觸控螢幕的自動校準方法

2023-10-09 17:42:44 1

專利名稱：觸控螢幕的自動校準方法
技術領域：
本發明涉及觸控螢幕技術，具體涉及一種圖像傳感器式觸控螢幕的自動校準方法。
背景技術：
觸控螢幕作為一種較簡單、成熟的人機互動設備在許多領域都得到了廣泛應 用。觸控螢幕技術的實現，目前主要有電阻式感應、電容式感應、紅外對管掃描、 圖像傳感器等幾種方式。以圖像傳感器式觸控螢幕為例，如圖1所示，其構成包
括至少一個攝像頭i、至少一支光學書寫筆2、至少一個用於光學書寫筆的光 波成像的書寫屏幕3、投影機4、微處理晶片5和PC機6。所述攝像頭1包括 光學鏡頭和圖像傳感器。所述微處理晶片5可以為單片機、ARM晶片、DSP芯 片或MCU晶片，設置有圖像處理模塊和坐標處理計算模塊。所述攝像頭1與微 處理晶片5相連接，微處理晶片5還通過其內置的晶片接口與PC機6相連接； 所述投影機4也與PC機6相連接。PC機6通過微處理晶片5的晶片接口可控 製圖像傳感器的A/D轉換增益放大值，從而可調節控制圖像傳感器採集圖像的 亮度值。其中，光學書寫筆2可以是發光筆，發出紅外光、單色光或雷射，攝 像頭1帶有與該光學書寫筆2同色的單色濾光片。光學書寫筆2也可以是非光 源物體或者無源筆，比如手指、反光效果比較好的白色模擬筆等，在這種情況 下，光學書寫筆2依靠反射光波來形成圖像點，書寫屏幕3的周邊設置有單色 線狀光源，單色線狀光源發出的光可以覆蓋到整個書寫屏幕3的顯示區域，攝 像頭1帶有與該單色線狀光源同色的濾光片，如果光源亮度足夠，就不需要濾 光片。攝像頭1安裝在書寫屏幕3的前方或後方位置，由光學書寫筆2發出或 者反射光波，位於書寫屏幕3前方或者後方的攝像頭1接收光波在書寫屏幕3 上的成像圖像或非光源物體上形成的光斑圖像，經圖像傳感器轉換輸出數字圖 像數據。所述圖像處理模塊設有一個圖像亮度閥值，圖像處理模塊將圖像傳感 器通過A/D轉換後的圖像數據的像素亮度值與亮度閥值對比，超過此亮度閥值
4的像素為有效的假定觸摸點亮斑像素，同時，所述圖像處理模塊在接收圖像傳 感器傳來的數字圖像數據時，通過圖像傳感器傳來的行同步、場同步信號和像 素時鐘計算接收的每一個像素對應的圖像傳感器的物理坐標，圖像處理模塊緩 存亮度值超過亮度閥值的觸摸點亮斑像素坐標。然後，由坐標處理計算模塊進 行光斑像素坐標分類並計算光斑重心坐標。
觸控螢幕製造安裝後，在投入使用之前都需要有一個校準的過程。目前， 一般 觸控螢幕採用以下的手動校準方法為首先將微處理晶片5、攝像頭1連接到PC
機6，取觸控螢幕上的n個已知邏輯坐標的預設點供用戶點擊；獲取用戶點擊這n 個預設點的n個物理坐標；根據獲取到的物理坐標以及預先存儲在系統中的各
個預設點的邏輯坐標，通過待定係數法得到校準參數，並將得到的校準參數進
行存儲，可以將得到的校準參數固化到觸控螢幕的微處理晶片5的硬體存儲器中 或存儲於PC機6中的觸控螢幕參數配置文件中。觸控螢幕正常使用時，只要將坐標 處理計算模塊運算得到的物理坐標結合校準參數進行基於坐標校準算法的坐標
校準迭代運算，就能得到對應的觸控螢幕的邏輯坐標。
