一種觸控螢幕裝置與多點觸摸定位方法

2023-06-05 05:07:51 2

專利名稱：一種觸控螢幕裝置與多點觸摸定位方法
技術領域：
本發明涉及一種觸控螢幕，特別涉及一種可以區分多個觸摸點並可同時操作的觸控螢幕及其多點觸摸定位方法。

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較多的領域得到廣泛應用，現有的觸控螢幕技術主要有電阻、電容、攝像頭、紅外線等幾種形式。紅外觸控螢幕作為一種生產工藝簡單、生產成本較低的交互設備得到了較快的發展。紅外觸控螢幕的基本結構，是在一個顯示表面四周邊緣按照一定的順序安裝若干對紅外發射和紅外接收元件。這些發射和紅外接收元件按照一一對應的方式組成發射接收對，沿著顯示表面的邊緣構成一個互相垂直的發射接收陣列，在微型計算機系統的控制下按照一定的順序分別接通每一對發射和紅外接收元件，檢測每一對紅外發射與紅外接收元件之間的紅外光線是否被阻斷，以此來判定是否有觸摸事件發生。詳細的原理在美國專利US5162783以及國內許多專利中都有描述。
現有的紅外觸控螢幕系統，光線在顯示表面構成柵格結構，檢測到觸摸時，確定觸摸發生的柵格節點位置就可以算出觸摸事件發生的位置坐標。這種觸摸檢測模式使得現有的紅外觸控螢幕在給定的時段內，檢測系統只接收唯一的一組位置的坐標數據，因此當只有一個觸摸點時，觸控螢幕可以正常工作，對於兩個或以上觸摸點同時操作時，系統將計算錯誤的位置坐標，導致報告的觸摸地點不是實際觸摸的地點。現有的其它原理的觸控螢幕，如電阻式、電容式觸控螢幕等，其坐標計算方法與紅外觸控螢幕相類似，存在相同的問題。
由於上述原因，現有的觸控螢幕技術在一些需要使用多點觸摸的場合就會失效，例如多人同時遊戲，多人同時書寫繪畫等，這樣極大的限制了觸控螢幕的使用領域。目前已經有一些解決方法例如通過檢測觸摸事件發生的先後順序來識別多個觸摸點，但對於多個觸摸點之間無相對移動，也沒有觸摸點的形狀大小值可以參照的情況下，容易發生誤判。
鑑於目前觸控螢幕系統存在的上述不足，提供一種可以實現多點觸摸定位並減少誤判的結構和方法實為必要。


發明內容
本發明的目的在於提供一種可以識別兩個或兩個以上的觸摸操作的觸控螢幕裝置。
本發明的另一個目的是提供一種使用上述觸控螢幕實現多點同時觸摸也能報告有效觸摸位置的多點觸摸定位方法。
為達到上述目的，本發明採用以下技術方案 一種觸控螢幕裝置，它包括在橫縱兩個方向上排布的設有紅外元件的紅外觸摸檢測電路，構成紅外觸摸檢測柵格，用來分別確定多個觸摸點在檢測區域內可能的位置；可拍攝到整個檢測區域的攝像頭裝置，用來確定多個觸摸點在檢測區域內相對的位置；可分別接收紅外觸摸檢測電路與攝像頭裝置所獲取的數據的數據計算單元，比較分析後將確定的觸摸點的準確位置坐標傳輸至計算機中。
在本發明觸控螢幕裝置中，所述的攝像頭裝置位於檢測區域的一個可拍攝到紅外線發射元件的邊角上，這樣可以利用紅外發射元件所發出的紅外光線作為背景光源，使攝像頭裝置獲得合適的觸摸點圖像。當然，也可以增設必要的輔助照明裝置，特別是在與紅外觸摸檢測柵格平面相平行的位置上安裝攝像頭裝置時，使攝像頭裝置可以獲取合適的圖象。
