光学鼠标

光学鼠标是一个计算机鼠标，其使用光源，典型地为发光二极管（LED），和光检测器，诸如阵列的光电二极管，用于检测相对于表面的运动。光电鼠标的变体在很大程度上取代了旧的机械鼠标设计，后者使用移动部件来感知运动。

最早的光学鼠标检测到预印鼠标垫表面的运动。现代光学鼠标可在大多数不透明漫反射表面（如纸张）上工作，但大多数在镜面反射表面（如抛光石头或玻璃等透明表面）上无法正常工作。即使在这种表面上，使用暗场照明的光学鼠标也能可靠地工作。

虽然通常不称为光学鼠标，但几乎所有机械鼠标都使用LED和光电二极管跟踪运动，以检测红外光束何时穿过和未穿过一对增量旋转编码器轮（一个用于左/右，另一个用于用于前进/后退），由橡胶球驱动。因此，“光学鼠标”的主要区别不是它们使用光学器件，而是它们完全没有移动部件来跟踪鼠标移动，而是采用完全固态系统。

前两个光学鼠标，首先由两个独立的发明人在1980年12月证实的，具有不同的基本设计：其中的一个，由发明史蒂夫基尔希的MIT和鼠标系统公司，使用红外LED和四象限红外传感器来检测特殊金属表面上印有红外吸收墨水的网格线。预测算法中CPU计算在网格上的速度和方向的鼠标。另一种是由施乐公司的RichardF.Lyon发明的，使用16像素的可见光图像传感器在同一n型(5µm)MOS集成电路芯片上集成运动检测，并在印刷纸或类似鼠标垫的暗场中跟踪光点的运动。Kirsch和Lyon鼠标类型有非常不同的行为，因为Kirsch鼠标使用嵌入垫中的xy坐标系，并且在旋转垫时无法正常工作，而Lyon鼠标使用的是老鼠的身体，就像机械老鼠一样。

最终与施乐STAR办公电脑一起销售的光学鼠标采用了施乐微电子中心的丽莎·M·威廉姆斯和罗伯特·S.切里申请专利的倒置传感器芯片封装方法。

现代独立于表面的光学鼠标通过使用光电传感器（本质上是一个微小的低分辨率摄像机）来连续拍摄鼠标所在表面的图像。随着计算能力变得越来越便宜，在鼠标本身中嵌入更强大的专用图像处理芯片成为可能。这一进步使鼠标能够检测各种表面上的相对运动，将鼠标的运动转化为光标的运动，并且无需特殊的鼠标垫。1988年施乐公司的StephenB.Jackson获得了表面独立相干光光学鼠标设计的专利。

xxx个商用的现代光学计算机鼠标是MicrosoftIntelliMousewithIntelliEye和IntelliMouseExplorer，于1999年推出，使用的是惠普开发的技术。它几乎适用于任何表面，并且代表了对机械鼠标的可喜改进，机械鼠标会捡起污垢，反复无常地跟踪，招致粗暴处理，并且需要经常拆开和清洁。其他制造商很快效仿微软，使用HP分拆出来的AgilentTechnologies制造的组件，在接下来的几年里，机械鼠标变得过时了。

现代光学计算机鼠标的基础技术被称为数字图像相关技术，这是国防工业xxx的用于跟踪军事目标的技术。1980年里昂光学鼠标中使用了简单的二进制图像版本的数字图像相关性。光学鼠标使用图像传感器对木材、布料、鼠标垫和Formica等材料中的自然纹理进行成像。当这些表面被发光二极管以掠射角照射时，会投射出明显的阴影，类似于日落时照亮的丘陵地形。这些表面的图像被连续连续捕获并相互比较以确定鼠标移动了多远。

要了解如何在光学鼠标中使用光流，请想象同一物体的两张照片，只是彼此略微偏移。将两张照片上的光表，使其透明，滑过另一个，直到他们的形象排队。一张照片的边缘悬在另一张照片上的量表示图像之间的偏移量，如果是光学计算机鼠标，则表示它移动的距离。

