專利名稱：線段端點定位裝置及定位補償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線段端點定位裝置及定位補償方法，尤指可偵測物件于平面上移動軌跡的擷取與記錄裝置，此裝置可附屬于其他線段型態(tài)數(shù)據(jù)擷取系統(tǒng)(如掌上型影像掃瞄器)以記錄線段移動軌跡，做為后續(xù)處理的應(yīng)用，更同時包含一種定位補償?shù)姆椒?，用以對定位點與實際線段物件間的位移誤差進行補償修正。
計算機應(yīng)用上常需要較精確地擷取某定點座標(biāo)或點物件的移動軌跡，以供計算機繪圖軟件功能選單的選擇或手寫文字的輸入等應(yīng)用，視其應(yīng)用要求的精密度，此點物件的定位可通過一傳統(tǒng)的鼠標(biāo)來達成，亦可通過一塊數(shù)位板及點座標(biāo)感應(yīng)裝置達成，基于不同應(yīng)用需求可選擇不同的電路規(guī)格以獲得不同的座標(biāo)值解析度與點物件移動軌跡鎖定的靈敏度，但是對于需要記錄線段移動軌跡的應(yīng)用方面，迄今仍缺乏一足供有效獲致線段移動軌跡的方法與裝置。
先前雖然曾有類似功能的發(fā)明，如美國發(fā)明專利編號5,355,146，但其是應(yīng)用鼠標(biāo)的兩個定位球做為線段兩端點的定位依據(jù)，此一方式的缺點在于當(dāng)拉動定位球在文件滾動時，無法有效避免由摩擦所造成的滑動，因此其擷取的座標(biāo)并不精確，在實際應(yīng)用上當(dāng)需要精確獲得線段移動軌跡時，就有必要尋求一種有效的方法與機制，以克服前述因摩擦滑動所造成的誤差問題。
本發(fā)明的主要目的是提供一種線段端點定位裝置及定位補償方法，即一種無滑動誤差的線段移動軌跡擷取的線段端點定位裝置，和針對端點定位裝置與線段物件實際位置產(chǎn)生偏差時，提供一簡單的定位補償方法，以達到精確地擷取物件移動軌跡。并且此定位裝置及定位補償方法可直接充做為掌上型掃瞄器的定位板使用，可克服一般掌上型影像掃瞄器移動時所衍生的影像歪斜、扭曲、拉長與擠壓等失真問題，亦解決了對同一影像多次掃瞄時無法有效克服的影像整合問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案在于提供一種線段端點定位裝置，其特征在于包括一微處理器，為系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)產(chǎn)生不同時脈信號以控制各電路正常運作；定位線圈驅(qū)動電路，將微處器送入的驅(qū)動信號進行轉(zhuǎn)換及放大處理；定位線圈，可固定于待測線段物件上，其是受到定位線圈驅(qū)動電路的推動而產(chǎn)生磁場，以供后續(xù)電路擷取線段端點的座標(biāo)；一平面取樣電路，以平面掃瞄方式由不同座標(biāo)格線位置感測定位線圈所產(chǎn)生的磁場的大小，并據(jù)以感應(yīng)成電壓信號；一座標(biāo)擷取電路，接收平面取樣電路所掃瞄得到在不同座標(biāo)線上所感應(yīng)到的電壓信號，以轉(zhuǎn)換為定位線圈中心點位置的信號；一計數(shù)電路，為依據(jù)座標(biāo)擷取電路所送入的信號進行計數(shù)或停止，以計算出座標(biāo)x、y軸向的數(shù)值，再經(jīng)由微處理器換算為座標(biāo)值；由此構(gòu)成對一線段物件所在兩端點位置加以定位，并隨其移動追蹤以記錄其移動軌跡者。
所述的線段端點定位裝置，其特征在于在用以擷取線段移動軌跡的方式上，是運用兩組定位線圈分別形成兩組點定位機構(gòu)，將此兩個點定位機構(gòu)固定在待測線段物件的兩端，以分時切換的方式對兩個端點分別加以定位并記錄其座標(biāo)位置，依如下步驟達成步驟一對線段左端點定位，并記錄其座標(biāo)值；步驟二對線段右端點定位，并記錄其座標(biāo)值，至此完成一線段在某一時刻二端點位置的定位；步驟三在每隔一固定時間重覆步驟一與步驟二，對下一個時刻線段所在位置的二端點加以定位，直到停止對線段移動軌跡的擷取為止。
所述的線段端點定位裝置，其特征在于平面取樣電路，座標(biāo)擷取電路及計數(shù)電路構(gòu)成一個座標(biāo)感測與時空換算的機制，利用座標(biāo)掃瞄的時間差將平面距離的關(guān)系轉(zhuǎn)換成時間差，做為座標(biāo)位置推算的依據(jù)。
所述的線段端點定位裝置，其特征在于該平面取樣電路是以縱、橫交錯的導(dǎo)線所組成的導(dǎo)線矩陣構(gòu)成。
所述的線段端點定位裝置，其特征在于該平面取樣電路更包括x、y軸多工器以及解碼電路。
所述的線段端點定位裝置，其特征在于該座標(biāo)擷取電路是以放大器、調(diào)變器、低通濾波器以及比較器構(gòu)成。
所述的線段端點定位裝置，其特征在于該計數(shù)器是以觸發(fā)器搭配計數(shù)器構(gòu)成。
本發(fā)明的技術(shù)方案還在于提供一種線段端點定位裝置的定位補償法，為補償線段端點定位裝置所測得的定位點與線段物件實際位置的差距，以反映出線段物件端點的實際座標(biāo)，其方法的執(zhí)行分成校正模式與線上掃瞄模式兩種當(dāng)處于校正模式時，系統(tǒng)對一已知置放于固定位置實際端點座標(biāo)為C(x3,y3)及D(x4,y4)的線段物件進行定位掃瞄，通過其他線段物件感測裝置確定該線段物件經(jīng)由線段端點定位裝置所感測到的座標(biāo)為A(x1,y1),B(x2,y2)，則以如下公式求得定位補償參數(shù)s、t、m、ns=(p1x0+p2y0)/(x02+y02)t=(p2x0-p1y0)/(x02+y02)m=(q1x0+q2y0)/(x02+y02)n=(q2x0+q1y0)/(x02+y02)中x0=x2-x1,y0=y2-y1,p1=x3-x1p2=y3-y1,q1=x4-x1,q2=y4-y1當(dāng)系統(tǒng)處于線上掃瞄模式時，線段端點定位裝置是對感測到的每一組端點座標(biāo)A(x1′,y1′),B(x2′,y2′)，依前述的定位補償參數(shù)及以下方式進行定位補償x3′=x1′+s(x2′-x1′)-t(y2′-y1′)y3′=y1′+s(y2′-y1′)+t(x2′-x1′)x4′=x1′+m(x2′-x1′)-n(y2′-y1′)y4′=y1′+m(y2′-y1′)+n(x2′-x1′)其中C(x3′,y3′)及D(x4′,y4′)即為掃瞄到的線段物件實際的端點座標(biāo)值。
