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光学鼠标的工作原理是,在鼠标内部有一个发光二极管,二极管发光照亮鼠标底部的接触面,同时接触面会反射回一部分光线,反射光通过一组光学透镜后,在一个CMOS传感器内成像。
当鼠标移动的时候,移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图象,而经过鼠标内部有一块专用的DSP图象分析芯片,对移动轨迹上摄取的一系列图象进行分析处理,通过对这些图象上特征点位置的变化进行分析,来判断鼠标的移动方向和距离,从而完成光标的定位。
继续来介绍几个光学鼠标的重要技术参数:
CPI:光学引擎的成像原理其实就是显微照像,其CPI水平就相当于照相细节的放大清晰度。显然这个放大清晰度和照片的尺寸是没有关系的,它只取决于光学组件的放大率,也就是说即便你把COMS换成原来的一半大小,也只会使采样的影象变得更小,但是细节和清晰度不会改变。
分辨率通常使用DPI(每英吋点数,dots per inch)来表示,可以测量出鼠标的精准度。实际上采用Agilent Technologies原本的CPI(每英吋测量次数,count per inch)说法可能正确的多。大部份市面上的光学鼠都是400 CPI的,也就是说它们每移动一英吋就传回400次坐标。
采样率:这是光学鼠标独有的技术参数,它代表CMOS传感器每秒种对采样表面“拍摄”的次数和DSP芯片每秒相应的处理能力。早期的光学鼠标在高速运动的时候,存在着严重的丢帧问题。为什么会出现这种问题呢?因为在鼠标高速移动的时候,很可能会出现CMOS传感器相邻两次拍摄的图象中没有任何相同采样点的情况。没有共同的采样点,也就无从比较移动方向,这样造成DSP芯片无法正常处理,从而产生大量错误信号。
解决这个问题一个主要的方法就是提升“拍摄”的频率,“连拍”的频率越快,,没有共同的采样点的情况发生几率也就相应降低。微软的第二代Intellieye引擎就一举将采样频率从1500次/秒提升到了6000次/秒,解决了丢帧问题。
虽然说提升采样率可以解决丢帧的问题,但是单单只谈这一点显然并不科学。光学引擎的原始设计者安捷伦已经不使用这个参数,转而出现了“CMOS像素”这个概念。
CMOS像素数:大家知道罗技的MX光学引擎在采样率上并不及微软的第二代Intellieye引擎(MX光学引擎大约在5300次/秒左右,Intellieye引擎6000次/秒),但在最大承受位移速度上却比微软鼠标更快,为什么呢?
要保证在高速移动鼠标时,不出现相邻两次采样无共同采样点的情况。除了加快扫描频率以外,还可以增加CMOS的尺寸,只要一次能够得到足够大的范围特征点,那么少“拍摄”几张,也不会影响定位准确性。MX光学引擎是依靠比微软的第二代Intellieye引擎更大的CMOS像素数取得的精确定位效果。
DSP系统之所以能够对前后两张图片做出准确的判断,除了DSP本身的模糊运算能力以外,更主要的还是依赖“特征点”的取样,能够取得更多准确的特征点,就更加能够做出准确的判断。
提高特征点的数量有两种方法,一种就是提升引擎的CPI,CPI越高,对采样表面的细节分析就越透彻,但是单一提高CPI也会带来一些副作用,会影响鼠标对细密的重复性表面的识别能力。相比较起来令一种增加CMOS像素数的方法显然比较完美,CMOS的像素数增加了,可采用的特征点当然也就越多。
像素处理能力:正是因为传统的采样频率已经不能充分说明光学引擎的实际性能,所以罗技和安捷伦已经慢慢在淡化这些概念,将其与CMOS尺寸和DSP处理能力结合起来整合为“像素处理能力”。这个指标代表光学引擎综合采样的运算性能,而且非常科学。
就目前来看罗技的MX引擎的像素处理能力还是最强的,达到了470万像素/秒,虽然微软没有使用这个参数,但是我们可以计算第二代Intellieye引擎的像素处理能力约为300万像素/秒。这就犹如数码相机的简单比较一样,500万像素的数码相机所采集的信息量远大于300像素的数码相机,细节就更加清晰,反映在鼠标上就表现为定位的准确性越高!
最大速度和最大加速度:像素处理能力虽然十分科学,但是毕竟不够直观,所以将其与CPI参数相结合,可以派生出最大速度和最大加速度两个参数。
根据实验,人手在使用鼠标的时候,最高的移动速度约为30英寸/秒,但是早期的光学鼠标能够承受的最大位移只有15英寸/秒,这也是造成丢帧的根本。而第二代Intellieye引擎依靠6000次/秒的扫描频率一举将鼠标的最大位移提高到37英寸/秒(官方提供数据),MX引擎更加是达到了夸张的40英寸/秒(官方提供数据)。
鼠标的最大加速度其实和我们在物理课上学习到的概念没有什么差别,也就是通过DSP运算使鼠标在保证精确性的前提下能够达到的最大加速度。 |
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