技术领域
[0001] 本
发明有关一种导航装置，更特别有关一种通过降低处理器所实际处理的每个数字数据的比特长度，来降低耗能的导航装置。
背景技术
[0002] 虽然触控面板已成为一种人机
接口的新选择，但某些情境下仍须通过导航装置来与影像显示系统进行互动。
[0003] 降低导航装置的耗能，是长久以来导航装置发展中的课题之一。尤其是无线导航装置，其中各组件的耗能都必须尽可能的降低。
[0004] 一种比较广为人知的方法是当导航装置在经过预定时间未被使用时，控制导航装置进入睡眠模式或待机模式来降低耗能。然而，仅仅在未操作期间省电并不足以有效延长
电池续航时间，导航装置优选为在操作期间也能够具有低耗能。
[0005] 有鉴于此，本发明提出一种可在操作期间根据数字图像的图像
质量来降低处理器所处理的每个数字数据的比特长度以降低处理器的运算量，藉以实现降低整体耗能的导航装置。
发明内容
[0006] 本发明提供一种根据数字图像的图像质量改变模拟数字转换器(ADC)的转换
分辨率，以调整处理器的运算比特长度的导航装置，藉以相对高质量工作表面运作时降低整体耗能。
[0007] 本发明还提供一种根据数字图像的图像质量改变图像
传感器的曝光时间，并调整处理器的运算比特长度的导航装置，藉以相对高质量工作表面运作时降低整体耗能。
[0008] 本发明提供一种包含图像传感器、模拟数字转换器以及处理器的导航装置。所述图像传感器包含
像素阵列用于输出图像
帧。所述模拟数字转换器用于将所述图像帧的每个像素数据以转换分辨率转换为数字数据，并产生数字图像。所述处理器用于计算所述数字图像的图像质量，并根据所述图像质量改变所述模拟数字转换器的所述转换分辨率。
[0009] 本发明还提供一种包含图像传感器、模拟数字转换器以及处理器的导航装置。所述图像传感器包含像素阵列用于以曝光时间输出图像帧。所述模拟数字转换器用于将所述图像帧的每个像素数据以固定的转换分辨率转换为预定比特的数字数据，并产生数字图像。所述处理器用于计算所述数字图像的图像质量，并根据所述图像质量改变所述曝光时间及所述数字数据的所述预定比特中被其处理的比特长度。
[0010] 本发明还提供一种包含图像传感器、模拟数字转换器以及处理器的导航装置。所述图像传感器包含像素阵列用于以曝光时间输出图像帧。所述模拟数字转换器用于将所述图像帧的每个像素数据以转换分辨率转换为数字数据，并产生数字图像。所述处理器用于计算所述数字图像的图像质量，并根据计算得到的所述图像质量降低其所处理的所述数字图像的每个数字数据的比特长度，以降低耗能。
[0011] 本发明
实施例的导航装置中，当模拟数字转换器的转换分辨率降低时，由于增益噪声通常不会超过数字噪声，故可选择同时增加模拟
放大器的增益值以放大像素数据。此外，当模拟放大器的增益值增加时，可同时缩短图像传感器的曝光时间及
光源每次的点亮期间，以进而降低整体耗能。
[0012] 为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所
附图示，详细说明如下。此外，于本发明的说明中，相同的构件以相同的符号表示，于此合先述明。
附图说明
[0013] 图1是本发明第一实施例的导航装置的方
框图；
[0014] 图2是本发明一种实施例的控制曝光时间的示意图；
[0015] 图3是适用于本发明实施例的导航装置的一种
滤波器核的示意图；
[0016] 图4是本发明第一实施例的导航装置的运作示意图；
[0017] 图5是本发明第一实施例的导航装置的运作时序图；
[0018] 图6是本发明第二实施例的导航装置的方框图；
[0019] 图7是本发明第二实施例的导航装置的运作示意图。
[0020] 附图标记说明
[0021] 100、600 导航装置
[0022] 11、61 光源
[0023] 12、62 图像传感器
[0024] 13、63 模拟放大器
[0025] 14、64 模拟数字转换器
[0026] 15、65 处理器
具体实施方式