光学鼠标每秒可捕捉一千个或更多的连续图像。根据鼠标移动的速度，每张图像都会从前一张图像偏移一小部分像素或多达几个像素。光学鼠标使用互相关以数学方式处理这些图像，以计算每个连续图像与前一个图像的偏移量。

光学鼠标可能使用具有18×18像素单色像素阵列的图像传感器。它的传感器通常与用于存储和处理图像的ASIC共享相同的ASIC。一种改进是通过使用来自先前运动的信息来加速相关过程，另一种改进是通过添加插值或跳帧来防止缓慢移动时的死区。

惠普公司现代光学鼠标的开发得到了1990年代惠普实验室的一系列相关项目的支持。1992年，WilliamHolland被授予美国专利5,089,712，而JohnErtel、WilliamHolland、KentVincent、RuemingJamp和RichardBaldwin被授予美国专利5,149,980，用于通过关联纸纤维图像来测量打印机中的线性进纸。RossR.Allen、DavidBeard、MarkT.Smith和BarclayJ.Tullis获得了美国专利5,578,813(1996)和5,644,139(1997)的二维光学导航（即位置测量）原理，导航传感器经过的表面的固有特征，并且使用线性（文档）图像传感器的每一端的位置测量来重建文档的图像。这是HPCapShare920手持式扫描仪中使用的徒手扫描概念。通过描述一种明确克服当代计算机鼠标中使用的轮子、球和滚轮的限制的光学装置，光学鼠标被预期。这些专利构成了授予TravisN.Blalock、RichardA.Baumgartner、ThomasHornak、MarkT.Smith和BarclayJ.Tullis的美国专利5,729,008(1998)的基础，其中表面特征图像传感、图像处理和图像相关由集成电路实现以产生位置测量。提高二维光学导航的精度，

虽然文档扫描应用程序（Allen等人）中的图像重建需要光学导航器的分辨率为1/600英寸，但在计算机鼠标中实现光学位置测量不仅受益于固有的成本降低在以较低分辨率导航时，还可以享受向用户提供计算机显示器上光标位置的视觉反馈优势。2002年，GaryGordon、DerekKnee、RajeevBadyal和JasonHartlove获得了美国专利6,433,780，用于使用图像相关性测量位置的光学计算机鼠标。一些小型触控板（例如黑莓智能手机上的触控板）的工作方式类似于光电鼠标。

光学鼠标在最初普及时通常使用发光二极管(LED)进行照明。光学鼠标LED的颜色可能会有所不同，但最常见的是红色，因为红色二极管价格低廉，而且硅光电探测器对红光非常敏感。IRLED也被广泛使用。有时会使用其他颜色，例如右图所示的V-MouseVM-101的蓝色LED。

激光鼠标使用红外激光二极管而不是LED来照亮传感器下方的表面。早在1998年，SunMicrosystems就为其SunSPARCstation服务器和工作站提供了激光鼠标。然而，激光鼠标直到2004年才进入主流消费市场，在帕洛阿尔托安捷伦实验室的一个团队开发之后，由DougBaney领导的基于850nmVCSEL（激光）的激光鼠标，跟踪性能提高了20倍。TongXie、MarshallT.Depue和DouglasM.Baney因在基于VCSEL的低功耗宽导航消费鼠标方面的工作而获得美国专利7,116,427和7,321,359。罗技的PaulMachin,与安捷伦科技公司合作推出了新技术MX1000激光鼠标。这款鼠标使用小型红外激光(VCSEL)代替LED，显着提高了鼠标拍摄的图像的分辨率。与LED照明的光学鼠标相比，激光照明可实现卓越的表面跟踪。

玻璃激光（或glaser）鼠标具有与激光鼠标相同的功能，但在镜面或透明玻璃表面上的效果比在这些表面上的其他光学鼠标要好得多。2008年，AvagoTechnologies推出了激光导航传感器，其发射器使用VCSEL技术集成到IC中。

2009年8月，罗技推出了带有两个激光的鼠标，可以更好地跟踪玻璃和光滑表面；他们称它们为“暗场”激光传感器。