所述的線段端點定位裝置，其特征在于其可將影像掃瞄裝置結(jié)合于線段端點定位裝置上構(gòu)成一手動式影像掃瞄系統(tǒng)，使之具備影像掃瞄與掃瞄線座標(biāo)擷取的雙重特性，將掃瞄到的影像依其實際所在位置儲存到相對應(yīng)的儲存位址，可讓操作者可以任意角度、任意方向來掃瞄影像而可避免影像拉長、擠壓、扭曲等失真問題。
所述的線段端點定位裝置，其特征在于該影像掃瞄系統(tǒng)的影像掃瞄裝置的兩端可分別結(jié)合定位線圈，以構(gòu)成線段物件端點的定位機構(gòu)，而影像掃瞄系統(tǒng)的其余構(gòu)造設(shè)置是可供手動定位型影像掃瞄器于其上移動的定位板。
所述的線段端點定位裝置，其特征在于該影像掃瞄系統(tǒng)更包括一定位補償方法，供補償線段端點定位裝置所測得的定位點與影像掃瞄線段實際位置的差距，以反映出線段物件端點的實際座標(biāo)，其方法執(zhí)行分成校正模式與線上掃瞄模式兩種當(dāng)處于校正模式時，系統(tǒng)對一已知置放于定位板上固定位置的線段MN進行掃瞄，M、N的座標(biāo)分別為M(XM、YM)及N(XN、YN)，通過影像掃瞄裝置及前述線段端點定位裝置將MN線段記錄成端點為M′(XM′,YM′)及N′(XN′,YN′)的線段，則以如下公式求得定位補償參數(shù)s、t、m、n:
s=(R2s1-R1s2)/(R2-R1)t=(R2t1-R1t2)/(R2-R1)m=[LCD(s1-s2)+R1s2-R2s1]/(R1-R2)n=[LCD(t1-t2)+R1t2-R2t1]/(R1-R2)(該LCD為已知影像掃瞄裝置801所能掃瞄到的影像線段的長度)其中R1=[(XA1-XM′)2+(YA1-YM′)2]1/2R2=[(XA2-XN′)2+(YA2-YN′)2]1/2s1=(ΔXR1-ΔX1+ΔYR1-ΔY1)/(LAB)2t1=(ΔYR1-ΔX1+ΔXR1-ΔY1)/(LAB)2s2=(ΔXR2-ΔX2+ΔYR2-ΔY2)/(LAB)2t2=(ΔYR2-ΔX2+ΔXR2-ΔY2)/(LAB)2而ΔX1=XB1-XA1；ΔY1=YB1-YA1；ΔXR1=XM-XC1；ΔYR1=YM-YA1；ΔX2=XB2-XA2；ΔY2=YB2-YA2；ΔXR2=XN-XA2；ΔYR2=YN-YA2；LAB=[(XA1-XB1)2+(YA1-YB1)2]1/2為兩定位線圈中心點的距離；當(dāng)系統(tǒng)處于線上掃瞄模式時，則將求得的定位補償參數(shù)s、t、m、n以前述線上掃瞄模式定位補償方法進行定位補償。
本發(fā)明是由平面取樣電路、座標(biāo)擷取電路、計數(shù)電路、微處理器、定位線圈驅(qū)動電路以及兩定位線圈所構(gòu)成的線段端點定位裝置，以分時切換的方式達到取得線段物件的兩端點的座標(biāo)，并可經(jīng)配合一簡單的定位補償方法，以校正測得座標(biāo)與實際座標(biāo)的差距，達到確實反映出實際線段座標(biāo)，此種型式即可具體解決滾動感測座標(biāo)所衍生的誤差問題，達到線段端點的精確定位效果，且此裝置更可搭配于掌上型掃瞄器而形成一種具有定位機能的掃瞄裝置，使掃瞄器使用上更趨簡便實用。
以下結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)特征及目的。
附圖簡要說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)方塊圖。
圖2是本發(fā)明的磁感應(yīng)特征輸出波形示意圖。
圖3是本發(fā)明的定位線圈的磁力線剖面圖。
圖4是本發(fā)明的定位線圈周圍的磁場強度分布圖。
圖5是本發(fā)明的平面取樣電路的電路詳圖。
圖6是本發(fā)明的座標(biāo)擷取電路的內(nèi)部方塊圖。
圖7是本發(fā)明的計數(shù)電路的電路詳圖。
圖8是本發(fā)明的動作時序圖。
圖9是本發(fā)明的動作流程圖。
圖10是本發(fā)明的定位擷取座標(biāo)與物件實際座標(biāo)的關(guān)系圖。
圖11是本發(fā)明的應(yīng)用于影像掃瞄器的實施例圖。
圖12是本發(fā)明的校正線段MN與掃瞄儲存于存儲器中的線段M′N′的關(guān)系圖。
如前所述本發(fā)明的線段定位裝置，主要目的在于有效獲取線段物件在平面上移動的軌跡，以供后續(xù)處理，由于任意線段可由線段兩端的座標(biāo)決定，在線段移動時將線段兩端點的座標(biāo)及時記錄下來，再依內(nèi)插法做計算處理就可獲得該線段物件上每一點移動的軌跡，另一方面如果系統(tǒng)需要通過其他感測機制取得線段物件的數(shù)據(jù)，則亦可將本發(fā)明的座標(biāo)感測機制與其他感測機制(如掌上型影像掃瞄器)同步驅(qū)動，就可直接將線段座標(biāo)數(shù)據(jù)與線段物件本身的資料做對應(yīng)關(guān)系處理。
