Как узнать сенсор мыши. Трудный выбор: лазерная мышь или оптическая? Как выбрать игровую мышь

Для решения одной из задач мне потребовалось программно получать и обрабатывать изображения небольшого участка поверхности бумаги с очень близкого расстояния. Не получив достойного качества при использовании обычной USB камеры и уже на пол пути в магазин за электронным микроскопом, я вспомнил одну из лекций, на которой нам рассказывали как устроены различные девайсы, в том числе и компьютерная мышка.

Подготовка и немного теории

В подробности принципа работы современной оптической мыши я вдаваться не буду, очень подробно об этом написано (рекомендую прочитать для общего развития).

Погуглив информацию по этой теме и разобрав старую PS/2 мышку Logitech, я увидел знакомую по статьям из интернета картину.

Не очень сложная схема «мышей первого поколения», оптический сенсор по центру и чип интерфейса PS/2 чуть выше. Попавшийся мне оптический сенсор является аналогом «популярных» моделей ADNS2610/ADNS2620/PAN3101. Я думаю, они и их аналоги были массово произведены на одном и том же китайском заводе, получив на выходе разную маркировку. Документация на него нашлась очень легко, даже вместе с различными примерами кода.

Документация гласит, что этот сенсор до 1500 раз в секунду получает изображение поверхности размером 18x18 точек (разрешение 400cpi), запоминает его и с помощью алгоритмов сравнения изображений вычисляет смещение по координатам Х и Y, относительно предыдущей позиции.

Реализация

Для «общения с сенсором» я использовал популярную вычислительную платформу Arduino, а припаяться решил прямо к ножкам чипа.

Подключаем 5V и GND к соответствующим выходам Arduino, а ножки сенсора SDIO и SCLK к цифровым пинам 8 и 9.

Для получения смещения по координатам нужно прочитать значение регистра чипа по адресу 0x02 (X) и 0x03 (Y), а для дампа картинки нужно, сначала записать значение 0x2A по адресу 0x08, а потом 18x18 раз его прочитать оттуда же. Это и будет последнее «запомненное» значение матрицы яркости изображения с оптического сенсора.

Как я реализовал это на Arduino можно посмотреть тут: http://pastebin.com/YpRGbzAS (всего ~100 строк кода).

А для получения и отображения картинки была написана программа на Processing.

Результат

После небольшого «допиливания» программы для своего проекта, я смог получать картинку прямо с оптического сенсора и производить над ней все необходимые вычисления.

Можно заметить текстуру поверхности (бумага) и даже отдельные буквы на ней. Следует отметить, что такое четкое качество картинки получается из-за того, что разработчики этой модели мыши добавили в конструкцию специальную стеклянную подставку с небольшой линзой прямо под сенсором.

Если начать приподнимать мышку над поверхностью даже на пару миллиметров, четкость сразу пропадает.

Если вы вдруг захотите повторить это дома, для нахождения мышки с аналогичным сенсором рекомендую искать старые девайсы с интерфейсом PS/2.

Заключение

Хотя получаемое изображение и не очень большое, этого вполне хватило для решения моей задачи (сканнер штрих кода). Получилось очень даже экономично и быстро (мышка за ~100р + Arduino + пару дней на написание кода).

Оставлю ссылки на материалы, которые мне очень пригодились для решения этой задачи. Это реально было не сложно и делалось с большим удовольствием. Сейчас я ищу информацию о чипах более дорогих моделей современных мышек для получения качественных изображений с большим разрешением. Возможно, мне даже удастся собрать что-то вроде микроскопа (качество изображений с текущего сенсора для этого явно не подходит). Спасибо за внимание!

Геймерские девайсы – устройства с особыми характеристиками. Игровая мышь должна быть удобной при игре, с поддержкой для кисти, симметричной (для правшей и левшей), недорогой, желательно не беспроводной, а подключаться напрямую к компьютеру. Чувствительность лазера или оптического датчика – основная характеристика, от этого зависит плавность движения и скорость отклика.

Что такое игровая мышь

С развитием технологий стартовала продажа манипуляторов для геймеров. Игровые мышки для ПК отличаются высокой эргономичностью. У них есть горячие кнопки, запрограммированные под заданные команды. Для шутеров геймерские мышки оснащены мягким скроллом, отменной точностью сенсора, чтобы быстро переключаться между видами оружия, стрелять четко, без рывков и случайных промахов.

Рейтинг

Производители регулярно разрабатывают новинки, улучшая технические характеристики, совершенствуя интерфейс. Лучшие игровые мышки производят такие бренды:

• Razer – специализируется на игровых периферийных устройствах;
• Logitech – предлагает модели в разном ценовом сегменте;
• A4-Tech – китайский производитель, основная продукция – игровые мышки для компьютера;
• SteelSeries – датская компания, разрабатывающая геймерские манипуляторы;
• Mad Catz – компания, предлагающая универсальные девайсы сложной конструкции.

Лучшие игровые мыши

Наличие манипулятора, который отличается эргономичностью и функциональностью, является обязательным при использовании не только стационарного компьютера, но и ноутбука. Геймеры мышкой управляют своими персонажами в шутерах, RPG, стратегиях. В спортивных симуляторах работать с ней в меню удобнее, хоть в киберпространстве она и не применяется.

Профессиональные игровые мыши

Геймерские компьютерные девайсы класса премиум стоят дорого. Правильно выбирать их по обзорам с фото, акциям, распродажам и скидкам, с бесплатной доставкой по почте, что немного уменьшит затраты:

• название: Razer DeathAdder Chroma;
• цена: 6 500 рублей;
• характеристики: гарантия – 2 года, заявленный срок эксплуатации – 4 года, разрешение – 10 000 dpi, частота – 1 000 Гц, отзыв – 1 мс;
• плюсы: длина шнура – 2,1 м;
• минусы: высокая стоимость, немного клавиш.