採用本發明的觸控螢幕裝置，當一個觸摸點在觸控螢幕上操作時，由於觸摸點的遮擋，導致觸摸點所在位置的紅外接收元件的輸出值發生變化，紅外觸摸檢測電路檢測這種變化就可以判斷出觸摸點的位置；當兩個或以上的觸摸點在觸控螢幕上操作時，在同一時刻，紅外觸摸檢測電路會檢測到多個位置的紅外接收元件輸出值發生變化，根據這些數據，可以組合出多個可能的觸摸位置坐標，此時，紅外觸摸檢測電路可以算出可能的觸摸點位置坐標而不能確定各個觸摸點的準確位置。與此同時，與紅外觸摸檢測平面相平行的攝像頭裝置會記錄下各個觸摸點在觸控螢幕上的相對位置，它們分布在與攝像頭裝置的光軸成一定角度的直線上，通過計算公式可以確定各個觸摸點的橫縱坐標之間的關係；結合紅外觸摸檢測電路得到的觸摸點可能的位置坐標，把各個可能的觸摸點的橫縱坐標與攝像頭裝置記錄得到的觸摸點坐標關係進行對比分析，找出滿足橫縱坐標關係的坐標值組合，這樣就可以確定各個觸摸點的準確位置坐標。
本發明實現多點觸摸的定位方法主要包括以下步驟 1.啟動掃描，完成各紅外接收元件的歸一化和/或初始化；同時開啟攝像頭裝置； 2.在一個掃描周期內，依次接通紅外發射元件，讀取紅外接收元件輸出值，並與歸一化值和/或初始化值比較；若紅外接收元件輸出值與歸一化值和/或初始化值不一致，則判斷有觸摸事件發生，標記該位置； 3.根據掃描周期內紅外觸摸檢測電路記錄下來的觸摸事件發生位置，判斷並計算出各觸摸點的可能的位置坐標； 4.根據攝像頭裝置記錄的各個觸摸點的位置，使用下面的公式計算出各個觸摸點橫縱坐標之間的關係 Y＝X*tanθ， 其中，X表示觸摸點距離攝像頭裝置在橫方向的距離，Y表示觸摸點到攝像頭裝置在縱方向的距離，θ表示觸摸點和攝像頭裝置連線與水平線之間的夾角； 5.在數據計算單元中將步驟3中得到各組可能坐標值與步驟4中觸摸點坐標關係進行對比分析，找出滿足步驟4中關係式的坐標組合，確定各觸摸點的坐標，並將坐標數據送至計算機處理； 6.重複步驟2至步驟5，開始新的循環。
上述步驟是本發明多點定位方法的基本步驟，各步驟的順序依據描述不同可以有所不同，步驟的數量也可以根據需要增減。例如步驟3，步驟4的順序可以改變，也可以同時進行。
步驟4中，衡量觸摸點相對位置所選取得基準線是水平線。事實上，角度θ的描述可以選擇不同的基準，例如可以選擇攝像頭光軸或垂直線作為基準，此時，計算公式的形式可能會有所不同，公式中各參數表示的含義將隨之發生變化，但計算的實質沒有變化，均是表徵觸摸點橫縱坐標之間的關係。
在步驟4所列公式中，當θ為0或90°，表示有觸摸點在觸控螢幕的橫向邊緣或縱向邊緣，此時，在觸控螢幕邊緣的觸摸點位置坐標應該在確定了其它觸摸點的確切位置之後再確定。
採用本發明的觸控螢幕裝置，並使用本發明的多點定位方法，觸控螢幕系統就可以區分出同時觸摸的多個觸摸點，使多點觸摸定位在觸控螢幕上得以實現。在此基礎之上，更進一步，根據位置坐標的變化情況可以確定各個觸摸點的移動趨勢，據此可以定義不同的觸摸操作功能，比如兩個觸摸點運動方向相反表示進行放大或縮小操作；一個觸摸點不動，另外一個觸摸點作弧線運動，表示進行旋轉操作等等，完成單點觸摸系統所無法完成的功能，所有這些功能可以通過相應的應用軟體來靈活定義。
與現有單點觸摸技術相比，本發明有如下有益效果 一、觸控螢幕裝置簡單，不需要過多的投入就可以實現多點觸摸定位。
二、應用範圍更廣泛。既能實現單點觸摸，又可以實現多點觸摸，完成現有觸控螢幕較難實現的多人同時操作功能，可以應用於更多的領域和場合。
