CN101216746B - 触摸屏装置及其定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种触摸屏装置及触摸屏装置的定位方法，其结合单向的红外扫描模块的红外扫描技术与摄像装置的摄像技术，通过红外扫描技术获取触摸物的横向或纵向坐标值，并结合从摄像装置所拍摄的图片中提取的坐标角度信息，来确定实际的触摸点的坐标，成本低、结构简单、响应速度快且可靠性高。

Description

触摸屏装置及其定位方法 

技术领域  

本发明涉及触摸屏领域，特别涉及一种触摸屏装置及其定位方法。 

背景技术

触摸屏作为一种新型的计算机输入设备，使人机交互更为直观，由于给用户带来的极大地便利性，触摸屏技术除了应用于个人便携式信息产品外，应用领域已遍及信息家电、公共信息、电子游戏、办公自动化设备等各个领域。现有技术中的红外触摸屏装置，通常都具有两个方向上的红外发射、接收管，双向的红外发射、接收管共同组成一个定位平面，在单点触摸的情况下，根据横向以及纵向的所接收信号强度发生变化的红外接收管的位置，可以确定触摸店的正确的位置坐标，根据这种方式，触摸屏的显示平面越大，所需要的红外发射管与红外接收管的数目越多，这给触摸屏的维护带来了一定的不便利性。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、所使用的红外发射、接收管的数目较少、响应速度快且可靠性高的触摸屏装置及触摸屏装置的定位方法。 

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案： 

一种触摸屏装置，包括： 

红外扫描模块，该红外扫描模块包括单向的红外发射模块、红外接收模块； 

摄像装置，该摄像装置位于可拍摄到由所述单向的红外发射模块、红外接收模块组成的红外扫描网的位置，用于拍摄图片或者用于拍摄图片、提取所述图片中触摸物的位置并根据所述触摸物的位置计算出触摸物的角度信息，并将触摸物数据发送给主控制模块，所述触摸物数据包括所述图片或者所述角度信息； 

主控制模块，用于收集所述红外接收模块采集的触摸数据及所述摄像装置发送的触摸物数据，根据所述触摸数据和触摸物数据计算实际触摸点的信息，并向主机设备发送，或者直接将所述触摸数据和触摸物数据发送给所述主机设 备，由所述主机设备计算出所述实际触摸点信息； 

光源模块，用于向所述摄像装置提供光源，以提高所述摄像装置的清晰度。 

一种触摸屏装置的定位方法，包括步骤： 

(1).启动横向或者纵向的红外扫描，记录所接收信号发生变化的红外接收管的位置信息； 

(2).以可拍摄到横向或纵向的红外扫描网的位置拍摄一幅图片，根据所述图片分析所述图片中的触摸物的角度信息； 

(3).根据所述图片、所述位置信息以及所述步骤(2)中的角度信息，分析出实际触摸物的数据信息，所述数据信息包括实际触摸物的触摸点的坐标信息。 

其中，所述步骤(1)、(2)可以交换顺序或者同步进行。 

根据本发明的触摸屏装置及触摸屏装置的定位方法，其利用单向的红外扫描模块，同时利用了红外扫描模块的红外扫描技术以及摄像装置的图像摄制技术，并结合这两种技术对触摸物进行分析，其所使用的红外发射管、红外接收管的数目较少，且可以准确地对触摸点进行定位，结构简单、响应速度快且可靠性高。 

附图说明

图1是本发明实施例的触摸屏装置的结构示意图； 

图2是本发明实施例的红外扫描模块的工作原理示意图； 

图3是本发明实施例中摄像装置工作原理示意图； 

图4是本发明实施例的摄像装置拍摄方法示意图； 

图5是本发明实施例的触摸屏装置的定位方法的流程示意图； 

图6是本发明方法的定位原理示意图。 

具体实施方式

参见图1所示，是本发明实施例的触摸屏装置的结构示意图，如图所示， 101是纵向的红外发射模块，103是纵向的红外接收模块，101和103共同组成本发明中的红外扫描模块，104是摄像装置，此外，105、106是一对配对的红外管，107是一条纵向的红外扫描线，其中，所有的纵向红外扫描线几乎平行。所有的纵向红外扫描线组成了红外扫描网。 

