專利名稱：緊湊的光學(xué)指示設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及顯示指示設(shè)備，且尤其設(shè)備光學(xué)指示設(shè)備。
背景技術(shù)：
諸如鼠標(biāo)的指示設(shè)備允許使用者指向屏幕上的某個位置，從而在諸如顯示屏或其它合適表面的顯示平面上交互式地定位指針或選擇位置。
便攜式消費電子類產(chǎn)品的用戶接口越來越復(fù)雜。這些復(fù)雜性通常需要為使用者的操作提供更多的控制裝置。然而，消費者典型地要求產(chǎn)品小而緊湊。在具有足夠控制裝置的同時還要符合消費者的要求保持設(shè)備足夠小是比較困難的。諸如按鈕的控制裝置小到何種程度還有實際限制，以便于依次放置并可由平均尺寸的使用者手指進(jìn)行操作。
便攜式消費電子類產(chǎn)品有兩類主要的指示設(shè)備，即一維和二維指示設(shè)備。例如，一維指示設(shè)備可以包括指動輪、旋轉(zhuǎn)球、滑塊、多檔撥動開關(guān)和搖臂開關(guān)。這些指示設(shè)備用于在諸如圖形用戶界面或其它合適接口的用戶接口中選擇一維運動。根據(jù)產(chǎn)品的背景，一維運動通常認(rèn)為是上/下、前進(jìn)/后退和下一個/上一個。
諸如輪的一維指示設(shè)備可以使用消費者產(chǎn)品上非常少的有限表面區(qū)域進(jìn)行構(gòu)建。例如，輪的邊緣可以在產(chǎn)品機(jī)架上的槽內(nèi)延伸，從而允許使用者通過拖動與輪圓周相切的指板朝兩個方向滾動輪。這種輪控制裝置的一個不足在于機(jī)架上開的槽會使污染物進(jìn)入產(chǎn)品。
撥動開關(guān)和搖臂典型地比輪要大，且需要足夠大的表面區(qū)域墊支撐使用者的指尖。在一些情況下，由通用的按鈕栓鏈接兩個鄰近的按鈕實現(xiàn)搖臂開關(guān)。這些設(shè)備可以在產(chǎn)品機(jī)架設(shè)計留有符合環(huán)境要求的的封口。然而，這些設(shè)備具有包含移動部分，且與前面列舉的其他一維可選設(shè)備相比需要更大的表面區(qū)域的一些不足。
二維指示設(shè)備包括諸如觸摸板、軌跡球、鼠標(biāo)、操縱桿和其他設(shè)備。這類指示設(shè)備典型地用于在用戶接口中同時在兩個維度選擇運動。如果需要，通過忽略設(shè)備感知的其中一維，任何二維指示設(shè)備可以用作一維指示設(shè)備。二維指示設(shè)備比一維指示設(shè)備具有更多的用途。典型地，二維指示設(shè)備用于在位置(X，Y)表示的二維顯示屏上選擇和操作信息，其中，位置(X，Y)與作為圖形用戶界面的功能對應(yīng)?？蛇x地，二維指示設(shè)備可以用于控制設(shè)備兩個獨立的方面，例如音調(diào)與音色，副翼與舵，利率與期限。
觸摸板是平的表面區(qū)域，該區(qū)域感知使用者指尖在其上的絕對接觸位置。因此觸摸板的最小尺寸要大于使用者的指尖方可有效；實際上它們通常是使用者指尖大小的幾倍。觸摸板的優(yōu)點在于它們通常只需要設(shè)備機(jī)架上很淺的表面區(qū)域，從而可以符合環(huán)境要求進(jìn)行密封。然而，由于觸摸板需要表面區(qū)域的數(shù)量，在諸如手持設(shè)備的小型產(chǎn)品上它們并不常見。
軌跡球使用滾動的球體在用戶接口產(chǎn)生相對運動軌跡輸出。使用者觸摸球體，并使其滾動。球體的滾動角度用于感知確定二維的指示信息。軌跡球的最小直徑受到諸如確定旋轉(zhuǎn)的傳感設(shè)備尺寸的限制。軌跡球的不足在于它們需要與軌跡球直徑同樣大小的機(jī)架深度。然而，許多便攜式消費電子類產(chǎn)品不具備足夠的深度來裝配軌跡球指示設(shè)備和相關(guān)的傳感裝置。此外，軌跡球不能進(jìn)行符合環(huán)境要求的封裝，從而會容許污染物進(jìn)入產(chǎn)品。
操縱桿典型地不用于便攜式消費電子類產(chǎn)品，因為它們必須突出在產(chǎn)品的表面，且因為傳感裝置，它們通常需要在產(chǎn)品內(nèi)占據(jù)足夠的體積和深度。操縱桿的一種變形，通常指操縱鈕或頂帽開關(guān)，可以作為二維的搖臂開關(guān)實現(xiàn)。操縱鈕和頂帽開關(guān)都具有的不足在于設(shè)備通常無法表示速度或距離，只能說明方向。
最常見的現(xiàn)有技術(shù)的鼠標(biāo)指示設(shè)備本質(zhì)上與反向操作的軌跡球類似。與使用者直接觸摸和滾動球體不同，使用者移動包含反向的軌跡球的整個機(jī)架，在輔助的與機(jī)架分離的平面(鼠標(biāo)墊)上移動。輔助的平面的最小尺寸由鼠標(biāo)機(jī)架的尺寸確定，且實際上鼠標(biāo)墊的最小尺寸遠(yuǎn)大于使用者的手掌。在使用中，球體和鼠標(biāo)墊之間的摩擦使得球體在機(jī)架內(nèi)轉(zhuǎn)動，剩下的操作與軌跡球類似。除了軌跡球的所有不足外，這類現(xiàn)有技術(shù)的鼠標(biāo)還具有需要輔助平面，和需要從機(jī)架底部傳導(dǎo)移動的感知這些不足。
