專利名稱：基于光學(xué)信息識別的智能鼠標(biāo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種基于光學(xué)信息識別的智能鼠標(biāo)，特別是一種具有掃描功能的智能鼠標(biāo)，屬于計算機科學(xué)和信息處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鼠標(biāo)已成為圖形界面計算機不可缺少的標(biāo)準(zhǔn)外圍設(shè)備。隨著Internet的繁榮和數(shù)字化信息時代的到來，光靠鍵盤、鼠標(biāo)作為計算機輸入設(shè)備已經(jīng)無法滿足日益增長的文字、圖片等印刷載體的數(shù)字化需要，平板式掃描儀由此應(yīng)運而生，并出現(xiàn)與掃描儀相配套的光學(xué)符號識別(OCR，Optical Character Recognition)軟件。然而，現(xiàn)有的OCR軟件因為要處理大面積的掃描圖片和大塊的版面分析，其抗干擾能力不強，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(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)傳輸和存儲較慢；其次掃描儀及OCR軟件包價格昂貴，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(xiàn)針對某一用途的小型掃描識別設(shè)備，如名片掃描儀，它滿足人們對大量的名片掃描的需要。但由于功能單一，成本較高，一般應(yīng)用于商業(yè)機構(gòu)，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(lǐng)域的應(yīng)用，已深入到生活的各個方面，然而條碼識讀設(shè)備價格昂貴，功能單一，很難進(jìn)入普通消費者家庭。
作為指紋識別的一個應(yīng)用例子，IBM Thinkpad T43系列筆記本上已經(jīng)集成了硅晶體電容傳感技術(shù)的指紋識別系統(tǒng)。然而晶體指紋識別硬件實現(xiàn)的成本高昂，一般只應(yīng)用于高端的筆記本、特殊專用系統(tǒng)如社會安全、刑警偵察等。
實用新型內(nèi)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、指紋信息的智能鼠標(biāo)。該智能鼠標(biāo)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有光電鼠標(biāo)的所有功能，還集成了廉價的CMOS(Complementary Metal-Oxicle Semiconductor)圖像傳感器，能在鼠標(biāo)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、簽名、指紋等，由驅(qū)動系統(tǒng)自動識別，實現(xiàn)各種條形碼、印刷字符如名片、電子郵件地址、互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)址、產(chǎn)品目錄等的自動快速錄入，以及指紋驗證、手寫簽名、軟件序列號授權(quán)、實時網(wǎng)絡(luò)查詢、地圖查詢，并可嵌入其它任意應(yīng)用程序，如電子字典、文字編輯等。
為實現(xiàn)本實用新型的目的，基于光學(xué)信息識別的智能鼠標(biāo)包括圖像定位系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、按鍵及滾輪系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)和接口系統(tǒng)。其中，信號處理系統(tǒng)作為整個鼠標(biāo)的核心部件，和其他組件分別連接通信，其主要包括數(shù)字信號處理芯片(DSP，DigitalSignal Process)。接口系統(tǒng)的作用則是連接信號處理系統(tǒng)和計算機設(shè)備，其主要包括USB接口電路和電壓電流保護(hù)電路。按鍵及滾輪系統(tǒng)主要包括鼠標(biāo)按鍵及滾輪輸入電路。
圖像采集系統(tǒng)的核心是圖像采集傳感器和圖像采集驅(qū)動芯片，此外還包括由透鏡和LED光源組成的照明系統(tǒng)。其中，圖像采集系統(tǒng)中的LED光源較佳為采用白光LED光源，其能夠提供彩色圖像采集所需的各種頻譜。圖像采集傳感器較佳為采用較大面積的CCD或CMOS圖像傳感器，其中的CMOS圖像傳感器既能滿足對小范圍圖像清晰掃描的目的，又具有價格便宜的優(yōu)點。其作用是實時地將鼠標(biāo)滑過的表面的圖像進(jìn)行捕捉和預(yù)處理，通過接口系統(tǒng)傳輸?shù)接嬎銠C設(shè)備。