Тем, кто хочет иметь красивый, функциональный и долговечный манипулятор, стоит обратить внимание на эту модель:

• название: Thermaltake Tt eSPORTS;
• цена: 4 000 рублей;
• характеристики: относительно большие габариты – 121х69х41 мм, лазерный сенсор AVAGO 9500;
• плюсы: до 5 700 dpi – разрешение, частота – до 1 000 Гц, каждая кнопка рассчитана на 5 млн нажатий;
• минусы: простое внешнее исполнение.

Лазерная

Благодаря более высокой чувствительности сенсора мыши этой категории считаются лучше оптических моделей:

• название: Mad Catz M.M.O.TE Gaming Mouse;
• цена: 7 000 рублей;
• характеристики: светодиодные индикаторы режима и разрешения, защита от заломов провода, лазерный сенсор с разрешением до 8 200 dpi, 20 кнопок;
• плюсы: подгоняется под индивидуальные особенности пользователя;
• минусы: не обнаружено.

К лучшим игровым мышкам для персональных компьютеров в этом сегменте можно отнести:

• название: G. Skill Ripjaws MX780;
• цена: до 6 000 рублей;
• характеристики: бортовая память, 8 кнопок;
• плюсы: регулируется по весу и высоте;
• минусы: клавиши под большой палец могут быстрой выйти из строя.

Оптическая

Выбирая между лазерной и светодиодной игровой мышью, следует понимать, что первая стоит дороже, но отличается высокой чувствительностью:

• название: DEFENDER Safari MM-675;
• цена: 500 рублей;
• характеристики: беспроводная, 6 клавиш, разрешение сенсора 1600 dpi;
• плюсы: доступная цена при хорошем функционале;
• минусы: подходит только для правшей.

Качество сенсора определяет плавность передвижения курсора. Для больших мониторов рекомендуются модели с чувствительностью от 1000 dpi:

• название: RAZER Naga 2014;
• цена: 3200 рублей;
• характеристики: проводная, 19 клавиш, стильный корпус;
• плюсы: высокое разрешение сенсора – 8200 dpi, идеальна для игр;
• минусы: не самая низкая стоимость.

Беспроводная

Эти USB-манипуляторы удобны в перемещении по рабочей поверхности:

• название: A4Tech Bloody Warrior RT7;
• цена: 2 200 рублей;
• характеристики: 20 млн нажатий, чувствительность до 4 000 dpi;
• плюсы: зарядка от microUSB;
• минусы: для кого-то неприемлемым будет небольшое количество настраиваемых кнопок, маленькая емкость аккумулятора.

Наблюдается у таких устройств незначительное замедление отклика по сравнению с проводной моделью. Эта беспроводная мышь для игр удобна и функциональна:

• название: Logitech G900 Chaos Spectrum;
• цена: 10 000 рублей;
• характеристики: чувствительность датчика – 12 000 dpi, симметричность – подходит для левшей;
• плюсы: зарядка через кабель с жесткой фиксацией, качественный материал;
• минусы: высокая цена.

С подсветкой

Мышь для игр отличается от офисной версии ярким дизайном:

• название: Zelotes 5500 DPI;
• цена: до 30 долларов;
• характеристики: по бокам выступы для фиксации кисти, подсветка колесика прокрутки, боковые панели разных цветов;
• плюсы: дополнительные кнопки минимизируют использование клавиатуры, манипулятор поддерживает ОС Microsoft, Mac;
• минусы: нет.

Помимо необычной формы, рисунков, внешний вид дополняет подсветка. Еще одна примечательная модель в этой категории:

• название: Qcyber Tur 2 GM-104:
• цена: купить игровую мышь можно за 2 600 рублей;
• характеристики: 10 кнопок;
• плюсы: выбор и подстройка опорной площадки, лазерный датчик с чувствительностью в 5 600 dpi;
• минусы: плавно скользит не на всех поверхностях.

Многокнопочная

Такие мыши пользуются не меньшей популярностью у юзеров, даже их не самая дешевая стоимость не снижает спрос на девайс. Например, эта модель:

• название: SteelSeris Rival 500;
• цена: 6 000 рублей;
• характеристики: чувствительность – до 16 000 dpi, 14 программируемых клавиш, фирменное ПО;
• плюсы: удобная эргономика;
• минусы: нет бортовой памяти.

• название: Razer Naga Hex V2;
• цена: 6 000 рублей;
• характеристики: 7-кнопочная панель под большой палец, лазерный сенсор на 16 000 dpi;
• плюсы: настраивая подсветка;
• минусы: нужно привыкнуть пользоваться колесом кнопок.

Дешевая игровая мышь

Бюджетные версии геймерских девайсов – модели для повседневного использования офисных программ, но с повышенной чувствительностью датчика движения.

• название: Corsair Harpoo;
• цена: до 3 000 рублей;
• характеристики: 6 программируемых клавиш;
• плюсы: средний размер, оптимальный для большинства геймеров, настраиваемая подсветка;
• минусы: нет.

Среди ТОП-манипуляторов, которые дешево заказать предлагает интернет-магазин в Санкт-Петербурге, Москве, встречается эта модель:

• название: Logitech G102 Prodigy Gaming Mouse;
• цена: до 3 000 рублей;
• характеристики: чувствительность сенсора – до 6 000 dpi, средний размер, вес;
• плюсы: настройки программируются в самой мышке, при подключении к другому ПК они не слетают;
• минусы: громкие кнопки.