另一種現(xiàn)有技術(shù)的鼠標(biāo)實現(xiàn)需要在鼠標(biāo)墊表面印上精細(xì)的規(guī)則重復(fù)的光學(xué)圖案或網(wǎng)格，使用者在上面滑動光學(xué)鼠標(biāo)。這類光學(xué)鼠標(biāo)使用機(jī)架底部的傳感器，這些傳感器相對于鼠標(biāo)墊表面的網(wǎng)格放置成特定的角度，從而可以感知網(wǎng)格上的相對運動，并使用該信息感知方向和速度。然而，附加的網(wǎng)格表面的不足包括需要鼠標(biāo)墊，鼠標(biāo)墊通常難于保持清潔和防止損壞，鼠標(biāo)墊典型地遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于使用者手掌，和使用者必須小心保持光學(xué)鼠標(biāo)的方向與鼠標(biāo)墊上的網(wǎng)格方向保持一致。
諸如由Redmond，Washington的微軟公司推廣的IntelliEye OpticalSensorTM的另一類光學(xué)鼠標(biāo)使用光學(xué)傳感器和圖像處理技術(shù)確定相對運動。與所有其它現(xiàn)有技術(shù)的鼠標(biāo)實現(xiàn)類似，該產(chǎn)品需要輔助的平面進(jìn)行操作。該產(chǎn)品與前面說明的光學(xué)網(wǎng)格鼠標(biāo)不同在于，它不需要單獨的光學(xué)重復(fù)的網(wǎng)格板，它用多個傳感器陣列和一個圖像處理器確定相對下面平的光滑表面的運動速度和方向。因此傳感器陣列需要放置在光學(xué)鼠標(biāo)的底部表面。鼠標(biāo)底部的平的傳感窗口接收光學(xué)傳感器陣列的光。在操作中，需要在諸如桌面的平面區(qū)域上使用鼠標(biāo)。平面區(qū)域的最小尺寸至少要與鼠標(biāo)機(jī)架一樣，大約是使用者手掌的大小，而實際上所需的平面區(qū)域遠(yuǎn)大于使用者的手掌。同樣，對于便攜式消費產(chǎn)品需要改進(jìn)的顯示指示設(shè)備。


參照下面的附圖將易于理解本發(fā)明圖1是依照本發(fā)明實施例圖示顯示指示設(shè)備一種示例的結(jié)構(gòu)圖；圖2是依照本發(fā)明實施例圖示在顯示屏上提供指示信息的方法的示例流程圖；圖3是依照本發(fā)明實施例詳細(xì)圖示確定諸如指紋或其它表面紋理的運動方向或運動速率，或者二者都確定的結(jié)構(gòu)圖；圖4是依照本發(fā)明實施例的集成顯示指示設(shè)備的移動設(shè)備的示意圖；圖5是依照本發(fā)明實施例圖示表面紋理傳感器示例的結(jié)構(gòu)圖；圖6圖示了依照本發(fā)明實施例包含嵌入式表面紋理傳感電路的按鈕示例的橫斷面；和圖7是圖示表示如圖3所示方法的樣本重復(fù)的幀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖解。
具體實施例方式
簡言之，顯示指示設(shè)備包括表面紋理傳感電路，該電路感知諸如手指或其它皮膚紋理的一部分表面；還包括與表面紋理傳感電路連接的表面紋理運動檢測電路，用于確定表面紋理傳感電路所感知的皮膚紋理運動的方向和速率，從而為顯示提供指示輸出數(shù)據(jù)。例如，指示輸出數(shù)據(jù)可以是在顯示屏上表示某個位置的視覺標(biāo)識的數(shù)據(jù)，例如指針或高亮文本的位置，或者其它任何合適的位置標(biāo)識。為顯示提供指示信息的方法包括感知表面紋理，確定表面紋理運動的方向和速率，以及基于所確定的表面紋理運動的方向和速率為顯示提供指示輸出。在一種示例中，該方法包括對從表面紋理傳感電路接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，產(chǎn)生第一圖像并存儲第一圖像，然后將第一圖像與一個或多個預(yù)先存儲的圖像比較，確定是否發(fā)生了表面紋理的運動，如果發(fā)生了，確定運動的速率和方向。
在另一種實施例中，諸如筆記本設(shè)備、手持設(shè)備或其它合適的移動設(shè)備的移動設(shè)備集成了表面紋理傳感電路和作為傳感窗口的一小塊表面區(qū)域，用于檢測諸如嵴線(ridge)和溝(furrow)的使用者指尖的皮膚紋理圖案，該圖案作為一類光學(xué)圖案，用于感知通過傳感窗口的運動。使用者指尖的光學(xué)圖案并不需要統(tǒng)一。在一種示例中，電荷耦合器件(CCD)的行電路與可見光濾波器連接，用于允許紅外光通過進(jìn)入電荷耦合器件。同樣，如果需要，可以在例如0.7mm或任何其它適合的距離，采用諸如聚焦鏡頭的聚焦裝置作為傳感窗口，聚合傳感窗口上的紅外能量，從而使用者的指紋，皮膚紋理或其他表面紋理不需要接觸到傳感表面就能進(jìn)行檢測。電荷耦合器件排列成傳感陣列的形式。在另一種實施例中，采用熱傳感陣列響應(yīng)不可見光，從而不必使用濾波器。
