Diseccionando el ratón de tu ordenador: ¿alguna vez te has preguntado cómo "lee" en realidad tus movimientos?

Diseccionando el ratón de tu ordenador: ¿alguna vez te has preguntado cómo "lee" en realidad tus movimientos?
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Como jugador de PC es difícil pensar en un mejor compañero de fatigas que nuestro ratón. Parte quinta-esencial de todo escritorio que se precie, este periférico nos lleva acompañando desde casi la totalidad de la historia de la computadora personal moderna. Más aún desde la perspectiva de un jugador, por la enorme influencia del ratón en el desarrollo del videojuego en tres dimensiones.

Y aún con toda su importancia, todo lo nombrado para ensalzar el ratón, son pocos los jugadores que saben cómo funciona este peculiar roedor de escritorio. Se ha hablado largo y tendido de la importancia de su forma, su sensor, o sus características, pero lo que hoy queremos hacer es contaron cómo funciona ese ratón que tienes a un lateral de tu escritorio.

Tu ratón por dentro: qué partes lo forman

Aunque exista una gran variedad de ratones en el mercado, así como modelos con características muy diferentes entre sí, como puedan ser su factor de forma, acabados, materiales, e incluso usos dedicados, el ratón moderno suele estar formado por una serie de piezas muy específicas.

interior modificación ratón
Interior de un ratón modificado. Imagen original de Jeanbaptisteparis vía Flickr.

Sin embargo, el propósito de todo este conjunto de piezas es siempre el mismo: mover el cursor por nuestra pantalla, y la forma en la que lo consigue es también siempre igual: a través de un sensor de lectura, el principal encargado de discernir cuándo movemos nuestro ratón.

Este sensor de lectura puede estar basado en varios sistemas de registro del movimiento, dándole cada uno de estos sistemas unas características concretas; ya esté impulsado en una pieza mecánica, basado en óptica avanzada, o se apoye en tecnología láser para este registro.

De entre todos ellos, los sensores basados en óptica son los más habituales en la actualidad por una serie de motivos que no vamos a enumerar ahora, pero que diremos que tiene mucho que ver con su precisión y velocidad. Veamos cómo funciona normalmente uno de estos sensores a fondo.

Un poco de óptica ¿qué captura nuestro sensor?

Si abriéramos en canal a nuestro ratón podríamos comprobar que toda la óptica del periférico está compuesta por cuatro piezas principales, relativamente sencillas en esencia, pero con un funcionamiento más intrincado de lo que parece. Estas piezas son el LED infrarrojo emisor, los prismas reflectores, la lente, y el sensor CMOS que se encarga de capturar la información. Todas ellas trabajan de forma conjunta.

Sensor Optico

En alguna ocasión hemos hablado de cómo el sensor de nuestro ratón es una "cámara" que captura la superficie por donde lo movemos. Esto es cierto, pero las imágenes que captura no son las mismas que en una cámara habitual, sino que son una simplificación ampliada de la superficie donde reposa el ratón.

El LED emisor de nuestro ratón, en conjunción con los prismas, ilumina en ángulo las imperfecciones de la superficie donde descansa nuestro ratón, creando una suerte de "mapa de ruido" de la superficie que se amplifica mediante la lente y llega directamente al ojo del sensor CMOS.

Este sensor contiene una red formada por un conjunto de 40 x 40 píxeles que recoge la imagen de este mencionado mapa de ruido de menos de pulgada, y que contiene toda la información que necesita la electrónica del ratón para leer el movimiento.

Mapa De Ruido
Mapa de ruido reducido

Obviamente, este sensor no toma una única imagen, sino que lo hace de forma constante cada segundo. Un sensor moderno toma normalmente unas 16.000 capturas por segundo (16:1 ms) de forma regular. Ahora toca preguntarse cómo detecta el movimiento nuestro ratón con tan sólo imágenes de un mapa de ruido de 40 x 40 píxeles, y es aquí donde entra en juego la electrónica del ratón.

El sensor es el verdadero protagonista

Nuestro ratón no guarda ninguna de las 16 capturas que realiza por milésima de segundo de la superficie en la que está. Sólo mantiene en memoria la imagen inmediatamente capturada, y la imagen que el propio sensor está a punto de recoger.

Si desplazamos nuestro ratón durante este proceso, las dos imágenes que retiene el ratón deberían ser distintas entre sí, ya que las imperfecciones de la superficie habrán hecho que cambie este mapa de ruido que captura el sensor, pero, de por sí, no podemos saber qué recorrido ha seguido el ratón hasta tomar esta nueva imagen.

Interpolation2
Interpolación de píxeles. Original de ResearchGate; modificada para su uso.

Aquí es donde entra en acción el Chip DSP del sensor, parte encargada de la comparación lógica de las dos imágenes mencionadas. El DSP compara la textura de la nueva imagen con respecto a la primera, simulando su recorrido hasta que encuentra una coincidencia exacta; cuando esto ocurre, realiza el mismo proceso a la inversa, todo ello en el intervalo que corresponde a la captura de dos imágenes.

Cuando se tiene esta reciprocidad, se determina la dirección en un eje bidimensional estándar y se transmite esta información desde el SoC del ratón hasta nuestro equipo, que lo representa en pantalla de la forma más precisa posible. El número de puntos recorrido determina, en teoría, con una relación 4:1 en función del tamaño en un ratón estándar.

Entendiendo todo lo expuesto, es fácil comprender que un sensor será más preciso que otro simplemente por el algoritmo usado, la optimización de los procesos referidos, o simplemente el uso de hardware más potente; del mismo modo, el uso de técnicas como la interpolación o la simulación del movimiento puede influir en otros elementos, como la cuenta de DPI de un sensor, su nivel de aceleración y otros elementos de interés.

En cualquier caso, deseamos que esta explicación, si bien algo enrevesada por su naturaleza, haya sido lo suficientemente amena como para comprender cómo funciona tu roedor de escritorio. Esperamos poder encontraros por estos lares pronto.

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