CN2886671Y - 基于光学信息识别的智能鼠标 - Google Patents

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Abstract

一种基于光学信息识别的智能鼠标。该智能鼠标不仅能够实现现有光电鼠标的所有功能，还集成了廉价的CMOS图像传感器，能在鼠标移动的过程中探测一维、二维条形码及其他形式的信息码，以及印刷或手写字符、签名、指纹等，由驱动系统自动识别。该鼠标包括：图像定位系统、图像采集系统、按键及滚轮系统、信号处理系统和接口系统。其中，信号处理系统作为整个鼠标的核心部件，和其他组件分别连接通信，其主要包括DSP芯片；接口系统的作用则是连接信号处理系统和计算机设备，其主要包括USB接口电路和电压电流保护电路；按键及滚轮系统主要包括鼠标按键及滚轮输入电路。

Description

基于光学信息识别的智能鼠标
技术领域
本实用新型涉及一种基于光学信息识别的智能鼠标，特别是一种具有扫描功能的智能鼠标，属于计算机科学和信息处理领域。
背景技术
鼠标已成为图形界面计算机不可缺少的标准外围设备。随着Internet的繁荣和数字化信息时代的到来，光靠键盘、鼠标作为计算机输入设备已经无法满足日益增长的文字、图片等印刷载体的数字化需要，平板式扫描仪由此应运而生，并出现与扫描仪相配套的光学符号识别(OCR，Optical Character Recognition)软件。然而，现有的OCR软件因为要处理大面积的扫描图片和大块的版面分析，其抗干扰能力不强，对图片噪音、缺损、变形及切分错误比较敏感，识别率不尽如人意。另外平板扫描仪扫描速度慢，扫描的数据量大，数据传输和存储较慢；其次扫描仪及OCR软件包价格昂贵，而且平板扫描仪也不具备便携性，如无法自带扫描仪到图书馆查询资料、摘录有用信息等。
市场上也曾出现针对某一用途的小型扫描识别设备，如名片扫描仪，它满足人们对大量的名片扫描的需要。但由于功能单一，成本较高，一般应用于商业机构，无法在普通消费者中普及。
条形码(包括线性条码如EAN、UPC、IAN、JAN、Code39、Code 93、Code128等，二维条码如QR Code、PDF417、DataMatrix Code、Aztec Code、Maxi Code等)作为自动售货、物流管理、邮寄跟踪查询、证件编码识别等领域的应用，已深入到生活的各个方面，然而条码识读设备价格昂贵，功能单一，很难进入普通消费者家庭。
作为指纹识别的一个应用例子，IBM Thinkpad T43系列笔记本上已经集成了硅晶体电容传感技术的指纹识别系统。然而晶体指纹识别硬件实现的成本高昂，一般只应用于高端的笔记本、特殊专用系统如社会安全、刑警侦察等。
实用新型内容
针对上述不便和潜在的市场需求，本实用新型的目的是提供一种能识别图像编码、印刷字符、手写字符、指纹信息的智能鼠标。该智能鼠标不仅能够实现现有光电鼠标的所有功能，还集成了廉价的CMOS(Complementary Metal-Oxicle Semiconductor)图像传感器，能在鼠标移动的过程中探测一维、二维条形码及其他形式的信息码，以及印刷或手写字符、签名、指纹等，由驱动系统自动识别，实现各种条形码、印刷字符如名片、电子邮件地址、互联网网址、产品目录等的自动快速录入，以及指纹验证、手写签名、软件序列号授权、实时网络查询、地图查询，并可嵌入其它任意应用程序，如电子字典、文字编辑等。
为实现本实用新型的目的，基于光学信息识别的智能鼠标包括：图像定位系统、图像采集系统、按键及滚轮系统、信号处理系统和接口系统。其中，信号处理系统作为整个鼠标的核心部件，和其他组件分别连接通信，其主要包括数字信号处理芯片(DSP，DigitalSignal Process)。接口系统的作用则是连接信号处理系统和计算机设备，其主要包括USB接口电路和电压电流保护电路。按键及滚轮系统主要包括鼠标按键及滚轮输入电路。
