Оптические мыши точнее лазерных. Чем DPI выше, тем лучше. Акселерация – зло. Беспроводные мыши лагают. Значение чувствительности мыши в настройках Windows нужно ставить на 6.
Если вы хоть что-нибудь из этого поняли, то, вероятно, вы уже потратили какое-то время на чтение различных статей о выборе игровой мыши, пытаясь выяснить, что же на самом деле имеет значение.
В сети существуют странные, исключительно подробнейшие статьи и форумные посты о каждом аспекте игровых мышей (дрожания, акселерации и считывание на дюйм), причём многое из этого наполнено устаревшей информацией, техно-вуду и интернет-фольклором. Я попытался выяснить правду о некоторых наиболее запутанных элементах технологии игровых манипуляторов, и развеять некоторые из самых распространённых заблуждений.
Вывод: верно
, но всё несколько сложнее. Лазерные мыши, на самом деле, это оптические для новичков.
Это, пожалуй, самое распространённое мнение об игровых мышах, какое только можно встретить в сети. Оптические мыши лучше и точнее лазерных. Лазерные мыши просто барахло!
Увы, но всё чаще и чаще в игровые мыши ставят лазерные сенсоры, делая из оптических редких и особенных зверьков. Так пишут в Интернете. А как дела обстоят на самом деле?
Для начала, между лазерными и оптическими сенсорами больше общего, чем вы можете себе представить.
В лазерных мышах, по правде говоря, вовсе не лазерный сенсор, а оптический. Просто он использует лазерную подсветку. Однако людям проще свести все к оптике против лазера, хотя, на самом деле, это инфракрасный или красный LED (в оптических мышах) против VCSEL (поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором). Всё ещё LED, но уже лазер. Все сенсоры за секунды снимают множество тысяч кадров, исходя из сравнения которых и определяется направление и расстояние движения манипулятора.
И оптические мыши, и те, что с лазерной подсветкой, для съёмки поверхности под собой используют CMOS сенсоры, и по этим изображениям определяется движение мыши. Этот сенсор похож на тот, что установлен в вашем смартфоне или цифровой камере, хотя работает он совсем иначе (например, делает тысячи снимков в секунду). А раз сенсор тот же самый, чем же оптика «лучше» лазерной подсветки?
У лазера другой длина волны, делающая его больше похожим на материю, чем на LED излучение. Это делает лазер более чувствительным к неровностям поверхности. Свет LED же менее чувствителен, его проще восстановить. На поверхности есть пики, которые он и считывает.
Если вы поближе взглянете на тряпичные коврики, то увидите, что они сотканы из волокон, и лазер прекрасно «видит» их структуру. Но никому это не нужно, когда всё, что необходимо, это измерить пройденное мышью расстояние. Лазер же углубляется под поверхность, где, особенно на низких скоростях, действует по-другому. Вот почему между низкой и высокой скоростями такая разница.
Сенсоры с лазерной подсветкой необычайно хорошо работают на жёстких ковриках, но на мягких, с большей глубиной поверхности, они собирают слишком много бесполезной информации, что приводит к разнящейся эффективности на разных скоростях. Это то, что большинство называет «акселерацией» или «погрешность разрешения из-за скорости».
И всё-таки, насколько велика разница между оптическим сенсором и сенсором с лазерной подсветкой? У последних есть 5-6% отклонений при считывании на разных скоростях. У лучших оптических сенсоров этот параметр ниже 1%.
Вывод: ложь . Проблема реальная, но термин «акселерация» в данном случае неприменим. Эксперты Logitech предлагают две альтернативы: «погрешность разрешения из-за скорости» и «зависящая от скорости вариативная точность».
Акселерация – крупная, сложная проблема. Вот как её обычно описывают в Интернете: если быстро погонять мышь по коврику, а затем медленно вернуть её в точку, откуда начали, курсор тоже должен вернуться к первоначальной позиции. Если нет, мышь страдает от некой формы акселерации, что значит, по-разному считывает разные скорости движения. Плохо, да? Нам ведь нужно, чтобы мышь и курсор двигались в унисон, а иначе, в напряжённой перестрелке в FPS, это может привести к промахам.
Так что же вызывает эту проблему? И почему «акселерация» – неудачное название?
Акселерация, как пишут люди в Интернете, наблюдается лишь на определённом семействе сенсоров с лазерной подсветкой. Это погрешность точности относительно скорости, с которой перемещается мышь. Сам манипулятор не имеет никакой собственной акселерации, ни позитивной, ни негативной. Сложность в том, чтобы заставить курсор переместиться на то же расстояние, что с разной скоростью проходит мышь. Действительно, проще выговорить «у лазера есть акселерация».