三、實現多點定位的算法較簡單，觸摸點位置坐標計算方便、準確、可靠。



圖1是本發明實施例結構示意圖； 圖2是本發明實施例多個點觸摸示意圖； 圖3是本發明實施例觸摸點相對位置計算示意圖； 圖4是本發明實施例多點觸摸定位方法流程示意圖； 圖5是本發明實施例檢測兩個重疊觸摸點示意圖。

具體實施例方式 圖1是本發明一個具體實施例的結構示意圖。圖中，101是安裝有紅外發射元件的發射電路板，102是發射電路板上的紅外發射元件，104是安裝在接收電路板103上的紅外接收元件。如圖所示，由紅外發射電路板與紅外接收電路板構成的紅外觸摸檢測電路排布在檢測區域107的四周，形成紅外觸摸檢測柵格106，當有觸摸點在檢測區域內操作時，由於觸摸點的遮擋，會使紅外接收元件的輸出值發生變化，據此，紅外觸摸檢測電路可以標記出觸摸點的可能位置。攝像頭裝置105安裝在檢測區域的右上角，與紅外觸摸檢測平面平行，通過調整安裝的位置與角度，使攝像頭裝置可以拍攝到整個檢測區域，同時，安裝攝像頭在此位置可以拍攝到紅外發射元件，這樣可以利用紅外發射元件發出的光線作為背景光源，獲得觸摸點合適的圖像。當觸摸點在檢測區域操作時，攝像頭裝置可以拍攝到觸摸點在檢測區域的位置，通過計算公式可以確定觸摸點的橫縱坐標之間的關係。這樣，紅外檢測電路計算出的觸摸點可能位置以及攝像頭裝置獲得的觸摸點在檢測區域的位置數據在數據計算單元經過綜合分析處理後，計算出各個觸摸點的準確位置坐標，再將坐標數據送至計算機處理。
下面結合圖2說明多個觸摸點識別過程。206，207，208，209是四個不同的觸摸點，202是安裝在發射電路板201上的紅外發射元件，204是安裝在接收電路板203上的紅外接收元件，205是攝像頭裝置，當各個觸摸點同時在觸控螢幕上操作時，紅外觸摸檢測電路根據紅外接收元件輸出數值的變化，根據這些數據，可以組合出多個可能的觸摸位置坐標，除了實際的觸摸點位置，還包括如圖中虛線所示的錯誤觸摸點位置，此時，紅外觸摸檢測電路可以算出可能的觸摸點位置坐標而不能確定各個觸摸點的準確位置。如圖2所示，攝像頭裝置205在紅外觸摸檢測電路工作的同時，記錄下各個觸摸點在觸控螢幕上的相對位置，它們分布在與攝像頭裝置的光軸成一定角度的直線上，通過計算公式可以確定各個觸摸點的橫縱坐標之間的關係。把紅外觸摸檢測電路獲得的各個可能觸摸點的橫縱坐標與攝像頭裝置記錄得到的觸摸點坐標關係進行對比分析，找出滿足橫縱坐標關係的坐標值組合，這樣就可以確定各個觸摸點的準確位置坐標。
圖3是各個觸摸點相對位置計算示意圖，攝像頭裝置記錄得到的各觸摸點如301，302，303，304所示，在攝像頭裝置獲取的圖像中，通過人為劃分，把檢測區域所在平面的水平線定為0度，垂直線定為90，光軸所在方向定為45度，這樣各個觸摸點在攝像頭所拍的圖像中的位置通過右邊圖示的轉換可以描述為各觸摸點所在直線與水平線、垂直線、光軸或其它直線的夾角。圖3中305，306，307，308分別表示觸摸點301，302，303，304所在的直線與水平線的夾角，這樣就可以確定各個觸摸點在觸控螢幕上的相對位置，更進一步，使用下列公式可以確定各觸摸點橫縱坐標之間的關係。