Как выбрать игровую мышь

Важный критерий выбора – эргономика. На рынке представлены модели разных размеров, форм. Объясняется это тем, что возраст среднестатистического геймера меняется с каждым годом. Половина юзеров полностью обхватывает манипулятор. Вторая – использует «когтевой» хват. Пробуйте держать мышь разными способами, важно, чтобы кисть не начала болеть спустя время. Обратите внимание на симметричность модели, наличие съемных боковых панелей.

Видео

Лазерная или оптическая мышь лучше? Данный вопрос наверняка волновал многих людей. Работа оптической мыши основывается на светодиодах. При помощи них устройство способно принимать информацию. После этого она подвергается обработке. За данный процесс отвечает встроенный процессор персонального компьютера. В лазерных мышах какие-либо светодиоды отсутствуют. Вся работа данных устройств построена на использовании полупроводникового лазера. Дополнительно в них установлен специальный сенсор. С его помощью персональный компьютер способен определить длину волны свечения. В результате точная позиция девайса становится ясной.

Что все-таки лучше - оптическая мышь или лазерная? Для правильного выбора необходимо узнать обо всех преимуществах и недостатках данных устройств. Дополнительно следует ознакомиться с основными производителями, которые выпускают качественные лазерные, а также оптические мыши.

Плюсы и минусы оптических мышей

Главным преимуществом всех оптических мышей является их стоимость. На рынке они обойдутся человеку гораздо дешевле, нежели лазерные устройства. Дополнительно оптическая мышь способна похвастаться небольшим зазором с рабочей поверхностью. В результате можно не использовать коврик для мыши. Однако на некоторых поверхностях оптические устройства не способны работать. В первую очередь это касается глянцевых и стеклянных покрытий.

Еще следует учитывать небольшую точность курсора. Также показатель скорости по сравнению с лазерными мышами также отстает. В целом чувствительность устройства довольно плохая. Подсветка, которую имеет оптическая мышь, иногда может отвлекать человека. При этом данный девайс потребляет много электричества. Особенно это сильно заметно у беспроводных моделей.

Каковы особенности лазерных мышей?

Лазерные мыши способны работать на любых поверхностях. Показатель точности довольно высокий. При этом скорость курсора быстрая. В целом чувствительность лазерной мыши хорошая. Видимое свечение в данных устройствах отсутствует. Потребление электроэнергии довольно низкое, даже в беспроводном варианте. Дополнительно следует выделить многофункциональность лазерных мышей. Если говорить о недостатках, то следует упомянуть о высокой стоимости данных девайсов. Второй минус кроется в большом зазоре с рабочей поверхностью. При эксплуатации лазерной мыши желательно использовать коврик.

Оптические мыши компании UFT

Данные оптические мыши выделяются своим интересным дизайном. Корпус большинства моделей изготавливается из бамбука. Подключение оптической мыши происходит через USB-кабель. Формы устройства эргономичны, и в ладони человека это чувствуется. Наиболее популярной считается модель UFT M5. Она имеет две кнопки без вспомогательных. Размеры этой модели следующие: ширина - 50 мм, высота - 30 мм, а глубина - 105 мм. На рынке стоимость данной мыши составляет примерно 900 руб.

Чем отличаются оптические мыши "Свен"?

Компания "Свен" производит лучшие оптические мыши отменного качества. Многие модели имеют разрешение до 800 dpi. Длина кабеля проводных устройств составляет 1.5 м. Средняя масса девайса находится в районе 0.112 кг. В целом конструкция оптических мышей довольно проста. Компания "Свен" славится своей высокоскоростной технологией по всему миру. При этом многие мыши способны работать практически на любой поверхности.

Наиболее популярной считается модель "Свен RX-111". Данная оптическая беспроводная мышь оснащена двумя клавишами и колесом прокрутки. В работе она практически беззвучна. Точность манипуляций довольно высокая. Форма у данной модели полностью ассиметричная. В целом ее можно охарактеризовать как простую и экономичную. Ее стоимость на рынке составляет только 300 руб.

Еще одной интересной моделью является "Свен CS-306". Данная оптическая мышь очень компактная. Ширина устройства составляет 125 мм, высота - 69 мм, глубина - 44 мм. Кабель девайса имеет длину стандартную - 1.5 м. Корпус модели пластмассовый и довольно прочный. Также следует отметить неплохой дизайн девайса. Стоимость данной оптической мыши составляет 450 руб.

Оптическая модель "Залман ZM-M300"

Данный производитель считается не особенно популярным, но эта модель пользуется большим спросом. В основном оптическая мышь "Залман ZM-M300" славится своей функциональностью. Для этого предусмотрено целых 5 кнопок. Дополнительно имеется колесико для прокрутки. Разрешение устройства составляет 2500 dpi. При этом частота обновлений находится на отметке 4500 fps.

Длина кабеля данной модели составляет 1.5 м. Размеры этот девайс имеет следующие: ширина - 132 мм, высота - 65 мм, а глубина - 42 мм. Общая масса устройства равна 0.078 кг. Как отмечают владельцы оптической мыши, она очень удобна благодаря своей эргономической форме. Колесико данной модели покрыто резиной. При этом на нем имеются рельефные полоски. В целом пользоваться данной моделью очень приятно.

Лазерные мыши компании Genius

Данная компания известна во многих странах. В целом лазерные мыши этой торговой марки способны похвастаться хорошим разрешением сенсора. Существует множество дорогих, а также экономных моделей для дома и офиса. Дополнительно они все отличаются по дизайну. Учитывая это, всегда можно подобрать подходящий вариант. Наиболее популярной считается модель Genius NS 200. На ней имеется две клавиши и одно колесо прокрутки.