其中，摄像装置104可放置在任意一个地方或者角落，只需该摄像装置可拍摄到由纵向红外发射模块101与纵向红外接收模块1 03组成的红外扫描网，最好，该摄像装置104的镜头的光轴中心线是平行于所述红外扫描网构成的平面，或者该光轴中心线可直接位于该平面内，从而在对触摸物进行定位时，其计算方式可以更为简便。 

在本发明的触摸屏装置中，还可以包括横向的红外发射模块102，其中，该红外发射模块102可以是只具有几根的红外发射管，纵向红外发射模块101与横向红外发射模块102产生的红外光可以作为摄像装置的背景光，以提高摄像装置的灵敏度，此外，摄像装置的位置最好放置于横向红外发射模块与纵向红外发射模块交界角落的对角位置，镜头的光轴中心线最好平行于所述红外扫描网构成的平面，或者该光轴中心线可直接位于该平面内，从而可以获得较简便的计算方式。 

在上述红外发射模块与红外接收模块中，每一对红外发射接收管都是同步工作的，一个红外管用于发射，一个红外管用于接收，用以检测在这一对红外发射接收管对应的扫描线上是否有遮挡物。纵向的红外发射模块101按照一定的时序将所有红外发射管逐个点亮一段时间，使其逐个处于工作状态，而红外接收模块103在同一时刻检测配对的接收管上的信号变化，以信号的有无或者强弱来判断是否有遮挡。在一个扫描周期内，所有的纵向发射管点亮一次，所有的红外发射管可以先后点亮，也可以分区同时点亮，根据应用需要的不同而有所不同。 

对于横向红外发射模块102而言，其可以是根据需要来点亮，可以常亮，也可以在摄像头装置抓拍时才点亮。 

在有一个触摸点的情况下，纵向的红外扫描线被遮挡，红外接收模块103 的一个红外接收管检测其所接收的信号发生了较大变化，可以判断出有触摸物在执行触摸动作，并能根据该红外接收管的位置确定该触摸点的横向坐标，但是无法确定该触摸物的确切坐标。 

在同一个扫描周期内，摄像装置104与红外扫描模块可以是同步工作也可以是以先后顺序工作，摄像装置104从平行于红外扫描网的方向取景，取一定的高度即可，数据量非常小，当有触摸物时，触摸物挡住背景光，摄像装置所拍摄的照片会有暗影或者不同颜色的条纹，从拍摄到的图片数据中提取出触摸物位置，并将该位置转换成角度信息。主控制模块根据摄像装置分析的数据，并结合红外扫描模块得出的触摸点的纵向坐标进行综合分析，确定出实际的触摸点坐标数据，然后发送给主机设备，或者是，主控制器将收集到的摄像装置分析的数据以及红外扫描模块所得的纵向坐标数据直接发送给主机设备，由主机设备计算分析触摸物坐标数据，其中，该主机设备可以是计算机。 

当该触摸屏装置是具有横向发射模块与横向接收模块时，其定位原理与上述纵向发射接收模块相同，在此不予赘述。 

参见图2所示，是本发明实施例的红外扫描模块工作原理示意图。在一个扫描周期内，所有的纵向红外发射管被点亮一段时间，即在这一段时间内工作，所有的红外接收管检测一次信号变化，而在同一个时刻内，只有一对红外发射、接收管在工作。在本发明的触摸屏装置工作之前，需对系统进行初始化，启动一次扫描，并将此时红外接收管所检测到的信号全部记录下来作为基准值，作为之后的判断依据，此后可进入正常的工作状态。在触摸屏装置正常工作的情况下，若没有触摸点，那么所有的红外接收管所检测到的信号均接近于各自的信号基准值或者相等，当有触摸点时，该触摸点所对应的红外接收管所检测到的信号就会与信号基准值相差较大，当这个相差值大于或者等于预定值时，即可判定存在触摸点。如图2所示，203是一个触摸点，此时在纵向的红外扫描中，红外发射管201发射的红外线被遮挡，而红外接收管202此时检测到的信号与信号基准值相差较大，即大于或者等于预定值，主控制模块将记录下信号发生变化的红外接收管的编号，而该编号可以进一步换算成虚拟的位置坐标。 