Если назвать акселерацию «погрешностью разрешения из-за скорости», важно отметить, что «разрешение» не имеет ничего общего с качеством изображения (не стоит думать об этом, как о 1080р, 4К и прочем). Разрешение – это связь между движением руки и пройденным на экране расстоянием. Параметр, складывающийся из того, сколько пикселей на экране преодолевается при перемещении мыши на один дюйм.
Так вот, ни курсор, ни сенсор не ускоряются, когда вы двигаете мышью с разной скоростью. Проблема в несовпадении данных, которые манипулятор считывает при движении с разным ускорением. Объяснять, почему так происходит, довольно сложно, а мы и так углубимся в технические дебри в разборе следующего мифа о DPI. Но, если упростить, погрешность разрешения из-за скорости возникает от того, что сенсор мыши принимает слишком много шума в сделанным им снимках рабочей поверхности. И, как вы помните из предыдущего мифа, такая особенность больше свойственна манипуляторам с лазерной подсветкой.
При движении мыши сенсор лишь одно направление считает «правильным»: то, в котором вы её передвигаете. Когда сенсор начинает принимать шум, тот преобразуется в «считывание» движений в ложных направлениях – например, мельчайшие рыки вверх и вниз, пока вы уводите мышь в сторону. Добавление подобных ложных считываний «меняет число считываний, которые получаем в конце перемещения мыши. Так, вы сдвигаете мышь строго горизонтально, но ваша система теряет часть этого движения, принимая его как вертикальное, в результате чего траектория будет короче».
Вывод: ложь . Некоторые значения DPI (6000 и выше) просто смехотворно велики для размеров и разрешения современных мониторов, да и многие мыши оснащены сенсорами, не приспособленными для таких значений, что негативно сказывается на производительности.
Если вы когда-либо следили за рынком смартфонов или цифровых камер, вы должно быть, знакомы с гонкой за мегапикселами: камеры наращивали разрешение, поскольку это прекрасно для маркетинга. Но на качество фотографии влияет множество других факторов, вроде качества линз и истинного размера пиксела на CMOS матрице. Вот почему камеры в айфонах становятся год от года всё лучше, оставаясь с 8-ю мегапикселами со времен iPhone 4S.
Это же справедливо и для сенсоров, применяемых в игровых манипуляторах. Так вот, высокий DPI вовсе не обязательно плох. Ведь 30 мегапиксельный DSLP сенсор может быть фантастическим, верно? Проблема с высокими значениями DPI мыши в том, как сенсорам удаётся достигать таких показателей.
Нужно понять, как работает CMOS сенсор в мыши. Его матрица намного меньше, чем в цифровой камере, и у неё нет глубины цвета. Но она может делать тысячи снимков в секунду. К примеру, Logitech G502 может снимать 12000 кадров в секунду. Сравнивая эти снимки, сенсор определяет направление движения мыши и пройденное ею расстояние.
Разрешение мыши отличается от того, что называют этим словом в цифровых камерах, где это связано с числом пикселов в матрице. Оптический сенсор работает не так. Его разрешение – это число пикселов на столе. Представьте себе пиксель (у нас же линзы и оптическая система), решите, какой он величины, вот здесь, на столе. Теперь решите, сколько их войдет на отрезок в один дюйм. Вот это и есть разрешение. К примеру, на матрице один пиксел – 30 микрон. Сколько таких тридцатимикроновых малышей войдет в один дюйм?
Если CMOS сенсор использует пиксели в 30 микрон, его разрешение составит около 840 DPI или CPI, то есть, число считываний, которые сделает мышь, пройдя один дюйм. А вот дальше всё усложняется: у мыши с 8400 DPI вовсе не обязательно размер пиксела в 10 раз меньше, как, по идее, должно быть. Почему? Потому что DPI часто повышается делением реальных пикселов на всё меньшие и меньшие доли. И этот тот момент, когда более высокий DPI оказывает медвежью услугу.
Физическое разрешение так и остаётся один пиксель, но система способна видеть менее одного благодаря обработке кадра, она способна понимать фракции пикселов. Если система мощная, то может различить, скажем, одну восьмую часть пиксела. То есть, берёте пиксел, делите его на восемь частей, затем эти минипикселы в одну восьмую от 30 микрон выкладываете на стол. Сколько таких войдет в один дюйм? Очень много, но ведь изначальное разрешение не изменилось, это всё ещё нативный физический пиксел.