Разрешение сенсора данного девайса составляет 800-1600 dpi. Размеры модели следующие: длина - 126 мм, высота - 80 мм, а глубина - 44 мм. Операционные системы поддерживаются самые разнообразные. Цена этой модели составляет 450 руб. В целом данная лазерная мышь больше подходит для офиса. Небольшая чувствительность не позволит играть дома в видеоигры комфортно. Дополнительно у мыши маленький показатель скорости курсора.

Genius GX Gaming

Более продвинутой версией считается модель Genius GX Gaming. Данная лазерно-оптическая мышь идеально подходит для геймеров. Производители оснастили эту модель одиннадцатью кнопками. Максимальный показатель разгона составляет 8200 dpi. При этом имеется подсветка трех областей. Дополнительно можно отметить хорошую функциональность данной лазерной мыши. Команд в этой модели можно назначить 72. Время отклика курсора составляет только 1 мс.

Вес лазерной мыши можно легко регулировать. Происходит это за счет специальных металлических грузиков, которые имеются в комплекте. Всего есть 6 пластин весом по 4.5 г. Учитывая это, данную лазерную мышь можно легко подстроить под свой тип игры. В стандартном наборе девайса также предусмотрен драйвер для пользовательского интерфейса.

Плюс ко всему производители включают специальный чехол, который позволяет хранить отдельно металлические грузики устройства. Длина кабеля немного больше стандартного размера и составляет 1.8 м. Размеры данной модели следующие: ширина - 114 мм, высота - 72 мм, глубина - 44 мм. Цена устройства - 4500 руб.

Подведение итогов

Подводя итоги можно, наконец, ответить на вопрос: "Оптическая мышь или лазерная - что лучше?" Учитывая все вышесказанное, лучшим считается именно второй вариант. Для домашнего использования лазерные мыши являются более комфортными. При этом существует большой ассортимент моделей, и подобрать подходящий вариант - не проблема.

Лазерная мышь Genius GX Gaming, естественно, больше подходит для геймеров, однако Genius NS 200 - вполне хороший выбор. В свою очередь, оптические устройства стоят гораздо дешевле. Из представленных выше моделей можно отметить компанию "Свен". Мышь "Свен RX-111" вполне подойдет для домашнего использования. Особой чувствительности у нее нет, но большинство людей просто не заметят эту разницу.

В этой статье мы рассмотрим принципы работы сенсоров оптических мышей, прольем свет на историю их технологического развития, а также развенчаем некоторые мифы, связанные с оптическими «грызунами».

Кто тебя выдумал…

Привычные для нас сегодня оптические мыши ведут свою родословную с 1999 года, когда в массовой продаже появились первые экземпляры таких манипуляторов от Microsoft, а через некоторое время и от других производителей. До появления этих мышей, да и еще долго после этого, большинство массовых компьютерных «грызунов» были оптомеханическими (перемещения манипулятора отслеживались оптической системой, связанной с механической частью - двумя роликами, отвечавшими за отслеживание перемещения мыши вдоль осей × и Y; эти ролики, в свою очередь, вращались от шарика, перекатывающегося при перемещении мыши пользователем). Хотя встречались и чисто оптические модели мышей, требовавшие для своей работы специального коврика. Впрочем, такие устройства встречались не часто, да и сама идея развития подобных манипуляторов постепенно сошла на нет.

«Вид» знакомых нам нынче массовых оптических мышек, базирующихся на общих принципах работы, был «выведен» в исследовательских лабораториях всемирно известной корпорации Hewlett-Packard. Точнее, в ее подразделении Agilent Technologies, которое только сравнительно недавно полностью выделилось в структуре корпорации НР в отдельную компанию. На сегодняшний день Agilent Technologies, Inc. - монополист на рынке оптических сенсоров для мышей, никакие другие компании такие сенсоры не разрабатывают, кто бы и что не говорил вам об эксклюзивных технологиях IntelliEye или MX Optical Engine . Впрочем, предприимчивые китайцы уже научились «клонировать» сенсоры Agilent Technologies, поэтому, покупая недорогую оптическую мышь, вы вполне можете стать владельцем «левого» сенсора.

Откуда берутся видимые отличия в работе манипуляторов, мы выясним чуть позднее, а пока позвольте приступить к рассмотрению базовых принципов работы оптических мышей, точнее их систем слежения за перемещением.

Как «видят» компьютерные мыши

В этом разделе мы изучим базовые принципы работы оптических систем слежения за перемещением, которые используются в современных манипуляторах типа мышь.

Итак, «зрение» оптическая компьютерная мышь получает благодаря следующему процессу. С помощью светодиода, и системы фокусирующих его свет линз, под мышью подсвечивается участок поверхности. Отраженный от этой поверхности свет, в свою очередь, собирается другой линзой и попадает на приемный сенсор микросхемы - процессора обработки изображений. Этот чип, в свою очередь, делает снимки поверхности под мышью с высокой частотой (кГц). Причем микросхема (назовем ее оптический сенсор) не только делает снимки, но сама же их и обрабатывает, так как содержит две ключевых части: систему получения изображения Image Acquisition System (IAS) и интегрированный DSP процессор обработки снимков.

На основании анализа череды последовательных снимков (представляющих собой квадратную матрицу из пикселей разной яркости), интегрированный DSP процессор высчитывает результирующие показатели, свидетельствующие о направлении перемещения мыши вдоль осей × и Y, и передает результаты своей работы вовне по последовательному порту.

Если мы посмотрим на блок-схему одного из оптических сенсоров, то увидим, что микросхема состоит из нескольких блоков, а именно:

• основной блок, это, конечно же, Image Processor - процессор обработки изображений (DSP) со встроенным приемником светового сигнала (IAS);
• Voltage Regulator And Power Control - блок регулировки вольтажа и контроля энергопотребления (в этот блок подается питание и к нему же подсоединен дополнительный внешний фильтр напряжения);
• Oscillator - на этот блок чипа подается внешний сигнал с задающего кварцевого генератора, частота входящего сигнала порядка пары десятков МГц;
• Led Cоntrоl - это блок управления светодиодом, с помощью которого подсвечивается поверхность под мышью;
• Serial Port - блок передающий данные о направлении перемещения мыши вовне микросхемы.

