Ratón óptico

Los modernos ratones ópticos independientes de la superficie funcionan mediante un sensor optoelectrónico (básicamente, una pequeña cámara de vídeo de baja resolución) que toma imágenes sucesivas de la superficie sobre la que se desplazan. A medida que la capacidad de procesamiento informático se abarató, fue posible integrar chips de procesamiento de imágenes más potentes y específicos en el propio ratón. Este avance permitió que el ratón detectara el movimiento relativo en una amplia variedad de superficies, traduciendo el movimiento del ratón en el movimiento del cursor y eliminando la necesidad de una alfombrilla especial. Stephen B. Jackson patentó en Xerox, en 1988, un diseño de ratón óptico de luz coherente independiente de la superficie. ^{[ 13 ]}

Sin embargo, los inventos de Xerox nunca fueron explotados comercialmente a gran escala, y los ratones ópticos siguieron siendo difíciles de encontrar en el mercado de las computadoras personales hasta que Microsoft lanzó el IntelliMouse con IntelliEye e IntelliMouse Explorer en 1999. ^{[ 14 ] [ 15 ]} Estos ratones utilizaban tecnología desarrollada por Hewlett-Packard a través de su filial Agilent Technologies (véase más abajo ). Estos ratones funcionaban en casi cualquier superficie y representaron una mejora bienvenida con respecto a los ratones mecánicos, que se ensuciaban, tenían un seguimiento caprichoso, invitaban a un manejo brusco y necesitaban ser desmontados y limpiados con frecuencia. Otros fabricantes pronto siguieron el ejemplo de Microsoft, incluyendo Apple con su Pro Mouse , ^{[ 14 ]} utilizando componentes fabricados por Agilent (una vez que se separaron de HP), y en los años siguientes los ratones mecánicos quedaron obsoletos.

La tecnología subyacente al ratón óptico moderno se conoce como correlación digital de imágenes (DPI) , una tecnología pionera de la industria de defensa para el seguimiento de objetivos militares. En el ratón óptico Lyon de 1980 se utilizó una versión binaria simple de la DPI. Los ratones ópticos emplean sensores de imagen para capturar la textura natural de materiales como madera, tela, alfombrillas y Formica . Estas superficies, al ser iluminadas con un diodo emisor de luz (LED) en un ángulo rasante, proyectan sombras distintivas que se asemejan a un terreno ondulado al atardecer. Las imágenes de estas superficies se capturan de forma continua y se comparan entre sí para determinar la distancia recorrida por el ratón.

Para comprender cómo se utiliza el flujo óptico en los ratones ópticos, imagine dos fotografías del mismo objeto ligeramente desplazadas entre sí. Coloque ambas fotografías sobre una mesa de luz para que sean transparentes y deslice una sobre la otra hasta que sus imágenes se alineen. La cantidad en que los bordes de una fotografía sobresalen de la otra representa el desplazamiento entre las imágenes y, en el caso de un ratón óptico, la distancia que se ha movido.

Los ratones ópticos capturan mil imágenes sucesivas o más por segundo. Dependiendo de la velocidad de movimiento del ratón, cada imagen se desplazará con respecto a la anterior en una fracción de píxel o hasta varios píxeles. Los ratones ópticos procesan matemáticamente estas imágenes mediante correlación cruzada para calcular el desplazamiento de cada imagen sucesiva con respecto a la anterior. La salida del sensor óptico suele ser coordenadas delta. Algunos circuitos integrados ópticos también permiten obtener datos de imagen. Los diseños de sensores de ratón suelen incorporar algún tipo de sistema de adquisición de imágenes y procesadores DSP para un procesamiento de datos rápido.X, Y

El algoritmo utilizado para calcular la velocidad es la correlación de imágenes, que se ha implementado de forma rentable directamente en un chip del ratón desde finales de la década de 1990. Las frecuencias de muestreo típicas rondan los 1500 fotogramas por segundo; la capacidad de procesamiento del DSP para determinar la información de movimiento es de aproximadamente 18 MIPS. ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

Un ratón óptico podría utilizar un sensor de imagen con una matriz de 18 × 18 píxeles monocromáticos. Este sensor normalmente compartiría el mismo ASIC que el utilizado para almacenar y procesar las imágenes. Una mejora consistiría en acelerar el proceso de correlación utilizando información de movimientos anteriores, y otra en evitar zonas muertas al moverse lentamente mediante interpolación o salto de fotogramas.