图像采集系统的核心是图像采集传感器和图像采集驱动芯片，此外还包括由透镜和LED光源组成的照明系统。其中，图像采集系统中的LED光源较佳为采用白光LED光源，其能够提供彩色图像采集所需的各种频谱。图像采集传感器较佳为采用较大面积的CCD或CMOS图像传感器，其中的CMOS图像传感器既能满足对小范围图像清晰扫描的目的，又具有价格便宜的优点。其作用是实时地将鼠标滑过的表面的图像进行捕捉和预处理，通过接口系统传输到计算机设备。
图像定位系统的核心是图像定位传感器和图像处理芯片，此外还包括由棱镜、聚光透镜等光学机构和发光二级管(LED)构成的照明系统，其可以在定位传感器的成像镜头下方的采样表面上形成强烈的照射光。其中，发光二极管较佳为目前常用且价格低廉的红光发光二极管和蓝光发光二极管。本领域的技术人员理解，采用其他颜色的发光二极管或者激光二极管也可以实现本实用新型的目的。图像定位系统除了具有传统的光电鼠标引擎的指示位置功能外，还能够将通过如下的算法记录鼠标在滑过的表面的相对位置。图像定位系统可以只有一个，实时记录鼠标在使用过程中的平动信息，即记录每块图像单元的相对平移，经过坐标平移转换，完成整块图像的平和重建，实现鼠标平动(即整个鼠标没有绕垂直平面的任何一点旋转)的大面积平滑连续扫描。图像定位系统也可以有两个，同时实时记录鼠标在使用过程中的平动和转动信息，即记录每块图像单元的相对平移和转动，经过坐标平移变换和转动变换，完成整块图像的拼合重建，实现鼠标任意大面积平滑连续扫描。
本领域的技术人员应能理解，有关上述鼠标的使用方式和驱动程序不属于实用新型专利的范围，因此虽然本实用新型中没有做进一步的描述，但并不影响本实用新型的实施。
本实用新型的技术效果在于：
(一)本实用新型是联系计算机虚拟世界和现实世界的桥梁，为广大计算机用户提供一种方便、快捷、便携式的实时输入工具，是对传统的光电鼠标的一次较大技术改进。用户无需另外购买昂贵的扫描仪(如平板扫描仪、名片扫描仪等)或条码识读设备(如条码扫描枪、二维条码识读器等)，就可方便地实现各类条码的精确识别，各种印刷符号、手写签名、指纹的识别输入，对满足了用户在当今信息世界日益增加的多种信息模式的输入识别需求。
(二)智能鼠标采用实时识别方式，每次只精确识别较少数量的印刷字符，大大提高了识别率和识别、传输、存储的速度。对各种一维、二维条码的识别率趋近100％。
(三)本实用新型采用的CMOS图像传感器相对一般用于数码相机的CCD来讲成本非常之低。这样在现有的光电鼠标增加很少的成本就可实现扫描智能鼠标。
(四)本实用新型较现有的光电鼠标来讲采用白光LED作为图像采集系统的照明系统，可实现彩色图像的扫描。
附图说明：
图1(a)为本实用新型一较佳实施例的系统结构框图；
图1(b)为另一较佳实施例的系统结构框图；
图2(a)为又一较佳实施例的结构和形状示意图；
图2(b)为再一较佳实施例的结构和形状示意图。
具体实施方式：
以下结合附图，通过优选的实施例详细描述本发明，但不构成对本发明的限制。
实施例1：
如图1(a)所示，基于光学信息识别的智能鼠标包括：图像定位系统A、图像采集系统B、按键及滚轮系统C、信号处理系统D和接口系统E，以及分别为图像定位系统A和图像采集系统B提供照明的照明系统。