另一方面，在實際應(yīng)用上很難將用于記錄線段兩個端點的感測零件與其他感測物件本身的機制精確地結(jié)合，因此兩者之間必然存在某種誤差，由于在彈性使用的原則下，不希望限制線段物件移動的方向，因此不適合依事先設(shè)定的移動方向做定值的誤差校正，本發(fā)明針對此一問題亦一并提出了一個簡易的定位補償方法，可以在座標(biāo)擷取的同時，及時地進行定位補償，以修正定位端點與物件實際端點間的誤差。
故以下即針對本發(fā)明的機構(gòu)部份、定位補償方法以及實際可應(yīng)用的狀態(tài)依次說明。
如圖1所示，即為本發(fā)明的線段定位裝置的方塊結(jié)構(gòu)，其是以一微處理器1、一定位線圈驅(qū)動電路2、兩各別與定位線圈驅(qū)動電路2連接的定位線圈301與302、一可接收兩定位線圈301與302信號的平面取樣電路4、一與平面取樣電路4輸出信號連接的座標(biāo)擷取電路5以及一計數(shù)電路6所共同組成。
其中位在圖中左上方的兩定位線圈301、302是可附著于諸如掌上型掃瞄器兩端位置，供產(chǎn)生定位座標(biāo)參考信號的元件，通過位在圖面下方的平面取樣電路4記錄此二定位線圈301、302中心點的座標(biāo)值，于定位擷取期間，微處理器1持續(xù)產(chǎn)生變化頻率為f1的8位元的二進位計數(shù)信號(C0-7)做為本發(fā)明其他電路驅(qū)動的基準(zhǔn)，其中最高位元(MSB)C7信號送經(jīng)定位線圈驅(qū)動電路2用以選擇驅(qū)動特定的定位線圈301(或302)產(chǎn)生磁場，如圖5所示，最低的三個位元C0至C2則提供平面取樣電路4中的X軸與Y軸多工器402以選擇多工器流通通道，次低的四個位元C3至C6則供解碼電路401解碼，用以選擇致能的多工器，進而決定該平面取樣電4中的導(dǎo)線矩陣(座標(biāo)格線)403中導(dǎo)通的回路，依序?qū)軸及Y軸取樣，該產(chǎn)生磁場的定位線圈301(或302)是置于導(dǎo)線矩陣403上，其分布的磁場信號經(jīng)由導(dǎo)線矩陣403感應(yīng)、X軸或Y軸多工器402取樣、再經(jīng)如圖6所示該座標(biāo)擷取電路5內(nèi)部的放大電路501放大與濾波后產(chǎn)生如圖2所示的磁感應(yīng)特征輸出波形，經(jīng)比較器502將信號二階化后，再與系統(tǒng)振蕩時脈相乘后送入計數(shù)電路6做為計數(shù)的依據(jù)，再將計數(shù)電路6的計數(shù)輸出數(shù)據(jù)輸入微處理器1，經(jīng)運算后即可得到定位線圈301(或302)中心點的實際座標(biāo)值；此外，更可通過定位補償演算法做定位補償運算，以校正該定位線圈301(或302)與經(jīng)由其他感測機制(如掌上型影像掃瞄器)所感測到物件本身之間的誤差，達到取得物件實際的端點座標(biāo)值。
由于兩個定位線圈301、302發(fā)出的磁場會互相干擾，影響定位的有效執(zhí)行，因此本發(fā)明采用分時的方式將兩個定位線圈301、302的驅(qū)動時間隔開，以避免互相干擾，只要驅(qū)動的切換時間夠快，且物件移動的速度局限在某一上限時，其誤差將可降到最小，例如設(shè)定物件每秒擷取200條線段座標(biāo)位置，而物件以近乎等速方式移動，每秒的移動上限不超過1寸，則定位到的端點座標(biāo)誤差將局限在2.5×10-Y寸以內(nèi)。
關(guān)于本發(fā)明的圖1所示的各構(gòu)造的詳細(xì)動作方式方面，該微處理器1是系統(tǒng)處理的核心，負(fù)責(zé)產(chǎn)生如前述不同的時脈信號控制各電路正常運作，微處理器1亦負(fù)責(zé)將擷取到的座標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所需的座標(biāo)數(shù)據(jù)格式，并進行定位補償運算，再將經(jīng)誤差修正過后的線段端點座標(biāo)傳送給應(yīng)用系統(tǒng)的其他部份，以結(jié)合物件的其他數(shù)據(jù)供后續(xù)處理。
該定位線圈驅(qū)動電路2，其主要功能是將由微處理器1送出的數(shù)位信號C7經(jīng)過此定位線圈驅(qū)動電路2以選擇驅(qū)動特定的定位線圈301(或302)。同時定位線圈驅(qū)動電路2亦將由計數(shù)電路6所送來的計數(shù)脈沖轉(zhuǎn)換成交流電流。此交流電流流經(jīng)定位線圈301(或302)產(chǎn)生感應(yīng)磁場，進而在平面取樣電路4上某一導(dǎo)通回路產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。定位線圈301(或302)產(chǎn)生的磁場的磁力線的方向場是如圖3所示，于圖3是以X軸平面來觀察，圖中當(dāng)定位線圈301(或302)距離平面取樣電路4的平面有一段距離時，線圈左半部和右半部的磁力線的水平分量正好反相，故在其兩邊的導(dǎo)線回路所感應(yīng)的電壓相位亦恰好相反，又磁場強度分布如圖4所示，越靠近線圈，磁場強度越強，反之越弱，而平面取樣電路4即是負(fù)責(zé)擷取此一向量信號，供后級處理以決定定位線線圈301(或302)中心點的座標(biāo)。
為達到有效擷取線段端點座標(biāo)，兩個定位線圈301、302是可分置于可移動的物件的兩端位置，微處理器1依分時方式交替驅(qū)動此二個定位線圈301與302，如前所述，由定位線圈驅(qū)動電路2所送出的交流電流，流經(jīng)定位線圈301(或302)后產(chǎn)生時變的感應(yīng)磁場，依法拉第電磁感應(yīng)定律(Faraday′s law)得知，此時變磁場會在其周遭的回路產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，因此當(dāng)定位線圈301(或302)靠近定位板(平面取樣電路4)上的導(dǎo)線矩陣403時，被解碼電路401與多工器402選定導(dǎo)通的導(dǎo)線回路會將感應(yīng)到的電位變化送給座標(biāo)擷取電路5內(nèi)部的放大電路501做信號放大與濾波處理。