参见图3所示，是本发明实施例的摄像装置的工作原理示意图，如图所示，摄像装置所放置的位置必须位于可拍摄到由红外扫描模块所组成的红外扫描网的位置，在具有双向红外发射模块，即横向红外发射模块与纵向红外发射模块的情况下，该摄像装置所放置的位置必须能够拍摄到两个红外发射管，也就是可以拍摄到整个屏幕。在没有触摸点的情况下，摄像装置仅能拍摄到红外发射模块发射的红外光组成的光带，因此，可以以此为背景色，当有触摸的情况下，部分光带将被遮挡，从中提取出触摸物的位置信息，并可将该位置信息转换成角度信息。 

其中，角度位置的计算方式可以是以镜头的光轴中心线为准，以偏移的角度计算，也可以是以其他的任何以镜头为中心的线作为计算基准，虽然选取的计算基准不同，但最终均可换算成图3中所示的302的角度信息。 

如图4所示，是本发明实施例的摄像装置的拍摄方法示意图，如图所示，401是由红外扫描模块组成的红外扫描网平面，402是显示设备平面，403是摄像装置的镜头光轴中心线，该镜头光轴中心线可以平行于红外扫描网平面或在这个平面内，404、405是摄像装置的取景范围，需可以拍摄到整个显示设备，406是拍摄图片的高度，该高度可以根据需要进行适当的调整，407是触摸物，408是摄像装置拍摄到的图片，图片中间大部分应该是较亮的红外光带，而407的位置是一条暗条纹，其中图片中的触摸物可能只是实际触摸物的一部份。根据摄像装置所拍摄到的图片408，从图片中提取暗条纹，即触摸物的位置，并根据触摸物距离图片的最左端或者最右端的距离查表或者计算得出触摸物的角度信息。这个计算过程可以是由摄像装置完成，摄像装置将计算所得结果发送给主控制模块，也可以是摄像装置将所拍得的图片发送给主控制模块，由主控制模块执行计算的过程。随后，主控制模块根据红外接收模块所采集的触摸点横向坐标，以及该图片中所采集的触摸物角度信息，综合计算出实际的触摸物的位置坐标，并发送给主机设备，或者是主控制模块将所采集的上述触摸点横向坐标数据和触摸点的角度数据发送给主机设备，由主机设备计算出实际的触摸点坐标。 

根据本发明的触摸屏装置及其定位方法，其还可以对位于同一条直线上、且该与红外扫描线平行的多个触摸点进行定位：根据红外接收模块所检测的信号强度，在一个红外接收管上会发现信号强度发生了变化，记录下该红外接收管所对应的坐标，但是无法确定在这个红外接收管所对应的直线上具体存在几个触摸点；再根据摄像装置所拍摄的图片，会发现在该图片上具有至少一个以上的暗条纹，提取出这些暗条纹的位置信息，由于在纵向的红外接收管上只有一个位置坐标，由此可确定在这条红外扫描线上对应的触摸点的个数，结合信号强度发生变化的红外接收管的位置信息与摄像装置的角度信息，即可对该至少一个以上的触摸点进行准确定位。 

此外，在触摸屏的应用中，实时性的要求比较高，且摄像装置一般都采用摄像头，摄像头的曝光时间比较短，为了达到更好的拍摄效果，提高摄像装置的清晰度，还可以采用以下几种方案： 