其中，图像定位系统A包括：图像定位传感器106和图像处理芯片107；以及由透镜组102、光阑103、LED光源104及其供电和控制电路105构成的照明系统。其中，LED光源104采用高亮度红光LED。通过照明系统，可以在图像定位传感器的成像镜头下方的图像定位点101(采样表面)上形成强烈的照射光。其中，图像定位传感器106采用价格便宜的COMS图像感应器，是和图像处理芯片107集成在一起，如采用安捷伦光学成像引擎A2051(Agilent ADNS-2051Optical Mouse Sensor)。本领域的技术人员应能理解，在其他的实施例中，LED光源104也可以是其他任何一种发光二极管，只要能满足为图像定位系统提供照明的目的即可，本实施例中采用红光LED的原因在于红光LED是所有LED中最便宜的，因此不能构成对本实用新型的限制。另外，也可以将本实施例中的图像定位传感器106和图像处理芯片107集成在单个芯片上，同样能够实现本实用新型的目的。
图像采集系统B包括：散光透镜122、白光LED光源123及其供电和控制电路124、成像镜头125、图像采集传感器126、图像采集驱动芯片127。图中，样品121即待扫描的图像，包括各类条形码、印刷字符和指纹等。其中，图像采集传感器126采用相对比图像定位系统传感器106成像面积更大的CMOS图像传感器。CMOS图像传感器具有廉价，集成度高的特点，其能够实时地将鼠标滑过的表面的图像进行捕捉和预处理，并通过USB接口传输到计算机。在本实施例中，采用将图像采集传感器126和图像采集驱动芯片127集成到单个芯片的ZC0301Plus VMC-48L。其中，图像采集系统B的照明系统由白光LED光源123和散光透镜125组成。白光的频谱中富含可见光的各种波段，采用白光LED的作用在于提供彩色图像采集所需的各种频谱；而散光透镜使视场照明均匀、柔和，便于提高图像采集的质量。
按键及滚轮系统C主要包括鼠标按键及滚轮输入电路131，与现有鼠标的设置相同。
信号处理系统D主要包括DSP芯片141，采用德州仪器(TI)生产的通用型可编程DSP芯片TMS320C5503，其余为常规的IC芯片外围电路及保护电路。
接口系统E主要包括电压电流保护电路151、USB接口电路152和USB连接线153。其中，USB接口电路152采用Alcor Micro公司生产的AU9254A21USB Hub控制器，通过USB 2.0接口与计算机连接。
实施例2：
如图1(b)所示，本实施例的基于光学信息识别的智能鼠标的结构与实施例1类似，其区别在于，本实施例包括两个图像定位系统。在实施例1中，单个图像定位系统只能实现鼠标平动的大面积平滑连续扫描，则鼠标的扫描功能将受到限制，即智能平动扫描。而在本实施例中，由于两个图像定位系统可以同时记录鼠标的平动和转动信息，则可以通过坐标平移变化和转动变换的方法，完成整块图像的拼合重建，从而实现鼠标对任意大面积的平滑连续扫描。
为了更好地说明本实用新型，以下给出了基于光学识别信息的智能鼠标的具体结构的较佳实施方式。
实施例3：
如图2(a)所示，为本实用新型智能鼠标的结构实现示意图之一。其中，USB接口及连线201和计算机设备以及DSP处理芯片221相连接。DSP处理芯片221上设置有按键传感器223，其分别通过按键传动机构202接收左右按键203传来的信息。同理，滚轮204的信息通过滚轮传感器205和滚轮支撑及数据连接机构222传到DSP处理芯片221上。鼠标底部开有扫描窗口218，采用透明的增透玻璃。白光LED 220发射的亮光可以通过设置在扫描窗口218附近的散光透镜和棱镜管道219为扫描窗口218下方的扫描图样提供良好的均匀的白光照明。在鼠标内上部相对扫描窗口218的地方设置有CMOS感光芯片208，可以通过镜头及调焦距装置209采集到扫描窗口218所对应的图像，用于支持感光芯片的图像采集电路207通过数据连接线206和DSP芯片连接，同时通过数据连接线210和图像定位处理电路211连接。图像定位处理电路211上设置有图像定位感光芯片215。通过发光二极管213、聚光透镜和棱镜管道214、以及超短焦距聚光透镜216和树脂光学透镜组件217组成的图像定位和照明系统，图像定位感光芯片215可以得到扫描窗口218下方的图像并由图像定位处理电路211处理。
