CN110132542A - 一种鼠标位移和按键信息的光学检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种鼠标位移和按键信息的光学检测装置，涉及鼠标的结构,包括光学传感器、光源、照明光路、至少两条控制光路和光路开关，光源经照明光路照射在光学传感器的感应窗口内形成检测图像，光路开关设置在控制光路上用于控制其通断，控制光路经光路开关控制通断后照射在光学传感器的感应窗口内形成光码图像、与照明光路照射在光学传感器的感应窗口内形成的检测图像叠加或拼接，形成被光学传感器识别的组合图像。本发明具有结构简单，材料用量少，制造成本低，且使用寿命长，不易发生故障等优点。
Description
技术领域
本发明涉及鼠标的结构，详细讲是一种结构简单、节约材料，制造成本低，使用寿命长的鼠标位移和按键信息的光学检测装置及方法。
背景技术
工业领域中摄像头等光学传感器用于物体检测、移动监测较多，工作生活中的鼠标更是一个典型的光学传感器应用设备。现有的鼠标有光学位移检测和电气按键检测两套基本检测系统，通过鼠标控制单元处理两套系统的信息，得到鼠标移动和鼠标点击指令并。常见鼠标的光学传感器下方有一个开口，该区域是光学传感器的观测窗口。鼠标工作时，照明光源照亮光学传感器窗口，窗口内的图像经透镜在光学传感器上成像，根据定时间隔内的图像变化，可以计算出鼠标的位置变化。在光电鼠标的技术指标上，2001年微软推出intelliEye2.0光学引擎，成像矩阵为22×22点阵，可以提供400DPI分辨率，和6000FPS的扫描率。
在计算机图像识别领域，2004年，Lowe提高了高效的尺度不变特征变换算法（SIFT）,利用原始图像与高斯核的卷积来建立尺度空间，并在高斯差分空间金字塔上提取出尺度不变性的特征点。该算法获得的图像特征具有一定的仿射不变性，视角不变性，旋转不变性和光照不变性，得到了最广泛的应用。图像特征提取算法图像特征可以用在鼠标中进行位移检测，类似的图像特征提取算法，如HOG、SURF、ORB、LBP、HAAR等都可以应用到鼠标位移检测中。原始图像可以通过算法进行分割，然后对各分割区域的亮度检测；图像切割跟特征提取算法可以同时从一幅图像提取出互不相关的图像特征信息和各区域亮度信息。
现有技术中鼠标的按键（开关）信号与位移检测（图像）信号的检测是分别实现，按键信号采用电路开关的结构来实现，结构复杂，材料用量多，制造成本高，且电路开关的使用寿命短，易发生故障。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、节约材料，制造成本低，使用寿命长的鼠标位移和按键信息的光学检测装置及方法。
本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：
一种鼠标位移和按键信息的光学检测装置，其特征在于包括光学传感器、光源、照明光路、至少两条控制光路和光路开关，光源经照明光路照射在光学传感器的感应窗口内形成检测图像，光路开关设置在控制光路上用于控制其通断，控制光路经光路开关控制通断后照射在光学传感器的感应窗口内形成光码图像、与照明光路照射在光学传感器的感应窗口内形成的检测图像叠加或拼接，形成被光学传感器识别的组合图像。光码图像中不同控制光路对应点的亮暗变化，反应该控制光路的光路开关的通断状态，用于检测按键的动作。本发明中所述的检测图像为照明光路照射在光学传感器的感应窗口所对应的区域内的图像，如鼠标在使用时，其光学传感器的感应窗口所对应的区域内的图像为感应窗口所对应的鼠标垫的上图像，检测图像为照明光路照射在光学传感器的感应窗口内的鼠标垫上图像。本发明中所述的光码图像为经光路开关控制通断后的控制光路照射在光学传感器的感应窗口所形成的明暗图案，如鼠标在使用时，光码图像为控制光路照射在光学传感器的感应窗口内的鼠标垫上所形成的明暗光点组成的明暗图像。