[0027] 请参照图1所示，其为本发明第一实施例的导航装置100的方框图。导航装置100用于计算与工作表面S的相对运动；其中，所述相对运动可为导航装置100及工作表面S至少其中一者进行移动。导航装置100例如为光学
鼠标或光学
手指导航装置，用于根据所获取的图像中的特征计算位移量或轨迹。
[0028] 导航装置100包含图像传感器12、模拟数字转换器(ADC)14以及处理器15。一种非限定的实施方式中，所述图像传感器12、所述模拟数字转换器14及所述处理器15例如被制作成检测芯片并封入同一封装中。
[0029] 图像传感器12包含像素阵列(例如图1显示包含9个像素的像素阵列)用于以曝光时间输出图像帧F；其中，所述曝光时间为固定或可调，根据不同应用而定。
[0030] 请参照图2所示，其显示一种调整曝光时间的示意图。图像传感器12的像素阵列包含多个像素，每个像素例如包含光栅
开关SWshut及至少一个光
二极管PD。处理器15可通过送出控制
信号Se控制光栅开关SWshut的导通时间或关闭时间以改变每个像素的曝光时间。图像传感器12的每个像素可为已知的3晶体管(3T)、4晶体管(4T)或5晶体管(5T)结构，并无特定限制。
[0031] 模拟数字转换器14用于将所述图像帧F的每个像素数据以转换分辨率(conversion resolution)转换为数字数据，所有像素的数字数据形成数字图像；其中，所述转换分辨率为固定或可调，根据不同应用而定。所述转换分辨率决定每个数字数据的比特长度(bit length)；其中，转换分辨率越高虽然具有较高精确度，但比特长度越长，处理器15处理资料的运算量也越高。
[0032] 处理器15例如是数字处理器(DSP)，用于后处理模拟数字转换器14输出的数字图像的数字数据，例如计算位移量或追踪轨迹等。本发明中，处理器15还用于计算所述数字图像的图像质量，并根据所述图像质量降低其所处理的每个数字数据的比特长度，以降低耗能。
[0033] 处理器15可使用适当方法计算所述图像质量。一种非限定的实施例中，处理器15使用DC移除滤波器(DC removal filter)先对数字图像进行滤波，例如使用如图3所示的滤波器核(filter kernel)对所述数字图像进行滤波以产生滤波后数字图像。处理器15接着计数所述滤波后数字图像中，滤波后数字值超过预定
阈值的像素数目，并以该像素数目作为决定图像质量的方式。计数的像素数目越高，表示图像质量越好，意味着导航装置100越适合操作于目前的工作表面S。反之，计数的像素数目越低，表示图像质量越差。
[0034] 其他实施方式中，处理器15也可以计数所述数字图像中相邻像素的像素差值超过差值阈值的数目，并以计数的数目作为决定图像质量的方式。计数的数目越高，表示图像质量越好。此外，还可根据所述数字图像的边缘数目(number of edges)、
对比度(contrast)等其他特征表示图像质量，并无特定限制。
[0035] 本发明第一实施例中，处理器15用于计算模拟数字转换器14输出的数字图像的图像质量，并根据所述图像质量改变所述模拟数字转换器14的转换分辨率。例如，当计算得到的图像质量大于或等于质量阈值时，所述处理器15产生
控制信号Sr至模拟数字转换器14，以降低所述模拟数字转换器14的转换分辨率。例如，模拟数字转换器14在降低转换分辨率之前是以N1比特数(例如10比特，但不限于此)进行取样，而在降低转换分辨率之后改以N2比特数(例如6比特，但不限于此)进行取样；其中，N2
[0036] 相反的，当图像质量小于质量阈值时，处理器15增加所述转换分辨率以使每个取样具有较多比特。
[0037] 参照图4所示，其为本发明第一实施例的导航装置100的运作示意图。导航装置100例如可运作于第一分辨率(例如10比特)及第二分辨率(例如6比特)两种模式；图4中，所述第二分辨率选择小于所述第一分辨率。