該平面取樣電路4是用以感測定位線圈301(或302)所產(chǎn)生的磁場，進行平面取樣以做為后段電路處理用，微處理器1經(jīng)由平面取樣電路4進行平面上X軸與Y軸方向的掃瞄，對導(dǎo)線矩陣403中個別導(dǎo)線回路逐一做信號取樣，以達到座標(biāo)擷取的目的，圖5為平面取樣電路4的詳細(xì)電路，圖中解碼電路401接受處理器1的多工器選擇指令C3C4C5C6將特定多工器402致能，被選定的多工器402則用來導(dǎo)通導(dǎo)線矩陣403中某一特定導(dǎo)線，以構(gòu)成一個導(dǎo)線回路，亦即借助解碼電路401與多工器402，微處理器1將某一導(dǎo)線導(dǎo)通，形成一個回路以感應(yīng)由定位線圈301(或302)所產(chǎn)生的磁場強度，導(dǎo)線矩陣403是如圖5所示的方格狀導(dǎo)線所構(gòu)成，這些導(dǎo)線分別延著X軸方向或Y軸方向等間距布置，水平交叉的導(dǎo)線在空間重疊但不相交，在本發(fā)明將之做為定位的座標(biāo)格線，通過多工器402的通道導(dǎo)通可構(gòu)成一電流回路，由于導(dǎo)線間的距離為等間距，因此某一導(dǎo)線事實上就代表X座標(biāo)或Y座標(biāo)上的某一座標(biāo)值或座標(biāo)格線，所有多工器402的輸出均并接在一起，亦即不同回路感測到的電流(電壓)信號均經(jīng)由同一點提供給后級電路放大處理，由于任一瞬間，微處理器1只會選擇單一電流回路導(dǎo)通，所以后級電路所收到的信號其實是各回路感應(yīng)的電流(電壓)在時域上的掃瞄結(jié)果，亦即，微處理器1通過平面取樣電路4的解碼電路401與多工器402對平面做信號取樣工作，微處理器1延著X軸與Y軸方向依導(dǎo)線排列順序依序?qū)我粚?dǎo)線導(dǎo)通以擷取該導(dǎo)線兩端所感應(yīng)到的電壓值，由于導(dǎo)線距離時變磁場來源遠近不同，會感應(yīng)出大小不同的電壓值，因此取樣信號可做為后級確定定位線圈3中心點的依據(jù)，在此掃瞄平行導(dǎo)線事實上就是掃瞄座標(biāo)線，平面取樣電路4的輸出端在不同取樣掃瞄周期取樣到不同導(dǎo)線所感應(yīng)到的電壓值，由于磁場磁力線在導(dǎo)線矩陣403上的水平分量，是以定位線圈3的中心點為中心剖開為左右對稱的兩半部份，左右半部相對于中心點等距離的磁力線水平分量強度相等而相位相反(如圖4所示)，故當(dāng)平面取樣電路4的導(dǎo)線掃瞄跨越中心點時會有信號反相的變化。
座標(biāo)擷取電路5的目的是將定平面取樣電路4所掃瞄到在不同座標(biāo)線(對應(yīng)的導(dǎo)線)上所感應(yīng)到的電壓信號加以處理，以取得定位線圈3中心點的位置，做為后續(xù)精密求取座標(biāo)值的依據(jù)。
如圖6的座標(biāo)擷取電路5由放大電路501與比較器502所組成，其中放大電路501將平面取樣電路4的輸出信號加以放大，并去除高頻項得到一如圖2所示的磁感應(yīng)輸出波形，在此已可明顯看出定位線圈301(或302)中心點的位置即為正負(fù)信號交錯的點，利用比較器502將此模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)位信號，使得在中心點左半部的取樣信號呈現(xiàn)一個電位，右半部則呈現(xiàn)另一個電位，亦即，取樣掃瞄期間，比較器502輸出端電位變化的點即是定位線圈301(或302)的中心點，這時如果從開始掃瞄的那條座標(biāo)線開始量測到此中心點的距離就可直接推算出實際座標(biāo)值。
由于座標(biāo)線的取樣掃瞄是以定速且循序的方式進行，因此平面距離的計算可由時間間距來換算，也就是說，如果知道從某座標(biāo)線開始掃瞄后多少時間會發(fā)生取樣數(shù)位信號的位級變化，就可換算成與該座標(biāo)線的距離而計算出實際座標(biāo)值，例如取樣的掃瞄速率為Kcm/sec，而自座標(biāo)線X(座標(biāo)值X1)開始掃瞄后經(jīng)h秒測得取樣信號由某一電位變化到另一電位，則該中心點的X座標(biāo)為X1+Kh(cm)。
在電路實施上，可利用計數(shù)器來做為時間的量測，本發(fā)明即以計數(shù)電路6來進行時間量測，此計數(shù)電路6以系統(tǒng)的振蕩時序fosc作為計數(shù)的基本單位，而座標(biāo)擷取電路5的輸出信號則做為計數(shù)電路6的致能信號，適當(dāng)選擇定位線圈3的繞線方向，可使定位擷取電路5的輸出在掃瞄期間呈現(xiàn)由正電位轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)電位的變化，以對計數(shù)電路6產(chǎn)生負(fù)緣觸發(fā)失能(disable)而停止計數(shù)。