上述現有的圖像傳感器式觸控螢幕的手動校準方法中，由於用戶對每個預設點 的點擊操作自由度很大，造成了圖像傳感器採樣計算得到的預設點物理坐標與 預設點實際對應的物理坐標之間可能有較大的誤差，從而也使圖像傳感器採樣 計算得到的預設點物理坐標與預先存儲在系統中的各個預設點的邏輯坐標之間 可能有較大的誤差，通過待定係數法得到校準參數也會出現較大的誤差。較大 誤差的校準參數運算會影響系統定位的精確度，降低了系統的性能。圖像傳感 器式觸控螢幕可以為前投影或背投影模式，並且，圖像傳感器式觸控螢幕的尺寸可 以做到很大，可以是單個大尺寸的觸控螢幕，也可以是多個大尺寸觸控螢幕拼接成 的觸摸系統。在前投影觸控螢幕中，假如圖像傳感器或投影機4的位置不固定， 將會造成用戶每次使用必須手動進行n點觸控螢幕坐標校準。同時，如果屏幕的 位置比較高、比較大，將給用戶的手動校準操作帶來極大的不便。在多個觸摸 單元拼接的大屏幕觸摸系統中，假設每個單元均有n個點，m個單元就有nXm 個點，點太多了，也造成了手工校準的困難和精確度不確定的情況。

發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種圖像傳感器式觸控螢幕的自動校準方法，本發明方法排除了現有圖像傳感器式觸控螢幕校準時 人為觸摸點擊的自由度，可以得到比較一致的校準參數。
本發明的目的通過下述技術方案實現圖像傳感器式觸控螢幕的自動校準方 法，首先在PC機安裝用於觸控螢幕校準的自動校準例程，本自動校準方法步驟如 下
(1) PC機將圖像傳感器的A/D轉換增益放大值設置為初始值，可設為零， 使圖像處理模塊在環境光及觸控螢幕正常顯示環境下不能捕獲到有效的亮斑坐標 數據，同時，禁用原存儲的校準參數；
(2) 所述自動校準例程通過投影機，在書寫屏幕上繪製一個白色或者單色 的半徑為r的圓行亮斑，自動校準例程記錄該圓行亮斑的圓心坐標作為預定用於 校準的邏輯坐標；
(3) 自動校準例程向微處理晶片發送自動調節圖像傳感器A/D轉換增益放 大值指令；
(4) 微處理晶片執行步驟(3)傳來的自動調節圖像傳感器A/D轉換增益 放大值指令，直到坐標處理計算模塊檢測到有效的亮斑坐標且亮斑的像素個數 大於預設的經驗值，坐標處理計算模塊根據所檢測到有效的亮斑坐標計算出有 效的亮斑重心物理坐標並傳送給所述自動校準例程進行記錄，然後，PC機將圖 像傳感器A/D轉換增益放大值設置為步驟(1)所述的初始值；
(5) 多次順序重複步驟(2)、 (3)和(4)操作，確保所有預定用於校準 的邏輯坐標都採集到對應的亮斑重心物理坐標；
(6) 自動校準例程根據所記錄的各個預定用於校準的邏輯坐標及其對應的 所獲取的亮斑重心物理坐標進行運算得到新的校準參數，並存儲、啟用新的校 準參數。
上述方法中，步驟(1)所述禁止使用原存儲的校準參數，若原校準參數固 化於觸控螢幕的微處理晶片的硬體存儲器中，則由坐標處理計算模塊禁用該原存 儲的校準參數；若原校準參數存儲於PC機中的觸控螢幕參數配置文件中，則由所 述自動校準例程禁用該原校準參數。
上述方法中，步驟(1)所述自動校準例程通過投影機，在書寫屏幕上繪製 的半徑為r的圓形亮斑，其半徑r優選為大於10個像數。
上述方法中，步驟(4)所述執行步驟(3)傳來的自動調節圖像傳感器A/D轉換增益放大值指令，直到坐標處理計算模塊檢測到有效的亮斑坐標且亮斑的 像素個數大於預設的經驗值，具體是微處理晶片不斷地遞增設定圖像傳感器 的A/D轉換增益寄存器的放大值，直到坐標處理計算模塊檢測到有效的亮斑坐 標且亮斑的像素個數大於預設的經驗值。
