專利名稱：光學(xué)指向裝置的圖像預(yù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明方法涉及指針或光學(xué)指向裝置，如鼠標(biāo)的信號處理方法，特別是一種應(yīng)用于指針或光學(xué)指向裝置(如光學(xué)鼠標(biāo))的圖像傳感信號的預(yù)處理方法。
背景技術(shù)：
隨著電腦的普及應(yīng)用和快速發(fā)展，指針或光學(xué)指向裝置，如鼠標(biāo)的發(fā)展也日新月異，現(xiàn)在普遍使用的光學(xué)鼠標(biāo)便是大大優(yōu)于傳統(tǒng)的機(jī)械鼠標(biāo)。光學(xué)鼠標(biāo)的原理是通過鼠標(biāo)底部的發(fā)光裝置，如LED燈，照射出粗糙表面所產(chǎn)生的圖像或圖案，然后再通過平面的折射透過另一塊透鏡反饋到傳感器上。鼠標(biāo)在平面上移動(dòng)的時(shí)候，傳感器會得到連續(xù)的圖案，然后通過每幀圖像進(jìn)行前后對比分析處理，以判斷鼠標(biāo)的移動(dòng)方向及距離，從而得到X，Y方向的移動(dòng)距離，由鼠標(biāo)的微處理器對這些數(shù)值進(jìn)行處理后，傳給電腦主機(jī)，從而控制屏幕上光標(biāo)的移動(dòng)。
但是，一般的光學(xué)鼠標(biāo)還是存在一些問題，如當(dāng)不同顏色或是不同材料的桌面反射固定波長的LED光時(shí)，靈敏度會有差異，這樣使得光學(xué)鼠標(biāo)的接收信號有強(qiáng)有弱，參差不齊。
桌面的粗糙程度不同，使得鼠標(biāo)感應(yīng)器采樣到的圖像對比度差異也比較大，通常光滑的桌面上，采樣到的圖像對比度很小，灰階較為集中，不利于后續(xù)分析的處理。
同時(shí)，在電子開關(guān)控制的曝光過程及圖像陣列掃描中必然會產(chǎn)生一定的固有噪聲和隨機(jī)噪聲，干擾真正的桌面紋理信息。
另外，由于光斑效應(yīng)造成的光強(qiáng)度的梯度分布一定程度上掩蓋了真正的桌面紋理信息，相當(dāng)于噪聲信號，如圖5所示的光斑分布示意圖。
以上問題都會造成鼠標(biāo)感應(yīng)器不能準(zhǔn)確地采樣到桌面信息，進(jìn)而反映到計(jì)算機(jī)桌面上的光標(biāo)移動(dòng)也會有偏差，不容易準(zhǔn)確，快速地利用鼠標(biāo)處理信息。
因此，現(xiàn)有一般的光學(xué)鼠標(biāo)需要一種克服噪聲，淡化光斑效應(yīng)，拉伸對比度的處理方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種可克服上述缺陷，有效增強(qiáng)對比度、克服噪聲及淡化光斑效應(yīng)的圖像預(yù)處理方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種光學(xué)指向裝置的圖像預(yù)處理方法，包括如下步驟步驟一，接收新圖像幀；步驟二，取該新圖像幀中的若干個(gè)像素組成一個(gè)矩陣Z，并確定表示其圖像幀像素灰度的比特?cái)?shù)；步驟三，取上述矩陣Z中的若干像素點(diǎn)作為待處理的像素點(diǎn)，針對每一待處理的像素點(diǎn)為中心取一相關(guān)區(qū)域矩陣Y，該區(qū)域矩陣Y的大小小于矩陣Z；步驟四，計(jì)算出當(dāng)前要處理的像素點(diǎn)的灰度值A(chǔ)lfa以及相關(guān)區(qū)域矩陣Y內(nèi)除了該像素點(diǎn)以外的其余像素點(diǎn)的灰度平均值A(chǔ)；步驟五，將|Alfa-A|與一預(yù)設(shè)值Frate作比較，如果|Alfa-A|大于該預(yù)設(shè)值Frate，進(jìn)入步驟六；步驟六，將該像素作信號增強(qiáng)處理；以及步驟七，處理完步驟三中取的所有像素點(diǎn)后結(jié)束。
通過本算法處理的圖像幀，使得灰階集中，對比度不強(qiáng)的圖像得到對比度拉伸，集中的灰階得到一定的分散，在直方圖上就是由原來集中在均一化值的數(shù)值變?yōu)檩^為平展的灰度分布圖，即部分更集中為均一化值，部分更遠(yuǎn)離均一化值。
