Файл: Анализ методов и устройств ввода информации в компьютер (Общая характеристика и классификация методов и устройств ввода информации).pdf

Также существуют проекционно-емкостные экраны, в которых сетка электродов нанесена на внутреннюю сторону экрана. Электрод вместе с телом человека образует конденсатор; электроника измеряет ёмкость этого конденсатора (подаёт импульс тока и измеряет напряжение) [4].

Существуют также сенсорные экраны на поверхностно-акустические волны, главным недостатком которых являются возмущения при наличии вибрации, и плохая устойчивость к загрязнениям; инфракрасные, в которых над экраном создается сетка из инфракрасных лучей, и точка прикосновения определяется по тому, какие лучи были пересечены пальцем; оптические, тензометрические и индукционные.

4.7 Другие указательные устройства

Кроме графических планшетов и тач-скринов, к группе указательных устройств с указанием абсолютной позиции относятся световые перья. Эти устройства позволяют указывать на ту или иную точку на экране компьютера, прикасаясь кончиком пера к поверхности монитора. Перья поддерживают не только точечные касания, но и жесты. Однако такие устройства работают только в сочетании с ЭЛТ-экранами, которые на сегодняшний день морально устарели, и поэтому световые перья практически вышли из употребления [8].

5 Устройства ввода графической информации

5.1 Сканеры

Сканер, в общем случае, это устройство, которое, анализируя какой-либо объект, создает цифровую копию его изображения. Однако наиболее часто под наименованием «сканер» понимается сканер изображений — устройство, предназначенное для сканирования текстовой и графической информации, расположенной на плоском носителе.

Сканеры по типу конструкции подразделяются на планшетные, барабанные и ручные. Планшетные сканеры в силу своего устройства позволяют сканировать плоский оригинал любой толщины — считывающее устройство в таких сканерах передвигается под стеклом, на который укладывается оригинал. Сканеры этого типа часто оснащаются крышкой, которая требуется для минимизации влияния внешних источников света, а также прижимания оригинала к поверхности стекла. Отдельные модели позволяют как приподнимать, так и совсем снимать крышку. В офисах и быту наиболее распространены сканеры именно этого типа. В барабанных сканерах считывающее устройство неподвижно, а оригинал протягивается внутрь аппарата и передвигается относительно считывающего устройства. Таким образом, данная конструкция позволяет работать только с тонкими материалами — листами бумаги, фотографиями, и т. п. В ручных сканерах сканирующее устройство вдоль оригинала должен перемещать вручную сам пользователь [8].

Принцип работы всех современных сканеров основывается на одной технологии: отражение сканируемого оригинала через фокусирующий объектив попадает на ряд фотоприемников, которые преобразуют изображение в электронный вид.

Разрешение сканеров измеряется в пикселах на дюйм (dpi). Это значение слагается из двух компонентов: оптического разрешения (которое определяется количеством фотоэлементов, расположенных на матрице), и механическое (определяется минимальным шагом механизма, который перемещает считывающую головку относительно оригинала, и вычисляется путем деления количества считываний изображения матрицей за единицу времени, на длину пути, которое проходит каретка за единицу времени). Часто оптическое разрешение называют горизонтальным, а механическое — вертикальным. Механическое разрешение обычно вдвое больше оптического, и, чтоб все точки результирующего изображения располагались на равном расстоянии друг от друга, сканер получает изображения отсутствующих точек с помощью интерполяции [3].

Матрица фотоэлементов, используемая в сканере, характеризуется следующими параметрами: уровнем собственного шума, разбросом чувствительности от ячейки к ячейке, уровнем перекрестных помех (значимость влияния соседних ярко освещенных точек друг на друга). Качество сканируемого изображения зависит от таких параметров, как глубина цвета (разрядность) и динамический диапазон [9].

5.2 Сканеры штрих-кодов

Сканер штрих-кода — это специальный сканер, который осуществляет распознавание сформированного специальным алгоритмом изображения, которое несет в себе закодированную информацию (штрих-кода). Такие сканеры часто используются в торговле, складировании, промышленности, библиотеках и др. С распространением QR-кодов сканеры штрих-кодов получили распространение и среди простых пользователей. Наиболее часто они реализованы в виде приложения на носимом устройстве, которое распознает код, используя для этого видеокамеру устройства.

Существуют множество различных стандартов штрих-кодов. Можно разделить их на две группы — линейные (читаемые в одном направлении, к таким стандартам относятся EAN, UPC, UPC и другие) и двумерные (их расшифровка производится в двух направлениях — по вертикали и горизонтали, к ним относятся QR-код, Aztek Code, Data Matrix и другие) [18].

Пользователи мобильных устройств довольно часто используют сканер QR-кодов как средство ввода информации. Установив программу-распознаватель и отсканировав изображение, пользователь может моментально заносить в свой телефон текстовую информацию, добавлять контакты в адресную книгу, переходить по web-ссылкам, отправлять SMS-сообщения и т. д. Популярно использование QR-кодов в рекламе.

По типу исполнения сканеры подразделяются на ручные, которые пользователь должен подносить к считываемому штрих-коду, стационарные и ковейерные (чаще всего используются в промышленности). Важнейшей характеристикой является разрешение, от него зависит размер считываемого штрихкода [18].