優選的，所述設定的圖像亮度閥值為圖像處理模塊設定的固定的經驗值， 此圖像亮度閥值可根據環境光和觸控螢幕的顯示亮度進行適當的調整，以有效地 去除環境光的幹擾。
上述方法中，步驟(4)所述預設的經驗值為實驗經驗值，可有效地去除圖
像傳感器的噪點幹擾。
上述方法中，步驟(6)所述自動校準例程根據所記錄的各個預定用於校準 的邏輯坐標及其對應的所獲取的亮斑重心物理坐標進行運算得到新的校準參 數，具體採用待定係數法。
上述方法中，步驟(6)所述存儲新的校準參數，具體是將新的校準參數固 化於觸控螢幕的微處理晶片的硬體存儲器中，或者是存儲於PC機中的觸控螢幕參數 配置文件中。
由上述方法得到新的校準參數後存儲、啟用後，當觸控螢幕正常使用時，只要 將坐標處理計算模塊運算得到的物理坐標結合校準參數進行基於坐標校準算法 的坐標校準迭代運算，就能得到對應的觸控螢幕的邏輯坐標。
本發明相對於現有技術具有如下的優點及效果本發明圖像傳感器式觸控螢幕
的自動校準方法，通過在PC機設置自動校準例程，由該自動校準例程預定用於
校準的邏輯坐標，並將圓心坐標為該預定邏輯坐標的圓形亮斑繪製於書寫屏幕， 再由自動校準歷程控制微處理獲取該圓形亮斑的亮斑重心物理坐標，多次重複 上述操作，再由自動校準例程根據所記錄的各個預定用於校準的邏輯坐標及其 對應的所獲取的亮斑重心物理坐標，通過待定係數法得到新的校準參數，可以 方便快捷，準確地對圖像傳感器式觸控螢幕進行校準，排除了現有圖像傳感器式 觸控螢幕校準時人為觸摸點擊的自由度，可以得到比較一致的校準參數，使觸摸 屏在使用中性能穩定，定位精度可以達到出廠設置的精度。用於多個大尺寸觸 摸屏拼接成的觸摸系統時，其相對於現有手工校準方法就顯得更方便、快捷， 大大節省了校準資源，有利於推廣應用。


圖1是現有圖像傳感器式觸控螢幕的結構示意圖2是本發明圖像傳感器式觸控螢幕的自動校準方法的流程框圖3是前投影式的圖像傳感器式觸控螢幕的自動校準示意圖4是背投影式的圖像傳感器式觸控螢幕的自動校準示意圖5是多個大尺寸觸控螢幕拼接成的觸摸系統的自動校準示意圖。
具體實施例方式
下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施 方式不限於此。
總的來說，本發明圖像傳感器式觸控螢幕的自動校準方法，在進行校準前，先 在PC機安裝用於觸控螢幕校準的自動校準例程，本發明自動校準方法如圖2所示， 步驟如下
(1) PC機通過微處理晶片的晶片接口將圖像傳感器的A/D轉換增益放大 值設置為初始值，可為零，使圖像處理模塊在環境光及觸控螢幕正常顯示環境下 不能捕獲到有效的亮斑坐標數據，同時，禁用原存儲的校準參數；
(2) 所述自動校準例程通過投影機，在書寫屏幕上繪製一個白色或者單色 的半徑為r的圓行亮斑，自動校準例程記錄該圓行亮斑的圓心坐標作為預定用於 校準的邏輯坐標；
(3 )自動校準例程通過微處理晶片的晶片接口向微處理晶片發送自動調節 圖像傳感器A/D轉換增益放大值指令；
(4) 微處理晶片執行步驟(3)傳來的自動調節圖像傳感器A/D轉換增益 放大值指令，直到坐標處理計算模塊檢測到有效的亮斑坐標且亮斑的像素個數 大於預設的經驗值，坐標處理計算模塊根據所檢測到有效的亮斑坐標計算出有 效的亮斑重心物理坐標，通過微處理晶片的晶片接口微將亮斑重心物理坐標傳 送給所述自動校準例程進行記錄，然後，PC機將圖像傳感器A/D轉換增益放大 值設置為步驟(1)所述的初始值-,