[0038] 当模拟数字转换器14以第一分辨率产生数字图像且求得的图像质量SQCNT大于或等于第一质量阈值TH1时，表示目前工作表面S的特征明显，处理器15通过发出控制信号Sr至模拟数字转换器14以改变所述模拟数字转换器14的所述第一分辨率为第二分辨率。反之，当模拟数字转换器14以所述第二分辨率产生所述数字图像且求得的图像质量SQCNT小于第二质量阈值TH2时，表示目前工作表面S的特征不够明显，处理器15通过发出控制信号Sr至模拟数字转换器14以改变所述模拟数字转换器14的所述第二分辨率为所述第一分辨率。本实施例中，第一质量阈值TH1优选不同于第二质量阈值TH2。
[0039] 请同时参照图5所示，其为本发明第一实施例的导航装置100的运作时序图。除了上述方法，本实施例还如后述进而降低导航装置100的整体耗能。
[0040] 导航装置100还包含模拟放大器(例如PGA)13以增益值G放大图像帧F的每个像素数据以产生放大后图像帧Fa。模拟数字转换器14则用于将放大后图像帧Fa转换为数字图像。本实施例中，当处理器15控制所述模拟数字转换器14降低转换分辨率时，由于增益噪声(gain noise)通常低于数字化噪声(digitization noise)，同时增加所述模拟放大器13的增益值G并不至于明显增加模拟数字转换器14产生的数字图像中的噪声。例如，处理器15通过发出控制信号Sg至模拟放大器13以控制所述模拟放大器13调整所述增益值G。
[0041] 所述模拟放大器13的增益值G增加后，为了使所述数字图像的最大灰阶值维持固定，处理器15同步缩短所述图像传感器12的曝光时间。如图5所示，当模拟放大器13以较低增益值G1操作(相对较高转换分辨率N1)时，图像传感器12以曝光时间t1获取图像帧F；而当模拟放大器13以较高增益值G2操作(相对较低转换分辨率N2)时，图像传感器12改以曝光时间t2获取图像帧F；其中t2
[0042] 某些实施例中，导航装置100还可包含光源11，其例如是发出预定
频谱，例如红外光，的同调光、非同调光或部分同调光的
发光二极管或
激光二极管。所述光源11用于提供图像传感器12获取图像帧F时所需要的光，例如照明工作表面S。光源11每次的点亮时间可以相对图像传感器12的曝光时间调整，只要其大于等于曝光时间即可。一种非限定的实施例中，当处理器15以控制信号Se控制图像传感器12缩短曝光时间(例如图5所示从t1缩短为t2)时，处理器15也控制光源11缩短每次的点亮时间(例如图5所示从T1缩短为T2)；其中，T1大于等于t1而T2大于等于t2。优选的，光源11每次点亮时的
亮度维持固定。
[0043] 请参照图6所示，其为本发明第二实施例的导航装置600的方框图，其同样包含光源61用于提供检测光、图像传感器62具有像素阵列用以基于曝光时间输出图像帧F以及模拟放大器63用于放大图像帧F的每个像素数据以输出放大后图像帧Fa。
[0044] 第二实施例与第一实施例的不同之处在于，第二实施例中模拟数字转换器64用于将图像帧F(或放大后图像帧Fa)的每个像素数据以固定的转换分辨率转换为预定比特(例如N比特)的数字数据，并产生数字图像。处理器65用于计算所述数字图像的图像质量，并根据计算求得的图像质量改变所述图像传感器62的曝光时间及所述数字数据的预定比特中被其处理的比特长度。换句话说，处理器65在降低其所处理的所述数字图像的每个数字数据的所述预定比特中的比特长度时，还降低所述图像传感器62的曝光时间，以使所述数字图像每个像素的数字数据的最大灰阶值不超过处理器65所处理数字数据的最大范围。换句话说，虽然所述模拟数字转换器64的转换分辨率是固定的，但由于所述图像传感器62的曝光时间降低了，所述数字数据的所述预定比特中的较高位比特(higher bit)控制成不包含工作表面S的特征信息。
[0045] 例如，当求得的图像质量大于等于质量阈值时，处理器65降低被其处理的所述比特长度；而当求得的图像质量小于所述质量阈值时，处理器65增加被其处理的所述比特长度。必须说明的是，本实施例中模拟数字转换器64输出的每个数字数据具有固定的多个比特(例如N比特)。在相对较短曝光时间时，处理器65仅处理所述预定比特中的低比特位数据(lower bit data)。