通過本發(fā)明的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)放大信號，特別是針對暗反射面的非常弱小的信號，可以大幅度地提高圖像對比度，同時(shí)有利于提高信噪比。
增強(qiáng)信號，特別是針對光滑反射面的對比度非常差的信號，可以大幅度地提高圖像的對比度，同時(shí)有利于提高信噪比。
減弱光斑效應(yīng)，光斑效應(yīng)造成的光的梯度分布掩蓋了真正的桌面紋理信息，可視為噪聲信號，本算法可以部分地去除噪聲，也就一定程度上減弱了光斑效應(yīng)的影響。


圖1是本發(fā)明方法的流程圖；圖2是未經(jīng)本發(fā)明方法處理的圖像直方圖；圖3是經(jīng)本發(fā)明方法處理的圖像直方圖；圖4是經(jīng)發(fā)明方法處理前后的效果圖對比；圖5是光斑效應(yīng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施方式和圖示只是表示為了更好的理解本發(fā)明，本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中具體的數(shù)值等數(shù)據(jù)，并不作為本發(fā)明權(quán)利要求范圍的限定。
請參看圖1，圖1是本發(fā)明方法的流程圖。
步驟一接收新圖像幀；步驟二取該新圖像幀中的若干個(gè)像素(或者也可是全部像素)組成一個(gè)矩陣Z，預(yù)先確定表示其像素灰度的比特?cái)?shù)，從而確定其灰度表示范圍F-G，并求出該整個(gè)矩陣所有像素的平均值，以在需要擴(kuò)充矩陣Z時(shí)以該求出的平均值填充；步驟三取上述矩陣Z中全部像素點(diǎn)，或其中若干像素點(diǎn)處理，以每一像素點(diǎn)為中心，取一相關(guān)的區(qū)域矩陣Y，一般使該區(qū)域矩陣Y的縱橫像素點(diǎn)都為奇數(shù)，這樣使得當(dāng)前要處理的像素點(diǎn)位于該區(qū)域矩陣的中心，且該區(qū)域矩陣Y小于矩陣Z。若當(dāng)前像素點(diǎn)在靠近矩陣Z較為邊緣的位置，使得該區(qū)域矩陣Y的邊界超出矩陣Z的范圍時(shí)，將上述步驟二求得的平均值作為擴(kuò)展矩陣Z時(shí)的像素填充值；步驟四計(jì)算出當(dāng)前要處理的像素點(diǎn)的灰度值A(chǔ)lfa以及相關(guān)區(qū)域矩陣Y內(nèi)除了Alfa以外的其余像素點(diǎn)的灰度平均值A(chǔ)，即A＝其余像素點(diǎn)的灰度值的和/其余像素點(diǎn)個(gè)數(shù)；步驟五將Alfa-A的絕對值與一預(yù)設(shè)值Frate作比較，如果|Alfa-A|＞Frate，進(jìn)入步驟六；步驟六將該像素的信號進(jìn)一步增強(qiáng)；其中增強(qiáng)的方式有多種，通過下述公式像素灰度＝128+(Alfa-A)*fPower是其中一種方式。誠然，也可以根據(jù)實(shí)際需要，采取其他類似的增強(qiáng)公式或增強(qiáng)方法。此等變換為該領(lǐng)域的一般技術(shù)者能易于思及的。
將增加后的像素信號作一個(gè)越界判斷，使其灰度值在比特?cái)?shù)確定的灰度值范圍內(nèi)，即在F-G范圍內(nèi)，如該像素信號的灰度值小于該范圍的最小值，則讓其等于該最小值，如該像素信號的灰度值大于該范圍的最大值，則讓其等于該最大值。誠然，如該像素信號的灰度值小于該范圍的最小值時(shí)，也可以讓其灰度值接近該最小值；如該像素信號的灰度值大于該范圍的最大值時(shí)，也可以讓其灰度值接近該最大值。只要確定其灰度值在比特?cái)?shù)確定的灰度值范圍內(nèi)。
步驟六中如果|Alfa-A|＜Frate，則將該像素點(diǎn)的信號歸一化為范圍F-G的中間灰度值；最后都將該像素點(diǎn)Alfa的值賦給一變量fout；步驟七矩陣Z中每個(gè)像素點(diǎn)都處理完后結(jié)束。
其中Frate的通常取值大于2，其上限由圖像的強(qiáng)度和比特?cái)?shù)決定，使得計(jì)算得到的像素灰度不越界即可。