(5) 多次順序重複步驟(2)、 (3)和(4)操作，確保所有預定用於校準 的邏輯坐標都採集到對應的亮斑重心物理坐標；
(6) 自動校準例程根據所記錄的各個預定用於校準的邏輯坐標及其對應的 所獲取的亮斑重心物理坐標進行運算得到新的校準參數，並存儲、啟用新的校準參數。
上述方法中，步驟(1)所述禁止使用原存儲的校準參數，若原校準參數固 化於觸控螢幕的微處理晶片的硬體存儲器中，則由坐標處理計算模塊禁用該原存 儲的校準參數；若原校準參數存儲於PC機中的觸控螢幕參數配置文件中，則由所 述自動校準例程禁用該原校準參數。
上述方法中，歩驟(1)所述自動校準例程通過投影機，在書寫屏幕上繪製
的半徑為r的圓形亮斑，其半徑r優選為大於10個像數。
上述方法中，步驟(4)所述執行步驟(3)傳來的自動調節圖像傳感器A/D 轉換增益放大值指令，直到坐標處理計算模塊檢測到有效的亮斑坐標且亮斑的 像素個數大於預設的經驗值，具體是微處理晶片不斷地遞增設定圖像傳感器 的A/D轉換增益寄存器的放大值，直到坐標處理計算模塊檢測到有效的亮斑坐 標且亮斑的像素個數大於預設的經驗值。
優選的，所述設定的圖像亮度閥值為圖像處理模塊設定的固定的經驗值， 此圖像亮度閥值可根據環境光和觸控螢幕的顯示亮度進行適當的調整，以有效地 去除環境光的幹擾。
上述方法中，步驟(4)所述預設的經驗值為實驗經驗值，可有效地去除圖 像傳感器的噪點幹擾。
上述方法中，步驟(6)所述自動校準例程根據所記錄的各個預定用於校準 的邏輯坐標及其對應的所獲取的亮斑重心物理坐標進行運算得到新的校準參 數，具體採用待定係數法。
上述方法中，步驟(6)所述存儲新的校準參數，具體是將新的校準參數固 化於觸控螢幕的微處理晶片的硬體存儲器中，或者是存儲於PC機中的觸控螢幕參數 配置文件中。
由上述方法得到新的校準參數後存儲、啟用後，當觸控螢幕正常使用時，只要 將坐標處理計算模塊運算得到的物理坐標結合校準參數進行基於坐標校準算法 的坐標校準迭代運算，就能得到對應的觸控螢幕的邏輯坐標。
下面結合觸控螢幕的具體實現形式來具體說明本發明觸控螢幕自動校準方法的 實現。
實施例1
如圖3所示，該圖像傳感器式觸控螢幕為前投影式的圖像傳感器式觸控螢幕。投
9影機4和攝像頭1等放置於書寫屏幕3的前方，光學書寫筆2 (圖中未示出)採 用紅色雷射器，可遠程操控滑鼠，攝像頭1採用的單色濾光片為紅色雷射波段650 納米窄帶的濾光片。其自動校準採用本發明上述自動校準方法，如圖2所示，其 中，步驟(3)、 (4)和(5)的操作重複了 13次，如圖3所示，該13次所繪製 的圓形亮斑依次為書寫屏幕3中的圓7~19。
實施例2
如圖4所示，該圖像傳感器式觸控螢幕為後投影式圖像傳感器式觸控螢幕，該後 投影式圖像傳感器式觸控螢幕設置有反光玻璃20和背投底座21。投影機4和攝像 頭1等放置於書寫屏幕3的後方，如放置於背投箱中，光學書寫筆2釆用紅外書 寫筆可在書寫屏幕3上進行書寫操作，攝像頭1採用的單色濾光片為850—940 納米的帶通濾光片。其自動校準採用本發明上述自動校準方法，如圖2所示，其 中，(3)、 (4)和(5)的操作重複了13次，如圖4所示，該B次所繪製的圓形 亮斑依次為書寫屏幕中的圓22~34。