Некоторые детали работы микросхемы оптического сенсора мы рассмотрим чуть далее, когда доберемся к самому совершенному из современных сенсоров, а пока вернемся к базовым принципам работы оптических систем слежения за перемещением манипуляторов.

Нужно уточнить, что информацию о перемещении мыши микросхема оптического сенсора передает через Serial Port не напрямую в компьютер. Данные поступают к еще одной микросхеме-контроллеру, установленной в мыши. Эта вторая «главная» микросхема в устройстве отвечает за реакцию на нажатие кнопок мыши, вращение колеса прокрутки и т.д. Данный чип, в том числе, уже непосредственно передает в ПК информацию о направлении перемещения мыши, конвертируя данные, поступающие с оптического сенсора, в передаваемые по интерфейсам PS/2 или USB сигналы. А уже компьютер, используя драйвер мыши, на основании поступившей по этим интерфейсам информации, перемещает курсор-указатель по экрану монитора.

Именно по причине наличия этой «второй» микросхемы-контроллера, точнее благодаря разным типам таких микросхем, довольно заметно отличались между собой уже первые модели оптических мышей. Если о дорогих устройствах от Microsoft и Logitech слишком плохо отозваться я не могу (хотя и они не были вовсе «безгрешны»), то масса появившихся вслед за ними недорогих манипуляторов вела себя не вполне адекватно. При движении этих мышей по обычным коврикам курсоры на экране совершали странные кульбиты, скакали чуть ли не на пол Рабочего стола, а иногда… иногда они даже отправлялись в самостоятельное путешествие по экрану, когда пользователь совершенно не трогал мышь. Доходило и до того, что мышь могла запросто выводить компьютер из режима ожидания, ошибочно регистрируя перемещение, когда манипулятор на самом деле никто не трогал.

Кстати, если вы до сих пор боретесь с подобной проблемой, то она решается одним махом вот так: выбираем Мой Компьютер > Свойства > Оборудование > Диспетчер устройств > выбираем установленную мышь > заходим в ее «Свойства» > в появившемся окне переходим на закладку «Управление электропитанием» и снимаем галочку с пункта «Разрешить устройству вывод компьютера из ждущего режима» (рис. 4). После этого мышь уже не сможет вывести компьютер из режима ожидания ни под каким предлогом, даже если вы будете пинать ее ногами:)

Итак, причина столь разительного отличия в поведении оптических мышей была вовсе не в «плохих» или «хороших» установленных сенсорах, как до сих пор думают многие. Не верьте, это не более чем бытующий миф. Или фантастика, если вам так больше нравится:) В ведущие себя совершенно по-разному мыши часто устанавливались совершенно одинаковые микросхемы оптических сенсоров (благо, моделей этих чипов было не так уж много, как мы увидим далее). Однако вот, благодаря несовершенным чипам контроллеров, устанавливаемых в оптические мыши, мы имели возможность сильно поругать первые поколения оптических грызунов.

Однако, мы несколько отвлеклись от темы. Возвращаемся. В целом система оптического слежения мышей, помимо микросхемы-сенсора, включает еще несколько базовых элементов. Конструкция включает держатель (Clip) в который устанавливаются светодиод (LED) и непосредственно сама микросхема сенсора (Sensor). Эта система элементов крепится на печатную плату (PCB), между которой и нижней поверхностью мыши (Base Plate) закрепляется пластиковый элемент (Lens), содержащий две линзы (о назначении которых было написано выше).

В собранном виде оптический элемент слежения выглядит как показано выше. Схема работы оптики этой системы представлена ниже.

Оптимальное расстояние от элемента Lens до отражающей поверхности под мышью должно попадать в диапазон от 2.3 до 2.5 мм. Это рекомендации производителя сенсоров. Вот вам и первая причина, почему оптические мыши плохо себя чувствуют «ползая» по оргстеклу на столе, всевозможным «полупрозрачным» коврикам и т. п. И не стоит клеить на оптические мыши «толстые» ножки, когда отваливаются или стираются старые. Мышь из-за чрезмерного «возвышения» над поверхностью может впадать в состояние ступора, когда «расшевелить» курсор после пребывания мыши в состоянии покоя становится довольно проблематично. Это не теоретические измышления, это личный опыт:)

Кстати, о проблеме долговечности оптических мышей. Помниться, некоторые их производители утверждали что, дескать «они будут служить вечно». Да надежность оптической системы слежения высока, она не идет ни в какое сравнение с оптомеханической. В то же время в оптических мышах остается много чисто механических элементов, подверженных износу точно так же, как и при господстве старой доброй «оптомеханики». Например, у моей старой оптической мыши стерлись и поотваливались ножки, сломалось колесо прокрутки (дважды, в последний раз безвозвратно:(), перетерся провод в соединительном кабеле, с манипулятора слезло покрытие корпуса… зато вот оптический сенсор нормально работает, как ни в чем не бывало. Исходя из этого, мы смело можем констатировать, что слухи о якобы впечатляющей долговечности оптических мышей не нашли своего подтверждения на практике. Да и зачем, скажите на милость, оптическим мышам «жить» слишком долго? Ведь на рынке постоянно появляются новые, более совершенные модели, созданные на новой элементной базе. Они заведомо совершеннее и удобнее в использовании. Прогресс, знаете ли, штука непрерывная. Каким он был в области эволюции интересующих нас оптических сенсоров, давайте сейчас и посмотрим.