1、在无缘笔(相当于触摸物)上涂上高反光材料，即使用带高反光材料的触摸物或者是在触摸物上使用高反光材料的配件，例如中空的笔套，从而笔套可以方便地套在笔上或者手指上； 

2、将摄像装置放置在横向发射模块和纵向发射模块的交界处，从而可以以红外发射管作为光源，或者将摄像装置置于横向发射模块与纵向发射模块的交界角落的对角线的位置，从而可以以双向红外发射管所发射的光作为背景光； 

3、为摄像装置增加外部辅助光源。 

如上所述，本发明的触摸屏装置同时利用到了红外扫描技术与图像摄制技术，从而可达到以下优点： 

1、同时支持单点触摸和多点触摸 

2、红外发射管与红外接收管的使用数目少，成本低、安装方便，响应速度快，且稳定可靠。 

参见图5所示，是本发明的触摸屏装置定位方法的流程示意图，如图所示，本发明的定位方法包括步骤： 

S101：启动一次红外扫描，记录当前状态下的红外接收管所检测到的信号强度值； 

S102：启动红外扫描，根据红外接收管所接收到的信号，判断是否存在遮挡触摸物，若有，记录当前的位置信息； 

其中，上述判断是否存在遮挡物的方式可以是： 

根据红外接收管是否检测到信号来判断是否具有遮挡物，若没有检测到任何信号，则可判定在这对红外发射接收管之间存在遮挡物，并记录当前的位置信息； 

还可以是，根据红外接收管所接收到的信号，计算出该信号相对于所述记录的信号强度值的变化值，若变化值大于或者等于预定值，则判定存在遮挡触摸物，并记录当前的位置信息； 

S103：以可拍摄到红外扫描网的位置拍摄一幅图片，并根据所述图片分析是否有触摸物，若有触摸物，分析所述触摸点的角度信息； 

S104：根据所述位置信息，并结合步骤S103，分析出实际触摸点的个数以及坐标数据，其中上述分析过程可以是在触摸屏装置中进行，触摸屏装置分析完成后将分析结果发送给后续处理的主机设备，也可以是在进行后续处理的主机设备中进行上述分析过程。 

S105：重复步骤S102至S104。 

其中，所述步骤S103与S104可以是以先后顺序进行，也可以是同时进行。 

根据本发明的方法，其还可以对位于同一条直线上、且该直线与红外发射扫描线平行的多个点进行定位。 

下面针对本发明方法进行定位的方法的一个实施例进行具体说明： 

如图6所示，假设存在三个触摸点A、B、C，这三个点位于同一条直线上，且该直线平行于红外发射扫描线，红外接收管根据其检测的信号，当信号强度发生较大变化时，可以确定该对应的红外接收管的位置M，即横向坐标，此时， 由于没有横向的红外发射接收管，因此，无法确定触摸点的具体个数，且无法确定触摸点的纵向坐标。 

此外，假设从O点拍摄图片，该图片中可存在三个对应的暗条纹，分别对应于射线OA、OB、OC，根据该三条暗条纹，可分析得出这三个触摸点相对于OM的角度信息，即角度MOA、MOB、MOC，根据这三个角度信息，以及红外接收管的位置信息OM，即可得出三个触摸点所对应的纵向坐标OA1、OB1以及OC1，从而可以对这三个触摸点进行准确的定位。 

为使本发明的定位方法具有更准确，以及更清楚地识别触摸物，可采用以下方案提高摄像装置的清晰度： 

1、同时使用双向的红外发射模块，并将用于拍摄图片的摄像装置至于两个红外发射模块的中间，或者将该用于拍摄图片的摄像装置置于双向红外发射模块交界处所对应的对角线位置，以双向红外发射模块所发射的光作为摄像装置所拍摄照片的背景光； 