實施例3
如圖5所示為多個大尺寸觸控螢幕拼接成的觸摸系統，投影機4和攝像頭1等 放置於書寫屏幕3後方的背投箱中，由若干個這樣的背投組成了一個r^m的拼接 顯示觸摸系統。圖5具體為2個大尺寸觸控螢幕拼接成的觸摸系統，包括觸控螢幕A 和B。本觸摸系統還包含了視頻分割板卡35和攝像頭微處理晶片5的晶片接口數 據採集板卡36，晶片接口數據採集板卡36通過微處理晶片5連接到觸控螢幕A和 B中的攝像頭l，晶片接口數據採集板卡36設置有多個接口，每一個接口通過串 行RS485或RS232總線連接到一個微處理晶片5的晶片接口 ，從而通過微處理芯 片5連接一個攝像頭1，可通過接口對應地顯示單位的位置，將攝像頭l輸出的 坐標變換成拼接系統的坐標。視頻分割板卡35通過VGA或DVI接口與PC機6、 投影機4連接。
上述拼接系統中的觸控螢幕A和B的自動校準都採用本發明上述自動校準方 法，如圖2所示，其中，(3)、 (4)和(5)的操作重複了 13次。而且，各個觸 摸屏之間的校準過程可以是並行的也可以是串行的，攝像頭微處理晶片5的晶片 接口數據採集板卡36與各個攝像頭之間的通訊是獨立和並行的，如圖5所示，在觸控螢幕A重複13次所繪製的圓形亮斑依次為書寫屏幕中的圓37~49，在觸摸 屏B重複13次所繪製的圓形亮斑依次為書寫屏幕中的圓50 62。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受所述實施 例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替 代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1、圖像傳感器式觸控螢幕的自動校準方法，其特徵在於首先在PC機安裝用於觸控螢幕校準的自動校準例程，本自動校準方法步驟如下(1)PC機將圖像傳感器的A/D轉換增益放大值設置為初始值，使圖像處理模塊在環境光及觸控螢幕正常顯示環境下不能捕獲到有效的亮斑坐標數據，同時，禁用原存儲的校準參數；(2)所述自動校準例程通過投影機，在書寫屏幕上繪製一個白色或者單色的半徑為r的圓行亮斑，自動校準例程記錄該圓行亮斑的圓心坐標作為預定用於校準的邏輯坐標；(3)自動校準例程向微處理晶片發送自動調節圖像傳感器A/D轉換增益放大值指令；(4)微處理晶片執行步驟(3)傳來的自動調節圖像傳感器A/D轉換增益放大值指令，直到坐標處理計算模塊檢測到有效的亮斑坐標且亮斑的像素個數大於預設的經驗值，坐標處理計算模塊根據所檢測到有效的亮斑坐標計算出有效的亮斑重心物理坐標並傳送給所述自動校準例程進行記錄，然後，PC機將圖像傳感器A/D轉換增益放大值設置為步驟(1)所述的初始值；(5)多次順序重複步驟(2)、(3)和(4)操作，確保所有預定用於校準的邏輯坐標都採集到對應的亮斑重心物理坐標；(6)自動校準例程根據所記錄的各個預定用於校準的邏輯坐標及其對應的所獲取的亮斑重心物理坐標進行運算得到新的校準參數，並存儲、啟用新的校準參數。
2、 根據權利要求l所述的圖像傳感器式觸控螢幕的自動校準方法，其特徵在 於步驟(1)所述禁止使用原存儲的校準參數，若原校準參數固化於觸控螢幕的 微處理晶片的硬體存儲器中，則由坐標處理計算模塊禁用該原存儲的校準參數； 若原校準參數存儲於PC機中的觸控螢幕參數配置文件中，則由所述自動校準例程 禁用該原校準參數。