圖像定位系統(tǒng)的核心是圖像定位傳感器和圖像處理芯片，此外還包括由棱鏡、聚光透鏡等光學(xué)機構(gòu)和發(fā)光二級管(LED)構(gòu)成的照明系統(tǒng)，其可以在定位傳感器的成像鏡頭下方的采樣表面上形成強烈的照射光。其中，發(fā)光二極管較佳為目前常用且價格低廉的紅光發(fā)光二極管和藍(lán)光發(fā)光二極管。本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，采用其他顏色的發(fā)光二極管或者激光二極管也可以實現(xiàn)本實用新型的目的。圖像定位系統(tǒng)除了具有傳統(tǒng)的光電鼠標(biāo)引擎的指示位置功能外，還能夠?qū)⑼ㄟ^如下的算法記錄鼠標(biāo)在滑過的表面的相對位置。圖像定位系統(tǒng)可以只有一個，實時記錄鼠標(biāo)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(jīng)過坐標(biāo)平移轉(zhuǎn)換，完成整塊圖像的平和重建，實現(xiàn)鼠標(biāo)平動(即整個鼠標(biāo)沒有繞垂直平面的任何一點旋轉(zhuǎn))的大面積平滑連續(xù)掃描。圖像定位系統(tǒng)也可以有兩個，同時實時記錄鼠標(biāo)在使用過程中的平動和轉(zhuǎn)動信息，即記錄每塊圖像單元的相對平移和轉(zhuǎn)動，經(jīng)過坐標(biāo)平移變換和轉(zhuǎn)動變換，完成整塊圖像的拼合重建，實現(xiàn)鼠標(biāo)任意大面積平滑連續(xù)掃描。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解，有關(guān)上述鼠標(biāo)的使用方式和驅(qū)動程序不屬于實用新型專利的范圍，因此雖然本實用新型中沒有做進(jìn)一步的描述，但并不影響本實用新型的實施。
本實用新型的技術(shù)效果在于(一)本實用新型是聯(lián)系計算機虛擬世界和現(xiàn)實世界的橋梁，為廣大計算機用戶提供一種方便、快捷、便攜式的實時輸入工具，是對傳統(tǒng)的光電鼠標(biāo)的一次較大技術(shù)改進(jìn)。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(shè)備(如條碼掃描槍、二維條碼識讀器等)，就可方便地實現(xiàn)各類條碼的精確識別，各種印刷符號、手寫簽名、指紋的識別輸入，對滿足了用戶在當(dāng)今信息世界日益增加的多種信息模式的輸入識別需求。
(二)智能鼠標(biāo)采用實時識別方式，每次只精確識別較少數(shù)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)本實用新型采用的CMOS圖像傳感器相對一般用于數(shù)碼相機的CCD來講成本非常之低。這樣在現(xiàn)有的光電鼠標(biāo)增加很少的成本就可實現(xiàn)掃描智能鼠標(biāo)。
(四)本實用新型較現(xiàn)有的光電鼠標(biāo)來講采用白光LED作為圖像采集系統(tǒng)的照明系統(tǒng)，可實現(xiàn)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(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖1(b)為另一較佳實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2(a)為又一較佳實施例的結(jié)構(gòu)和形狀示意圖；圖2(b)為再一較佳實施例的結(jié)構(gòu)和形狀示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖，通過優(yōu)選的實施例詳細(xì)描述本發(fā)明，但不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
實施例1如圖1(a)所示，基于光學(xué)信息識別的智能鼠標(biāo)包括圖像定位系統(tǒng)A、圖像采集系統(tǒng)B、按鍵及滾輪系統(tǒng)C、信號處理系統(tǒng)D和接口系統(tǒng)E，以及分別為圖像定位系統(tǒng)A和圖像采集系統(tǒng)B提供照明的照明系統(tǒng)。
其中，圖像定位系統(tǒng)A包括圖像定位傳感器106和圖像處理芯片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(gòu)成的照明系統(tǒng)。其中，LED光源104采用高亮度紅光LED。通過照明系統(tǒng)，可以在圖像定位傳感器的成像鏡頭下方的圖像定位點101(采樣表面)上形成強烈的照射光。其中，圖像定位傳感器106采用價格便宜的COMS圖像感應(yīng)器，是和圖像處理芯片107集成在一起，如采用安捷倫光學(xué)成像引擎A2051(Agilent ADNS-2051Optical Mouse Sensor)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)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(fā)光二極管，只要能滿足為圖像定位系統(tǒng)提供照明的目的即可，本實施例中采用紅光LED的原因在于紅光LED是所有LED中最便宜的，因此不能構(gòu)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和圖像處理芯片107集成在單個芯片上，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)本實用新型的目的。