在另一種實施例中，表面紋理傳感電路嵌入在設(shè)備的可按壓的按鈕中，從而該按鈕可以同時作為裝載傳感窗口的表面區(qū)域和由使用者激活按鈕完成激活操作所使用的表面區(qū)域。因此傳感窗口與按鈕鍵或其它控制表面協(xié)同定位。在可選的實施例中，傳感窗口位于其它按鍵或按鈕之間，或者位于與任何其它的控制按鍵或按鈕分離的其它任何合適的位置。傳感窗口位于諸如移動設(shè)備的非底部表面，例如可以位于側(cè)面，頂部表面，或其它非底部表面。優(yōu)點在于，不需要移動部分和只需要很小的表面區(qū)域有助于控制指針和其它的合適的用戶接口裝置。此外，使用紅外波長可以穿透積聚的灰塵或其它可能阻礙那些使用可見光激光發(fā)射技術(shù)的純光學(xué)傳感器的薄膜。然而，需要意識到這些技術(shù)也可以作為這里描述的指紋傳感電路。
圖1圖示了顯示指示設(shè)備10的示例，為了便于說明，該設(shè)備圖示成包括顯示屏12，用戶接口14和存儲器16的設(shè)備的一部分。顯示指示設(shè)備10包括諸如光學(xué)指指紋傳感電路的表面紋理傳感電路18，和表面紋理運動檢測電路20。存儲器16可以可選地作為表面紋理傳感電路和/或表面紋理運動檢測電路的一部分。這里使用的術(shù)語“指紋”(fingerprint)包括皮膚紋理或其它紋理的任何部分，而并不是指整個指紋，且不限制于和手指關(guān)聯(lián)的皮膚紋理。表面紋理傳感電路18用于感知放置在表面紋理傳感電路的傳感窗口之上或靠近該窗口的，諸如指紋或其它合適的皮膚圖案的至少一部分，或者諸如手套的其它紋理。
表面紋理傳感電路18向表面紋理運動檢測電路20輸出表示一個或多個檢測到的皮膚紋理圖像22的信息。表面紋理傳感電路18包括光學(xué)傳感陣列，該陣列包括諸如電荷耦合器件(CCD)，熱傳感器陣列，基于照明源(例如光發(fā)射器)的反射系統(tǒng)或任何其它合適的光學(xué)表面紋理傳感裝置。熱表面紋理傳感器的一種示例是由瑞士日內(nèi)瓦的STMicroelectronics推廣的Fingerchip model FCD4A14，該傳感器包括一個溫度傳感器的矩形陣列。表面紋理傳感電路18可以可選地包括諸如普通發(fā)光二極管(LED)的光發(fā)射器，該發(fā)射器用于照明指尖或其它皮膚位置的皮膚紋理，便于感知皮膚紋理。LED設(shè)備可由多家廠商和經(jīng)銷商提供，且具有多種范圍的發(fā)射波長，包括可見光和紅外光。LED的經(jīng)銷商包括加利福尼亞Torrance的LEDtronics，英國劍橋的DiaLight和中國臺灣省臺北市的LiteOn。
使用LED照明的本發(fā)明的實施例與諸如英國倫敦OTMTechnologies Ltd.所有的和以色列Herziyla的GOU Lite Ltd.研發(fā)的光學(xué)平移測量的基于激光的干涉測量技術(shù)具有多處不同，其中包括本發(fā)明的光源不需要是相干的光源，而且本發(fā)明不需要近表面光柵。在使用基于光源發(fā)射器的傳感器的情況下，可以使用可見光譜或紅外光譜中一種或兩種作為光源發(fā)射器，為使用者指尖提供局部照明。由于需要照明的區(qū)域較小，而且使用者的手指非?？拷鼈鞲写翱?，所以所需的發(fā)射器的光照輸出可以非常低。
表面紋理傳感電路18對表面紋理傳感電路的光學(xué)傳感器接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，產(chǎn)生諸如指紋或其它皮膚紋理的一部分的指紋的圖像，該圖像將諸如使用者指尖的嵴線和溝或者其它合適的表面紋理表示成一類光學(xué)圖案。表面紋理運動檢測電路20使用皮膚紋理的嵴線和溝組成的光學(xué)圖案感知通過傳感窗口的手指皮膚紋理運動的方向和速率。
表面紋理運動檢測電路20可以是微控制器、離散邏輯電路、微處理器、狀態(tài)機(jī)或任何合適的硬件、軟件或固件組合。表面紋理運動檢測電路20與表面紋理傳感電路18連接，接收一個或多個表面紋理圖像22，并確定由表面紋理傳感電路18感知的皮膚紋理運動的方向和/或速率中的至少一種。優(yōu)選地，同時確定運動的方向和運動的速率。表面紋理運動檢測電路20為顯示屏12提供指示輸出數(shù)據(jù)24。如示例中所示，諸如表示使用者指尖所指的顯示屏上位置的指示輸出數(shù)據(jù)24由諸如圖形用戶界面或其它合適接口的用戶接口14使用，從而用戶接口可以提供顯示屏上位置的視覺標(biāo)識。在本示例中，用戶接口14輸出在顯示屏12上顯示的指針位置26。需要意識到的是，指示輸出數(shù)據(jù)24可以是任何合適的表示顯示屏上位置視覺標(biāo)識的數(shù)據(jù)，包括，但不局限于，高亮或選擇文本，或者任何其它合適的視覺標(biāo)識。
