基於光學信息識別的智能滑鼠的製作方法
2023-05-28 00:23:31 2
專利名稱：基於光學信息識別的智能滑鼠的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於光學信息識別的智能滑鼠，特別是一種具有掃描功能的智能滑鼠，屬於計算機科學和信息處理領域。
背景技術：
滑鼠已成為圖形界面計算機不可缺少的標準外圍設備。隨著Internet的繁榮和數位化資訊時代的到來，光靠鍵盤、滑鼠作為計算機輸入設備已經無法滿足日益增長的文字、圖片等印刷載體的數位化需要，平板式掃描儀由此應運而生，並出現與掃描儀相配套的光學符號識別(OCR，Optical Character Recognition)軟體。然而，現有的OCR軟體因為要處理大面積的掃描圖片和大塊的版面分析，其抗幹擾能力不強，對圖片噪音、缺損、變形及切分錯誤比較敏感，識別率不盡如人意。另外平板掃描儀掃描速度慢，掃描的數據量大，數據傳輸和存儲較慢；其次掃描儀及OCR軟體包價格昂貴，而且平板掃描儀也不具備便攜性，如無法自帶掃描儀到圖書館查詢資料、摘錄有用信息等。
市場上也曾出現針對某一用途的小型掃描識別設備，如名片掃描儀，它滿足人們對大量的名片掃描的需要。但由於功能單一，成本較高，一般應用於商業機構，無法在普通消費者中普及。
條形碼(包括線性條碼如EAN、UPC、IAN、JAN、Code39、Code 93、Code128等，二維條碼如QR Code、PDF417、DataMatrix Code、Aztec Code、Maxi Code等)作為自動售貨、物流管理、郵寄跟蹤查詢、證件編碼識別等領域的應用，已深入到生活的各個方面，然而條碼識讀設備價格昂貴，功能單一，很難進入普通消費者家庭。
作為指紋識別的一個應用例子，IBM Thinkpad T43系列筆記本上已經集成了矽晶體電容傳感技術的指紋識別系統。然而晶體指紋識別硬體實現的成本高昂，一般只應用於高端的筆記本、特殊專用系統如社會安全、刑警偵察等。
實用新型內容針對上述不便和潛在的市場需求，本實用新型的目的是提供一種能識別圖像編碼、印刷字符、手寫字符、指紋信息的智能滑鼠。該智能滑鼠不僅能夠實現現有光電滑鼠的所有功能，還集成了廉價的CMOS(Complementary Metal-Oxicle Semiconductor)圖像傳感器，能在滑鼠移動的過程中探測一維、二維條形碼及其他形式的信息碼，以及印刷或手寫字符、籤名、指紋等，由驅動系統自動識別，實現各種條形碼、印刷字符如名片、電子郵件地址、網際網路網址、產品目錄等的自動快速錄入，以及指紋驗證、手寫籤名、軟體序列號授權、實時網絡查詢、地圖查詢，並可嵌入其它任意應用程式，如電子字典、文字編輯等。
為實現本實用新型的目的，基於光學信息識別的智能滑鼠包括圖像定位系統、圖像採集系統、按鍵及滾輪系統、信號處理系統和接口系統。其中，信號處理系統作為整個滑鼠的核心部件，和其他組件分別連接通信，其主要包括數位訊號處理晶片(DSP，DigitalSignal Process)。接口系統的作用則是連接信號處理系統和計算機設備，其主要包括USB接口電路和電壓電流保護電路。按鍵及滾輪系統主要包括滑鼠按鍵及滾輪輸入電路。
圖像採集系統的核心是圖像採集傳感器和圖像採集驅動晶片，此外還包括由透鏡和LED光源組成的照明系統。其中，圖像採集系統中的LED光源較佳為採用白光LED光源，其能夠提供彩色圖像採集所需的各種頻譜。圖像採集傳感器較佳為採用較大面積的CCD或CMOS圖像傳感器，其中的CMOS圖像傳感器既能滿足對小範圍圖像清晰掃描的目的，又具有價格便宜的優點。其作用是實時地將滑鼠滑過的表面的圖像進行捕捉和預處理，通過接口系統傳輸到計算機設備。