圖像采集系統(tǒng)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、圖像采集傳感器126、圖像采集驅(qū)動芯片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，圖像采集傳感器126采用相對比圖像定位系統(tǒng)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?qū)崟r地將鼠標(biāo)滑過的表面的圖像進(jìn)行捕捉和預(yù)處理，并通過USB接口傳輸?shù)接嬎銠C。在本實施例中，采用將圖像采集傳感器126和圖像采集驅(qū)動芯片127集成到單個芯片的ZC0301Plus VMC-48L。其中，圖像采集系統(tǒng)B的照明系統(tǒng)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，采用白光LED的作用在于提供彩色圖像采集所需的各種頻譜；而散光透鏡使視場照明均勻、柔和，便于提高圖像采集的質(zhì)量。
按鍵及滾輪系統(tǒng)C主要包括鼠標(biāo)按鍵及滾輪輸入電路131，與現(xiàn)有鼠標(biāo)的設(shè)置相同。
信號處理系統(tǒng)D主要包括DSP芯片141，采用德州儀器(TI)生產(chǎn)的通用型可編程DSP芯片TMS320C5503，其余為常規(guī)的IC芯片外圍電路及保護(hù)電路。
接口系統(tǒng)E主要包括電壓電流保護(hù)電路151、USB接口電路152和USB連接線153。其中，USB接口電路152采用Alcor Micro公司生產(chǎn)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，本實施例的基于光學(xué)信息識別的智能鼠標(biāo)的結(jié)構(gòu)與實施例1類似，其區(qū)別在于，本實施例包括兩個圖像定位系統(tǒng)。在實施例1中，單個圖像定位系統(tǒng)只能實現(xiàn)鼠標(biāo)平動的大面積平滑連續(xù)掃描，則鼠標(biāo)的掃描功能將受到限制，即智能平動掃描。而在本實施例中，由于兩個圖像定位系統(tǒng)可以同時記錄鼠標(biāo)的平動和轉(zhuǎn)動信息，則可以通過坐標(biāo)平移變化和轉(zhuǎn)動變換的方法，完成整塊圖像的拼合重建，從而實現(xiàn)鼠標(biāo)對任意大面積的平滑連續(xù)掃描。
為了更好地說明本實用新型，以下給出了基于光學(xué)識別信息的智能鼠標(biāo)的具體結(jié)構(gòu)的較佳實施方式。
實施例3如圖2(a)所示，為本實用新型智能鼠標(biāo)的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)示意圖之一。其中，USB接口及連線201和計算機設(shè)備以及DSP處理芯片221相連接。DSP處理芯片221上設(shè)置有按鍵傳感器223，其分別通過按鍵傳動機構(gòu)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(shù)據(jù)連接機構(gòu)222傳到DSP處理芯片221上。鼠標(biāo)底部開有掃描窗口218，采用透明的增透玻璃。白光LED 220發(fā)射的亮光可以通過設(shè)置在掃描窗口218附近的散光透鏡和棱鏡管道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。在鼠標(biāo)內(nèi)上部相對掃描窗口218的地方設(shè)置有CMOS感光芯片208，可以通過鏡頭及調(diào)焦距裝置209采集到掃描窗口218所對應(yīng)的圖像，用于支持感光芯片的圖像采集電路207通過數(shù)據(jù)連接線206和DSP芯片連接，同時通過數(shù)據(jù)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(shè)置有圖像定位感光芯片215。通過發(fā)光二極管213、聚光透鏡和棱鏡管道214、以及超短焦距聚光透鏡216和樹脂光學(xué)透鏡組件217組成的圖像定位和照明系統(tǒng)，圖像定位感光芯片215可以得到掃描窗口218下方的圖像并由圖像定位處理電路211處理。
其中，圖像定位處理電路211、發(fā)光二極管213、聚光透鏡和棱鏡管道214、圖像定位感光芯片215、短焦距聚光透鏡216、樹脂光學(xué)透鏡組件217構(gòu)成了圖像定位系統(tǒng)及其照明系統(tǒng)；白光LED 220、散光棱鏡管道219、圖像采集電路207、CMOS感光芯片208、鏡頭及調(diào)焦距裝置209構(gòu)成了圖像采集系統(tǒng)及其照明系統(tǒng)；按鍵傳動機構(gòu)202、左右按鍵203、滾輪204、滾輪傳感器205、滾輪支撐及數(shù)據(jù)連接機構(gòu)222、按鍵傳感器223構(gòu)成了按鍵及滾輪系統(tǒng)；系統(tǒng)之間采用數(shù)據(jù)線206和210連通到DSP處理芯片221上；整個鼠標(biāo)通過USB接口201連接到計算機。當(dāng)然，也可以采用無線鼠標(biāo)的方式，通過射頻信號通訊，則不需要USB接口201。此外，在鼠標(biāo)外殼212與掃描窗口218對應(yīng)的側(cè)面位置處也可以設(shè)置為透明，以便在使用鼠標(biāo)掃描時人眼能從側(cè)面看到掃描視場的范圍。