在本方法實(shí)施中，有一些較優(yōu)的實(shí)施例在第一較優(yōu)實(shí)施例中步驟一為接收新圖像幀；步驟二中將得到的圖像幀設(shè)為16*16個(gè)像素的矩陣Z，并確定該灰度數(shù)值用一個(gè)8比特的數(shù)位表示，該8比特的數(shù)位能表示的范圍為256種，這樣灰度就為介于0～255的一個(gè)范圍；步驟三，針對每個(gè)像素點(diǎn)，以該像素為中心，取一個(gè)相關(guān)的區(qū)域矩陣Y，在此實(shí)施例中，針對矩陣Z的每一像素點(diǎn)為中心取一個(gè)5*5的一個(gè)區(qū)域矩陣Y。步驟四，將當(dāng)前處理的像素點(diǎn)的灰度值設(shè)為Alfa，將這個(gè)像素點(diǎn)去除，其他的24個(gè)點(diǎn)的像素值作一個(gè)均值計(jì)算，得到一個(gè)均值A(chǔ)；步驟五，將其與一個(gè)預(yù)先設(shè)定的值Frate作比較，在此實(shí)施例中，經(jīng)實(shí)驗(yàn)得到該Frate的值最佳為3，如果Alfa-A的絕對值大于上述設(shè)定的值Frate，那就進(jìn)入步驟六，將該像素點(diǎn)的信號作加強(qiáng)，如上述加強(qiáng)方法就是在中間灰度值的基礎(chǔ)上疊加上強(qiáng)信號點(diǎn)的灰階適量差的Fpower倍，F(xiàn)power的通常取值大于2，其上限同F(xiàn)rate，由圖像強(qiáng)度及比特?cái)?shù)決定。在此實(shí)施例中，經(jīng)實(shí)驗(yàn)得到該Fpower最佳為3，即像素灰度＝128+(Alfa-A)*fPower。
如果Alfa-A的絕對值小于該設(shè)定的值Frate，就將該像素點(diǎn)Alfa的值歸一化為中間灰度級256/2＝128；或鄰近128的一個(gè)數(shù)值。
最后無論是歸一化的值還是增強(qiáng)的值都賦給一輸出變量。
其中灰度數(shù)值用多少個(gè)比特的數(shù)位表示，其圖像幀設(shè)為多少個(gè)像素的矩陣可根據(jù)前期電路及項(xiàng)目來確定最合適的數(shù)值。同樣以處理的像素點(diǎn)為中心，取相關(guān)的區(qū)域矩陣的大小也是人為設(shè)定比較合適的一個(gè)數(shù)值，如3*5，5*7等也可，一般取奇數(shù)，可達(dá)到中心對稱取塊，即使得當(dāng)前像素點(diǎn)處于該區(qū)域矩陣中心，該區(qū)域矩陣大小只要小于該選定的圖像幀的矩陣Z即可，中間灰度值在實(shí)際實(shí)施中可以是在128左右的一個(gè)范圍，并不完全限定于中間值128。
如上所述，表示灰度情況的比特?cái)?shù)不一定是8位，如第二實(shí)施例，在步驟二中灰度情況用16位表示，這樣16位能表示的范圍為216＝65536，這樣灰度值就為介于0～65535的一個(gè)范圍，中間灰度級為32768。得到的圖像幀可設(shè)為如上第一實(shí)施例的16*16，也可設(shè)為其它適合的矩陣陣列，在此實(shí)施例中設(shè)為256*256的一個(gè)圖像幀矩陣，這樣以每個(gè)像素點(diǎn)為中心，取一個(gè)相關(guān)的區(qū)域矩陣，該矩陣大小小于上述的256*256的圖像幀矩陣即可，在此實(shí)施例步驟三中，可針對每個(gè)像素點(diǎn)為中心，取一個(gè)17*19的一個(gè)相關(guān)區(qū)域矩陣，下面如第一實(shí)施例一樣處理，步驟四中取當(dāng)前中心像素點(diǎn)的灰度值設(shè)為一變量Alfa，將其余322個(gè)點(diǎn)的像素值作一個(gè)均值計(jì)算，得到一個(gè)均值A(chǔ)。
步驟五中如果Alfa-A的絕對值大于一個(gè)設(shè)定的值Frate，那就進(jìn)入步驟六，將該像素點(diǎn)的信號作加強(qiáng)，在均一化點(diǎn)的基礎(chǔ)上疊加上強(qiáng)信號點(diǎn)的灰階矢量差的Fpower倍，即32768+(Alfa-A)*Fpower。Frate和Fpower通過實(shí)驗(yàn)確定最佳值。