Из истории мышиного зрения

Инженеры-разработчики компании Agilent Technologies, Inc. не зря едят свой хлеб. За пять лет оптические сенсоры этой компании претерпели существенные технологические усовершенствования и последние их модели обладают весьма впечатляющими характеристиками.

Но давайте обо всем по порядку. Первыми массово выпускаемыми оптическими сенсорами стали микросхемы HDNS-2000 (рис. 8). Эти сенсоры имели разрешение 400 cpi (counts per inch), то бишь точек (пикселей) на дюйм, и были рассчитаны на максимальную скорость перемещения мыши в 12 дюймов/с (около 30 см/с) при частоте осуществления снимков оптическим сенсором в 1500 кадров за секунду. Допустимое (с сохранением стабильной работы сенсора) ускорение при перемещении мыши «в рывке» для чипа HDNS-2000 - не более 0.15 g (примерно 1.5 м/с 2).

Затем на рынке появились микросхемы оптических сенсоров ADNS-2610 и ADNS-2620 . Оптический сенсор ADNS-2620 уже поддерживал программируемую частоту «съемки» поверхности под мышью, с частотой в 1500 либо 2300 снимков/с. Каждый снимок делался с разрешением 18х18 пикселей. Для сенсора максимальная рабочая скорость перемещения по прежнему была ограничена 12 дюймами в секунду, зато ограничение по допустимому ускорению возросло до 0.25 g, при частоте «фотографирования» поверхности в 1500 кадров/с. Данный чип (ADNS-2620) также имел всего 8 ножек, что позволило существенно сократить его размеры по сравнению с микросхемой ADNS-2610 (16 контактов), внешне похожей на HDNS-2000. В Agilent Technologies, Inc. задались целью «минимизировать» свои микросхемы, желая сделать последние компактнее, экономнее в энергопотреблении, а потому и удобнее для установки в «мобильные» и беспроводные манипуляторы.

Микросхема ADNS-2610 хотя и являлась «большим» аналогом 2620-й, но была лишена поддержки «продвинутого» режима 2300 снимков/с. Кроме того, этот вариант требовал 5В питания, тогда как чип ADNS-2620 обходился всего 3.3 В.

Вышедший вскоре чип ADNS-2051 представлял собой гораздо более мощное решение, чем микросхемы HDNS-2000 или ADNS-2610, хотя внешне (упаковкой) был также на них похож. Этот сенсор уже позволял программируемо управлять «разрешением» оптического датчика, изменяя таковое с 400 до 800 сpi. Вариант микросхемы также допускал регулировку частоты снимков поверхности, причем позволял менять ее в очень широком диапазоне: 500, 1000,1500, 2000 или 2300 снимков/с. А вот величина этих самых снимков составляла всего 16х16 пикселей. При 1500 снимках/с предельно допустимое ускорение мыши при «рывке» составляло по прежнему 0.15 g, максимально возможная скорость перемещения - 14 дюймов/с (т. е. 35.5 см/с). Данный чип был рассчитан на напряжение питания 5 В.

Сенсор ADNS-2030 разрабатывался для беспроводных устройств, а потому имел малое энергопотребление, требуя всего 3.3 В питания. Чип также поддерживал энергосберегающие функции, например функцию снижения потребления энергии при нахождении мыши в состоянии покоя (power conservation mode during times of no movement), переход в режим «сна», в том числе при подключении мыши по USB интерфейсу, и т.д.. Мышь, впрочем, могла работать и не в энергосберегающем режиме: значение «1» в бите Sleep одного из регистров чипа заставляло сенсор «всегда бодрствовать», а значение по умолчанию «0» соответствовало режиму работы микросхемы, когда по прошествии одной секунды, если мышь не перемещалась (точнее после получения 1500 совершенно одинаковых снимков поверхности) сенсор, напару с мышью, переходил в режим энергосбережения. Что касается остальных ключевых характеристик сенсора, то они не отличались от таковых у ADNS-2051: тот же 16-и контактный корпус, скорость перемещения до 14 дюймов/с при максимальном ускорении 0.15 g, программируемое разрешение 400 и 800 cpi соответственно, частоты осуществления снимков могли быть точно такими же, как и у вышерассмотренного варианта микросхемы.

Такими были первые оптические сенсоры. К сожалению, им были свойственны недостатки. Большой проблемой, возникающей при передвижением оптической мыши по поверхностям, особенно с повторяющимся мелким рисунком, являлось то, что процессор обработки изображений порой путал отдельные похожие участки монохромного изображения, получаемые сенсором и неверно определял направление перемещения мыши.

В итоге и курсор на экране перемещался не так, как требовалось. Указатель на экране даже становился способен на экспромт:) - на непредсказуемые перемещения в произвольном направлении. Кроме того, легко догадаться, что при слишком быстром перемещении мыши сенсор мог вообще утратить всякую «связь» между несколькими последующими снимками поверхности. Что порождало еще одну проблему: курсор при слишком резком перемещении мыши либо дергался на одном месте, либо происходили вообще «сверхъестественные»:) явления, например, с быстрым вращением окружающего мира в игрушках. Было совершенно ясно, что для человеческой руки ограничений в 12-14 дюймов/с по предельной скорости перемещения мыши явно мало. Также не вызывало сомнений, что 0.24 с (почти четверть секунды), отведенные для разгона мыши от 0 до 35.5 см/с (14 дюймов/с - предельная скорость) это очень большой промежуток времени, человек способен двигать кистью значительно быстрее. И потому при резких движениях мыши в динамичных игровых приложениях с оптическим манипулятором может придтись несладко…

Понимали это и в Agilent Technologies. Разработчики осознавали, что характеристики сенсоров надо кардинально улучшать. В своих изысканиях они придерживались простой, но правильной аксиомы: чем больше снимков в секунду сделает сенсор, тем меньше вероятность того, что он потеряет «след» перемещения мыши во время совершения пользователем компьютера резких телодвижений:)

Хотя, как мы видим из вышеизложенного, оптические сенсоры и развивались, постоянно выпускались новые решения, однако развитие в этой области можно смело назвать «очень постепенным». По большому счету, кардинальных изменений в свойствах сенсоров так и не происходило. Но техническому прогрессу в любой области порой свойственны резкие скачки. Случился такой «прорыв» и в области создания оптических сенсоров для мышей. Появление оптического сенсора ADNS-3060 можно считать действительно революционным!

