3．7 输入设备
3．7 输入设备
3．7．1 键盘
键盘（Keyboard）（见图3．18）是最常见的计算机输入设备，它广泛应用于微型计算机和各种终端设备上，计算机操作人员通过键盘向计算机输入各种指令、数据，指挥计算机的工作。计算机的运行情况输出到显示器，操作人员可以很方便地利用键盘和显示器与计算机对话，对程序进行修改、编辑，控制和观察计算机的运行。
键盘外壳，有的键盘采用塑料暗钩的技术固定在键盘面板和底座两部分，实现无金属螺丝化的设计。 因此，在分解时要小心以免损坏。
常规键盘具有Caps Lock（字母大小写锁定）、Num Lock（数字小键盘锁定）、Scroll Lock三个指示灯（部分无线键盘已经省略这3个指示灯），标志键盘的当前状态。 这些指示灯一般位于键盘的右上角，不过有一些键盘如ACER的Ergonomic KB和HP原装键盘采用键帽内置指示灯，这种设计可以更容易地判断键盘当前状态，但工艺相对复杂，因此大部分普通键盘均未采用此项设计。
不管键盘形式如何变化，基本的按键排列还是保持基本不变，可以分为主键盘区，Num数字辅助键盘区、F键功能键盘区、控制键区，对于多功能键盘还增添了快捷键区。
键盘电路板是整个键盘的控制核心，它位于键盘的内部，主要担任按键扫描识别、编码和传输接口的工作。
键帽的反面可见都是键柱塞，直接关系键盘的寿命，其摩擦系数直接关系按键的手感。
键盘的按键数曾出现过83键、87键、93键、96键、101键、102键、104键、107键等。104键的键盘是在101键键盘的基础上为Windows9X平台提供增加了3个快捷键（有两个是重复的），所以也被称为Windows9X键盘。 但在实际应用中习惯使用Windows键的用户并不多。107键的键盘是为了贴合日语输入而单独增加了3个键的键盘。 在某些需要大量输入单一数字的系统中还有一种小型数字录入键盘，基本上就是将标准键盘的小键盘独立出来，以达到缩小体积、降低成本的目的。
按照应用可以分为台式机键盘、笔记本电脑键盘、工控机键盘、速录机键盘、双控键盘、超薄键盘、手机键盘7类。 图3．18为人体工程学键盘。
3．7．2 指点输入设备
图3．18 人体工程学键盘
指点设备常用于完成一些定位和选择物体的交互任务。 鼠标是最常用的一种指点输入设备，另外还有触摸板、控制杆、光笔、触摸屏、手写液晶屏、眼动跟踪系统等。
1）鼠标
（1）鼠标的简介
1963年，美国Douglas Englebart发明了鼠标器。 他最初的想法是为了让计算机输入操作变得更简单、容易。
第一只鼠标器的外壳是用木头精心雕刻而成的，整个鼠标器只有一个按键，在底部安装有金属滚轮，用以控制光标的移动。
1984年，苹果公司把经过改进的鼠标器安装在Lisa微电脑上，从而使鼠标器声名显赫，它与键盘一道成为电脑系统中必备的输入装置。
（2）鼠标的分类
①机械式鼠标（见图3．19）。 在机械式鼠标底部有一个可以自由滚动的球，在球的前方及右方装置两个支成90°角的编码器滚轴，移动鼠标时小球随之滚动，便会带动旁边的滚轴，前方的滚轴记录前后滑动，右方的滚轴记录左右滑动，两轴一起移动则代表非垂直及水平方向的滑动。 编码器由此识别鼠标移动的距离和方位，产生相应的电信号传给电脑，以确定光标在屏幕上的正确位置。
②光电式鼠标（见图3．20）。 利用一块特制的光栅板作为位移检测元件，光栅板上方格之间的距离为0．5mm。 鼠标器内部有一个发光元件和两个聚焦透镜，发射光经过透镜聚焦后从底部的小孔向下射出，照在鼠标器下面的光栅板上，再反射回鼠标器内。 当在光栅板上移动鼠标器时，由于光栅板上明暗相间的条纹反射光有强弱变化，鼠标器内部将强弱变化的反射光变成电脉冲，对电脉冲进行计数即可测出鼠标器移动的距离。