如果Alfa-A的絕對值小于一個(gè)設(shè)定的值，就將該像素點(diǎn)Alfa的值歸一化為中間灰度級32768，或是鄰近32768的一個(gè)數(shù)值；再比如，步驟二中用比特?cái)?shù)為9位的表示圖像的灰度情況，這樣能表示的范圍為29＝512，這樣灰度值就為介于0～511這樣一個(gè)范圍，中間灰度級為256，步驟三中再設(shè)一個(gè)合適的相鄰區(qū)域矩陣如7*9的一個(gè)區(qū)域矩陣。下面可同上實(shí)施例處理，F(xiàn)rate和Fpower的值也是通過實(shí)驗(yàn)確定最佳值。
如上的實(shí)施例都是本發(fā)明方法的流程圖的一些優(yōu)選方案，而非限制性的。
通過上述像素的處理，在一定程度上減弱了光斑效應(yīng)的影響，提升了對比度，通過本發(fā)明方法處理后在直方圖上的對比請參見圖2-3，其中圖2的灰階較為集中在均一化值，這是不利于后續(xù)處理的一種情況。而圖3除了原來較靠近中間灰度值的均等于中間灰度值，而其它的遠(yuǎn)離中間灰度值，在直方圖上的體現(xiàn)就是更為平展和分散，大大改善了由于圖像灰階集中而不利于后續(xù)算法處理的弊端。
圖4是經(jīng)過本發(fā)明方法處理的效果圖，可以明顯看到經(jīng)處理過的圖像對比度得到拉伸。
因此，通過本發(fā)明的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)放大信號，特別是針對暗反射面的非常弱小的信號，可以大幅度地提高圖像對比度，同時(shí)有利于提高信噪比。
增強(qiáng)信號，特別是針對光滑反射面的對比度非常差的信號，可以大幅度地提高圖像的對比度，同時(shí)有利于提高信噪比。
減弱光斑效應(yīng)，光斑效應(yīng)造成的光的梯度分布掩蓋了真正的桌面紋理信息，可視為噪聲信號，本算法可以部分地去除噪聲，也就一定程度上減弱了光斑效應(yīng)的影響。
上文中，參照附圖描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。但是，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠理解，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中的具體步驟和業(yè)務(wù)流程等作各種變更和替換。這些變更和替換都落在本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)指向裝置的圖像預(yù)處理方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一，接收新圖像幀；步驟二，取該新圖像幀中的若干個(gè)像素組成一個(gè)矩陣Z，并確定表示其圖像幀像素灰度的比特?cái)?shù)；步驟三，取上述矩陣Z中的若干像素點(diǎn)作為待處理的像素點(diǎn)，針對每一待處理的像素點(diǎn)為中心取一相關(guān)區(qū)域矩陣Y，該區(qū)域矩陣Y的大小小于矩陣Z；步驟四，計(jì)算出當(dāng)前要處理的像素點(diǎn)的灰度值A(chǔ)lfa以及相關(guān)區(qū)域矩陣Y內(nèi)除了該像素點(diǎn)以外的其余像素點(diǎn)的灰度平均值A(chǔ)；步驟五，將|Alfa-A|與一預(yù)設(shè)值Frate作比較，當(dāng)|Alfa-A|大于該預(yù)設(shè)值Frate，進(jìn)入步驟六；步驟六，將該像素作信號增強(qiáng)處理；以及步驟七，處理完步驟三中取的所有像素點(diǎn)后結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)指向裝置的圖像預(yù)處理方法，其特征在于步驟五中，如果|Alfa-A|小于或等于該預(yù)設(shè)值Frate，則將該像素的灰度值作歸一化處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)指向裝置的圖像預(yù)處理方法，其特征在于歸一化的值為中間灰度值，即矩陣Z的灰度值范圍的中間值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的光學(xué)指向裝置的圖像預(yù)處理方法，其特征在于步驟三中，當(dāng)所述區(qū)域矩陣Y邊界超出