Лучший из

Оптический сенсор ADNS-3060 , по сравнению со своими «предками», обладает поистине впечатляющим набором характеристик. Использование этой микросхемы, упакованной в корпус с 20-ю контактами, обеспечивает оптическим мышам невиданные ранее возможности. Допустимая максимальная скорость перемещения манипулятора выросла до 40 дюймов/с (то есть почти в 3 раза!), т.е. достигла «знаковой» скорости в 1 м/с. Это уже очень хорошо - вряд ли хоть один пользователь двигает мышь с превышающей данное ограничение скоростью столь часто, чтобы постоянно чувствовать дискомфорт от использования оптического манипулятора, в том числе это касается и игровых приложений. Допустимое же ускорение выросло, страшно сказать, во сто раз (!), и достигло величины 15 g (почти 150 м/с 2). Теперь на разгон мыши с 0 до предельных 1 м/с пользователю отводится 7 сотых секунды - думаю, теперь очень немногие сумеют превзойти это ограничение, да и то, вероятно, в мечтах:) Программируемая скорость осуществления снимков поверхности оптическим сенсором у новой модели чипа превышает 6400 кадров/с, т.е. «бьет» предыдущий «рекорд» почти в три раза. Причем чип ADNS-3060 может сам осуществлять подстройку частоты следования снимков для достижения наиболее оптимальных параметров работы, в зависимости от поверхности, над которой перемещается мышь. «Разрешение» оптического сенсора по прежнему может составлять 400 или 800 cpi. Давайте на примере микросхемы ADNS-3060 рассмотрим общие принципы работы именно чипов оптических сенсоров.

Общая схема анализа перемещений мыши не изменилась по сравнению с более ранними моделями - полученные блоком IAS сенсора микроснимки поверхности под мышью обрабатываются затем интегрированным в этой же микросхеме DSP (процессором), который определяет направление и дистанцию перемещения манипулятора. DSP вычисляет относительные величины смещения по координатам × и Y, относительно исходной позиции мыши. Затем внешняя микросхема контролера мыши (для чего он нужен, мы говорили ранее) считывает информацию о перемещении манипулятора с последовательного порта микросхемы оптического сенсора. Затем уже этот внешний контроллер транслирует полученные данные о направлении и скорости перемещения мыши в передаваемые по стандартным интерфейсам PS/2 или USB сигналы, которые уже от него поступают к компьютеру.

Но вникнем чуть глубже в особенности работы сенсора. Блок-схема чипа ADNS-3060 представлена выше. Как видим, принципиально его структура не изменилась, по сравнению с далекими «предками». 3.3 В питание к сенсору поступает через блок Voltage Regulator And Power Control, на этот же блок возложена функции фильтрации напряжения, для чего используется подключение к внешнему конденсатору. Поступающий с внешнего кварцевого резонатора в блок Oscillator сигнал(номинальная частота которого 24 МГц, для предыдущих моделей микросхем использовались более низкочастотные задающие генераторы) служит для синхронизации всех вычислительных процессов, протекающих внутри микросхемы оптического сенсора. Например, частота снимков оптического сенсора привязана к частоте этого внешнего генератора (кстати, на последний наложены не весьма жесткие ограничения по допустимым отклонениям от номинальной частоты - до +/- 1 МГц). В зависимости от значения, занесенного по определенному адресу (регистру) памяти чипа, возможны следующие рабочие частоты осуществления снимков сенсором ADNS-3060.

Значение регистра, шестнадцатеричное	Десятичное значение	Частота снимков сенсора, кадров/с
OE7E	3710	6469
12C0	4800	5000
1F40	8000	3000
2EE0	12000	2000
3E80	16000	1500
BB80	48000	500

Как нетрудно догадаться, исходя из данных в таблице, определение частоты снимков сенсора осуществляется по простой формуле: Частота кадров = (Задающая частота генератора (24 МГц)/Значение регистра отвечающего за частоту кадров).

Осуществляемые сенсором ADNS-3060 снимки поверхности (кадры) имеют разрешение 30х30 и представляют собой все ту же матрицу пикселей, цвет каждого из которых закодирован 8-ю битами, т.е. одним байтом (соответствует 256 градациям серого для каждого пикселя). Таким образом, каждый поступающий в DSP процессор кадр (фрейм) представляет собой последовательность из 900 байт данных. Но «хитрый» процессор не обрабатывает эти 900 байт кадра сразу по поступлении, он ждет, пока в соответствующем буфере (памяти) накопится 1536 байт сведений о пикселях (то есть добавится информация еще о 2/3 последующего кадра). И только после этого чип приступает к анализу информации о перемещении манипулятора, путем сравнения изменений в последовательных снимках поверхности.

С разрешением 400 или 800 пикселей на дюйм их осуществлять, указывается в бите RES регистров памяти микроконтроллера. Нулевое значение этого бита соответствует 400 cpi, а логическая единица в RES переводит сенсор в режим 800 cpi.