[0046] 请参照图7所示，其为本发明第二实施例的导航装置600的运作示意图，其例如以第一曝光时间或第二曝光时间进行运作。本实施例例如也是以图2的方式改变每个像素中光二极管的曝光时间。图像质量也可以上述方式计算，故于此不再赘述。
[0047] 例如，当图像传感器62以第一曝光时间输出所述图像帧F且求得的图像质量SQCNT大于或等于第一质量阈值TH1时，所述处理器65改变所述第一曝光时间为第二曝光时间；其中，所述第二曝光时间小于所述第一曝光时间。一种非限定的实施例中，当求得的图像质量SQCNT大于或等于第一质量阈值TH1时，处理器65处理每个数字数据的所述预定比特中的部分比特位数据(即小于N比特)，例如仅处理所述数字数据的预定比特中的低比特位数据(lower bit data)而不处理所述数字数据的预定比特中其他的高比特位数据(high bit data)；其中，所述低比特位数据与所述高比特位数据的比特数例如可事先根据处理器65的期望精确度、抗噪能
力等决定。例如，当导航装置600相对高质量工作表面S运作时，模拟数字转换器64固定输出10比特的数字数据，处理器65选择处理6比特的低比特位数据(如图7填满斜线的部分)，但不处理其他4比特的高比特位数据(如图7未填满斜线的部分)。由于图像传感器62的曝光时间降低了，处理器65预期所述其他的高比特位数据不存在需要的工作表面S信息。
[0048] 此外，当图像传感器62以所述第二曝光时间输出所述图像帧F且求得的图像质量SQCNT小于或等于第二质量阈值TH2时，所述处理器65改变所述第二曝光时间为第一曝光时间；其中，所述第一质量阈值TH1可选择等于或不同于所述第二质量阈值TH2。一种非限定的实施例中，当求得的图像质量SQCNT小于或等于第二质量阈值TH2时，所述处理器65处理数字图像的每个数字数据的所述预定比特中的全部比特位数据(即N比特)。
[0049] 藉此，当导航装置600工作于高质量(根据计算而得的图像质量与图像阈值的比较结果决定)的工作表面S时，处理器65可在每个帧期间处理较少数据量，而降低耗能。
[0050] 本发明中，虽然上述实施例中均以模拟放大器位于图像传感器以外为例进行说明，但本发明并不限于此。其他实施例中，多个模拟放大器例如包含于图像传感器中并分别对应一个像素行或一个像素列，致使图像传感器输出的图像帧即为放大后图像帧。
[0051] 必须说明的是，虽然上述实施例中仅以两种转换分辨率及两种曝光时间为例进行说明，但本发明并不以此为限。其他实施例中，模拟数字转换器可具有两种以上的可调分辨率，图像传感器可具有两种以上的可调曝光时间。处理器根据图像质量与多个质量阈值的比较结果，调整成以多种比特长度处理数据。此时，处理器可一次调整一个步阶(step)的比特长度，或一次调整多个步阶。
[0052] 简而言之，本发明第一实施例是通过降低模拟数字转换器的模拟-数字的转换分辨率来达到降低处理器所处理的数据量的目的；而第二实施例中，处理器控制图像传感器降低其曝光时间，同时处理器主动选择仅处理模拟数字转换器输出的数字数据的固定比特长度的一部分来达到降低处理器的
数据处理量的目的。再者，较短的曝光时间表示光源(红外光发光二极管或激光二极管)11点亮较短时间，而这意味着进一步降低导航装置的耗能。
[0053] 可以了解的是，本发明上述实施例中所使用的数值，例如像素数目、比特长度、滤波器核的数值仅为例示，并非用以限定本发明。
[0054] 综上所述，除了在休眠模式或待机模式省电以外，导航装置还需要尽量降低各组件在运作时的耗电量。因此，本发明另提供一种导航装置(例如图1、6)及其运作方法(例如图4-5、7)，其根据图像质量调整处理器在每个帧周期(frame period)所处理的数据量，以达成降低耗能的目的。
[0055] 虽然本发明已通过前述实例披露，但是其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中具有通常知识技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与
修改。因此本发明的保护范围当视后附的
权利要求所界定的范围为准。