存儲器16可以是設(shè)備的一部分，或者如果需要的話，可以作為表面紋理運動檢測電路或表面紋理傳感電路18的一部分。同樣需要意識到的是，表面紋理傳感電路18的任何合適的部分可以用于表面紋理運動檢測電路，反之亦然。無論如何，在本示例中，表面紋理運動檢測電路20在存儲器16中存儲從表面紋理傳感電路接收的圖像。隨后通過對所存儲的圖像和一個或多個預(yù)先存儲的從表面紋理傳感電路18接收的圖像進(jìn)行比較，確定表面紋理運動的速率和方向。
圖2圖示了由諸如圖1的顯示指示設(shè)備10為顯示屏提供指示信息的方法的示例。然而，任何合適的設(shè)備或者設(shè)備或電路的組合都可以實現(xiàn)該公開的方法。如模塊200所示，該方法從感知表面紋理開始。這可以通過任何合適的表面紋理傳感裝置完成。如模塊202所示，該方法包括在表面紋理通過與顯示指示設(shè)備10關(guān)聯(lián)的傳感窗口時，確定表面紋理運動的方向和表面紋理運動的速率中的至少一種。在模塊204，該方法包括基于所確定的表面紋理的運動的方向和/或速率，為顯示屏提供指示輸出數(shù)據(jù)。再次參考模塊200，在本示例中，感知表面紋理包括解析從諸如電荷耦合器件、熱傳感陣列或任何其它合適的光傳感器的表面紋理傳感器接收的光學(xué)數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生表示所傳感的表面紋理圖像的數(shù)據(jù)。
圖3是依照本發(fā)明實施例圖示確定指紋運動的方向和運動的速率中至少一種的方法的示例的流程圖。圖7圖示了表示圖3流程圖中特定樣本重復(fù)的幀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。如模塊300所示，該方法包括存儲一個或多個從諸如指紋傳感器的表面紋理傳感器接收的圖像。如模塊302所示，該方法包括將所接收的圖像710與一個或多個預(yù)先感知的指紋圖像760進(jìn)行對比。如模塊304所示，該方法包括根據(jù)比較的結(jié)果確定是否發(fā)生了圖像的運動。通常情況下，沒有運動發(fā)生，則所接收的圖像710與所存儲的圖像700基本吻合。當(dāng)兩個圖像基本吻合時，稱為高相關(guān)性。另外一種描述基本吻合的方式是基于相關(guān)度計算得分，其中分?jǐn)?shù)越高則相關(guān)性越好。
從表面紋理傳感電路18接收的每個圖像710可以是諸如在一段時期內(nèi)的一組像素，從而可以認(rèn)為是一個信息幀。同樣，手指運動檢測電路20可以采用任何合適的運動檢測算法，包括例如在運動圖像專家組(MPEG)編碼標(biāo)準(zhǔn)中的運動視頻編碼和壓縮使用的部分圖像或整體圖像的運動矢量，或者任何其它合適的運動檢測技術(shù)。MPEG編碼硬件可以由多個經(jīng)銷商提供，包括由Florida，Palm Bay的HarrisCorporation推廣的Flexicoder產(chǎn)品。MPEG編碼、相關(guān)性和模塊運動估計的詳細(xì)描述可以參照Prucel et al.，US 5,608,656，Ishii et al.US5,157,732，Gobert et al.US 5,247,586和Tsukagoshi US 5,461,423，這里一并引用。
再次參考圖3和圖7，在發(fā)生了運動的情況下，所接收的圖像710和所存儲的圖像700存在不同，并采用運動檢測算法確定運動的方向和大小。在優(yōu)選的實施例中，所存儲的圖像700可以是平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等圖像處理變換中的至少一種，從而產(chǎn)生多個候選圖像715，720，725，730，735，740，745，750，并存儲在存儲器760中。在圖7所示的示例中，候選圖像715是所存儲圖像700向左上平移；候選圖像720是所存儲圖像700向上平移；候選圖像725是所存儲圖像700向右上平移；候選圖像730是所存儲圖像700向左平移；候選圖像735是所存儲圖像700向右平移；候選圖像740是所存儲圖像700向左下平移；候選圖像745是所存儲圖像700向下平移；候選圖像750是所存儲圖像700向右下平移。候選圖像715，720，725，730，735，740，745，750隨后與所接收的圖像710進(jìn)行比較，如果基本吻合，則采用產(chǎn)生候選圖像的圖像處理變換標(biāo)識皮膚紋理運動。如果候選不匹配，則嘗試一個不同的變換或一組變換，例如將所存儲的圖像或變換的圖像向左或向右進(jìn)行更大的平移?？梢圆捎脷v史記錄中最近的前一次確定的方向和大小或諸如MPEG模塊位移矢量的其它方式選定所嘗試的第一次平移。