进一步详细叙述该技术方案：用于鼠标位移和按键信息的光学检测方法，所述的（全部）控制光路经光路开关控制通断后形成光码图像；光码图像所在的区域称作光码区，光码图像与位置检测图像的组合有两种方法：
第一种是拼接图像方法，光码区位于光学传感器感应窗口内部；光码图像与位置检测图像进行拼接。鼠标光学传感器分辨率较高，因此光码区只占用极小部分（例如：低端鼠标传感器也能达到22X22像素，鼠标按键约10个，占用面积为10/（22x22） = 2/100），且通常放置到传感器窗口的四周边缘，对位置检测功能影响极小。
第二种是图像叠加方法，光码图像叠加到检测图像上。即：控制光路经光路开关控制通断后照射在光学传感器的感应窗口内的位置与光源经照明光路照射在光学传感器的感应窗口内的区域重叠。光码图像称作融合图像或者叠加图像，与图像拼接是功能类似，二者为实现方法不同的技术方案。在前述图像特征提取算法，如SIFT算法中，可以直接将叠加图像分离成亮度信息图和特征信息图，特征信息图即检测图像，其与亮度无关，用作位移检测；亮度信息图用于检测控制光路的通断。通过光学传感器检测光码图像中明暗不同的光码来识别所对应控制光路的通断。
光码图像中光码的识别方法是：光学传感器捕捉到含有光码图像的感应窗口内的图像，通过切割拼接图像或者图像特征提取算法分离叠加图像，得到光码图像，然后根据预设的光码组合规则，对光码图像进行切割成对应每个按键的小区域，通过计算各小区域的光照度即亮度变化做光路开关状态识别。
本发明中所述的光源发出的光一部分形成照明光路、一部分经分光器分为至少两条控制光路。
本发明中所述的控制光路为光纤或亚克力材料等导光元件；光路开关设置在导光元件上。即光源的一部分光经导光元件传导、经光路开关控制后照射在光学传感器的感应窗口内。
本发明中所述的控制光路末端上设有投光器，所述的投光器为将导光元件按规律排列的定位板。
本发明中所述的光路开关为光路微动开关，鼠标的控制按键与光路微动开关相连，光路开关可以控制光路的通断。具体的，光路开关可以是在开关壳体内设有可上下滑动的遮光片，遮光片中部设有透光孔，遮光片下端与开关壳体间设有复位弹簧， 开关壳体上侧设有下部穿过开关壳体与遮光片上端相连的连接柄。将光路开关串接在控制光路中，光从光路开关的入射口进入光路开关后、通过遮光片中的透光孔从光路开关的出射口射出（进入控制光路），当按动连接柄时，连接手柄带动遮光片在开关壳体内下滑，透光孔离开出射口和出射口所在的直线、遮光片将光路切断，当释放连接手柄后，遮光片在复位弹簧的作用下复位，透光孔复位至出射口和出射口所在的直线上，光路导通。
本发明的结构简单，材料用量少，制造成本低，且使用寿命长，不易发生故障，将物理按键（电路开关）更换为光路开关，开关信息组合成的光码图像投射到位移检测图中，一、可以节省物理按键的电路和电气设计，解决电气问题，降低元器件成本和功率消耗；二、通过图像叠加获得识别图像，不占用光学传感器窗口面积，不会降低光学传感器的分辨性能。三，鼠标的光学传感器可以识别22X22的图像，即对窗口图像进行切割、可以完成484个区域光照度识别，能够满足484个按键的识别，从而可以使鼠标及键盘使用统一传感器，降低硬件开发的技术难度和成本。
附图说明
图1是本发明的结构原理示意图。
图2是本发明中光码图像叠加在检测图像上时光学传感器检测到的图像示意图。
图3是本发明中光码图像与检测图像拼接时光学传感器检测到的图像示意图。
具体实施方式
