基於光纖的紅外觸控螢幕定位方法
2023-05-25 02:18:16
專利名稱：基於光纖的紅外觸控螢幕定位方法
技術領域：
本發明涉及一種紅外觸控螢幕的定位方法，特別涉及一種基於光纖的紅外觸控螢幕定位方法。
背景技術：
觸控螢幕是結合顯示器使用的一種透明的絕對定位系統，透明和優良的定位原理是它的技術特徵。目前應用在各場合的觸控螢幕主要有四種電阻式觸控螢幕、電容式觸控螢幕、表面聲波觸控螢幕和紅外觸控螢幕。其中紅外觸控螢幕的視覺效果和定位原理都優於其它觸控螢幕技術，而且不受電流、電壓和靜電幹擾，可以適宜惡劣的環境條件。採用聲學和其它材料學技術的觸屏都有其難以逾越的屏障，如單一傳感器的受損、老化，觸摸界面怕受汙染、破壞性 使用，維護繁雜等等問題。但是，與其它三種觸控螢幕相比，紅外觸控螢幕也存在解析度低和傳感器易損壞的問題，所以紅外屏解析度和穩定性能的提高是其發展前景的關鍵紅外線觸控螢幕原理很簡單，只是在顯示器上加上光點距架框，無需在屏幕表面加上塗層或接駁控制器。紅外觸控螢幕是利用X、Y方向上密布的紅外線矩陣來檢測並定位用戶的觸摸。紅外觸控螢幕在顯示器的前面安裝一個電路板外框，電路板在屏幕四邊排布紅外發射管和紅外接收管，一一對應形成橫豎交叉的紅外線矩陣。用戶在觸控螢幕幕時，手指就會擋住經過該位置的橫豎兩條紅外線，因而可以判斷出觸摸點在屏幕的位置。任何觸摸物體都可改變觸點上的紅外線而實現觸控螢幕操作。如圖I所示，觸控螢幕四周設置了若干對紅外發射線路板和紅外接收線路板，所有線路組成了紅外掃描模塊，每個線路板包含了若干個紅外發射管或紅外接收管，每個正對的紅外發射管和紅外接收管成對工作，在一個掃描周期內，所有的紅外發射管都被點亮一次，當紅外接收管檢測的信號值偏離基準值一定的幅度則記錄當前的觸摸位置，最終檢測出橫向、縱向上所有觸摸位置。使用現有的觸控螢幕定位方法，在觸控螢幕外框上安裝紅外線發射與接收感測元件，觸控螢幕的物理解析度由紅外發光管和紅外接收管的對數決定，體現在一定尺寸的屏上，其物理解析度就是由紅外發射管和紅外接收管的體積決定的，但是紅外對管的體積又受到目前工藝的限制，因此採用傳統的紅外對管在目前很難實現高解析度。同時，大規模的紅外對管和傳感器成本較高，容易損壞，維護繁雜。
發明內容
本發明的目的在於提供一種不同於傳統的使用紅外對管的紅外觸控螢幕定位方法。本發明的目的是通過以下技術方案實現的一種基於光纖的紅外觸控螢幕定位方法，包括以下步驟一、在矩形屏幕兩個或兩個以上的頂點分別放置紅外扇面光源；二、在矩形屏幕四條邊上分別鋪設塑料光纖，當觸控螢幕上存在不透光遮擋物時，該光纖可以給出觸控螢幕上的不透光遮擋物的陰影在四邊上的起末位置的精確坐標；三、將塑料光纖的一端鋪設在屏幕邊上，用於感測紅外光，另一端連接到光電傳感器；四、將光電傳感器接收到的光纖數據傳輸到觸控螢幕定位模塊；五、觸控螢幕定位模塊將每個光源以及該光源對應陰影的起末位置，構造出一個包含遮擋物的三角形或者四邊形，通過將多個多邊形進行重疊，得到遮擋物的位置。有益效果本發明提供了一種不使用傳統紅外對管方式的紅外觸控螢幕定位方法，降低了觸控螢幕的成本，並且提高了解析度。
圖I為傳統紅外觸控螢幕的結構圖；
圖2為本發明實施例中紅外觸控螢幕定位方法的流程圖；圖3為本發明實施例中定位的示意圖；圖4為本發明實施例中塑料光纖的擺放示意圖；圖5為本發明實施例中面狀排布的光纖束示意圖；圖6為本發明實施例中觸控螢幕定位的原理示意圖。其中，I為攝像頭，2為紅外掃描模塊，3為紅外發射管，4為紅外接收管;5為本發明米用的扇面光源。