通過反復(fù)將不同的候選變換715，720，725，730，735，740，745，750與所接收的圖像710進(jìn)行比較或修正，可能出現(xiàn)兩種結(jié)果。第一種結(jié)果是最終變換的候選圖像(735)的一部分與所接收的圖像710的一部分基本吻合，這種情況下，皮膚紋理的運動根據(jù)所存儲的圖像700產(chǎn)生候選圖像735的平移方式確定，并產(chǎn)生指示輸出204。第二種結(jié)果是沒有候選變換與所接收的圖像具有足夠的相關(guān)性，無法確定運動。第二種結(jié)果通常意味著皮膚紋理的運動程度較大，無法精確地度量，例如，與所存儲的圖像相比，所接收的圖像表示的是具有不同的嵴線和溝的皮膚紋理的完全不同的部分。在優(yōu)選的實施例中，在第二種結(jié)果下，本發(fā)明使用歷史記錄中前一次確定的方向和速度判斷運動的程度是否較大。如果歷史記錄顯示準(zhǔn)確判定方向一致且程度不斷增加，本發(fā)明返回與前一個方向一致的方向和與可檢測的運動的最大速率相對應(yīng)的運動速率，從而為皮膚紋理的大范圍的平移提供有限速率。如果歷史記錄沒有說明一致的方向和不斷增加的程度，則提供與固定的皮膚紋理一致的方向和速率。
在可選的實施例中，所接收的圖像可以是平移、旋轉(zhuǎn)和縮放等圖像處理變換的至少一種，例如將圖像向左平移一小段，產(chǎn)生候選圖像并存儲。該候選圖像隨后與已保存的圖像進(jìn)行比較，如果基本吻合，則將產(chǎn)生候選圖像的圖像處理變換作為皮膚紋理的反方向運動。如果候選不匹配，則嘗試不同的變換，將所接收的圖像或所變換的圖像向左平移更大一段，或者向右平移。該可選實施例按照前面描述的優(yōu)選實施例的同樣的方式操作，除了在所接收的圖像上而不是已保存的圖像上應(yīng)用這些變換，而且在候選的變換的接收圖像與已保存的圖像之間進(jìn)行比較，而不是在候選的變換的已保存圖像與所接收圖像之間進(jìn)行比較，且解析出的方向與所接收圖像上應(yīng)用的變換相反。
本發(fā)明需要至少一個已存儲的圖像和一個所接收的圖像，完成兩個圖像之間的比較，且在比較的同時，只需要存儲一個圖像。在優(yōu)選的實施例中，為了減少每次迭代的平均計算負(fù)荷，可以存儲算法早先迭代中的多個圖像。在可選的實施例中，所接收的圖像并行變換成多個候選圖像。在另一個可選的實施例中，所接收的圖像按順序變換成多個候選圖像。
在可選的實施例中，在所接收圖像的一個或多個子集與已保存圖像的一個或多個子集中應(yīng)用運動檢測算法，在某種意義上與運動圖像專家組(MPEG)編碼標(biāo)準(zhǔn)的模塊運動估計方法類似。為了支持使用標(biāo)準(zhǔn)的MPEG組件，可以選擇與MPEG模塊運動矢量算法對應(yīng)的模塊和宏塊作為子集?？蛇x地，子集可以表示指紋上特定的可辨識的特征，比如螺紋、關(guān)節(jié)、平行嵴線和溝、傷疤、或其它此類突出的特點。這些子集總的運動進(jìn)行平均之后，確定皮膚紋理運動的方向和大小?？蛇x地，采用平均值作為初始的候選變化，執(zhí)行前面已經(jīng)描述的全圖相關(guān)。
再次參考模塊304，如果沒有發(fā)生運動，該方法包括繼續(xù)存儲圖像并分析新的圖像，從而確定是否發(fā)生運動。作為示例，模塊202和204所示的操作可以由諸如表面紋理運動檢測電路20實現(xiàn)。
在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，時間戳與每個所存儲的圖像和所接收的圖像對應(yīng)。時間戳是依據(jù)某個參考時鐘的時間度量。通常的時間戳示例包含日期、時間、與系統(tǒng)時間或頻率參考對應(yīng)的計數(shù)器值以及共用時間計數(shù)器。通過將對應(yīng)所存儲圖像的時間戳減去對應(yīng)所接收圖像的時間戳，計算時間增量。如前面所述，通過比較所接收圖像與一個或多個所存儲圖像確定皮膚紋理運動的方向和大小。皮膚紋理運動的大小除以時間增量就是皮膚紋理運動的速率。運動的速率和運動的方向包含了皮膚紋理運動矢量的全部信息。
在可選的實施例中，共用時間計數(shù)器在每次確定方向和速率后開始，并在每次確定方向和速率前停止并采樣。從而可以不必進(jìn)行減法運算就可以直接獲得時間增量。