矩陣Z的范圍的時(shí)候，對矩陣Z進(jìn)行擴(kuò)展處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)指向裝置的圖像預(yù)處理方法，其特征在于所述矩陣Z所有像素的平均值，作為擴(kuò)展矩陣Z時(shí)的像素灰度填充值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)指向裝置的圖像預(yù)處理方法，其特征在于步驟二中的矩陣Z為16*16的矩陣，其像素灰度的比特?cái)?shù)為8位，得其灰度表示為256種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)指向裝置的圖像預(yù)處理方法，其特征在于該相關(guān)區(qū)域矩陣Y設(shè)為5*5的矩陣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)指向裝置的圖像預(yù)處理方法，其特征在于Frate的值大于2。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)指向裝置的圖像預(yù)處理方法，其特征在于Frate的值為3。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的光學(xué)指向裝置的圖像預(yù)處理方法，其特征在于步驟六中將該像素的信號增強(qiáng)的方法為中間灰度值+(Alfa-A)*Fpower，其中Fpower為一預(yù)設(shè)值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)指向裝置的圖像預(yù)處理方法，其特征在于該Fpower的值大于2。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)指向裝置的圖像預(yù)處理方法，其特征在于該Fpower的值為3。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)指向裝置的圖像預(yù)處理方法，其特征在于將步驟六中經(jīng)增強(qiáng)后的像素信號作越界判斷，使其灰度值在比特?cái)?shù)確定的灰度值范圍內(nèi)，如該像素信號的灰度值小于該范圍的最小值，則讓其等于該最小值，如該像素信號的灰度值大于該范圍的最大值，則讓其等于該最大值。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)指向裝置的圖像預(yù)處理方法，其特征在于將步驟六中經(jīng)增強(qiáng)后的像素信號作越界判斷，使其灰度值在比特?cái)?shù)確定的灰度值范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)指向裝置的圖像預(yù)處理方法，其特征在于如該像素信號的灰度值小于該范圍的最小值，則讓其等于該最小值，如該像素信號的灰度值大于該范圍的最大值，則讓其等于該最大值。
全文摘要
本發(fā)明光學(xué)指向裝置的圖像預(yù)處理方法是將一幀圖像中的像素進(jìn)行逐個(gè)處理，以每個(gè)當(dāng)前處理的像素點(diǎn)為中心，取一個(gè)紋理相關(guān)的小區(qū)域，計(jì)算出除去該像素點(diǎn)的其余點(diǎn)的均值，再將該均值與該像素點(diǎn)作比較，如果比較差值的絕對值小于等于一個(gè)預(yù)先設(shè)定值，就將該像素點(diǎn)歸一化為中間灰度級；反之，如果比較差值大于該預(yù)先設(shè)定值，就將該像素點(diǎn)進(jìn)一步增強(qiáng)。通過這種方法，使得灰階較集中圖像的對比度得到拉伸，直方圖上的分布也進(jìn)一步得到平展，有利于后續(xù)算法的進(jìn)行。
文檔編號G06F3/033GK101046714SQ20071004000
公開日2007年10月3日 申請日期2007年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月26日
發(fā)明者劉建, 侯舒維, 林豹 申請人:埃派克森微電子(上海)有限公司, 埃派克森微電子有限公司