图3．19 机械式鼠标
图3．20 光电式鼠标
（3）鼠标与其接口的发展
①串行接口设计（梯形9针接口）。
②随着PC机器上串口设备的逐渐增多，串口鼠标逐渐被采用新技术的PS／2接口鼠标所取代（小圆形接口）。
③随着即插即用概念的提出，使得采用USB接口的鼠标成为主流。
④而对于一些有专业要求的用户而言，采用红外线信号来与电脑传递信息的无线鼠标也成为一种专业时尚。
⑤Blue Tooth无线鼠标。
2）触摸板（Touchpad）
触摸板能够在一定的区域内（通常长度为50～75mm）感应接触，将这种接触信号转发给计算机处理。 目前，触摸板已应用到笔记本电脑上，可以替代鼠标。 触摸板通过电容感应来获知用户的手指移动情况，对手指热量并不敏感。 同鼠标相比，触摸板的使用更加灵活，在使用过程中，通过更多的配置，可以得到更强的功能。
3）控制杆
控制杆（见图3．21）很适宜于跟踪（即追随屏幕上一个移动的目标）的原因是移动对应的光标所需的位移相对较小，同时易于变换方向。 控制杆的移动导致屏幕上光标的移动。 根据两者移动的关系，可将其分为两大类：位移定位和压力定位。 对于位移定位的游戏杆，屏幕上的光标依据游戏杆的位移而移动。
图3．21 游戏控制杆
4）光笔
光笔是一种较早用于绘图系统的交互输入设备，它能使用户在屏幕上指点某个点以执行选择、定位或其他任务。 光笔和图形软件相配合，可以在显示器上完成绘图，修改图形和变换图形等复杂功能。 光笔的形状和普通钢笔相似，它由透镜、光导纤维、光电元件、放大整形电路和接触开关组成。
（1）光笔的优点
①不需要特殊的显示屏幕，与触摸屏的设备相比较，价格便宜许多。
②在一些不适宜使用鼠标的地方，可以起替代作用。
（2）光笔的缺点
①手和笔迹可能将遮挡屏幕图像的一部分。
②会造成手腕的疲劳。
③光笔不能检测黑暗区域内的位置。
④光笔会因房间背景光的影响，产生误读现象。
5）触摸屏
触摸屏作为一种特殊的计算机外设，提供了一种简单、方便、自然的人机交互方式，在某些应用中，可以代替鼠标或键盘。
触摸屏目前主要应用于公共信息的查询，如电信、税务、银行、电力等部门的业务查询，城市街头的信息查询。
此外还可应用于工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学等方面。
触摸屏的分类：电阻式、电容感应式、红外线式、表面声波式。
6）手写液晶屏
手写液晶屏是液晶矩阵显示技术和高灵敏度电磁压感技术的完美结合，可以在屏幕上直接用压感笔实现高精度的选取、绘图、设计制作。
液晶屏幕上除了具备一般的液晶显示屏的特征以外，在最上面还附有一层特制保护层，确保在书写过程中，屏幕保持平整不变形，液晶原来的画质毫不受损，同时具有高耐久性。
图3．22 点歌系统触摸屏
图3．23 手写液晶屏
7）眼动跟踪系统
（1）眼动跟踪系统简介
眼动跟踪系统允许用户仅仅通过凝视的手段来控制计算机选择物体。 眼动跟踪系统需要利用较为复杂的硬件设备以及软件算法。
（2）眼动跟踪系统工作原理
①首先，用4个L形的红外线发光器，在眼睛里产生一些亮点。
②然后，利用一个广角摄像头获取脸部图像，快速确定眼睛的位置，再利用一个视野较小，分辨率较高的摄像头拍摄眼睛的高分辨率图像。
③最后，分析眼睛的图像，计算瞳孔中心和亮点的位置，通过计算瞳孔中心和亮点确定的矢量，确定视线方向。
3．7．3 扫描输入设备