圖4是移動設(shè)備400的示例，例如，但不局限于，便攜式電話、個人數(shù)字助理、因特網(wǎng)應(yīng)用設(shè)備、手表、電話、個人信息管理器或任何其它合適的移動設(shè)備。為便于說明，移動設(shè)備400圖示成便攜式電話。移動設(shè)備400包括顯示屏12，該顯示屏包括在其上顯示的圖形圖像402，以及基于公知的現(xiàn)有技術(shù)的指示輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行控制的指針404。移動設(shè)備400包括機(jī)架406，且顯示屏與機(jī)架相連接。該顯示屏可以是翻轉(zhuǎn)顯示屏或任何其它合適的顯示屏。如圖所示，移動設(shè)備400包括通常由408標(biāo)識的無線電話子系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個激勵按鍵410，以便于便攜式電話通信。按鍵410可以是可按壓按鍵鍵盤，由圖形圖像402表示的虛擬鍵盤，或者任何其它合適的按鍵。移動設(shè)備400還包括顯示屏指示設(shè)備10，該設(shè)備具有表面紋理傳感窗口410，并作為表面紋理傳感電路18的一部分。表面紋理運動檢測電路20可以是移動設(shè)備400內(nèi)適合編程的一個或多個處理器，或者任何其它合適的結(jié)構(gòu)。表面紋理傳感窗口410可以根據(jù)移動設(shè)備400的設(shè)計要求位于側(cè)表面或任何合適的非底部表面。由于本發(fā)明的顯示指示設(shè)備10不需要使用外部的墊子或底面，所以表面紋理傳感窗口410位于非底部表面。此外，由于表面紋理傳感窗口只需要檢測指紋的一部分的較小活動，所以表面紋理傳感窗口410相對較小。指紋傳感窗口410可以相當(dāng)于皮膚紋理幾行嵴線和溝的大小；因為皮膚紋理因使用者不同而不同，所以最小的實際尺寸大約在2.5毫米乘2.5毫米(6.25平方毫米)。在優(yōu)選的實施例中，表面紋理傳感窗口410大概在20平方毫米左右，且縱橫比大約為正方形。表面紋理傳感窗口410不必是矩形，且可以包含任意的包括非連續(xù)區(qū)域的外形。傳感陣列位于表面紋理傳感窗口之后或之內(nèi)。傳感陣列的行足夠接近，從而可以根據(jù)表面紋理傳感電路使用的類型，探測手指反射的光學(xué)能量和手指發(fā)射的紅外能量中的至少一種。傳感陣列可以構(gòu)建成只使用移動設(shè)備非常小的表面。通常情況下，不必傳感或解析使用者指尖的一大塊區(qū)域的圖像。例如，傳感窗口410是允許能量通過且優(yōu)選封裝成阻止自然污染物進(jìn)入設(shè)備機(jī)架內(nèi)的表面。
圖5是圖示使用基于CCD的傳感陣列的表面紋理傳感電路18的示例的結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，控制器或其它合適的控制邏輯電路作為指尖運動檢測電路20，并從電荷耦合器件陣列500接收圖像數(shù)據(jù)22。頂部或一部分作為傳感窗口410的聚焦鏡頭502，將光線聚焦到CCD陣列。優(yōu)選地，聚焦鏡頭如此設(shè)計，從而從傳感窗口頂部表面大約5毫米高度發(fā)射的可見光或紅外光聚焦在CCD陣列，而從頂部表面超過5毫米發(fā)射的光線將被散播。同樣，不需要直接接觸傳感窗口。諸如合適的可見光濾波薄膜的可見光濾波器504可以插在聚焦鏡頭和CCD陣列500之間，從而過濾可見光但是允許紅外能量通過到達(dá)CCD陣列500?？梢姽鉃V波器504作為光學(xué)濾波器，在操作中從電荷耦合器件陣列過濾可見光。如本示例所示，根據(jù)CCD陣列500的復(fù)雜性，圖像信息22可以是模擬形式，或數(shù)字形式。
圖6是依照本發(fā)明實施例圖示嵌入式顯示指示設(shè)備示例的橫斷面。如圖所示，可按壓的按鈕或按鍵600裝載指紋傳感電路18和傳感窗口410。在按鈕上具有合適的開口602，以便于通過連接印刷電路板或其它合適接口所需的任何配線604或連接器。同樣，通常作為“輸入”按鍵的控制按鈕或其它合適的按鍵也可以裝載指紋傳感電路18，從而減小裝載所公開的顯示指示設(shè)備所需的區(qū)域。使用者可以使用顯示指示設(shè)備在圖形用戶接口上定位指針或文本，也可以使用按鈕本身選擇和激活與移動設(shè)備對應(yīng)的操作。
除了其它優(yōu)點，這里公開的指示設(shè)備沒有移動部分。這個優(yōu)點使得制造、操作、維護(hù)和修理的成本較低。由于聚焦范圍以及解析對應(yīng)皮膚紋理嵴線和溝所需的近距離，這里公開的指示設(shè)備不可能由經(jīng)過的非生命物體錯誤地觸發(fā)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到其它的一些優(yōu)點。同樣需要意識到的是盡管參照移動設(shè)備進(jìn)行描述，這種方便的顯示指示設(shè)備10可以用于非移動設(shè)備，包括，但不局限于，打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、桌面型計算機(jī)、導(dǎo)航部件或任何其它合適的設(shè)備。