Y＝X*tanθ， 其中，X表示觸摸點距離攝像頭裝置在橫方向的距離，Y表示觸摸點到攝像頭裝置在縱方向的距離，θ表示觸摸點和攝像頭裝置連線與水平線之間的夾角，在圖3中，即為305，306，307，308，在上述公式中，當θ為0或90°，表示有觸摸點在觸控螢幕的橫向邊緣或縱向邊緣，此時，如果要確定在觸控螢幕邊緣的觸摸點位置坐標，應該在確定了其它觸摸點的確切位置之後再進行。
在上述公式中，衡量觸摸點相對位置所選取得基準線是水平線。事實上，角度θ的描述可以選擇不同的基準，例如可以選擇攝像頭光軸作為基準，也可以選擇垂直線或其它直線作為基準線，此時公式的形式可能會有所不同，公式中各參數表示的含義也可能會隨之發生變化，但無論公式如何變化，其計算的實質沒有變化，均是表徵觸摸點橫縱坐標之間的關係。
綜合以上內容，參照圖4，可以得出本發明實施例多點觸摸實現方法的過程，其主要包括如下步驟 1.啟動掃描，完成各紅外接收元件的歸一化和/或初始化；同時開啟攝像頭裝置； 2.在一個掃描周期內，依次接通紅外發射元件，讀取紅外接收元件輸出值，並與歸一化值和/或初始化值比較；若紅外接收元件輸出值與歸一化值和/或初始化值不一致，則判斷有觸摸事件發生，標記該位置； 3.根據掃描周期內紅外觸摸檢測電路記錄下來的輸出值發生變化的情況，判斷並計算出各觸摸點的可能的位置坐標； 4.根據攝像頭裝置記錄的各個觸摸點的位置，使用下面的公式計算出各個觸摸點橫縱坐標之間的關係 Y＝X*tanθ， 其中，X表示觸摸點距離攝像頭裝置在橫方向的距離，Y表示觸摸點到攝像頭裝置在縱方向的距離，θ表示觸摸點和攝像頭裝置連線與水平線之間的夾角； 5.將步驟3中得到各組可能坐標值與步驟4中觸摸點坐標關係進行對比分析，找出滿足步驟4中關係式的坐標組合，確定各觸摸點的坐標，並將坐標數據送至計算機處理。
6.重複步驟2至步驟5，開始新的循環。
步驟4中，衡量觸摸點相對位置所選取得基準線是水平線。事實上，角度θ的描述可以選擇不同的基準，例如可以選擇攝像頭光軸或垂直線作為基準，則其中公式各參數表示的含義將有所不同，但計算的實質沒有變化，均是表徵觸摸點橫縱坐標之間的關係。
在步驟4所列公式中，當θ為0或90°，表示有觸摸點在觸控螢幕的橫向邊緣或縱向邊緣，此時，在觸控螢幕邊緣的觸摸點位置坐標應該在確定了其它觸摸點的確切位置之後再確定。
圖5是本發明實施例檢測兩個重疊觸摸點的示意圖，圖中，501，502兩個觸摸點在攝像頭裝置505中的成像位置發生重疊，501與502所在的直線是同一條直線，這種情況下，紅外觸摸檢測電路計算的觸摸點可能位置坐標包括501，502，503，504共四個，而滿足攝像頭裝置確定的觸摸點橫縱坐標關係的只有兩個，由此可以較容易的確定觸摸點501，502的準確位置坐標。
經過上述的計算，可以正確找到各個觸摸點位置，在識別各個觸摸點的位置坐標之後，就可以依據各個點的運動趨勢，定義各種操作功能，識別用戶操作意圖。比如，在某個應用場合，兩個觸摸點反向運動，表示進行放大操作；一個觸摸點不動，另外一個觸摸點作弧線運動，表示進行旋轉操作等等。這些操作功能可以由相應的應用軟體來靈活定義。
以上所述僅為本發明一個實施例，事實上採用多個攝像頭裝置也可以較好的實施本發明，在輔以必要的背景光源後，攝像頭裝置的安裝位置可以靈活選擇，多點定位方法的步驟順序可以調換，觸摸點角度劃分可以選擇不同的基準線等等，因此本發明的保護範圍並不局限於此，本領域中的技術人員任何基於本發明技術方案上非實質性變更均包括在本發明保護範圍之內。
