作者系：北京永新视博数字电视技术有限公司 邓宇
2009年，在家庭娱乐领域，电视机与互联网正在越来越紧密地结合在一起。互联网电视全国热卖，上海IPTV用户突破100万成为世界之最，越来越多的年轻人选择HTPC来DIY自己的“蜗居”。更多精彩的内容进入到电视的屏幕上，看高清，搜视频，浏览网页，甚至把电视直接当成电脑屏幕，用户慢慢发现家庭的娱乐中心集中到了客厅，更希望懒洋洋的躺在沙发上放松心情，舒服享受。可是，如何在客厅里操控成了最大的问题，难道要在茶几上摆一个无线鼠标？或者是用遥控器的上下左右键上网？用户的需求往往是创新的源动力，空中鼠标应运而生。
空中鼠标是一种输入设备，像传统鼠标一样操作屏幕光标，但却不需要放在任何平面上，在空中晃动就能直接使用。自由方便是它的特性，例如在办公领域可以当作简报笔，让做PPT演示的人员不再需要坐在会议桌上摆弄电脑，就可以遥控，实现鼠标操作和翻页等功能；在家用娱乐上配合电视或者HTPC在客厅使用，成为“懒人工具” ，真所谓“进得书房，下得厅堂” 。
基于红外(IR)图像处理是的空中鼠标最佳实现方式之一。其原理是用图像传感器(CMOS Image Sensor)来捕捉红外图像，利用图像处理和模式识别技术计算运动物体位置信息，从而控制屏幕光标。
对于用户来说，评价一款空中鼠标的优劣需要考虑定位精度，平滑性，易操作性。传统鼠标往往用dpi来衡量精确度，空中鼠标由于是拿在手中而没有接触面，只能用人手最轻微移动所对应屏幕指针移动的像素数来衡量。高精度的空中鼠标可以准确的指向屏幕上每个字符。平滑性指的是用空中鼠标在屏幕上画圆或者曲线时，是否没有棱角或折线，这往往决定于采样频率，越高则曲线越圆滑细腻，例如采样频率达到120HZ会像传统鼠标一样流畅。另外，空中鼠标对普通用户来说，是一种全新的体验，用户使用过程中并不会关注技术细节，而更看重主观感受，例如使用距离、角度，动作和屏幕光标一致性，按键的灵敏程度，抗干扰以及是否会出现光标抖动等等，这也是衡量易操作性的标准。
对于设计空中鼠标的工程人员来说，还必须考虑成本，低功耗和开发周期等因素。低成本高精度的红外图像处理方案的空中鼠标基本上都会面临以下问题。
问题一：如何保证高性能和成本控制的平衡。如果要实现高精度，需用DSP或者FPGA配合优化的高效率图像处理算法来降低运算量，但这意味着高成本，而且需要投入很多精力放在算法研发上，开发周期更长。最好的选择是专用的ASIC配合成熟的技术解决方案。
问题二：环境干扰。由于图像传感器捕捉的是红外光，所以像阳光，烛光或者灯光的干扰会对最终控制的屏幕光标有严重影响，例如在强阳光下空中鼠标无法使用，或者台灯发出的光会让光标抖动等等。
问题三：低功耗。空中鼠标属于手持设备，需要电池供电，设计时既要保证足够的使用距离，又要保证低功耗，这样用户才不会经常更换电池或充电。
问题四：解决影响用户主观感受的各种问题。因为鼠标离开桌面拿在手中，人手不可避免的抖动会让光标随之颤动，如何解决防抖问题，如何让用户有更好的体验感觉便成了关键。
永新视博的NSM6系列芯片解决方案完美的满足这样的需求。如图1所示，接收端由NSM6系列芯片与图像传感器组成。遥控器端在应用中有发光模式与反射模式两种方式。两种模式的原理相同，均支持图像传感器采集每秒最高达120帧的640*480像素的红外图像。芯片内包含有一套自主知识产权的图像处理算法，对图像进行融合和聚类，从而大幅降低运算量，最终输出每帧最多10个的运动目标重心坐标，由“Lock- Easy”技术识别运动轨迹并计算出坐标位置从而控制屏幕光标。
NSM6系列芯片方案特有的“Lock-Easy”技术是一套高效率的算法，由消噪模块，防抖模块，计算坐标模块组成。“Lock-Easy”技术大幅提高抗干扰性，无论环境干扰多么复杂， “锁”住每一条运动轨迹而不会丢失。防抖模块结合了人体工学技术，让用户使用空中鼠标时候，不会因手悬在空中或者按左右键而引起光标抖动，轻松易用。“Lock-Easy”技术最低可以基于8位51单片机实现，工程师甚至可以利用USB芯片中的51核来处理。
图1 NSM6系列芯片解决方案原理示意图
NSM6系列芯片方案提供全套的用户配置软件，以及功能强大的集成开发平台，大大缩短了工程师的开发周期。正像汇编语言向C语言的过渡使开发人员能够全力开发更高级功能性那样，NSM6系列芯片方案使开发人员能够摆脱图像处理的具体技术细节，关注于上层应用程序的创新。
NSM6系列芯片方案非常适合应用于互联网电视，HTPC，机顶盒、一体机，作为一种鼠标遥控器的方式，为用户提供鼠标的操作体验，更易于操作界面，例如游戏，教育及浏览网页等，从而提升产品附加值。
互联网电视或一体机的用户在使用遥控器时都习惯于将遥控器直接指向屏幕，用很小的动作调整，而单纯的鼠标不符合客厅中用户对大屏幕电视的操作习惯。NSM6系列芯片方案作为鼠标遥控器的方式，将直接指向屏幕的遥控器和支持多媒体应用的鼠标功能结合在一起，兼容电脑与电视的双重应用，极大改善用户的使用体验，使用户在不改变遥控器使用方法的同时，更方便的操作各种应用，例如游戏和其他互动业务。目前，永新视博的高清娱乐一体机JoyCenter(如图2)就集成了此方案，鼠标遥控器既符合用户看电视时候使用遥控器的习惯，又可以把遥控器当作鼠标来操作界面，浏览网页，打游戏，轻松方便，是一种全新的享受。
图2 永新视博高清娱乐一体机JoyCenter
在游戏外设领域，NSM6系列芯片方案可以扩展3D支持，识别空间动态三维位置，可以为手柄类设备提供精准的空间定位方法，完美支持手柄、方向盘等游戏外设。另外，NSM6系列芯片方案的多点识别的技术可以感知人体的运动，如图3所示的“火柴人”，为体感游戏的开发提供支持。
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图3“火柴人”
另外，在办公，医疗电子，工程控制，人机智能领域，NSM6系列芯片方案的高精度和3D扩展特性可以实现目标定位和模式识别等功能。例如永新视博开发的人机互动手套，利用多点识别和“Multi-Touch”技术，具有3D定位功能，可以识别手部的动作，实现人控操作，或者作为游戏操作工具使用。
技术改变生活，也许不久的将来，会有更多的人机操作方式大规模商用化，例如语音识别，手势识别等等。和空中鼠标一样，带给人们的不仅仅是技术的创新，更多的是方便的体验，让我们的生活更加精彩。
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