圖像定位系統的核心是圖像定位傳感器和圖像處理晶片，此外還包括由稜鏡、聚光透鏡等光學機構和發光二級管(LED)構成的照明系統，其可以在定位傳感器的成像鏡頭下方的採樣表面上形成強烈的照射光。其中，發光二極體較佳為目前常用且價格低廉的紅光發光二極體和藍光發光二極體。本領域的技術人員理解，採用其他顏色的發光二極體或者雷射二極體也可以實現本實用新型的目的。圖像定位系統除了具有傳統的光電滑鼠引擎的指示位置功能外，還能夠將通過如下的算法記錄滑鼠在滑過的表面的相對位置。圖像定位系統可以只有一個，實時記錄滑鼠在使用過程中的平動信息，即記錄每塊圖像單元的相對平移，經過坐標平移轉換，完成整塊圖像的平和重建，實現滑鼠平動(即整個滑鼠沒有繞垂直平面的任何一點旋轉)的大面積平滑連續掃描。圖像定位系統也可以有兩個，同時實時記錄滑鼠在使用過程中的平動和轉動信息，即記錄每塊圖像單元的相對平移和轉動，經過坐標平移變換和轉動變換，完成整塊圖像的拼合重建，實現滑鼠任意大面積平滑連續掃描。
本領域的技術人員應能理解，有關上述滑鼠的使用方式和驅動程序不屬於實用新型專利的範圍，因此雖然本實用新型中沒有做進一步的描述，但並不影響本實用新型的實施。
本實用新型的技術效果在於(一)本實用新型是聯繫計算機虛擬世界和現實世界的橋梁，為廣大計算機用戶提供一種方便、快捷、可攜式的實時輸入工具，是對傳統的光電滑鼠的一次較大技術改進。用戶無需另外購買昂貴的掃描儀(如平板掃描儀、名片掃描儀等)或條碼識讀設備(如條碼掃描槍、二維條碼識讀器等)，就可方便地實現各類條碼的精確識別，各種印刷符號、手寫籤名、指紋的識別輸入，對滿足了用戶在當今信息世界日益增加的多種信息模式的輸入識別需求。
(二)智能滑鼠採用實時識別方式，每次只精確識別較少數量的印刷字符，大大提高了識別率和識別、傳輸、存儲的速度。對各種一維、二維條碼的識別率趨近100％。
(三)本實用新型採用的CMOS圖像傳感器相對一般用於數位相機的CCD來講成本非常之低。這樣在現有的光電滑鼠增加很少的成本就可實現掃描智能滑鼠。
(四)本實用新型較現有的光電滑鼠來講採用白光LED作為圖像採集系統的照明系統，可實現彩色圖像的掃描。
圖1(a)為本實用新型一較佳實施例的系統結構框圖；圖1(b)為另一較佳實施例的系統結構框圖；圖2(a)為又一較佳實施例的結構和形狀示意圖；圖2(b)為再一較佳實施例的結構和形狀示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖，通過優選的實施例詳細描述本發明，但不構成對本發明的限制。
實施例1如圖1(a)所示，基於光學信息識別的智能滑鼠包括圖像定位系統A、圖像採集系統B、按鍵及滾輪系統C、信號處理系統D和接口系統E，以及分別為圖像定位系統A和圖像採集系統B提供照明的照明系統。
其中，圖像定位系統A包括圖像定位傳感器106和圖像處理晶片107；以及由透鏡組102、光闌103、LED光源104及其供電和控制電路105構成的照明系統。其中，LED光源104採用高亮度紅光LED。通過照明系統，可以在圖像定位傳感器的成像鏡頭下方的圖像定位點101(採樣表面)上形成強烈的照射光。其中，圖像定位傳感器106採用價格便宜的COMS圖像感應器，是和圖像處理晶片107集成在一起，如採用安捷倫光學成像引擎A2051(Agilent ADNS-2051Optical Mouse Sensor)。本領域的技術人員應能理解，在其他的實施例中，LED光源104也可以是其他任何一種發光二極體，只要能滿足為圖像定位系統提供照明的目的即可，本實施例中採用紅光LED的原因在於紅光LED是所有LED中最便宜的，因此不能構成對本實用新型的限制。另外，也可以將本實施例中的圖像定位傳感器106和圖像處理晶片107集成在單個晶片上，同樣能夠實現本實用新型的目的。