該計數(shù)電路6為本發(fā)明的計測單元，負(fù)責(zé)計算空間位置取樣后的信號位級變化的時間，提供微處理器1做為座標(biāo)運算的根據(jù)，雖然微處理器1有內(nèi)建的計數(shù)器，但仍需利用外部計數(shù)器，此是由于微處理器1內(nèi)建的計數(shù)器，自每一次的偵測計數(shù)負(fù)緣波到改變計數(shù)暫存器的值，需要經(jīng)過m個機械周期，而每個機械周期又歷經(jīng)n個系統(tǒng)時脈周期，因此微處理器1的最大計數(shù)范圍是系統(tǒng)振蕩頻率fosc的1/mn，因此若微處理器1的fosc=12MHz，而m=3、n=8，則最大可計數(shù)頻率為12MHz÷24=500KHz，所以較為高頻部份的低位元組由外部計數(shù)器計數(shù)，而低頻部分高位元組才以微處理器1內(nèi)部計數(shù)器計數(shù)。
如圖7所示，本發(fā)明的計數(shù)電路6是由JK觸發(fā)器601與602、二進位計數(shù)器603以及微處理器1內(nèi)部計數(shù)器所組成，其中RESET為計數(shù)重置信號，當(dāng)?shù)碗妷簳r清除計數(shù)器603及觸發(fā)器602,COUNT_ENABLE則為計數(shù)狀態(tài)線，其為高電平時表示正在計數(shù)中；觸發(fā)器602的時序輸入COUNT_CLK接至系統(tǒng)振蕩器，其頻率為fosc，而此觸發(fā)器602的輸出頻率為fosc/2，因此做為一單一位元計數(shù)器或除頻器；每當(dāng)進行定位掃瞄時由微處理器1的RESET端送出脈沖，設(shè)定觸發(fā)器602的反相輸出端為高電平時，計數(shù)器清除并開始計數(shù)，直到觸發(fā)器601自定位擷取電路5的比較器502輸入負(fù)緣觸發(fā)信號為止(轉(zhuǎn)態(tài)為低電平，停止計數(shù))(時序變化如圖8)；當(dāng)定位線圈301(或302)未放置于導(dǎo)線矩陣403上或?qū)⒍ㄎ痪€圈301(或302)反置時，將不會感應(yīng)或使感應(yīng)的相位信號相反，而得不到負(fù)緣轉(zhuǎn)態(tài)信號以停止計數(shù)(此種情況微處理器1可由COUNT_ENABLE測得)。
如前所述，計數(shù)電路6的時序輸入COUNT_CLK是來自系統(tǒng)振蕩器所產(chǎn)生頻率為fosc的時脈信號，而計數(shù)的結(jié)果COUNT則輸入微處理器1的COUNT0-COUNT7端口處，因此計數(shù)電路6的最小計時單位為Tc=1/fosc，另一方面由于多工器402的通道是隨著C1的變化而切換，如前述八位元二進制計數(shù)信號COUNT0～COUNT7是以f1進行計數(shù)變化，因此每隔2/f1時間切換一條通道，亦即定位的掃瞄每隔2/f1時間切換一條座標(biāo)線，假設(shè)平行座標(biāo)線的間距為L英寸則本發(fā)明定位座標(biāo)值的分辨率為(2×fosc)/(f1×L)LPI。
如圖9的動作流程圖所示，當(dāng)線段物件確定要開始擷取線段的移動軌跡時，微處理器1即由待機狀態(tài)701進入定位掃瞄模式，此時微處理器1須在固定時間間隔對線段AB進行定位掃瞄以求取A端點與B端點的座標(biāo)值；微處理器1先對A端點進行X標(biāo)座標(biāo)與Y座標(biāo)的掃瞄702，再對B端點進行X標(biāo)座標(biāo)與Y座標(biāo)的掃瞄703，如果在這期間系統(tǒng)接到中止的指示704，則在B端點座標(biāo)掃瞄結(jié)束后回到待機狀態(tài)701。如果定位線圈301(或302)超出有效的定位范圍，則無法在前述步驟(702或703)中獲得端點的座標(biāo)值705，此時就必須產(chǎn)生相關(guān)信息706以提示操作者。最后再對所獲得的座標(biāo)值做定位補償707，以修正定位誤差，而完成線段物件在某一瞬間座標(biāo)位置的擷取，如此周而復(fù)始直到程序被中止為止。
由于在實際操作上兩個定位線圈301(或302)與實際物件很難完全排在同一條線上，因此有必要做定位補償?shù)奶幚恚駝t所求得的線段移動軌跡會有誤差，此誤差在某些應(yīng)用場合是無法接受的，針對這個問題，本發(fā)明提出了一個簡易的定位補償法，可以讓應(yīng)用本發(fā)明做軌跡擷取的系統(tǒng)得以在線上即時地修正因排列所造的定位誤差，本發(fā)明所提的方法需要借助一個座標(biāo)位置校正裝置以測出兩個線段端點定位座標(biāo)與線段物件實際位置間的差距，此裝置必須具備類似「眼睛」的功能，能感測出線段物件與定位端點間的實際差距，如果能達成如此目標(biāo)，就可利用幾何座標(biāo)的轉(zhuǎn)換由任何定位座標(biāo)值計算出實際的線段端點座標(biāo)。
假設(shè)在做校正時，此裝置所測到的線段端點座標(biāo)分別為C(X3,Y3)與，D(X4,Y4)；而經(jīng)由本發(fā)明的定位裝置所獲得的兩個定位端點座標(biāo)分別為A(X1,Y1)與B(X2,Y2)，其在平面空間的關(guān)系表示于圖10。
經(jīng)由幾何座標(biāo)轉(zhuǎn)換可以得到端點對應(yīng)公式如下x3-x1=s(x2-x1)-t(y2-y1)=p1y3-y1=s(y2-y1)+t(x2-x1)=p2x4-x1=m(x4-x1)-n(y4-y1)=q3y4-y1=m(y4-y1)+n(x4-x1)=q4只要是定位端點A、B和線段物件CD的相對位置不變，則上列端點座標(biāo)對應(yīng)公式恒成立，亦即當(dāng)A、B、C、D的座標(biāo)值因線段物件移動而改變時，s、t、m、n值不因此而改變，本發(fā)明的定位補償法即以此對應(yīng)公式為基礎(chǔ)將定位補償分成校正模式與線上掃瞄模式兩種，當(dāng)在校正模式時，由本發(fā)明擷取到的兩端座標(biāo)為A(x1,y1)與B(x2,y2)，經(jīng)由線段物件校正裝置所獲得的線段端點座標(biāo)則為C(x3,y3)與D(x4,y4)。經(jīng)下列公式可計算出s、t、m、n的值s=(p1x0+p2y0)/(x02+y02)t=(p2x0-p1y0)/(x02+y02)m=(q1x0+q2y0)/(x02+y02)n=(q2x0+q1y0)/(x02+y02)其中x0=x2-x1,y0=y2-y1s、t、m、n即為A、B、C、D四點間的校正參數(shù)，如果定位線圈301(或302)與實際物件均很牢靠地裝置在固定位置，則此校正模式只要在系統(tǒng)制作完成時執(zhí)行一次即可。