如图1所述的鼠标位移和按键信息的光学检测装置，包括光学传感器4、光源1、一条照明光路、至少两条控制光路和光路微动开关6，光源1经照明光路照射在光学传感器的感应窗口内形成（位移）检测图像，光路微动开关6设置在控制光路上用于控制其通断，从图中可以看出，光源1发出的一部分光直接照射在光学传感器的感应窗口内，该部分光的光路为照明光路；光源1发出的另一部分光经经分光器5均分为多份后入射到传导光纤内，光路微动开关6设置在传导光纤上，经传导光纤传输、光路微动开关控制后，照射在光学传感器的感应窗口内；分光器和至少两条传导光纤组成至少两条控制光路。（全部）控制光路经光路开关控制通断后照射在光学传感器的感应窗口内形成（由明暗信息组成的）光码图像、与照明光路照射在光学传感器的感应窗口内形成的检测图像叠加或拼接，形成被光学传感器识别的组合图像。光码图像中不同控制光路对应点的亮暗变化，反应该控制光路的光路（微动）开关的通断状态，用于检测按键的动作，不同控制光路所对应点为光码，控制光路导通时，光码明亮，控制光路未导通时，光码灰暗。本发明中所述的检测图像为照明光路照射在光学传感器的感应窗口所对应的区域内的图像，如鼠标在使用时，其光学传感器的感应窗口所对应的区域内的图像为感应窗口所对应的鼠标垫2的上图像，检测图像为照明光路照射在光学传感器的感应窗口内的鼠标垫2上图像。本发明中所述的光码图像为经光路开关控制通断后的控制光路照射在光学传感器的感应窗口所形成的明暗图案，如鼠标在使用时，光码图像为控制光路照射在光学传感器的感应窗口内的鼠标垫上所形成的明暗光点组成的明暗图像，如图2所示的为检测图像3上叠加的按不规则的A字形排列的光码图像8，此时（全部）控制光路的光路开关控制为开启状态，全部光码明亮、形成明亮的光码图像8，如部分控制光路的光路开关控制为关闭状态，则不规则的A字形光码图像8上就会出现相应的灰暗光码。
本发明中所述的控制光路可选用光纤或亚克力材料等导光元件制成；光路（微动）开关设置在导光元件上。即光源的一部分光（由分光器分为多路后）经导光元件传导、经光路开关控制后照射在光学传感器的感应窗口内。
本发明进一步改进，所述的控制光路末端（输出端）上设有投光器，所述的投光器为将导光元件按规律排列的定位板。所述的光路开关为光路微动开关，鼠标的控制按键与光路微动开关相连，光路开关可以控制光路的通断。具体的，光路开关可以是在开关壳体内设有可上下滑动的遮光片，遮光片中部设有透光孔，遮光片下端与开关壳体间设有复位弹簧， 开关壳体上侧设有下部穿过开关壳体与遮光片上端相连的连接柄。将光路开关串接在控制光路中，光从光路开关的入射口进入光路开关后、通过遮光片中的透光孔从光路开关的出射口射出（进入控制光路），当按动连接柄时，连接手柄带动遮光片在开关壳体内下滑，透光孔离开出射口和出射口所在的直线、遮光片将光路切断，当释放连接手柄后，遮光片在复位弹簧的作用下复位，透光孔复位至出射口和出射口所在的直线上，光路导通。
使用上述装置用于鼠标位移和按键信息的光学检测方法，所述的（全部）控制光路经光路开关控制通断后形成光码图像；光码图像所在的区域称作光码区，光码图像与位置检测图像的组合有两种方法：
第一种是拼接图像方法，如图3所示，光码区位于光学传感器感应窗口的边缘部位；光码图像8与位置检测图像3进行拼接。鼠标光学传感器分辨率较高，因此光码区只占用极小部分（例如：低端鼠标传感器也能达到22X22像素，鼠标按键约10个，占用面积为10/（22x22）= 2/100），且通常放置到传感器窗口的四周边缘，对位置检测功能影响极小。光码图像与检测图像拼接时，鼠标位移和按键信息的光学检测方法为：根据二者拼接的位置进行切割拼接图像、切分出检测图像和光码图像，检测图像用于位移检测；根据根据预设的光码组合规则(光码对应的检测光路规则)，将光码图像切割成对应每条控制光路的小区域，通过检测各小区域的光照度来判断每条控制光路的通断，采集按键信息。如图3所示，共有12条控制光路，其中，从上数第2、5条控制光路为未导通，即该控制光路的光路开关为关闭状态，其余控制光路的光路开关控制为开启状态，光路开关开启状态的控制光路对应的光码明亮、形成明暗组合的光码图像8。图像拼接方式包括将末端发光的光纤的输出端直接排列在光学传感器感应窗口的边缘部位，光纤的输出端（末端）发出的光直接形成光码、等同于照射在光学传感器感应窗口内，采用末端发光的方式形成光码区。