3、 根據權利要求1或2所述的圖像傳感器式觸控螢幕的自動校準方法，其特 徵在於步驟(1)所述自動校準例程通過投影機，在書寫屏幕上繪製的半徑為 r的圓形亮斑，其半徑r為大於10個像數。
4、 根據權利要求3所述的圖像傳感器式觸控螢幕的自動校準方法，其特徵在於步驟(4)所述執行步驟(3)傳來的自動調節圖像傳感器A/D轉換增益放 大值指令，直到坐標處理計算模塊檢測到有效的亮斑坐標且亮斑的像素個數大 於預設的經驗值，具體是微處理晶片不斷地遞增設定圖像傳感器的A/D轉換 增益寄存器的放大值，直到坐標處理計算模塊檢測到有效的亮斑坐標且亮斑的 像素個數大於預設的經驗值。
5、 根據權利要求l所述的圖像傳感器式觸控螢幕的自動校準方法，其特徵在 於步驟(4)所述執行步驟(3)傳來的自動調節圖像傳感器A/D轉換增益放 大值指令，直到坐標處理計算模塊檢測到有效的亮斑坐標且亮斑的像素個數大 於預設的經驗值，具體是微處理晶片不斷地遞增設定圖像傳感器的A/D轉換 增益寄存器的放大值，直到坐標處理計算模塊檢測到有效的亮斑坐標且亮斑的 像素個數大於預設的經驗值。
6、 根據權利要求5所述的圖像傳感器式觸控螢幕的自動校準方法，其特徵在於所述設定的圖像亮度閥值為圖像處理模塊設定的固定的經驗值。
7、 根據權利要求1、 2、 4、 5或6所述的圖像傳感器式觸控螢幕的自動校準 方法，其特徵在於步驟(4)所述預設的經驗值為實驗經驗值。
8、 根據權利要求7所述的圖像傳感器式觸控螢幕的自動校準方法，其特徵在於步驟(6)所述自動校準例程根據所記錄的各個預定用於校準的邏輯坐標及其對應的所獲取的亮斑重心物理坐標進行運算得到新的校準參數，具體採用待 定係數法。
9、 根據權利要求l所述的圖像傳感器式觸控螢幕的自動校準方法，其特徵在於步驟(6)所述自動校準例程根據所記錄的各個預定用於校準的邏輯坐標及其對應的所獲取的亮斑重心物理坐標進行運算得到新的校準參數，具體採用待 定係數法。
10、 根據權利要求l、 2、 4、 5、 6、 8或9所述的圖像傳感器式觸控螢幕的自 動校準方法，其特徵在於步驟(6)所述存儲新的校準參數，具體是將新的校 準參數固化於觸控螢幕的微處理晶片的硬體存儲器中，或者是存儲於PC機中的觸 摸屏參數配置文件中。
全文摘要
本發明為圖像傳感器式觸控螢幕的自動校準方法，步驟是(1)將圖像傳感器的A/D轉換增益放大值設置為初始值，禁用原校準參數；(2)自動校準例程在書寫屏幕上繪製圓行亮斑，並記錄該圓行亮斑的圓心坐標作為預定用於校準的邏輯坐標；(3)自動校準例程發送自動調節圖像傳感器A/D轉換增益放大值指令；(4)微處理晶片執行所述指令，計算出有效亮斑重心物理坐標並傳給自動校準例程，PC機將圖像傳感器A/D轉換增益放大值設置為初始值；(5)多次重複步驟(2)、(3)和(4)操作；(6)根據預定用於校準的邏輯坐標及其對應的亮斑重心物理坐標得到新校準參數並存儲、啟用。本發明排除了現有方法中人為觸摸點擊的自由度，可得到較一致的校準參數。
文檔編號G06F3/042GK101639746SQ20091004119
公開日2010年2月3日 申請日期2009年7月16日 優先權日2009年7月16日
發明者鄭金髮 申請人:廣東威創視訊科技股份有限公司