同時に使用することができる。例えば、回転中心の概略推定位置を中心とする垂直ウインドウおよび水平ウインドウが使用される。この場合、上述した方法は、垂直ウインドウに対して一度実行され、次いで、２度目に水平ウインドウに対して実行される。
【０１０３】
ウインドウＦは、この方法を実施するために、回転中心を中心とする必要はない。実際、画像におけるウインドウの位置がどこであっても、上述した方法では、回転角度θおよび回転中心の座標Ｃを決定することができる。なお、ウインドウの最も長い軸が回転中心を通り、または、少なくとも回転中心に近接することが好ましい。
【０１０４】
検知面１２が比較的小さい場合、ウインドウＦは、検知面１２の大きさに等しく設定してもよい。これにより、アルゴリズムおよび計算が簡単になる。この場合、一般的には、センサが指に対して小さいため、回転角度だけが供給され、回転中心を指定することは困難である。
【０１０５】
グループＧi、従って、区域Ｓiは、重なってもよい。この場合、軸６６に沿って隣接する２つのグループＧiは、共通の画素を有する。反対に、グループＧiおよび区域Ｓiは、どのグループＧiにも属さない画素により互いに分離されてもよい。この場合、軸６６に沿って隣接する２つのグループＧiの画素は、どのグループＧiにも属さない画素により互いに分離される。これにより、特に、画素の数を増加させることなく、従って、回転角度θおよび回転中心の座標Ｃの計算を実行する処理回数を増加させることなく、ウインドウＦの長さを増加させることが可能となる。
【０１０６】
グループＧiは、異なる形状であってもよい。例えば、他の実施形態では、各グループＧiは、Ｆ方向に平行な画素の行であり、その幅は、区域Ｓiの幅と等しい。
【０１０７】
他の方法として、パターンの回転中心を粗く設定して実行してもよい。例えば、回転中心は、最小の平均値を有する画素のブロックの重心を採ることにより、粗く推定してもよい。この重心は、その平均値により画素ブロックの位置に重み付けをして計算してもよい。
【０１０８】
関心領域の選択は、省略してもよい。これは、例えば、電子センサ８の検知駆動面が小さく、この面の全ての画素が主要な計算能力を要求されることなく使用できる場合である。
【０１０９】
上述した方法の実施形態では、移動量ｄiは、回転角度θまたは回転中心の座標Ｃの計算に使用されない。変形例として、これらの移動量ｄiは、回転中心の座標Ｃの計算に使用される。
【０１１０】
線形回帰直線の係数ａおよびｂは、他のノルムまたは最小自乗法以外の方法を使用して計算してもよい。
【０１１１】
他の実施形態では、回転角度θを求めるため、傾きａの逆正接、または、少なくとも傾きａの逆正接の有限展開が計算される。この計算は、傾きａが所定の閾値を超えるときにのみ、必要に応じて実行される。この閾値以下である場合、回転角度θは、傾きａに設定される。
【０１１２】
区域Ｓiの大きさは、全て同一である必要はない。例えば、ウインドウＦの左右端に近接する区域Ｓiの高さは、回転中心に近い区域Ｓiの高さより高くてもよい。実際、ウインドウの端部に近い区域Ｓiに含まれるグループＧiの移動量ｙiは、恐らく、回転中心に近い区域Ｓiに含まれるグループＧiの移動量ｙiよりも大きい。
【０１１３】
上述した方法では、回転が検出されるパターンが指に形成された指紋である特別な場合について説明した。しかし、この方法は、電子センサ８により検出することができ、他の素材に形成される他のパターンの回転に基づいて、回転角度および回転中心の座標を計算することができる。例えば、パターンは、布や革のような素材に形成されるものでもよい。この素材は、例えば、ユーザが装着する手袋でもよい。事実、上述した方法は、取得された画像が、指紋や、布、革等の他の素材の構造のように、回転対称ではない任意のパターンに適用される。従って、変形例としては、ユーザの指を、このパターンを有する他の対象に置き換えることが可能である。例えば、パターンは、ユーザが操作するタッチペンの端部に形成されるものでもよい。
【０１１４】
また、上述した方法は、光学式マウスの目的として、回転角度、および回転中心の座標を取得するために適用される。この場合、光学式マウスは、それが移動する面に垂直な軸の回りに回転する。この光学式マウスは、同じパターンの第１画像および第２画像を取得する。そして、上述した方法は、これらの画像に基づき、回転角度および回転中心の座標を決定するために実行される。この場合、パターンは、例えば、マウスマットの一部またはテーブルの上面である。これらのパターンは、指紋のように、いかなる回転対称性も有しない画像を取得可能な濃淡の線または点を表す。後者の実施形態では、パターンよりも、むしろ回転される電子センサである。しかし、ここで説明した方法には、変わりはない。
【符号の説明】
【０１１５】
２  電子装置
４  スクリーン
６  接触型マンマシンインタフェース
８  電子センサ
１０  電子チップ
１２  検知面
１４  指
１６  隆起部
１８  くぼみ
２０  基板
２２  回路
３０  電子コンピュータ
３２  結線
３４  モジュール
３６  処理モジュール
３８  メモリ
６０  指紋
６６  軸
【図１】
2013020624.tif 000008
【図２】
2013020624.tif 000009
【図３】
2013020624.tif 000010
【図４】
2013020624.tif 000011
【図５】
2013020624.tif 000012
【図６】
2013020624.tif 000013
【図７】
2013020624.tif 000014
【外国語明細書】
2013020624000001.pdf