x3′=x1′+s(x2′-x1′)-t(y2′-y1′)y3′=y1′+s(y2′-y1′)+t(x2′-x1′)x4′=x1′+m(x2′-x1′)-n(y2′-y1′)y4′=y1′+m(y2′-y1′)+n(x2′-x1′)此方法可具體實現(xiàn)的先決條件是必須有一裝置能在校正模式時確實感測到實際物件的實際位置，當(dāng)物件為一影像掃瞄線時，此校正裝置就可單純地為影像掃瞄器，這是因為影像掃瞄器可以「看」到掃瞄的影像，當(dāng)本發(fā)明結(jié)合影像掃瞄裝置時，可架構(gòu)出一種嶄新的影像掃瞄結(jié)構(gòu)，亦即如圖11的實施例所示，此影像掃瞄系統(tǒng)包含了手動定位型影像掃瞄器8及定位板9兩部份，手動定位型影像掃瞄器8結(jié)合了影像掃瞄裝置801及兩個定位線圈301(或302)，定位板9則由前述的微處理器1、定位線圈驅(qū)動電路2、平面取樣電路4、座標(biāo)擷取電路5及計數(shù)電路6所構(gòu)成，手動定位型影像掃瞄器8用以掃瞄置放于定位板9上的影像文件，手動定位型影像掃瞄器8中的影像掃瞄裝置801為傳統(tǒng)的影像掃瞄裝置，其中內(nèi)含一組光學(xué)感測元件用以感測置于導(dǎo)線矩陣403上的影像物件，此光學(xué)感測元件可為傳統(tǒng)的CCD及相關(guān)的光學(xué)元件如燈管、折射鏡面及透鏡等所構(gòu)成，亦可由一組CIS元件擔(dān)任，當(dāng)微處理器1經(jīng)由SCAN端口發(fā)出SCAN信號時，影像掃瞄裝置801立即驅(qū)動光學(xué)感測元件進行影像掃瞄將一條影像線段數(shù)字化后存于影像掃瞄裝置801中的緩沖存儲區(qū)，同時本發(fā)明的線段端點定位裝置亦對該影像掃瞄線段的兩端點進行定位，雖然在機構(gòu)上無法將兩定位線圈301(或302)很精確地置于影像掃瞄線段的兩端，但此可經(jīng)由前述的定位補償法獲得修正。當(dāng)微處理器1對獲得的兩端點座標(biāo)依前述公式進行定位補償?shù)男拚髮⒋俗鶚?biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)據(jù)端口D0～D7傳送給影像掃瞄裝置801，兩者之間以Data-Ready及Data-Rec達成非同步傳輸，影像掃瞄裝置801再將此影像掃瞄線段的端點座標(biāo)值合并存于緩沖存儲區(qū)中的掃瞄影像數(shù)據(jù)后以特定的界面方式傳送給個人計算機以供后續(xù)的處理。
當(dāng)前述的影像掃瞄裝置801結(jié)合本發(fā)明的線段端點定位裝置時，其在施行補償法時可由如下的步驟進行在校正時可將放置于定位板導(dǎo)線矩陣403(座標(biāo)格線)上的某一特定線段進行掃瞄，由于此線段在定位平面上的位置可事先確定，因此其代表的涵意即為前述的C、D座標(biāo)值是事先就已確定的，而前所述的影像掃瞄系統(tǒng)感測到的線段座標(biāo)事實上則由本發(fā)明的定位擷取機制提供，亦即影像掃描系統(tǒng)所掃瞄感測得到的線段位置來自前述的A、B端點座標(biāo)而掃瞄到的影像線段端點則實際上座落于C、D位置上，當(dāng)影像掃瞄裝置801掃瞄進一條影像線段時，本發(fā)明的定位擷取機制同時對該校正用特定線段的端點定位，并將該影像線段存到存儲器中。
在實際操作上很難只針對一條線段進行一次掃瞄即可將該線段掃瞄進去，因此具體可行的方式是在該線段的周圍做局部范圍的掃瞄以確保該線段的影像被全部掃瞄進去。有鑒于此，前述校正的方法須做局部的修正，以適應(yīng)應(yīng)用到影像掃瞄器的情況，在此先在定位板9特定座標(biāo)位置上標(biāo)示出一條端點為M、N的線段，然后再以本發(fā)明手動定位型影像掃瞄器8對此線段進行掃瞄；由于在某特定時刻由影像掃瞄裝置801所掃瞄到的影像線段與該時刻經(jīng)由兩個定位線圈301、302所定位到的線段并不相同，因此本發(fā)明的影像掃瞄系統(tǒng)事實上是將所掃瞄到的影像線段視為兩個定位線圈301、302所定位到的線段并且此儲存到存儲器中相對的位置，其關(guān)系可由圖12來說明；在圖12中，MN為標(biāo)示于定位板9上用以校正的標(biāo)的線段(其中M的座標(biāo)為(XM,YM),N的座標(biāo)為(XN,YN)),A1座標(biāo)為(XA1,YA1)與B1(座標(biāo)為XB1,YB1))為影像掃瞄裝置801掃瞄到影像線段C1D1時由兩個定位線圈301、302所感測到的兩個線段端點；同理，A2(座標(biāo)為(XA2,YA2)與B2(XB2,YB2))為影像掃瞄裝置801掃瞄到影像線段A2B2時由兩個定位線圈301(或302)所感測到的兩個線段端點，因此當(dāng)手動定位型影像掃瞄器8自C1D1沿著圖12中箭頭所指方向向C2D2移動時，MN線段會在掃瞄過程中被記錄下來并被視為M′N′線段儲存于存儲器中的相對位置，亦即原先MN線段的位置會被記錄成M′N′的位置，其中C1M=A1M′=R1,C2N=A2N′=R2。