具體實施例方式下面結合附圖，具體說明本發明的優選實施方式。本實施例使用不同於傳統紅外觸控螢幕的方法進行紅外觸控螢幕定位。圖3是本實施例中的紅外觸控螢幕定位方法的流程圖。在本實施例中，進行紅外觸控螢幕定位的方法包括以下步驟一、在矩形屏幕的四條邊，架設一定寬度的框架，框架的四個角可以固定線狀雷射器，框架的四條邊用於固定塑料光纖。框架的大小可根據顯示屏的大小來製作，二、在矩形觸控螢幕的四個頂點分別放置一個紅外線狀雷射器代替傳統的紅外發射管。線狀雷射器是在普通的雷射器上加一個玻璃鏡頭，將點光源轉化為線狀光源。使用線裝雷射器，就解決了傳統的LED紅外管的低光源解析度問題。同時，使用兩組或多組位置靠近的線狀雷射器可以減少誤判率，從而使得檢測器具有同時精確檢測兩個或以上的障礙物的能力，如圖3所示。三、在矩形屏幕的四條邊，使用塑料光纖代替傳統的紅外接收管，在四條邊上密集擺放，接收紅外雷射管發射過來的紅外光。塑料光纖的擺放如圖4所示。根據觸控螢幕尺寸和解析度確定光纖的擺放和數目。例如，假設顯示屏尺寸為350*280mm，採用的解析度為125*100，那麼需要塑料光纖的數目就為(125+100)*2 = 450。使用密集的光纖束接收雷射信號，可以大大提高接收器的密度和精度。四、將塑料光纖的一端設置於觸控螢幕邊上的框架內，將另一端匯集在一起，並且將線狀排布的光纖束轉變為面狀排布的光纖束，如圖5所示。例如，假設屏幕四條邊A，B，C，D的光纖數目分別為125，100，125，100。對應的面狀光纖束即可為25*18的矩陣面，對應原則可為，AB邊的1-25根光纖為面狀光纖束的第I行,26-50為第2行,51-75為第3行，......，101-125為第5行，BC邊的1-25根光纖束為第6行……DA邊的76-100為第18行。將線狀排布的光纖束轉變為面狀排布的光纖束，可以將原先需要大量光電傳感器接收的信號轉化為小型單一光電傳感器可接收的信號，從而大大提高了信號的接收速度和數量，以及信號的接收解析度。五、將塑料光纖的另一端連接到光電傳感設備。由於將光纖束轉變成了面狀光纖束，因此，本實施例採用圖像傳感器CCD或CMOS接收光電信號，從而大大提高了接收信號的解析度和精度，並大大簡化了軟體模塊實現的難度。六、將圖像傳感器CXD或CMOS與主控晶片S3C2440處理器連接，以將圖像傳感器CCD或CMOS從塑料光纖接收的信號傳輸到主控晶片。主控晶片的作業系統選擇嵌入式Iinux0在主控晶片上移植Opencv環境，使嵌入式系統有了圖像處理的功能，成為集發射、控制、處理、顯示於一體的綜合的系統的控制核心。七、在主控晶片中設置控制系統時序的模塊和觸控螢幕定位模塊，制系統時序的模 塊控制4個紅外雷射管的分時發射掃描，控制CMOS傳感器的接收與紅外管的發射時鐘同步，接收CMOS傳來的圖像信號並利用opencv 二值化處理。八、在觸控螢幕定位模塊中，通過CMOS傳來的圖像信號判斷屏幕觸摸的位置。圖6所示為本實施例進行觸控螢幕定位的示意圖。四個光源以及對應的陰影可以產生四個多邊形(三角形或者四邊形)，將四個多邊形進行重疊，就可以得到比較精確的遮擋物位置。本實施例中，使用了一種特定的計算多個多邊形重疊部分的方法。該方法流程簡單，非常易於實現。該方法的實現過程為I)求出初始的多個多邊形，每個多邊形包括一個頂點集合及一個邊集合，假設第i個多邊形為Poly [i],其頂點集合為Poly [i]. pointSet,邊集合為Poly [i] edgeSet ;具體過程為(I)求出多邊形頂點坐標i)將光源點坐標加入 Poly [i]. pointSet ；ii)獲取陰影起末位置ps和pe坐標,若ps和pe在觸控螢幕的一條邊上,則將ps和pe加入Poly [i]. pointSet集合,如果ps和pe各在不同邊上,則將ps』pe以及兩邊交點加A Poly [i]. pointSet 集合；(2)頂點排序尋找y值最小的頂點，如果存在多個，則在y值相同的頂點中尋找x值最小的頂點，稱其為基點；依次求出所有的點與基點構成的向量與X軸上的正方向單位向量的夾角的餘弦值，然後根據餘弦值的大小排序；(3)根據排序後得到的點，按照順序依次連接，獲得Poly[i]的每一條邊；2)求出任意兩個多邊形的重疊部分假設兩個多邊形為Pl和P2，所求部分為p3 (I)求出pl每條邊與p2每條邊的交點；(2)以pl為基準，判斷p2中的每一個點是否在pl內，如果在pl內，則把該點收入集合p3. pointSet中，否則,求出該點與前一個點構成的邊與pl的所有邊的交點，收入集合p3.pointSet 中；(3)以p2為基準，對pl每個點進行判定；