圖像採集系統B包括散光透鏡122、白光LED光源123及其供電和控制電路124、成像鏡頭125、圖像採集傳感器126、圖像採集驅動晶片127。圖中，樣品121即待掃描的圖像，包括各類條形碼、印刷字符和指紋等。其中，圖像採集傳感器126採用相對比圖像定位系統傳感器106成像面積更大的CMOS圖像傳感器。CMOS圖像傳感器具有廉價，集成度高的特點，其能夠實時地將滑鼠滑過的表面的圖像進行捕捉和預處理，並通過USB接口傳輸到計算機。在本實施例中，採用將圖像採集傳感器126和圖像採集驅動晶片127集成到單個晶片的ZC0301Plus VMC-48L。其中，圖像採集系統B的照明系統由白光LED光源123和散光透鏡125組成。白光的頻譜中富含可見光的各種波段，採用白光LED的作用在於提供彩色圖像採集所需的各種頻譜；而散光透鏡使視場照明均勻、柔和，便於提高圖像採集的質量。
按鍵及滾輪系統C主要包括滑鼠按鍵及滾輪輸入電路131，與現有滑鼠的設置相同。
信號處理系統D主要包括DSP晶片141，採用德州儀器(TI)生產的通用型可編程DSP晶片TMS320C5503，其餘為常規的IC晶片外圍電路及保護電路。
接口系統E主要包括電壓電流保護電路151、USB接口電路152和USB連接線153。其中，USB接口電路152採用Alcor Micro公司生產的AU9254A21USB Hub控制器，通過USB 2.0接口與計算機連接。
實施例2如圖1(b)所示，本實施例的基於光學信息識別的智能滑鼠的結構與實施例1類似，其區別在於，本實施例包括兩個圖像定位系統。在實施例1中，單個圖像定位系統只能實現滑鼠平動的大面積平滑連續掃描，則滑鼠的掃描功能將受到限制，即智能平動掃描。而在本實施例中，由於兩個圖像定位系統可以同時記錄滑鼠的平動和轉動信息，則可以通過坐標平移變化和轉動變換的方法，完成整塊圖像的拼合重建，從而實現滑鼠對任意大面積的平滑連續掃描。
為了更好地說明本實用新型，以下給出了基於光學識別信息的智能滑鼠的具體結構的較佳實施方式。
實施例3如圖2(a)所示，為本實用新型智能滑鼠的結構實現示意圖之一。其中，USB接口及連線201和計算機設備以及DSP處理晶片221相連接。DSP處理晶片221上設置有按鍵傳感器223，其分別通過按鍵傳動機構202接收左右按鍵203傳來的信息。同理，滾輪204的信息通過滾輪傳感器205和滾輪支撐及數據連接機構222傳到DSP處理晶片221上。滑鼠底部開有掃描窗口218，採用透明的增透玻璃。白光LED 220發射的亮光可以通過設置在掃描窗口218附近的散光透鏡和稜鏡管道219為掃描窗口218下方的掃描圖樣提供良好的均勻的白光照明。在滑鼠內上部相對掃描窗口218的地方設置有CMOS感光晶片208，可以通過鏡頭及調焦距裝置209採集到掃描窗口218所對應的圖像，用於支持感光晶片的圖像採集電路207通過數據連接線206和DSP晶片連接，同時通過數據連接線210和圖像定位處理電路211連接。圖像定位處理電路211上設置有圖像定位感光晶片215。通過發光二極體213、聚光透鏡和稜鏡管道214、以及超短焦距聚光透鏡216和樹脂光學透鏡組件217組成的圖像定位和照明系統，圖像定位感光晶片215可以得到掃描窗口218下方的圖像並由圖像定位處理電路211處理。