Обработанное разрешение, создаваемое алгоритмами сенсора, позволяет оперировать гораздо большим количеством нарезанных «пикселов», но для точности это бесполезно. Всё, что вы получаете – скорость. Чтобы получить одно считывание, мышь надо сдвинуть совсем на чуть. Пикселы крохотные, одна восьмая от 30 микрон, и, благодаря этому, чувствительность очень высокая, гораздо выше, чем на системе с большими 30 микронными пикселами.
Иллюстрация уровня шума на примере wi-fi роутера.
Каждый сенсор манипулятора принимает определённое количество валидных сигналов и определённое количество шума, так называемый уровень шума. Представьте себе, что вы работаете с полноценными 30 микронами: будет (относительно) просто отфильтровать сигнал от шума. А теперь попробуйте вообразить тот же процесс с одной восьмой объема данных. Чем больше вы делите пиксел, тем теснее сходятся сигнал и уровень шума, тем сложнее отделить необходимые данные от мусора. Когда система уже не может их различить, сенсор начинает передавать шум, что выражается в неточных движениях.
Вот в чём опасность повышения DPI, если главный инженер не понимает базовых возможной сенсора. Если нацелиться лишь на высокое значение DPI, и весь дизайн строить вокруг этого, проект ждет неудача, система на выходе получится слабая. Она будет страдать, что называется, ложным движением, это когда вы ничего не делаете, просто оставляете мышь на столе, а курсор сам потихоньку ползёт в сторону, собирая шум и создавая считывания. Вот она, проблема неправильного дизайна. Верный же подход заключается в том, чтобы разработать мышь для низкого разрешения, крепкую и надёжную систему, не гнаться за высоким разрешением, ломая все законы дизайна и разработки.
Во многих игровых мышах, в особенности с лазерной подсветкой, используются сенсоры, спроектированные годы назад. Апгрейд манипулятора модели 2013 года до модели 2015 может обойтись тем же сенсором, но предложить больший DPI благодаря дроблению изначального разрешения. При делении пикселов получается больше шума, а потом достигается тот предел, когда сенсоры старых поколений начинают массово снимать уж совсем подозрительные кадры.
И это плохо. Просто ужасно. Конечно, это не означает, что манипулятор со старым, c разогнанным DPI сенсором будет хуже при любых условиях. При низких значениях DPI он будет работать, как и старая модель, поскольку этот параметр будет близок (или равен) его изначально спроектированной величине. Но задерите DPI вверх до упора, и вы увидите всё: ложное движение, погрешность разрешения из-за скорости, рябь курсора и прочие проблемы. Поэтому, наблюдая выход на рынок новой мыши, хвалящейся высокими значениями DPI, будь осторожны. Всякое может быть.
Вывод: это было истиной на протяжении многих лет, но сейчас вы, вероятно, не увидите разницы между хорошей беспроводной мышью и обычной «хвостатой».
Во время тестирования беспроводных игровых мышей у меня был и хороший опыт, и не очень. Были те, что лаговали, а были и такие, что работали на уровне проводных. У многих беспроводных игровых мышей частота опроса не превышает 500 гц, в то время как проводные обычно предлагают 1000 Гц. В последнем случае данные посылаются мышью на ПК каждую 1 миллисекунду вместо 2, как у беспроводных. Если вы исключительно, невероятно чувствительны к отклику мыши, вы, быть может, заметите разницу. Но помните, что у большинства мониторов частота обновления всего 60 Гц или, в лучшем случае, 144 Гц. Вы скорее заметите проблемы в работе мыши, связанные с качеством сенсора, чем с частотой опроса.
Франсуа Морьер твердо уверен в том, что можно создать превосходную беспроводную игровую мышь, главное, чтобы проект изначально опирался на беспроводную модель.
Всё начинается с сенсора. Если говорить о беспроводном дизайне, то сенсор – наиболее требовательная часть продукта. Если поставить в него сенсор, спроектированный для проводной мыши, то всё упрётся в малый срок автономной работы и, возможно, большой отклик, поскольку ради сохранения энергии придётся пойти на компромисс с остальными модулями. И это всё последствия непродуманного дизайна. Но, если вы понимаете, что требуется игроку, в какой момент ему нужен отклик, а в какой он его не заботит, вы сможете оптимизировать проект. Получить приличную автономность и сохранить замечательную производительность.
Если вы пользуетесь беспроводной игровой мышью, держите приёмник на столе, поближе к мыши. Случайные радиосигналы от телефонов, роутеров и других устройств могут вмешиваться в работу и снижать эффективность манипулятора. Ограничивая подобные возможные вмешательства, вы, скорее всего, не отличите свою мышь от проводной.