為節(jié)省制造電路板的成本，本實施例3的另一種實施方式可以是鼠標(biāo)內(nèi)部只用一塊印刷電路板253，將所有的芯片都設(shè)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感光芯片208可以設(shè)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(gòu)252固定在鼠標(biāo)頂部。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然本實用新型沒有進(jìn)一步地詳細(xì)描述，本領(lǐng)域的技術(shù)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(tǒng)提供照明的照明系統(tǒng)，直接利用圖像采集系統(tǒng)的照明系統(tǒng)，仍可以實現(xiàn)本實用新型的目的。
權(quán)利要求1.一種基于光學(xué)信息識別的智能鼠標(biāo)，包括按鍵及滾輪系統(tǒng)和接口系統(tǒng)，其特征在于，還包括圖像定位系統(tǒng)，包括圖像定位傳感器和圖像處理芯片；圖像采集系統(tǒng)，包括圖像采集傳感器和圖像采集驅(qū)動芯片；照明系統(tǒng)，包括發(fā)光二極管和透鏡組，為圖像定位系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)提供照明；信號處理系統(tǒng)，和智能鼠標(biāo)中除照明系統(tǒng)以外的其他系統(tǒng)分別連接通信，至少包括一數(shù)字信號處理芯片。
2.如權(quán)利要求1所述的智能鼠標(biāo)，其特征在于，所述的圖像定位傳感器是CMOS圖像傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的智能鼠標(biāo)，其特征在于，所述的圖像采集傳感器是CMOS或CCD圖像傳感器，用于實時地捕捉鼠標(biāo)滑過的表面的圖像。
4.如權(quán)利要求1或2所述智能鼠標(biāo)，其特征在于，所述的圖像定位系統(tǒng)的數(shù)目是一個或兩個或多個。
5.如權(quán)利要求1所述的智能鼠標(biāo)，其特征在于，所述的照明系統(tǒng)同時為圖像定位系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)提供照明，包括發(fā)光二極管和透鏡組。
6.如權(quán)利要求1所述的智能鼠標(biāo)，其特征在于，所述的照明系統(tǒng)分別為圖像定位系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)提供照明，其中，圖像采集系統(tǒng)的照明系統(tǒng)包括白光發(fā)光二極管和散光透鏡。
7.如權(quán)利要求1所述的智能鼠標(biāo)，其特征在于，所述的照明系統(tǒng)分別為圖像采集系統(tǒng)和圖像定位系統(tǒng)提供照明，其中，圖像定位系統(tǒng)的照明系統(tǒng)包括透鏡組和紅光或其它顏色的發(fā)光二極管或激光二極管。
8.如權(quán)利要求1所述的智能鼠標(biāo)，其特征在于，該鼠標(biāo)的各個組成系統(tǒng)所涉及的處理芯片和電路分別設(shè)置在不同的印刷電路板上或者都設(shè)置在同一塊印刷電路板上。
9.如權(quán)利要求1所述的智能鼠標(biāo)，其特征在于，該鼠標(biāo)底部具有一掃描窗口，允許所述的照明系統(tǒng)的光線通過。
10.如權(quán)利要求9所述的智能鼠標(biāo)，其特征在于，鼠標(biāo)外殼的側(cè)面與所述的掃描窗口相對應(yīng)處設(shè)置成透明可見。
專利摘要一種基于光學(xué)信息識別的智能鼠標(biāo)。該智能鼠標(biāo)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有光電鼠標(biāo)的所有功能，還集成了廉價的CMOS圖像傳感器，能在鼠標(biāo)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、簽名、指紋等，由驅(qū)動系統(tǒng)自動識別。該鼠標(biāo)包括圖像定位系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、按鍵及滾輪系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)和接口系統(tǒng)。其中，信號處理系統(tǒng)作為整個鼠標(biāo)的核心部件，和其他組件分別連接通信，其主要包括DSP芯片；接口系統(tǒng)的作用則是連接信號處理系統(tǒng)和計算機設(shè)備，其主要包括USB接口電路和電壓電流保護(hù)電路；按鍵及滾輪系統(tǒng)主要包括鼠標(biāo)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(yōu)先權(quán)日2006年2月21日
發(fā)明者谷安佳 申請人:谷安佳