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06-17
光电鼠标原理 光电鼠标集成了现代高分辨率成像技术和数字图像处理技术。
它是鼠标技术的一项重大发明。
以其独特的技术和价格优势迅速成为电脑的标准配置。
光电鼠标由三大系统组成：成像系统IAS、信号处理系统DSP、接口系统SPI。
IAS系统由三部分组成：光源、光学镜头和感光器件CMOS。
鼠标工作时，鼠标底部由内部光源（发光二极管）照亮。
底面反射的部分光线通过光学透镜传输到CMOS感光芯片。
CMOS感光芯片是由数百个光电器件组成的矩阵。
图像在 CMOS 上转换成矩阵电信号并传输到信号处理系统 DSP。
DSP 将此图像信号与前一个采样周期存储的图像进行比较。
如果某个采样点的位置在连续两幅图像中发生了移动，则发出纵向和横向位移信号发送到接口系统SPI，否则继续下一个周期的采样。
接口系统SPI处理并输出DSP发送的信号。
光电鼠标有两个主要技术参数，一是分辨率，单位是dpi（像素/英寸），例如dpi鼠标可以区分的最小距离是25.4mm/=0.75mm；另一个是采样频率，即每秒CMOS在采样面上捕获的图像帧数和DSP芯片每秒可以处理的图像帧数。
例如，微软IE4光电鼠标的采样频率为帧/秒，可以提供0.7毫米/秒的跟踪速度。
光电鼠标技术在汽车领域应用的可行性 光电鼠标测得的位移变化与真实的物理位移之间，物理物体与光学镜头引起的图像之间存在比例变换。
电脑配置的光电鼠标的光学部分是高曲率透镜，用于近距离成像。
当用户在桌面上轻微移动时，光标在计算机屏幕上会产生较大的反应。
通过改变光学透镜的折射率k，增加透镜与真实物体之间的距离，可以将跟踪速度提高k倍。
当然，由于鼠标的近距离成像改为远距离成像，鼠标本身的分辨率也发生了变化，但这种变化并不影响在汽车中的应用。
以微软IE4光学鼠标CMOS感光芯片为例，假设车辆最高速度为km/h，则光学透镜系数k=×//1.=39.4，此时分辨率为0.75×39.4 =0.mm。
可以看出，当光学透镜系数k=39.4时，最大跟踪速度可以达到km/h，分辨率小于1 mm，测量精度仍然很高，可以满足车辆测速要求。
例如，直接在光电鼠标底部添加摄像头变焦镜头，并在路上进行实验，设置相同的鼠标输出值。
结果表明，鼠标距离道路越远，采样范围就越大，鼠标本身需要移动的距离也就越远。
大的;没有镜头时，鼠标靠近路面的移动距离最小。
进行远距离成像时，光线不足时需要辅助照明。
本次实验中，普通手电筒即可满足要求。
光电鼠标是近距离成像设备，采样面很小。
小采样表面有时会丢失特征点，导致对镜子等更均匀表面的适应性较差。
汽车行驶的路面比较粗糙，每个点的特征与其他点有明显不同。
而且，由于是长距离成像，采样面积大，特征点较??多，不存在适应性问题。
大量实验也证明了这一点。
光电鼠标的图像处理技术中没有机械运动。
都是半导体电路。
它具有较高的科技含量。
它的重量只有两三百克，而且体积很小。
将其应用到汽车领域非常方便。
因为从图像采集、处理到数据输出，完全是通过现成的光电鼠标技术来实现的，只需要利用其相关的输出数据，使得开发和应用变得非常简单。
在ABS和ESP中的应用 汽车防抱死制动系统ABS在车轮即将抱死时减少制动力，在车轮未抱死时增加制动力。
反复动作，实现安全制动。
汽车制动过程中，车轮与地面之间存在打滑现象，即打滑率δ=（Vt-Va）/Vt×%（式中：δ---打滑率；Vt---汽车车轮线速度；Va---汽车行驶速度） 试验表明，为达到最佳制动效果，滑移率应控制在15%～20%范围内。
显然，必须知道车速才能控制滑移率。
由于能够精确测量车辆速度的传感器（例如多普勒速度计）非常昂贵。
大多数车辆仅测量轮速并根据轮速估算车速，将ABS的两个参数（车速、轮速）的测量简化为单个参数（轮速）。
）测量中，缺乏必要的参数极大地影响了ABS的效果。
将光电鼠标图像传感器技术应用到ABS系统中，测量车速，将图像传感器安装在车内某处，向下采样路面。
同时根据安装高度调整光学透镜系数k，使其进行远距离成像，然后将输出的位移数据转换为速度。
应用于ESP系统，需要在车身纵向或横向直线上的两个位置（如两个后视镜支架）设置图像传感器，测量两点的加速度变化同时纵向和横向。
也就是说，当车身上述两点在纵向上的加速度基本相同且横向上没有位移时，车身向前作直线运动；当测量两点的横向加速度时，表明车身存在横向滑移；当两点纵向加速度值不同时，车身会横向旋转，数值较大的一侧在旋转外侧。
根据两点的位移差和车身的横向宽度可以计算出旋转角度。
在倒车后视中的应用 在倒车后视中的应用是利用图像传感器来测量和定位车身的位置和方向。
现有的倒车后视装置是利用车后摄像头将车后的环境显示在显示屏上；有的在显示屏上同时显示车身方向和行驶轨迹，帮助驾驶员判断车身与外界的关系。
环境的位置。
上述装置的特点是，实际的车身位置与显示屏上看到的环境是隔离的。
驾驶员无法在显示屏上看到整个车身与环境的关系。
与上述设备不同的是，利用光电鼠标技术的方法是先利用图像传感器跟踪定位车身的位置和方向，然后将实车的倒车过程动画化，并与实车的照片叠加。
外部环境。
方法是在上述车身上的两个后视镜支架上分别设置图像传感器，以到达汽车时车身的垂直和水平方向为基础假设一个大地坐标系，并设置其中一个图像传感器作为坐标系的原点（坐标系根据计算方法可能需要任何假设）。
到车的时候，先拍一下车尾的照片，计算出此时相机的坐标；同时根据倒车过程中两个图像传感器点的位移变化计算出车体坐标。
两个坐标点可以同时确定汽车的位置和汽车所在的位置。
身体方向。
汽车模型根据汽车位置坐标和车身方向模拟倒车过程，并叠加环境照片。
这样，实际的汽车在地面上移动，车身模型在照片上也随之移动。
您在显示屏上看到的是环境照片中移动的车身模型。
驾驶员仿佛置身于车外，俯瞰着车身周围的整个环境。
倒车过程一目了然。
摄像头在倒车时连续拍照。
当车辆移动到当前照片的边缘时，根据车辆的位置坐标调用对应的照片。
需要注意的是，在车身模型与照片的叠加中，模拟汽车运动的车身模型应该是三维的，并且虚拟摄像机跟踪汽车的角度、高度、镜头参数等。
模型和车后实际拍照的摄像头应该一致，这样才能使汽车模型与环境融为一体，整个模拟过程才能准确、真实。
同时，车模高度尽量低，避免遮挡车后环境。
总结 作为光电鼠标的核心技术，图像处理的发展仍在持续。
据报道，深圳一家公司成功研发出第三代光电鼠标，最大移动速度提升一个数量级，分辨率高达10万dpi。
图像传感器体积小、价格低、测量精度高，因此在汽车上有很大的应用空间。
本文仅简单介绍图像传感器在测速和定位方面的应用实例。
更多应用技术，可登录国家知识产权局网站，查阅相关图像测量方法专利文献。
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