Вывод: для игр – ложь
, поскольку ни одна современная игра не использует настройки указателя из ОС.
Настройка на 6 из 11 в Windows, предположительно, даст вам ощутить работу мыши и движение курсора в ОС идеальнейшим образом. Правда в том, что для обычной работы в Windows вам вообще не следует трогать этот ползунок. К примеру, если вы поставите его на 11/11, то мышь начнет пропускать считывания и глючить.
А что с играми? Для них эти настройки не имеют значения. Большинство игр работают с мышью напрямую, обходя все установки операционной системы. Нет ничего страшного в том, что скорость указателя будет установлена на 6/11, но в играх, вышедших за последние полтора десятилетия, вы не увидите никакой разницы.
Вывод: ложь , но ностальгия – это прекрасно.
Нет на свете игровой мыши более обожаемой, чем Logitech Mx 518, выпущенная в 2005 году. Ещё есть игроки, которые приносят на ней клятвы. Бесспорно, в свое время это была великолепная мышь, но любой, кто всё ещё считает её лучшей, упускает из виду огромный шаг вперёд, сделанный манипуляторами с 2005 года: более высокие значения DPI (иногда это может быть плохо, как мы уже разобрались выше, но существует множество мышей, которые легко бьют 1600 DPI MX 518 без страшных потерь), более высокая частота опроса и годы исследований в эргономике и использовании материалов.
Более значительно то, что одна из самых очернённых ныне функций мышей, названная (prediction), появилась в MX 518. Предсказание, также известное как сглаживание углов (angle snapping), сглаживает движения мыши, помогая прочертить прямую линию. Для гейминга, очевидно, оно не особо нужно, поскольку там требуется точная корреляция движений, а не мышь, пытающаяся предсказывать их. Хотя современные игровые мыши часто предлагают возможность отключения предсказания, оно почти всегда и так выключено на уровне драйвера. В MX 518, однако же, оно было включено по умолчанию. И без возможности отключения.
Вывод: ложь
. Технически, это работает, но идея плохая, так как негативно сказывается на работе сенсора.
Расстояние отключения – точка, на которой мышь прекращает считывать поверхность под собой. Для определённой группы игроков, играющих с низкой чувствительностью (чаще всего в старые игры, вроде Counter-Strike 1.6), низкое расстояние отключения очень важно, потому как они часто поднимают мышь и переставляют её на другую сторону коврика.
Если это расстояние слишком велико, сенсор продолжит считывать поверхность после понятия, что вызовет нежелательное движение курсора. Лайфхак с заклеиванием части сенсора призван решить эту проблему.
Лента скрывает часть света, испускаемого LED, что уменьшает время, за которое сенсор понимает, что мышь оторвана от поверхности. Возникает такое чувство: «Ура, я уменьшил это расстояние!», а, на самом деле, вы к этому ещё и снизили скорость работы мыши. Работать остается лишь половина матрицы, что негативно сказывается на скорости считывания. Низкие скорости это затрагивает не так заметно, но для высоких на некоторых поверхностях это может оказаться критичным. Сомнительный компромисс. Обычно, если человек доволен таким положением, он не слишком высокоскоростной игрок, и вполне может смириться с этим. Но, правда же, оно того не стоит.
На сегодняшний день несколько «мышиных» компаний предлагают функцию калибровки поверхности, которая подстраивает мышь под рабочую поверхность, а затем и позволяет задать расстояние отключения. Это уж точно лучше, чем заклеивание сенсора лентой, потому как сохраняет высокую скорость работы манипулятора. Большое расстояние отключение типично для производителей, выбирающих шаблонные настройки, позволяющие сенсору работать на поверхностях с различными цветами и текстурами.
С калибровой поверхности нет нужды в подобных шаблонах, поскольку можно настроить расстояние отключения на свой вкус.
Сенсор - основной компонент мыши. Именно сенсор в наибольшей степени определяет, насколько качественно мышь будет передавать движения вашей руки. Данный материал представляет собой краткий обзор наиболее популярных оптических сенсоров, В первой части мы рассмотрим наиболее слабые из представленных на рынке игровых сенсоров.
Следует помнить, что производители игровых устройств не производят сенсоры сами, а используют продукцию других фирм. Поэтому, как правило, мышки, построенные на одних и тех же сенсорах, но от разных производителей, будут иметь схожие характеристики, такие как качество трекинга, разрешение (dpi), максимальная скорость и т.д. Тем не менее, некоторые компании (особенно крупные) могут вносить существенные модификации в оптическую систему своего устройства, могут использовать специфическую прошивку, микроконтроллер и т.д. Это надо иметь ввиду.