2、增加外部辅助光源，增加摄像装置的灵敏度； 

3、使用带高反光材料的触摸物，或者在所述触摸物上使用高反光材料的配件。 

此外，在标注触摸物的触摸轨迹时，根据触摸物的颜色以及大小等信息，可以使标注的轨迹的颜色与大小与相应的触摸物的颜色与大小相对应，例如：无缘的粗蓝色笔画出来的线是蓝色的粗线，用无缘的细红色笔画出来的线是细红线，这使得在多媒体应用中显得更生动、直观，且还可以应用于其他各场合。 

根据本发明的定位方法，其可达到以下有益效果： 

1、本发明的定位方法结合了红外扫描技术与摄像采集技术，响应速度快，且稳定可靠； 

2、同时支持单点触摸和单线上的多点触摸 

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的权利要求保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种触摸屏装置，其特征在于，包括：

红外扫描模块，该红外扫描模块包括横向或纵向的红外发射模块、红外接收模块；

摄像装置，该摄像装置位于可拍摄到由所述横向或纵向的红外发射模块、红外接收模块组成的红外扫描网的位置，用于拍摄图片或者用于拍摄图片、提取所述图片中触摸物的位置并根据所述触摸物的位置计算出触摸物的角度信息，并将触摸物数据发送给主控制模块，所述触摸物数据包括所述图片或者所述角度信息；

主控制模块，用于收集所述红外接收模块采集的触摸数据及所述摄像装置发送的触摸物数据，并根据所述触摸数据和触摸物数据计算实际触摸点信息，向主机设备发送，或者直接将所述触摸数据和触摸物数据发送给所述主机设备，由所述主机设备计算出所述实际触摸点信息；

光源模块，用于向所述摄像装置提供光源，以提高所述摄像装置的清晰度。

2.根据权利要求1所述的触摸屏装置，其特征在于，所述实际触摸点的信息包括所述实际触摸点的触摸坐标，或者所述实际触摸点的触摸坐标及所述实际触摸物的颜色和/或大小信息。

3.根据权利要求1所述的触摸屏装置，其特征在于，所述光源模块包括以下装置中的至少一种：

在纵向或者横向增加红外发射管，由该增加的纵向或者横向的红外发射管分别与所述红外发射模块的横向或纵向的红外发射管作为所述摄像装置的光源；

外部光源辅助装置；

带高反光材料的触摸物；

在所述触摸物上使用的高反光材料的配件。

4.根据权利要求3所述的触摸屏装置，其特征在于：

当具有所述增加的红外发射管时，所述摄像装置位于所述横向和纵向的红外发射管的交界处的对角线位置；

当具有外部光源辅助装置或带高反光材料的触摸物或在所述触摸物上使用的高反光材料的配件时，所述摄像装置位于红外框的任一角落。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的触摸屏装置，其特征在于，在同一个扫描周期内，所述摄像装置与所述红外扫描模块同步工作或者以先后顺序工作。

6.一种触摸屏装置的定位方法，其特征在于，包括步骤：

(1).启动横向或者纵向的红外扫描，记录所接收信号发生变化的红外接收管的位置信息；

(2).以可拍摄到横向或纵向的红外扫描网的位置拍摄一幅图片，根据所述图片分析所述图片中的触摸物的角度信息；

(3).根据所述图片、所述位置信息以及所述步骤(2)中的角度信息，分析出实际触摸物的数据信息，所述数据信息包括实际触摸物的触摸点的坐标信息。

7.根据权利要求6所述的触摸屏装置的定位方法，其特征在于：所述步骤(1)、(2)交换顺序或者同步进行。

8.根据权利要求6或7所述的触摸屏装置的定位方法，其特征在于：

在所述步骤(2)中还包括：根据所述图片分析所述触摸物的颜色和/或大小信息；

在所述步骤(3)中，所述数据信息还包括所述实际触摸物的颜色和/或大小信息。

9.根据权利要求8所述的定位方法，其特征在于：所述实际触摸物的颜色信息与其笔迹的颜色相对应和/或所述实际触摸物的大小信息与其笔迹的粗细相对应。

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