權利要求
1.一種觸控螢幕裝置，其特徵在於它包括
在橫縱兩個方向上排布的設有紅外元件的紅外觸摸檢測電路，構成紅外觸摸檢測柵格，用來分別確定多個觸摸點在檢測區域內可能的位置；
可拍攝到整個檢測區域的攝像頭裝置，用來確定多個觸摸點在檢測區域內相對的位置；
數據計算單元可分別接收紅外觸摸檢測電路與攝像頭裝置所獲取的數據，比較分析後將確定的觸摸點的準確位置坐標傳輸至計算機中。
2.根據權利要求1所述的一種觸控螢幕裝置，其特徵在於所述的攝像頭裝置位於檢測區域的一個可拍攝到紅外線發射元件的邊角上。
3.根據權利要求1所述的一種觸控螢幕裝置，其特徵在於所述的攝像頭裝置位於與紅外觸摸檢測柵格平面相平行的一個可拍攝到整個檢測區域的位置上。
4.根據權利要求1、2或3所述的一種觸控螢幕裝置，其特徵在於它還設有輔助照明裝置。
5.一種使用如權利要求1所述的觸控螢幕裝置來實現多點觸摸的定位方法，其特徵在於包含以下步驟
a、啟動掃描，完成各紅外接收元件的歸一化和/或初始化；同時開啟攝像頭裝置；
b、在一個掃描周期內，依次接通紅外發射元件，讀取紅外接收元件輸出值，並與歸一化值和/或初始化值比較；若紅外接收元件輸出值與歸一化值和/或初始化值不一致，則判斷有觸摸事件發生，標記該位置；
c、根據掃描周期內紅外觸摸檢測電路記錄下來的觸摸事件發生位置，判斷並計算出各觸摸點的可能的位置坐標；
d、根據攝像頭裝置記錄的各個觸摸點的位置，使用下面的公式計算出各個觸摸點橫縱坐標之間的關係
Y＝X*tanθ，
其中，X表示觸摸點距離攝像頭裝置在橫方向的距離，Y表示觸摸點到攝像頭裝置在縱方向的距離，θ表示觸摸點和攝像頭裝置連線與基準線之間的夾角；
e、在數據計算單元中將步驟c中得到各組可能坐標值與步驟d中觸摸點坐標關係進行對比分析，找出滿足步驟d中關係式的坐標組合，確定各觸摸點的坐標，並將坐標數據送至計算機處理；
f、重複步驟b至e，開始新的循環。
6.根據權利要求4所述的多點觸摸的定位方法，其特徵在於所述步驟c和步驟d依順序或者逆序或者同時進行。
7.根據權利要求4或5所述的多點觸摸的定位方法，其特徵在於所述的基準線為水平線，或者垂直線，或者攝像頭光軸。
全文摘要
本發明公開了一種觸控螢幕裝置及多點觸摸的定位方法，在橫縱兩個方向上排布的設有紅外元件的紅外觸摸檢測電路，構成紅外觸摸檢測柵格，用來分別確定多個觸摸點在檢測區域內可能的位置；在與紅外觸摸檢測柵格平面相平行的位置上設有的攝像頭裝置，可拍攝到整個檢測區域，用來確定多個觸摸點在檢測區域內相對的位置；數據計算單元可分別接收紅外觸摸檢測電路與攝像頭裝置所獲取的數據，比較分析後將確定的觸摸點的準確位置坐標傳輸至計算機中。本發明的觸控螢幕裝置簡單，容易實現多點觸摸定位，應用範圍更廣泛，可同時實現單點觸摸和多點觸摸，方便應用於更多的領域和場合，而且實現多點定位的算法較簡單，觸摸點位置坐標計算方便、準確、可靠。
文檔編號G06F3/042GK101110008SQ20071002936
公開日2008年1月23日 申請日期2007年7月25日 優先權日2007年7月25日
發明者周春景, 盧如西, 李軍明 申請人:廣東威創日新電子有限公司