(4)去掉p3中重複的點；(5)對p3中的點進行排序；(6)求出p3的所有邊；3)以求出的重疊部分p3作為pl，以還未計算的多邊形作為p2，重複步驟2)，直到求出所有多邊形的重疊部分。
本發明不僅限於以上實施例，凡是利用本發明的設計思路，做一些簡單變化的設計，都應計入本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種基於光纖的紅外觸控螢幕定位方法，包括以下步驟 一、在矩形屏幕兩個或兩個以上的頂點分別放置紅外扇面光源； 二、在矩形屏幕四條邊上分別鋪設塑料光纖，當觸控螢幕上存在不透光遮擋物時，該光纖可以給出觸控螢幕上的不透光遮擋物的陰影在四邊上的起末位置的精確坐標； 三、將塑料光纖的一端鋪設在屏幕邊上，用於感測紅外光，另一端連接到光電傳感器； 四、將光電傳感器接收到的光纖數據傳輸到觸控螢幕定位模塊； 五、觸控螢幕定位模塊將每個光源以及該光源對應陰影的起末位置，構造出一個包含遮擋物的三角形或者四邊形，通過將多個多邊形進行重疊，得到遮擋物的位置。
2.根據權利要求I所述的一種基於光纖的紅外觸控螢幕定位方法，其特徵在於，所述扇 面光源為紅外線狀雷射器。
3.根據權利要求I或2所述的一種基於光纖的紅外觸控螢幕定位方法，其特徵在於，所述扇面光源為4個，分別位於矩形觸控螢幕的四個頂點。
4.根據權利要求3所述的一種基於光纖的紅外觸控螢幕定位方法，其特徵在於，在步驟一之前，還包括在矩形屏幕的四條邊架設一定寬度的框架的步驟，框架的四個角用於固定線狀雷射器，框架的四條邊用於固定塑料光纖。
5.根據權利要求4所述的一種基於光纖的紅外觸控螢幕定位方法，其特徵在於，在步驟三中，將塑料光纖的一端設置於觸控螢幕邊上的框架內，將另一端匯集在一起，並且將線狀排布的光纖束轉變為面狀排布的光纖束。
6.根據權利要求5所述的一種基於光纖的紅外觸控螢幕定位方法,其特徵在於,所述光電傳感器為圖像傳感器CXD或CMOS。
7.根據權利要求I或2所述的一種基於光纖的紅外觸控螢幕定位方法，其特徵在於，觸控螢幕定位模塊計算多個多邊形重疊部分的方法為 I)求出初始的多個多邊形，每個多邊形包括一個頂點集合及一個邊集合，假設第i個多邊形為Poly[i],其頂點集合為Poly[i]. pointSet,邊集合為Poly[i]. edgeSet ;具體過程為 (1)求出多邊形頂點坐標 1)將光源點坐標加入Poly[i]. pointSet ； ii)獲取陰影起末位置ps和pe坐標,若ps和pe在觸控螢幕的一條邊上,則將ps和pe加入Poly [i]. pointSet集合,如果ps和pe各在不同邊上,則將ps, pe以及兩邊交點加入Poly [i]. pointSet 集合； (2)頂點排序 尋找I值最小的頂點，如果存在多個，則在I值相同的頂點中尋找X值最小的頂點，稱其為基點； 依次求出所有的點與基點構成的向量與X軸上的正方向單位向量的夾角的餘弦值，然後根據餘弦值的大小排序； (3)根據排序後得到的點，按照順序依次連接，獲得Poly[i]的每一條邊； 2)求出任意兩個多邊形的重疊部分假設兩個多邊形為Pl和p2，所求部分為p3 (1)求出pi每條邊與p2每條邊的交點； (2)以Pl為基準，判斷p2中的每一個點是否在pi內，如果在pi內，則把該點收入集合p3. pointSet中，否則，求出該點與前一個點構成的邊與pi的所有邊的交點，收入集合p3.pointSet 中； (3)以p2為基準，對pi每個點進行判定； (4)去掉p3中重複的點； (5)對p3中的點進行排序； (6)求出p3的所有邊； 3)以求出的重疊部分p3作為pl，以還未計算的多邊形作為p2，重複步驟2)，直到求出所有多邊形的重疊部分。