扫描仪（scanner）是一种将各种形式的图像信息输入到计算机中的重要工具，如各种图片、照片、图纸和文字稿件等，都可用扫描仪输入到计算机中。 现在，家用计算机中用得最多的是平板式扫描仪，又称台式扫描仪，一般采用CCD或CIS技术，具有价格低廉、体积小等优点。 图3．24为清华紫光扫描仪。
图3．24 清华紫光扫描仪
扫描仪的性能指标包括以下几方面的内容：
（1）分辨率
扫描仪的分辨率决定了最高扫描精度；在扫描图像时，扫描分辨率设得越高，生成的图像的效果就越精细，生成的图像文件也越大。
DPI是指用扫描仪输入图像时，在每英寸上得到的像素点的个数。
扫描仪的分辨率等于其光学部件的分辨率加上其自身通过硬件及软件进行处理分析所得到的分辨率。
分辨率为1200DPI的扫描仪，往往其光学部分的分辨率只占400～600DPI。 扩充部分的分辨率由硬件和软件联合生成，这个过程是通过计算机对图像进行分析，对空白部分进行插值处理所产生的。
（2）扫描速度
扫描速度决定了扫描仪的工作效率。 一般而言，以300DPI的分辨率扫描一幅A4幅面的黑白二值图像，时间少于10s，相同情况下，扫描灰度图，需10s左右，而如果使用三次扫描成像的彩色扫描仪，则要2～3min。
3．7．4 视频语音类输入设备
1）麦克风＋声卡＋语音识别软件
语音输入为文本输入提供了更加自然的交互手段，也许在将来，我们能够真正抛弃键盘，实现和计算机的“对话”。 语音录入并不限于输入文本，其中包括还有身份、情绪、健康状况等多种信息。
（1）麦克风
对于语音的输入，麦克风／话筒是最基本的设备。
为了过滤背景杂音，达到更好的识别效果，许多麦克风采用了NCAT（Noise Canceling Amplification Technology）专利技术。
NCAT技术结合特殊机构及电子回路设计以达到消除背景噪声，强化单一方向声音（只从佩戴者嘴部方向）的收录效果，是专为各种语音识别和语音交互软件设计的，提供精确音频输入的技术，采用NCAT／NCAT2技术的麦克风会着重采集处于正常语音频段（介于350～7000Hz）的音频信号，从而降低环境噪声的干扰。
（2）声卡
声卡是一种安装在计算机中的最基本的声音设备，是实现声波／数字信号相互转换的硬件。 可把来自话筒、磁带、光盘的原始声音信号加以转换，输出到耳机、扬声器、扩音机、录音机等声响设备，完成对声音信息进行录制与回放。
声卡可分为模数、数模转换电路两部分。 模数转换电路负责将麦克风等声音输入设备采集到的模拟声音信号转换为计算机能处理的数字信号；而数模转换电路负责将计算机使用的数字声音信号转换为耳机、音箱等设备能使用的模拟信号。
2）数码照相机
数码照相机（Digital Camera）简称DC，用来拍摄数字照片。 与传统相机不同的是，数码照相机不需要胶卷，数字图像直接存储在相机的存储卡内。通过数码照相机提供的界面，可以对数字图像进行浏览，对于不满意的图片，可以立刻删除。 将DC连接到计算机上，可以复制DC中的数字图像文件到计算机中永久保存或通过电子邮件传送出去。 此外，还可对数字图像进行编辑处理，完成后再打印出来或到照相馆进行数码冲印。
图3．25 JVC数码摄像机
3）数码摄像机
数码摄像机（Digital Video）简称DV（见图3．25），用来摄录数字视频。 目前市场上的DV按照存储介质大致可以分为硬盘摄像机、光盘摄像机、DV带摄像机和存储卡摄像机这4大类，其中硬盘摄像机和存储卡摄像机已成为当前市场的主流。 此外，高清摄像机（HDV）由于可以录制高清格式的影像，代表了数码摄像机的发展方向，也越来越受到大家的欢迎。