从木头盒子到桌面新宠——鼠标列传(二)

电脑学堂

光学鼠标新时代

虽然光机鼠标几乎主导了上世纪整个80年代和90年代的鼠标市场,但是鼠标进步的脚步并没有就此停下。1999年微软与安捷伦公司合作,推出了底部没有滚轮,也不靠反射板来实现定位的Intellimouse Explorer鼠标,开创了光学成像鼠标(我们习惯上简称它为“光电鼠标”)的新时代。其Intellieye定位引擎是世界上第一个光学成像鼠标引擎,它的高适应能力和不需清洁的特点使Intellimouse Explorer成为当时最为轰动的鼠标产品。光学鼠标依靠发光二极管、微型摄像头、光学引擎和控制芯片等核心部件来工作。光学鼠标工作时首先用发光二极管发射光线照亮鼠标底部的平面,微型摄像头以一定的时间间隔进行图像拍摄。然后鼠标把在移动过程中产生的不同图像传送给光学引擎进行处理。由于相邻的两幅图像总会存在相同的特征点,光学引擎中的定位DSP芯片根据这些图像上特征点位置的变化进行分析,来判断鼠标的移动方向和移动距离,从而完成光标的定位。

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Intellimouse Explorer鼠标

双雄相争

2000年罗技公司使用规格与Intellieye大致相当的安捷伦H2000光学成像引擎,推出了性能上基本和Intellimouse Explorer鼠标一样的光学成像鼠标产品。作为使用第一代光学成像引擎的产品,这一代光学成像鼠标仅有1500次/秒的刷新率和400DPI的分辨率,而且对采样表面的适应性差。为了解决上述问题,2001年安捷伦推出了自己第二代光学成像引擎(A2030、A2051)。但是由于第二代光学成像引擎的CMOS和DSP都没有什么重大的变化,只是通过对光学引擎的改进将引擎的分辨率提升到800DPI,同时将刷新率提升到2000次/秒至2500次/秒,所以相比第一代光学引擎性能提升并不明显。因此安捷伦公司并没有对第二代产品大肆宣传,只是无声无息地用它取代了第一代产品。

2000年微软结束了与安捷伦的合作,开始独立设计光学引擎并于2001年独立推出了第二代Intellieye引擎。微软重新设计了第二代Intellieye引擎的CMOS和DSP算法,将刷新率提升到前所未有的6000次/秒,一举解决了光电鼠标的表面适应性差和丢帧问题。微软在第二代Intellieye引擎中将全部控制电路整合到一块芯片上,大大提高了系统的整合度。不过第二代Intellieye引擎的光学部分并没有重新设计,所以其分辨率仍为400DPI。

微软改进后的Intellieye引擎在高端鼠标市场取得压倒性胜利的同时也给微软的竞争对手罗技很大的压力。2002年初罗技推出了光电鼠标历史上独一无二的双光头光学鼠标——极光飞貂来与采用第二代Intellieye引擎的微软IE3.0竞争。极光飞貂使用了和其它安捷伦光学引擎不同的IAS芯片和两个第二代的安捷伦DSP处理器,通过将两个SPI芯片交替运行来获得更高的处理速度,尽管CMOS的面积没有变化,但由于两个光头在不同的位置上采样,所以表面的适应性要比同期罗技单光头的鼠标好些。

但是双光头毕竟成本太高,为了改变这一状况,罗技在2002年下半年推出了和安捷伦合作一年的成果——MX光学引擎,新的光学引擎在保留800DPI分辨率的前提下,将像素处理能力提升到令人咋舌的470万像素/秒,同时将CMOS尺寸加大。这使得它在性能上超过了原有的光学引擎,同时,对采样表面的适应性上已经不亚于传统的光机鼠标,也从此掀开了MX光学引擎与Intellieye光学引擎较量的历史。

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微软第二代Intellieye引擎
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双光头的极光飞貂

“激光鼠”诞生

2004年9月1日,罗技正式发布了全球首款使用激光作为光源来定位的鼠标——MX1000 Laser Cordless Mouse。MX1000将激光光源与罗技的MX处理引擎和Fast RF无线技术结合,使得MX1000在精确度等方面的性能得到很大提升。从MX1000包装盒上的示意图中表示的MX1000的工作原理来看,虽然MX1000的光源是激光,但它所根据的原理其实还是CMOS光学成像原理,因此MX1000鼠标并不能算是新一代鼠标,也只能算是光学成像鼠标的改进版。

在使用镜面反射的情况下,由于普通的鼠标垫表面没有足够的反射率,普通光线会大量散射导致不能形成足够的反射强度。要想在普通工作表面上使用镜面反射定位,只有用激光才能达到足够高的光照强度和反射强度。这就是MX1000为什么要使用激光作为照射光的原因。

使用镜面反射成像,本质上还是为了提高鼠标的精度和对工作表面的适应性。传统的光学引擎由于使用的是漫反射原理,导致大部分的照射光都散射了,只有少部分能被镜头捕捉,所成的像是模糊不清的。即使通过光电系统的改善以及DSP算法的更新,也只能将分辨率提升到1000DPI。而使用激光镜面的话,绝大部分的光会在工作表面形成镜面反射,所以成像光强度很高,从而在成像上形成强烈对比使得成像更清晰。单就原理而言,说MX1000的引擎性能会超过MX700的引擎性能20倍是有可能的。而且激光镜面反射成像这种工作原理决定了它对工作表面的适应性极强,甚至可以在镜面或透明玻璃上使用。

MX1000采取的这种设计,主要是提高了鼠标的定位能力。鼠标定位能力的提升不仅提升了鼠标的分辨率,更实际的是提高了光电鼠标的工作表面适应能力。毕竟在这一点上,过去的所有光学鼠标都做得不够完美,虽然它们在其它方面都已经非常好了。

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标准光学引擎在光滑表面的成像图;MX激光引擎在光滑表面的精细成像图