第二种是图像叠加方法，如图2所示，光码图像8叠加到（位移）检测图像上。即：控制光路经光路开关控制通断后照射在光学传感器的感应窗口内的位置与光源经照明光路照射在光学传感器的感应窗口内的（一部分）区域重叠。光码图像称作融合图像或者叠加图像，与图像拼接是功能类似，二者为实现方法不同的技术方案。在前述图像特征提取算法，如SIFT算法中，可以直接将叠加图像分离成亮度信息图和特征信息图，特征信息图即检测图像，其与亮度无关，用作位移检测；亮度信息图用于检测控制光路的通断（即按键信息）。通过光学传感器检测光码图像中明暗不同的光码来识别所对应控制光路的通断。光码图像与检测图像叠加时，鼠标位移和按键信息的光学检测方法为：光码图像与检测图像叠加，采用图像特征提取算法分离叠加图像、得到检测图像和光码图像，检测图像用于位移检测；根据根据预设的光码组合规则，将光码图像切割成对应每条控制光路的小区域，通过检测各小区域的光照度来判断每条控制光路的通断，采集按键信息（判断其动作）。
光码图像中光码的识别方法是：光学传感器捕捉到含有光码图像的感应窗口内的图像，通过切割拼接图像或者图像特征提取算法分离叠加图像，得到光码图像，然后根据预设的光码组合规则，对光码图像进行切割成对应每个按键的小区域（不同控制光路所对应的光码图像中的区域），通过计算（检测）各小区域（单个光码）的光照度即亮度即可实现光路开关（按键）状态的识别。
本发明的结构简单，材料用量少，制造成本低，且使用寿命长，不易发生故障，将物理按键（电路开关）更换为光路开关，开关信息组合成的光码图像投射到位移检测图中，一、可以节省物理按键的电路和电气设计，解决电气问题，降低元器件成本和功率消耗；二、通过图像叠加获得识别图像，不占用光学传感器窗口面积，不会降低光学传感器的分辨性能。三，鼠标的光学传感器可以识别22X22的图像，即对窗口图像进行切割、可以完成484个区域光照度识别，能够满足484个按键的识别，从而可以使鼠标及键盘使用统一传感器，降低硬件开发的技术难度和成本。
Claims (6)
1.一种鼠标位移和按键信息的光学检测装置，其特征在于包括光学传感器、光源、照明光路、至少两条控制光路和光路开关，光源经照明光路照射在光学传感器的感应窗口内形成检测图像，光路开关设置在控制光路上用于控制其通断，控制光路经光路开关控制通断后照射在光学传感器的感应窗口内形成光码图像、与照明光路照射在光学传感器的感应窗口内形成的检测图像叠加或拼接，形成被光学传感器识别的组合图像。
2.根据权利要求1所述的鼠标位移和按键信息的光学检测装置，其特征在于所述的光源发出的光一部分形成照明光路、一部分经分光器分为至少两条控制光路。
3.根据权利要求1所述的鼠标位移和按键信息的光学检测装置，其特征在于所述的控制光路为光纤或亚克力材料等导光元件。
4.根据权利要求1所述的鼠标位移和按键信息的光学检测装置，其特征在于所述的光路开关为光路微动开关。
5.一种鼠标位移和按键信息的光学检测方法，光码图像与检测图像拼接，根据二者拼接的位置进行切割拼接图像、切分出检测图像和光码图像，检测图像用于位移检测；根据根据预设的光码组合规则，将光码图像切割成对应每条控制光路的小区域，通过检测各小区域的光照度来判断每条控制光路的通断，采集按键信息。
6.一种鼠标位移和按键信息的光学检测方法，光码图像与检测图像叠加，采用图像特征提取算法分离叠加图像、得到检测图像和光码图像，检测图像用于位移检测；根据根据预设的光码组合规则，将光码图像切割成对应每条控制光路的小区域，通过检测各小区域的光照度来判断每条控制光路的通断，采集按键信息。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20210824 |