其中，圖像定位處理電路211、發光二極體213、聚光透鏡和稜鏡管道214、圖像定位感光晶片215、短焦距聚光透鏡216、樹脂光學透鏡組件217構成了圖像定位系統及其照明系統；白光LED 220、散光稜鏡管道219、圖像採集電路207、CMOS感光晶片208、鏡頭及調焦距裝置209構成了圖像採集系統及其照明系統；按鍵傳動機構202、左右按鍵203、滾輪204、滾輪傳感器205、滾輪支撐及數據連接機構222、按鍵傳感器223構成了按鍵及滾輪系統；系統之間採用數據線206和210連通到DSP處理晶片221上；整個滑鼠通過USB接口201連接到計算機。當然，也可以採用無線滑鼠的方式，通過射頻信號通訊，則不需要USB接口201。此外，在滑鼠外殼212與掃描窗口218對應的側面位置處也可以設置為透明，以便在使用滑鼠掃描時人眼能從側面看到掃描視場的範圍。
為節省製造電路板的成本，本實施例3的另一種實施方式可以是滑鼠內部只用一塊印刷電路板253，將所有的晶片都設置在該電路板上，如圖2(b)所示。其中，利用90度夾角全反射平面鏡251可以改變光路，從而使CMOS感光晶片208可以設置到電路板253上。圖中，90度夾角全反射平面鏡251通過固定機構252固定在滑鼠頂部。
本領域的技術人員應當理解，雖然本實用新型沒有進一步地詳細描述，本領域的技術人員仍可通過修改以上公開的實施例，比如省略其中為圖像定位系統提供照明的照明系統，直接利用圖像採集系統的照明系統，仍可以實現本實用新型的目的。
權利要求1.一種基於光學信息識別的智能滑鼠，包括按鍵及滾輪系統和接口系統，其特徵在於，還包括圖像定位系統，包括圖像定位傳感器和圖像處理晶片；圖像採集系統，包括圖像採集傳感器和圖像採集驅動晶片；照明系統，包括發光二極體和透鏡組，為圖像定位系統和圖像採集系統提供照明；信號處理系統，和智能滑鼠中除照明系統以外的其他系統分別連接通信，至少包括一數位訊號處理晶片。
2.如權利要求1所述的智能滑鼠，其特徵在於，所述的圖像定位傳感器是CMOS圖像傳感器。
3.如權利要求1所述的智能滑鼠，其特徵在於，所述的圖像採集傳感器是CMOS或CCD圖像傳感器，用於實時地捕捉滑鼠滑過的表面的圖像。
4.如權利要求1或2所述智能滑鼠，其特徵在於，所述的圖像定位系統的數目是一個或兩個或多個。
5.如權利要求1所述的智能滑鼠，其特徵在於，所述的照明系統同時為圖像定位系統和圖像採集系統提供照明，包括發光二極體和透鏡組。
6.如權利要求1所述的智能滑鼠，其特徵在於，所述的照明系統分別為圖像定位系統和圖像採集系統提供照明，其中，圖像採集系統的照明系統包括白光發光二極體和散光透鏡。
7.如權利要求1所述的智能滑鼠，其特徵在於，所述的照明系統分別為圖像採集系統和圖像定位系統提供照明，其中，圖像定位系統的照明系統包括透鏡組和紅光或其它顏色的發光二極體或雷射二極體。
8.如權利要求1所述的智能滑鼠，其特徵在於，該滑鼠的各個組成系統所涉及的處理晶片和電路分別設置在不同的印刷電路板上或者都設置在同一塊印刷電路板上。
9.如權利要求1所述的智能滑鼠，其特徵在於，該滑鼠底部具有一掃描窗口，允許所述的照明系統的光線通過。
10.如權利要求9所述的智能滑鼠，其特徵在於，滑鼠外殼的側面與所述的掃描窗口相對應處設置成透明可見。
專利摘要一種基於光學信息識別的智能滑鼠。該智能滑鼠不僅能夠實現現有光電滑鼠的所有功能，還集成了廉價的CMOS圖像傳感器，能在滑鼠移動的過程中探測一維、二維條形碼及其他形式的信息碼，以及印刷或手寫字符、籤名、指紋等，由驅動系統自動識別。該滑鼠包括圖像定位系統、圖像採集系統、按鍵及滾輪系統、信號處理系統和接口系統。其中，信號處理系統作為整個滑鼠的核心部件，和其他組件分別連接通信，其主要包括DSP晶片；接口系統的作用則是連接信號處理系統和計算機設備，其主要包括USB接口電路和電壓電流保護電路；按鍵及滾輪系統主要包括滑鼠按鍵及滾輪輸入電路。
文檔編號G06K9/00GK2886671SQ20062002278
公開日2007年4月4日 申請日期2006年2月21日 優先權日2006年2月21日
發明者谷安佳 申請人:谷安佳