需要意識到，本領(lǐng)域技術(shù)人員知道針對本發(fā)明及其不同方面可以有其它多種實現(xiàn)方式和修改，且本發(fā)明并不局限于這里所描述的特定的實施例。例如，其中傳感窗口可以位于特定的用戶控制裝置中，比如移動設(shè)備機(jī)架上的按鈕或其它區(qū)域，而且指紋傳感電路不與特定的使用者控制裝置的功能連接。因而本發(fā)明包括這里公開的和權(quán)利要求的基本原理對應(yīng)的精神和范圍內(nèi)的任何和所有修改、變化或相等物。
權(quán)利要求
1.一種顯示指示設(shè)備，包含表面紋理傳感電路；和與表面紋理傳感電路連接的表面紋理運動檢測電路，用于確定表面紋理運動的方向和運動的速率中的至少一種，從而為顯示產(chǎn)生指示輸出數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述表面紋理傳感電路包含由多個電荷耦合器件(CCD)和多個熱傳感器中至少一種組成的傳感陣列。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述表面紋理傳感電路進(jìn)一步包含有效定位的照明源，用于提供表面紋理的照明，其中表面紋理的傳感根據(jù)照明進(jìn)行響應(yīng)。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述表面紋理傳感電路進(jìn)一步包含與聚焦電荷耦合器件連接的傳感陣列聚焦裝置，用于檢測紋理。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述表面紋理傳感電路進(jìn)一步包含放置在表面紋理和電荷耦合器件之間的光學(xué)濾波器，用于從電荷耦合器件過濾可見光。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述表面紋理傳感電路進(jìn)一步包含存儲一個或多個圖像的存儲器，其中，所述表面紋理運動檢測電路反復(fù)解析從表面紋理傳感電路接收的數(shù)據(jù)并產(chǎn)生圖像，并且通過比較該圖像和一個或多個預(yù)存儲的圖像確定表面紋理運動的速率和方向中的至少一種，其中，所述存儲器響應(yīng)于表面紋理運動檢測電路而存儲圖像。
7.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，所述表面紋理運動檢測電路使用表面紋理中的嵴線和溝作為傳感表面紋理運動的參考圖案。
8.一種移動設(shè)備，包含顯示屏；指紋傳感電路；和連接到指紋傳感電路和顯示屏的指紋運動檢測電路，確定由指紋傳感電路感知的皮膚紋理的運動的方向和速率中的至少一種，從而為顯示屏產(chǎn)生指示輸出數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求8所述的移動設(shè)備，包括連接到顯示屏的無線電話子系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求8所述的移動設(shè)備，其中，所述指紋傳感電路包括傳感陣列，該傳感陣列包括多個電荷耦合器件(CCD)和多個熱傳感器中的至少一種。
11.如權(quán)利要求8所述的移動設(shè)備，其中，所述指紋傳感電路包括有效定位的照明源，用于為皮膚紋理提供照明，其中，皮膚紋理的傳感根據(jù)照明進(jìn)行響應(yīng)。
12.如權(quán)利要求8所述的移動設(shè)備，其中，所述指紋傳感電路包括連接到聚焦電荷耦合器件的傳感陣列聚焦裝置，用于檢測皮膚紋理。
13.如權(quán)利要求12所述的移動設(shè)備，其中，所述指紋傳感電路包括放置在皮膚紋理和電荷耦合器件之間的光學(xué)濾波器，用于從電荷耦合器件過濾可見光。
14.如權(quán)利要求8所述的移動設(shè)備，其中，所述指紋運動檢測電路進(jìn)一步包含存儲至少一個預(yù)先存儲圖像的存儲器，并且，其中，所述指紋運動檢測電路反復(fù)進(jìn)行以下操作解析從指紋傳感電路接收的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生新的圖像；比較所解析的新圖像和預(yù)先存儲的圖像；根據(jù)比較結(jié)果確定皮膚紋理運動的速率和方向中的至少一種；和將新的圖像作為預(yù)先存儲圖像進(jìn)行存儲。
15.如權(quán)利要求14所述的移動設(shè)備，其中，在比較所解析的新圖像和預(yù)先存儲的圖像的時候，所述指紋運動檢測電路使用皮膚紋理的嵴線和溝作為參考圖案。