После того как интегрированный DSP процессор обработает данные снимков, он вычисляет относительные значения смещения манипулятора вдоль осей × и Y, занося конкретные данные об этом в память микросхемы ADNS-3060. В свою очередь микросхема внешнего контроллера (мыши) через Serial Port может «черпать» эти сведения из памяти оптического сенсора с частой примерно раз в миллисекунду. Заметьте, только внешний микроконтроллер может инициализировать передачу таких данных, сам оптический сенсор никогда не инициирует такую передачу. Поэтому вопрос оперативности (частоты) слежения за перемещением мыши во многом лежит на «плечах» микросхемы внешнего контроллера. Данные от оптического сенсора передаются пакетами по 56 бит.

Ну а блок Led Cотtrоl, которым оборудован сенсор, ответственен за управление диодом подсветки - путем изменения значения бита 6 (LED_MODE) по адресу 0x0a микропроцессор оптосенсора может переводить светодиод в два режима работы: логический «0» соответствует состоянию «диод всегда включен», логическая «1» переводит диод в режим «включен только при необходимости». Это важно, скажем, при работе беспроводных мышей, так как позволяет экономить заряд их автономных источников питания. Кроме того, сам диод может иметь несколько режимов яркости свечения.

На этом, собственно, все с базовыми принципами работы оптического сенсора. Что еще можно добавить? Рекомендуемая рабочая температура микросхемы ADNS-3060, впрочем как и всех остальных чипов этого рода, - от 0 0С до +40 0С. Хотя сохранение рабочих свойств своих чипов Agilent Technologies гарантирует в диапазоне температур от -40 до +85 °С.

Лазерное будущее?

Недавно сеть наполнили хвалебные статьи о мыши Logitech MX1000 Laser Cordless Mouse, в которой для подсветки поверхности под мышью использовался инфракрасный лазер. Обещалась чуть ли не революция в сфере оптических мышей. Увы, лично попользовавшись этой мышью, я убедился, что революции не произошло. Но речь не об этом.

Я не разбирал мышь Logitech MX1000 (не имел возможности), но уверен, что за «новой революционной лазерной технологией» стоит наш старый знакомый - сенсор ADNS-3060. Ибо, по имеющимся у меня сведениям, характеристики сенсора этой мыши ничем не отличаются от таковых у, скажем, модели Logitech МХ510 . Вся «шумиха» возникла вокруг утверждения на сайте компании Logitech о том, что с помощью лазерной системы оптического слежения выявляется в двадцать раз (!) больше деталей, чем с помощью светодиодной технологии. На этой почве даже некоторые уважаемые сайты опубликовали фотографии неких поверхностей, дескать, как видят их обычные светодиодные и лазерные мыши:)

Конечно, эти фото (и на том спасибо) были не теми разноцветными яркими цветочками, с помощью которых нас пыталась убедить на сайте Logitech в превосходстве лазерной подсветки системы оптического слежения. Нет, конечно же, оптические мыши не стали «видеть» ничего подобного на приведенные цветные фотографии с разной степенью детализации - сенсоры по-прежнему «фотографируют» не более чем квадратную матрицу серых пикселей, отличающихся между собой лишь разной яркостью (обработка информации о расширенной цветовой палитре пикселей непомерным грузом легла бы на DSP).

Давайте прикинем, для получения в 20 раз более детализированной картинки, нужно, извините за тавтологию, в двадцать раз больше деталей, передать которые могут только дополнительные пиксели изображения, и ни что иное. Известно, что Logitech MX 1000 Laser Cordless Mouse делает снимки 30х30 пикселей и имеет предельное разрешение 800 cpi. Следовательно, ни о каком двадцатикратном росте детализации снимков речи быть не может. Где же собака порылась:), и не являются ли подобные утверждения вообще голословными? Давайте попробуем разобраться, что послужило причиной появления подобного рода информации.

Как известно, лазер излучает узконаправленный (с малым расхождением) пучок света. Следовательно, освещенность поверхности под мышью при применении лазера гораздо лучше, чем при использовании светодиода. Лазер, работающий в инфракрасном диапазоне, был выбран, вероятно, чтобы не слепить глаза возможным все-таки отражением света из-под мыши в видимом спектре. То, что оптический сенсор нормально работает в инфракрасном диапазоне не должно удивлять - от красного диапазона спектра, в котором работает большинство светодиодных оптических мышей, до инфракрасного -«рукой подать», и вряд ли для сенсора переход на новый оптический диапазон был труден. Например, в манипуляторе Logitech MediaPlay используется светодиод, однако также дающий инфракрасную подсветку. Нынешние сенсоры без проблем работают даже с голубым светом (существуют манипуляторы и с такой подсветкой), так что спектр области освещения - для сенсоров не проблема. Так вот, благодаря более сильной освещенности поверхности под мышью, мы вправе предположить, что разница между местами, поглощающими излучение (темными) и отражающими лучи (светлыми) будет более значительной, чем при использовании обычного светодиода - т.е. изображение будет более контрастными.

И действительно, если мы посмотрим на реальные снимки поверхности, сделанные обычной светодиодной оптической системой, и системой с использованием лазера, то увидим, что «лазерный» вариант куда более контрастен - отличия между темными и яркими участками снимка более значительны. Безусловно, это может существенно облегчить работу оптическому сенсору и, возможно, будущее именно за мышами с лазерной системой подсветки. Но назвать подобные «лазерные» снимки в двадцать раз более детализированными вряд ли можно. Так что это еще один «новорожденный» миф.

Какими будут оптические сенсоры ближайшего будущего? Сказать трудно. Вероятно, они перейдут таки на лазерную подсветку, а в Сети уже ходят слухи о разрабатываемом сенсоре с «разрешением» 1600 cpi. Нам остается только ждать.