由于M與N的座標(biāo)為事先已知，而A1、A2、B1、B2與M′(座標(biāo)為(XM′,YM′))、N′(座標(biāo)為(XN′,YN′))均可自定位線圈301、302所感測到的座標(biāo)位置及一般習(xí)知的直線檢測演算法求得，根據(jù)這些已知條件，可利用幾何關(guān)系求出A1B1與C1D1(同時也是A2B2與C2D2)兩線段間的相對位置，至此，前述的校正參數(shù)s、t、m、n修正為s=(R2s1-R1s2)/(R2-R1)t=(R2t1-R1t2)/(R2-R1)m=[LCD(s1-s2)+R1s2-R2s1]/(R1-R2)n=[LCD(t1-t2)+R1t2-R2t1]/(R1-R2)(該LCD為已知影像掃瞄裝置801所能掃瞄到的影像線段的長度)其中R1=[(XA1-XM′)2+(YA1-YM′)2]1/2R2=[(XA2-XN′)2+(YA2-YN′)2]1/2s1=(ΔXR1-ΔX1+ΔYR1-ΔY1)/(LAB)2t1=(ΔYR1-ΔX1+ΔXR1-ΔY1)/(LAB)2s2=(ΔXR2-ΔX2+ΔYR2-ΔY2)/(LAB)2t2=(ΔYR2-ΔX2+ΔXR2-ΔY2)/(LAB)2而ΔX1=XB1-XA1；ΔY1=YB1-YA1；
ΔXR1=XM-XC1；ΔYR1=YM-YA1；ΔX2=XB2-XA2；ΔY2=YB2-YA2；ΔXR2=XN-XA2；ΔYR2=YN-YA2；LAB=[(XA1-XB1)2+(YA1-YB1)2]1/2為兩定位線圈301、302中心點的距離。
依前法所求出的校正參數(shù)s、t、m、n做為以后在掃瞄影像時定位補償707的依據(jù)。
本發(fā)明因此可做為影像掃瞄器的定位輔助工具，使其不必依現(xiàn)存任何形式的影像掃瞄器的掃瞄方式進行影像掃瞄，傳統(tǒng)上的影像掃瞄器不論其為平臺式、饋紙式或掌上型，均以馬達或滾輪轉(zhuǎn)動固定角度差來驅(qū)動影像的掃瞄，其對前后掃瞄線均視為平行且等間距處理，但此先決條件在掌上型掃瞄器并不適用，此是因摩擦力的關(guān)系造成滾輪轉(zhuǎn)動相同的角度在平面上卻往往滑出不同間距且不平行的兩條掃瞄線，其結(jié)果是造成影像拉長、擠壓、扭曲等失真現(xiàn)象；如前所述，以本發(fā)明有關(guān)于線段物件的定位裝置與影像掃瞄裝置結(jié)合，可創(chuàng)造出一種嶄新的影像掃瞄方式，通過移動手動定位型影像掃瞄器8，使用者可依自己意愿以任意角度沿任意方向來掃瞄影像，若認(rèn)為某一部份的影像掃瞄品質(zhì)不佳時，亦可再對同一部位做重覆掃瞄，此是因為此新型掃瞄器有定位功能，所以掃瞄進去的影像均依影像掃瞄線段所在特定座標(biāo)位置歸位儲存，另一方面，由于掃瞄進去的影像均依其特定座標(biāo)位置歸位儲存，所以對同一張影像做多次掃瞄并不會有類似掌上型影像掃瞄器對同一影像文件進行多次影像掃瞄所無法有效解決的影像合并的困擾，因為其操作方式的特殊性，使此新型影像掃瞄器可做成相當(dāng)小的掃瞄尺寸，而定位板亦可設(shè)計成折疊式，以縮小收藏空間，方便攜帶。
權(quán)利要求
1．一種線段端點定位裝置，其特征在于它包括一微處理器，為系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)產(chǎn)生不同時脈信號以控制各電路正常運作；定位線圈驅(qū)動電路，將微處器送入的驅(qū)動信號進行轉(zhuǎn)換及放大處理；定位線圈，可固定于待測線段物件上，其是受到定位線圈驅(qū)動電路的推動而產(chǎn)生磁場，以供后續(xù)電路擷取線段端點的座標(biāo)；一平面取樣電路，以平面掃瞄方式由不同座標(biāo)格線位置感測定位線圈所產(chǎn)生的磁場的大小，并據(jù)以感應(yīng)成電壓信號；一座標(biāo)擷取電路，接收平面取樣電路所掃瞄得到在不同座標(biāo)線上所感應(yīng)到的電壓信號，以轉(zhuǎn)換為定位線圈中心點位置的信號；一計數(shù)電路，為依據(jù)座標(biāo)擷取電路所送入的信號進行計數(shù)或停止，以計算出座標(biāo)x、y軸向的數(shù)值，再經(jīng)由微處理器換算為座標(biāo)值；由此構(gòu)成對一線段物件所在兩端點位置加以定位，并隨其移動追蹤以記錄其移動軌跡者。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的線段端點定位裝置，其特征在于在用以擷取線段移動軌跡的方式上，是運用兩組定位線圈分別形成兩組點定位機構(gòu)，將此兩個點定位機構(gòu)固定在待測線段物件的兩端，以分時切換的方式對兩個端點分別加以定位并記錄其座標(biāo)位置，依如下步驟達成步驟一對線段左端點定位，并記錄其座標(biāo)值；步驟二對線段右端點定位，并記錄其座標(biāo)值，至此完成一線段在某一時刻二端點位置的定位；步驟三在每隔一固定時間重覆步驟一與步驟二，對下一個時刻線段所在位置的二端點加以定位，直到停止對線段移動軌跡的擷取為止。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的線段端點定位裝置，其特征在于平面取樣電路、座標(biāo)擷取電路及計數(shù)電路構(gòu)成一個座標(biāo)感測與時空換算的機制，利用座標(biāo)掃瞄的時間差將平面距離的關(guān)系轉(zhuǎn)換成時間差，做為座標(biāo)位置推算的依據(jù)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的線段端點定位裝置，其特征在于所述的平面取樣電路是以縱、橫交錯的導(dǎo)線所組成的導(dǎo)線矩陣構(gòu)成。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的線段端點定位裝置，其特征在于所述的平面取樣電路更包括x、y軸多工器以及解碼電路。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的線段端點定位裝置，其特征在于所述的座標(biāo)擷取電路是以放大器、調(diào)變器、低通濾波器以及比較器構(gòu)成。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的線段端點定位裝置，其特征在于所述的計數(shù)器是以觸發(fā)器搭配計數(shù)器構(gòu)成。