5.3 Веб-камера

Современная веб-камера — это устройство, производящее видеосъемку, преобразование аналогового видеосигнала в цифровой и передачу его в компьютер. Как правило, веб-камеры используются для передачи изображения по сети интернет, однако их сфера применения этим не ограничивается. Веб-камера содержит объектив (как правило, с фиксированным фокусом, то есть без фокусирующего механизма), оптический фильтр, ПЗС или КМОП-матрицу, схему цифровой обработки изображения, схему компрессии изображения и опционально веб-сервер для подключения к сети. Диафрагма такой камеры управляется автоматически, не требуя вмешательства оператора [4]. Иногда веб-камеры применяются в системах охраны, такие устройства могут оснащаться дополнительными возможностями, такими, как детекторы движения, тревожные сигналы, и др. Предприятия используют веб-камеры для наблюдения и видеозаписи происходящего в конторах, в прихожих и на складах, на выборах.

Сама по себе веб-камера, как правило, не способна хранить видеозапись, а просто делает снимки; для сохранения видеозаписи используется специальное программное обеспечение на компьютере, к которому веб-камера подключена.

5.4 Устройства видеозахвата

Устройства видеозахвата предназначены для ввода видеосигнала в компьютер из других источников, например, видеокамеры, видеомагнитофона. В состав такого устройства входит аналого-цифровой преобразователь. Часто роль устройства видеозахвата может выполнять ТВ-тюнер [13].

6 Устройства ввода звуковой информации

6.1 Микрофон

Микрофон — устройство, преобразующее акустические колебания в электрические. Электрические колебания подаются на звуковую плату (чаще всего, выполненную отдельно от микрофона), где преобразовываются в цифровую форму, пригодную для обработки компьютером.

Практические все современные микрофоны по принципу работы являются либо динамическими, либо кондесаторными. Первые конструктивно похожи на громкоговорители — в его составе имеется диафрагма и катушка, состоящая из магнита и обмотки. Диафрагма динамического микрофона колеблется под действием звуковых волн, и в результате движения ее относительно постоянного магнитного поля, создаваемого магнитом, на концах катушки возникает переменное электрическое напряжение, амплитуда и частота которого пропорциональны силе и частоте акустического сигнала. В кондесаторном микрофоне звук воздействует на одну из пластин кондесатора, в результате чего его емкость, из-за изменения расстояния между пластинами, изменяется. Это изменение емкости превращает постоянное напряжение источника тока в переменное [13].

Микрофоны характеризуются номинальным диапазоном частот, неравномерность частотной характеристики (разность между максимальной и минимальной чувствительностью в пределах номинального диапазона). Чем меньше неравномерность и шире номинальный диапазон, тем выше класс микрофона. Чувствительность — отношение выходного напряжения к звуковому давлению (измеряется в условиях действия прямой волны на частоте 1 кГц). Кроме того, важными характеристиками является выходное сопротивление, уровень чувствительности, предельное звуковое давление, динамический диапазон, характеристика направленности и др [12].

С помощью микрофонов реализуется набирающий популярность в наши дни метод ввода информации — голосовой ввод. Принятый звуковой сигнал с помощью специального программного обеспечения анализируется и распознается, в результате на выходе получается текст. С помощью распознавания речи можно отдавать компьютеру команды. Ранние и упрощенные реализации технологии голосового управления (без возможности ввода текста) основаны на простом сравнение полученной голосовой информацией с заранее записанным образцом (таким образом, перед началом работы с такой системой пользователю необходимо ее откалибровать). Современные технологии распознавания речи быстро совершенствуются, в их основе лежат акустические и языковые модели, построенные с использованием нейронных сетей.

7 Игровые устройства ввода

7.1 Джойстик

Появление первых джойстиков можно отнести к началу 60-х годов, когда Марвин Мински и Стефен Рассел представили устройство, которое состояло из стержня, закрепленного на крестовине с четырьмя электрическими контактами. Наклонением стержня в ту или иную сторону пользователь замыкал контакты, и сигнал поступал в компьютер.

По количеству степеней свободы джойстики подразделяются на одномерные, двумерные и трехмерные [3].

Дискретные джойстики могут определить только направление наклона ручки, в то время как в аналоговых уровень сигнала плавно изменяется от нуля до максимума в зависимости от угла наклона рукоятки. После калибровки такие джойстики можно использовать для указания абсолютной позиции курсора [8].

7.2 Геймпад

Геймпад — игровое устройство ввода, представляющий собой пульт, который обычно удерживается пользователем двумя руками. Чаще всего геймпады используются вместе с игровыми консолями, однако могут применяться и с персональным компьютером. Геймпад объединяет в себе несколько органов управления, их набор может изменяться в зависимости от производителя и модели устройства. Наиболее часто присутствуют следующие компоненты: D-pad (кнопка-крестовина с четырьмя, реже — восемью направлениями); кнопки действия, триггеры (кнопки, которые для быстрого доступа располагаются прямо под указательными пальцами), аналоговый стик (визуально схожее с джойстиком устройство, обычно используемое для ориентирования в трехмерном пространстве) и служебные кнопки (обычно имеют функции контроля над игровым процессом, например, пауза, изменение режима работы геймпада, вызов меню) [13].

Могут присутствовать дополнительные органы управления, такие, как трекбол, рулевая ось, облегчающая игру в автосимуляторы, сенсорные экраны. Часто геймпады имеют функцию обратной связи — вибрацию.

7.3 Другие игровые устройства

На современном рынке существует множество разнообразных игровых контроллеров, многие из которых адаптированы под определенный игровой жанр. Среди них — рули, танцевальные платформы, световые пистолеты, беговые дорожки, ритм-контроллеры (имитаторы музыкальных инструментов), штурвалы и др. Существует ряд устройств, которые основаны на распознавании движений и поз тела пользователя и позволяют управлять компьютером или игровой приставкой. Среди них наиболее популярны Kinect от Microsoft (работает с игровыми приставками Xbox и персональными компьютерами под управлением Windows), Playstation Move (для консолей Playstation), Wii Remote от Nintendo (для консолей Wii) [1].