16.如權(quán)利要求8所述的移動設(shè)備，包括機(jī)架，且其中，所述指紋傳感電路進(jìn)一步包含位于機(jī)架非底部表面上的傳感窗口。
17.如權(quán)利要求16所述的移動設(shè)備，其中，所述傳感窗口位于可按壓的按鈕內(nèi)。
18.如權(quán)利要求16所述的移動設(shè)備，其中，所述傳感窗口位于移動設(shè)備的特定的用戶控制裝置中，其中，所述指紋傳感電路與該特定用戶控制裝置的功能無關(guān)。
19.如權(quán)利要求14所述的移動設(shè)備，其中，所述指紋運動檢測電路通過如下操作確定皮膚紋理運動的速率和方向中的至少一種修改至少一個預(yù)先存儲的圖像，產(chǎn)生多個候選平移圖像，每個對應(yīng)各自的平移運動矢量；以及，通過將所解析的第一圖像與多個候選平移圖像的每個圖像進(jìn)行相關(guān)計算，分別產(chǎn)生多個對應(yīng)的平移相關(guān)度數(shù)值，從而進(jìn)行比較；并且，其中，確定運動的速率和方向的至少一種進(jìn)一步包括選擇最高的平移相關(guān)度數(shù)值并提供對應(yīng)的各自的平移運動矢量，以確定皮膚紋理運動的方向。
20.如權(quán)利要求19所述的移動設(shè)備，其中，所述指紋運動檢測電路通過平移、旋轉(zhuǎn)和縮放等圖像操作的至少一種來進(jìn)行修改。
21.如權(quán)利要求19所述的移動設(shè)備，其中，所述指紋運動檢測電路在每個所解析的第一圖像上打上對應(yīng)的時間戳；記錄對應(yīng)各自所存儲圖像的時間戳；計算對應(yīng)于至少一個預(yù)先存儲圖像的時間戳和對應(yīng)第一圖像的時間戳之間的時間差值，并使用所計算的時間差值和對應(yīng)的各自平移運動矢量的大小來確定皮膚紋理運動的速率。
22.如權(quán)利要求14所述的移動設(shè)備，其中，所述指紋運動檢測電路修改第一圖像，產(chǎn)生多個候選起源圖像，每個對應(yīng)各自的起源運動矢量；將至少一個所存儲的圖像與多個候選起源圖像中的每個進(jìn)行相關(guān)計算，分別產(chǎn)生多個對應(yīng)的起源相關(guān)度數(shù)值；和選擇最高的起源相關(guān)度數(shù)值，提供對應(yīng)的各自起源運動矢量，以確定皮膚紋理運動的方向。
23.如權(quán)利要求19所述的移動設(shè)備，其中，修改包括平移、旋轉(zhuǎn)和縮放圖像操作中的至少一種。
24.如權(quán)利要求22所述的移動設(shè)備，其中，所述指紋運動檢測電路在每個所解析的第一圖像上打上對應(yīng)的時間戳；其中存儲進(jìn)一步包括記錄對應(yīng)各自所存儲圖像的時間戳；其中確定進(jìn)一步包括計算對應(yīng)至少一個預(yù)先存儲圖像的時間戳和對應(yīng)第一圖像的時間戳之間的時間差值，并使用所計算的時間差值和對應(yīng)各自起源運動矢量的大小來確定皮膚紋理運動的速率。
25.一種為顯示提供指示信息的方法，包含傳感表面紋理；確定表面紋理運動的方向和速率中的至少一種；和基于所確定的表面紋理運動的方向和速率中的至少一種，為顯示提供指示輸出。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，包括如下反復(fù)的步驟解析通過表面紋理傳感而接收的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生第一圖像；將第一圖像存儲為預(yù)先存儲的圖像；和其中，確定指紋運動的速率和方向中的至少一種的步驟包含比較第一圖像和預(yù)先存儲的圖像。
全文摘要
一種顯示指示設(shè)備(10)，包括用于光學(xué)感知諸如指紋或其它皮膚紋理的一部分的指紋傳感電路(18)，以及連接到指紋傳感電路的指紋運動檢測電路(20)，該電路在使用中確定由指紋傳感電路(18)所感知的皮膚紋理運動速率和方向中的至少一種，從而為顯示(12)產(chǎn)生指示輸出數(shù)據(jù)(24)。指示輸出數(shù)據(jù)(24)可以是例如表示顯示屏上位置的視覺標(biāo)識的數(shù)據(jù)，例如指針或高亮文本的位置，或者任何其它合適的位置標(biāo)識。一種為顯示提供指示信息的方法，包括感知指紋，確定指紋運動的方向和速率，以及基于所確定的已感知指紋運動的方向和速率為顯示產(chǎn)生指示輸出。
文檔編號G09G5/00GK1732507SQ200380107859
公開日2006年2月8日 申請日期2003年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月30日
發(fā)明者勞倫斯·阿蘭·古斯特 申請人:摩托羅拉公司