8．一種線段端點定位裝置的定位補償法，其特征在于為補償線段端點定位裝置所測得的定位點與線段物件實際位置的差距，以反映出線段物件端點的實際座標(biāo)，其方法的執(zhí)行分成校正模式與線上掃瞄模式兩種當(dāng)處于校正模式時，系統(tǒng)對一已知置放于固定位置實際端點座標(biāo)為C(x3,y3)及D(x4,y4)的線段物件進行定位掃瞄，通過其他線段物件感測裝置確定該線段物件經(jīng)由線段端點定位裝置所感測到的座標(biāo)為A(x1,y1),B(x2,y2)，則以如下公式求得定位補償參數(shù)s、t、m、n:s=(p1x0+p2y0)/(x02+y02)t=(p2x0-p1y0)/(x02+y02)m=(q1x0+q2y0)/(x02+y02)n=(q2x0+q1y0)/(x02+y02)其中x0=x2-x1,y0=y2-y1,p1=x3-x1p2=y3-y1,q1=x4-x1,q2=y4-y1當(dāng)系統(tǒng)處于線上掃瞄模式時，線段端點定位裝置是對感測到的每一組端點座標(biāo)A(x1′,y1′),B(x2′,y2′)，依前述的定位補償參數(shù)及以下方式進行定位補償x3′=x1′+s(x2′-x1′)-t(y2′-y1′)y3′=y1′+s(y2′-y1′)+t(x2′-x1′)x4′=x1′+m(x2′-x1′)-n(y2′-y1′)y4′=y1′+m(y2′-y1′)+n(x2′-x1′)其中C(x3′,y3′)及D(x4′,y4′)即為掃瞄到的線段物件實際的端點座標(biāo)值。
9．根據(jù)權(quán)利要求1所述的線段端點定位裝置，其特征在于其可將影像掃瞄裝置結(jié)合于線段端點定位裝置上構(gòu)成一手動式影像掃瞄系統(tǒng)，使之具備影像掃瞄與掃瞄線座標(biāo)擷取的雙重特性，將掃瞄到的影像依其實際所在位置儲存到相對應(yīng)的儲存位址，可讓操作者可以任意角度、任意方向來掃瞄影像而可避免影像拉長、擠壓、扭曲等失真問題。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的線段端點定位裝置，其特征在于該影像掃瞄系統(tǒng)的影像掃瞄裝置的兩端可分別結(jié)合定位線圈，以構(gòu)成線段物件端點的定位機構(gòu)，而影像掃瞄系統(tǒng)的其余構(gòu)造設(shè)置是可供手動定位型影像掃瞄器于其上移動的定位板。
11．根據(jù)權(quán)利要求9所述的線段端點定位裝置，其特征在于該影像掃瞄系統(tǒng)還包括一定位補償方法，供補償線段端點定位裝置所測得的定位點與影像掃瞄線段實際位置的差距，以反映出線段物件端點的實際座標(biāo)，其方法執(zhí)行分成校正模式與線上掃瞄模式兩種當(dāng)處于校正模式時，系統(tǒng)對一已知置放于定位板上固定位置的線段MN進行掃瞄，M、N的座標(biāo)分別為M(XM、YM)及N(XN、YN)，通過影像掃瞄裝置及前述線段端點定位裝置將MN線段記錄成端點為M′(XM′,YM′)及N′(XN′,YN′)的線段，則以如下公式求得定位補償參數(shù)s、t、m、n:s=(R2s1-R1s2)/(R2-R1)t=(R2t1-R1t2)/(R2-R1)m=[LCD(s1-s2)+R1s2-R2s1]/(R1-R2)n=[LCD(t1-t2)+R1t2-R2t1]/(R1-R2)(該LCD為已知影像掃瞄裝置801所能掃瞄到的影像線段的長度)其中R1=[(XA1-XM′)2+(YA1-YM′)2]1/2R2=[(XA2-XN′)2+(YA2-YN′)2]1/2s1=(ΔXR1-ΔX1+ΔYR1-ΔY1)/(LAB)2t1=(ΔYR1-ΔX1+ΔXR1-ΔY1)/(LAB)2s2=(ΔXR2-ΔX2+ΔYR2-ΔY2)/(LAB)2t2=(ΔYR2-ΔX2+ΔXR2-ΔY2)/(LAB)2而ΔX1=XB1-XA1；ΔY1=YB1-YA1；ΔXR1=XM-XC1；ΔYR1=YM-YA1；ΔX2=XB2-XA2；ΔY2=YB2-YA2；ΔXR2=XN-XA2；ΔYR2=YN-YA2；LAB=[(XA1-XB1)2+(YA1-YB1)2]1/2為兩定位線圈中心點的距離；當(dāng)系統(tǒng)處于線上掃瞄模式時，則將求得的定位補償參數(shù)s、t、m、n以前述線上掃瞄模式定位補償方法進行定位補償。
全文摘要
一種線段端點定位裝置及定位補償方法,其包括微處理器、定位線圈驅(qū)動電路、定位線圈、縱橫交錯的導(dǎo)線矩陣型式的平面取樣電路、坐標(biāo)擷取電路及計數(shù)電路,通過位在物件上的定位線圈可由平面取樣電路測得,達到線段精確定位與移動軌跡的追蹤效果,其可輔助諸如掌上型影像掃描器等感測機制,克服一般掌上型影像掃描器移動時所衍生的影像歪斜、扭曲、拉長與擠壓等失真問題,亦解決了對同一影像多次掃描所無法有效克服的影像整合問題。
文檔編號H04N1/047GK1215872SQ9712131
公開日1999年5月5日 申請日期1997年10月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月24日
發(fā)明者吳傳嘉, 吳傳禎 申請人:吳傳嘉, 吳傳禎