Примечание.
После того, как компания Pixart купила "сенсорное" подразделение компании Avago (Agilent), фактически, на рынке игровых устройств фактически один производитель - Pixart.
СЛАБЫЕ СЕНСОРЫ
Avago A5050
В действительности, А5050 не является игровым сенсором (это упрощенная версия действительно игрового A3050). Однако на рынке сейчас сейчас огромное количество дешевых мышек с этим сенсором от разных производителей, которые заявляют, что их мышь - действительно игровая. ЭТО НЕ ТАК. За красивой оберткой 10-долларовой мышки с aliexpress (или с полки гипермаркета) скрывается обычный офисный сенсор, главные минусы которого - очень низкая предельная скорость работы (менее одного метра в секунду: ускорение не более 8g) и высокая угловая ошибка. Конечно, для любителей танков и доты этого вполне хватит, но для серъезной игры A5050 точно не подходит. Интересно то, что официальная спецификация говорит, что максимальные dpi для А5050 - 1375. А по факту, производители пишут что хотят. Можно встретить мышки и 1600 dpi и 2400 dpi и 5500 dpi.
Выводы: А5050 один из худших сенсоров на рынке игровых устройств
 |
| "Игровая" мышь Aula killing the soul. 2000 dpi. Сенсор A5050. |
У стандартного PAW3305DK очень низкая предельная скорость работы - 1.5-2 м/с. Этого не хватает профессиональным игрокам - сенсор "срывается" при резких движениях. В качестве решения этой проблемы был предложен вариант сенсора PAW3305DK-H с более слабой (0.5х) линзой. Это помогло увеличить максимальную скорость до приемлемых 3+ м/с. При этом dpi, естественно, уменьшились в два раза и 3200 dpi на мышках с "H" модификацией - миф.
Второй вопрос - угловая привязка. Она не очень большая, но она есть.
Также в PAW3305 есть небольшая положительная акселерация и непонятный, но небольшой лаг сенсора на некоторых моделях.
Как результат, движения мыши с сенсором PAW3305 воспринимаются, как немного неправильные и неестественные.
Интересно, что бывший игрок команды NaVi Starix некоторое время играл на SteelSeries Kana (PAW3305-H), после чего вскоре ушел из команды и занял должность тренера.
Сейчас Pixart 3305 устанавливается в мышках A4tech V-серии, а также практически в любой мышке, на которой указано 3200 dpi, которых на рынке сейчас тысячи.
Выводы: Pixart PMW3305 вполне подойдет начинающим игрокам. Но точно не настоящим геймерам.
 |
| A4tech Bloody V3. PAW3305. Удобная и неточная. |
Avago A3050
Теперь уже Pixart A3050. Самый дешевый и простой игровой сенсор от Pixart. Матрица 19x19 пикселей и 6666 fps. Максимальные 4000 dpi (на коробке часто указывают 2000, иногда 3500). Но 4000 dpi лучше не использовать - абсолютно не играбельно. Лучшие значения dpi для этого сенсора - это 500 или 1000 (немного похуже). Часто у мышек на А3050 высокая дистанция отрыва. В наличии регулируемая (но не до конца) угловая привязка. И вообще, с обсчетом углов есть проблемы (что естественно для такой маленькой матрицы). Кроме того, У А3050 довольно сильная акселерация. Из плюсов - быстрый отклик сенсора на движения пользователя, а также максимальная скорость - около 3 м/с в зависимости от коврика.
Сенсор A3050 очень популярен, благодаря А-серии мышек от A4tech. Также его активно используют многие другие производители. Наиболее известные модели на А3050 - SteelSeries Kinzu v3 (быстро снята с рынка в пользу Rival 100), CM Storm Xornet.
Выводы: Pixart A3050 - ничем не примечательный сенсор средней руки. Лучше немного добавить и взять что-нибудь более достойное.
Заключение
К сожалению, нам пришлось говорить о сенсорах, покупка которых не обещает ничего хорошего. В настоящее время, в том же ценовом диапазоне есть много крепких середнячков, типа A3090, PMW3320, AM010, без каких-либо существенных недостатков, которые имеют гораздо лучшее соотношение цена/качество. В итоге, получился материал из серии "как не надо делать". Впрочем, представленная информация будет крайне полезной тем, кто собирается покупать недорогое устройство.
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».
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.
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:
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.
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!
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.
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.