其中，图像定位处理电路211、发光二极管213、聚光透镜和棱镜管道214、图像定位感光芯片215、短焦距聚光透镜216、树脂光学透镜组件217构成了图像定位系统及其照明系统；白光LED 220、散光棱镜管道219、图像采集电路207、CMOS感光芯片208、镜头及调焦距装置209构成了图像采集系统及其照明系统；按键传动机构202、左右按键203、滚轮204、滚轮传感器205、滚轮支撑及数据连接机构222、按键传感器223构成了按键及滚轮系统；系统之间采用数据线206和210连通到DSP处理芯片221上；整个鼠标通过USB接口201连接到计算机。当然，也可以采用无线鼠标的方式，通过射频信号通讯，则不需要USB接口201。此外，在鼠标外壳212与扫描窗口218对应的侧面位置处也可以设置为透明，以便在使用鼠标扫描时人眼能从侧面看到扫描视场的范围。
为节省制造电路板的成本，本实施例3的另一种实施方式可以是：鼠标内部只用一块印刷电路板253，将所有的芯片都设置在该电路板上，如图2(b)所示。其中，利用90度夹角全反射平面镜251可以改变光路，从而使CMOS感光芯片208可以设置到电路板253上。图中，90度夹角全反射平面镜251通过固定机构252固定在鼠标顶部。
本领域的技术人员应当理解，虽然本实用新型没有进一步地详细描述，本领域的技术人员仍可通过修改以上公开的实施例，比如省略其中为图像定位系统提供照明的照明系统，直接利用图像采集系统的照明系统，仍可以实现本实用新型的目的。

Claims (10)

1.一种基于光学信息识别的智能鼠标，包括按键及滚轮系统和接口系统，其特征在于，还包括：
图像定位系统，包括图像定位传感器和图像处理芯片；
图像采集系统，包括图像采集传感器和图像采集驱动芯片；
照明系统，包括发光二极管和透镜组，为图像定位系统和图像采集系统提供照明；
信号处理系统，和智能鼠标中除照明系统以外的其他系统分别连接通信，至少包括一数字信号处理芯片。
2.如权利要求1所述的智能鼠标，其特征在于，所述的图像定位传感器是CMOS图像传感器。
3.如权利要求1所述的智能鼠标，其特征在于，所述的图像采集传感器是CMOS或CCD图像传感器，用于实时地捕捉鼠标滑过的表面的图像。
4.如权利要求1或2所述智能鼠标，其特征在于，所述的图像定位系统的数目是一个或两个或多个。
5.如权利要求1所述的智能鼠标，其特征在于，所述的照明系统同时为图像定位系统和图像采集系统提供照明，包括发光二极管和透镜组。
6.如权利要求1所述的智能鼠标，其特征在于，所述的照明系统分别为图像定位系统和图像采集系统提供照明，其中，图像采集系统的照明系统包括白光发光二极管和散光透镜。
7.如权利要求1所述的智能鼠标，其特征在于，所述的照明系统分别为图像采集系统和图像定位系统提供照明，其中，图像定位系统的照明系统包括透镜组和红光或其它颜色的发光二极管或激光二极管。
8.如权利要求1所述的智能鼠标，其特征在于，该鼠标的各个组成系统所涉及的处理芯片和电路分别设置在不同的印刷电路板上或者都设置在同一块印刷电路板上。
9.如权利要求1所述的智能鼠标，其特征在于，该鼠标底部具有一扫描窗口，允许所述的照明系统的光线通过。
10.如权利要求9所述的智能鼠标，其特征在于，鼠标外壳的侧面与所述的扫描窗口相对应处设置成透明可见。
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