8.根據權利要求4-6任一項所述的一種基於光纖的紅外觸控螢幕定位方法,其特徵在於，觸控螢幕定位模塊計算多個多邊形重疊部分的方法為 I)求出初始的多個多邊形，每個多邊形包括一個頂點集合及一個邊集合，假設第i個多邊形為Poly[i],其頂點集合為Poly[i]. pointSet,邊集合為Poly[i]. edgeSet ;具體過程為 (1)求出多邊形頂點坐標 1)將光源點坐標加入Poly[i]. pointSet ； ii)獲取陰影起末位置ps和pe坐標,若ps和pe在觸控螢幕的一條邊上,則將ps和pe加入Poly [i]. pointSet集合,如果ps和pe各在不同邊上,則將ps, pe以及兩邊交點加入Poly [i]. pointSet 集合； (2)頂點排序 尋找I值最小的頂點，如果存在多個，則在I值相同的頂點中尋找X值最小的頂點，稱其為基點； 依次求出所有的點與基點構成的向量與X軸上的正方向單位向量的夾角的餘弦值，然後根據餘弦值的大小排序； (3)根據排序後得到的點，按照順序依次連接，獲得Poly[i]的每一條邊； 2)求出任意兩個多邊形的重疊部分假設兩個多邊形為Pl和p2，所求部分為p3 (1)求出pl每條邊與p2每條邊的交點； (2)以Pl為基準，判斷p2中的每一個點是否在pl內，如果在pl內，則把該點收入集合p3. pointSet中，否則,求出該點與前一個點構成的邊與pl的所有邊的交點，收入集合p3.pointSet 中； (3)以p2為基準，對pl每個點進行判定； (4)去掉p3中重複的點； (5)對p3中的點進行排序； (7)求出p3的所有邊； 3)以求出的重疊部分p3作為pl，以還未計算的多邊形作為p2，重複步驟2)，直到求出所有多邊形的重疊部分。
9.根據權利要求I或2所述的一種基於光纖的紅外觸控螢幕定位方法,其特徵在於,在步驟四中，將圖像傳感器C⑶或CMOS與主控晶片連接，在主控晶片中設置控制系統時序的模塊和觸控螢幕定位模塊，所述控制系統時序的模塊用於控制4個紅外雷射管的分時發射掃描，控制CMOS傳感器的接收與紅外管的發射時鐘同步。
10.根據權利要求9所述的一種基於光纖的紅外觸控螢幕定位方法,其特徵在於，所述主控晶片為S3C2440處理器，主控晶片的作業系統選擇嵌入式linux，在主控晶片上移植 Opencv 環境。
全文摘要
本發明涉及一種基於光纖的紅外觸控螢幕定位方法，包括以下步驟一、在矩形屏幕兩個或兩個以上的頂點分別放置紅外扇面光源；二、在矩形屏幕四條邊上分別鋪設塑料光纖，當觸控螢幕上存在不透光遮擋物時，該光纖可以給出觸控螢幕上的不透光遮擋物的陰影在四邊上的起末位置的精確坐標；三、將塑料光纖的一端鋪設在屏幕邊上，用於感測紅外光，另一端連接到光電傳感器；四、將光電傳感器接收到的光纖數據傳輸到觸控螢幕定位模塊；五、觸控螢幕定位模塊將每個光源以及該光源對應陰影的起末位置，構造出一個包含遮擋物的三角形或者四邊形，通過將多個多邊形進行重疊，得到遮擋物的位置。本發明降低了觸控螢幕的成本，並且提高了解析度。
文檔編號G06F3/042GK102750047SQ20121018381
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月5日 優先權日2012年6月5日
發明者李鵬, 梁雲昭, 梁漢, 王主彬, 符積高, 陳博 申請人:北京理工大學