El desarrollo del ratón óptico moderno en Hewlett-Packard Co. fue respaldado por una sucesión de proyectos relacionados durante la década de 1990 en los Laboratorios HP. En 1992, William Holland recibió la patente estadounidense 5,089,712 y John Ertel, William Holland, Kent Vincent, Rueiming Jamp y Richard Baldwin recibieron la patente estadounidense 5,149,980 por medir el avance lineal del papel en una impresora mediante la correlación de imágenes de fibras de papel. Ross R. Allen, David Beard, Mark T. Smith y Barclay J. Tullis recibieron las patentes estadounidenses 5,578,813 (1996) y 5,644,139 (1997) por principios de navegación óptica bidimensional (es decir, medición de posición) basados ​​en la detección y correlación de características microscópicas inherentes de la superficie sobre la que se desplazaba el sensor de navegación, y el uso de mediciones de posición de cada extremo de un sensor de imagen lineal (documento) para reconstruir una imagen del documento. Este es el concepto de escaneo a mano alzada utilizado en el escáner portátil HP CapShare 920. Al describir un medio óptico que superaba explícitamente las limitaciones de las ruedas, bolas y rodillos utilizados en los ratones de computadora contemporáneos, se anticipó el ratón óptico. Estas patentes constituyeron la base de la patente estadounidense 5,729,008 (1998) otorgada a Travis N. Blalock, Richard A. Baumgartner, Thomas Hornak, Mark T. Smith y Barclay J. Tullis, donde la detección de imágenes de características de superficie, el procesamiento de imágenes y la correlación de imágenes se realizaron mediante un circuito integrado para producir una medición de posición. La precisión mejorada de la navegación óptica 2D, necesaria para la aplicación de la navegación óptica a la medición 2D precisa de medios (papel) en las impresoras de gran formato HP DesignJet, se perfeccionó aún más en la patente estadounidense 6,195,475 otorgada en 2001 a Raymond G. Beausoleil , Jr. y Ross R. Allen.

Cuando los ratones ópticos se popularizaron, solían utilizar diodos emisores de luz (LED) para la iluminación. El color de los LED de los ratones ópticos puede variar, pero el rojo es el más común, ya que los diodos rojos son económicos y los fotodetectores de silicio son muy sensibles a la luz roja. Los LED infrarrojos también se utilizan ampliamente. ^{[ 19 ]} En ocasiones se utilizan otros colores, como el LED azul del V-Mouse VM-101 que se muestra a la derecha.

Un ratón láser utiliza un diodo láser infrarrojo en lugar de un LED para iluminar la superficie bajo su sensor. Ya en 1998, Sun Microsystems proporcionó un ratón láser con sus servidores y estaciones de trabajo Sun SPARCstation. ^{[ 20 ]} Sin embargo, los ratones láser no llegaron al mercado de consumo masivo hasta 2004, tras el desarrollo por parte de un equipo de Agilent Laboratories, Palo Alto, liderado por Doug Baney, de un ratón basado en láser con un VCSEL de 850 nm que ofrecía una mejora de 20× en el rendimiento de seguimiento. Tong Xie, Marshall T. Depue y Douglas M. Baney recibieron las patentes estadounidenses 7,116,427 y 7,321,359 por su trabajo en ratones de consumo basados ​​en VCSEL de bajo consumo y amplia navegabilidad. Paul Machin de Logitech , en colaboración con Agilent Technologies, presentó la nueva tecnología como el ratón láser MX 1000 . Este ratón utiliza un pequeño láser infrarrojo (VCSEL) en lugar de un LED, lo que aumentó significativamente la resolución de la imagen capturada. La iluminación láser permitió un seguimiento de superficie superior en comparación con los ratones ópticos iluminados con LED. ^{[ 21 ]} 

En 2008, Avago Technologies presentó sensores de navegación láser cuyo emisor estaba integrado en el circuito integrado mediante tecnología VCSEL . ^{[ 22 ]}

En agosto de 2009, Logitech presentó ratones con dos láseres para un mejor seguimiento en superficies de vidrio y brillantes; los denominaron sensor láser " Darkfield ". ^{[ 23 ]}