CN101809880B - 检测触敏设备上的手指方向 - Google Patents

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Abstract

公开了触摸触敏设备的手指的方向的确定。在一个实施例中，计算设备包括被配置成向用户显示图像的显示屏幕、以及被配置成检测触摸该显示屏幕的一个或多个物体的强度敏感触摸传感输入机制。该设备还包括被配置成从第一组触摸数据的中心与第二组触摸数据的中心之间的方向确定触摸屏幕的手指的方向，并响应于所确定的手指的方向调整显示屏幕上的图像。

Description

检测触敏设备上的手指方向
背景
触敏设备可经由包括但不限于光学、电阻、以及电容机制的若干不同机制来检测触摸。在利用触敏输入的许多设备中，确定手指的方向可有用于例如确定在设备上显示文本或图像的方向、在多用户设备的各用户之间进行区分、和/或允许用户通过在图像上旋转手指来控制图像在触敏显示器上的旋转。
各种方法可用于确定手指在触敏设备上的方向。例如，一个方法涉及利用模板算法尝试匹配指向指尖反方向的指体的图像以寻找对理论手指的匹配。然而，此类方法可能是难以实现的，且可能导致不正确的结果以及发生模板匹配中的错误时所确定的方向的突然改变。
概述
因此，在以下详细描述中描述触摸触敏设备的手指的方向的确定。在一个公开的实施例中，计算设备包括被配置成向用户显示图像的显示屏幕、以及被配置成检测触摸该显示屏幕的一个或多个物体的强度敏感的触摸传感输入机制。该设备还包括被配置成从第一组触摸数据的中心与第二组触摸数据的中心之间的方向确定触摸屏幕的手指的方向，并响应于所确定的手指的方向调整显示屏幕上的图像。
提供本概述是为了以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限定所要求保护的主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本发明的任一部分中提及的任何或所有缺点的实现方式。
附图简述
图1示出触敏交互式显示设备的实施例。
图2示出图1的实施例示意性图示。
图3示出例示用于确定手指在触敏设备上的方向的方法的实施例的过程流。
图4示出例示由阈值强度水平划分的强度级别区域的强度数据的数组的实施例。
图5示出经由图3的实施例确定的每一手指的方向。
图6示出响应于所确定的手指方向对图像作出的调整的示意性图示。
图7示出了电阻触敏设备的一个实施例的示意性图示。
图8示出了电容触敏显示的一个实施例的示意性图示。
详细描述
在描述触敏设备中的手指方向的检测之前，简述适用环境的示例。图1示出多用户触敏显示设备100的实施例。触敏显示设备100具有表型配置并包括采用触敏输入的水平设置的显示表面102，这在以下参考图2更详细地描述。触敏显示设备110可被配置成检测与该设备交互的一个或多个人104的触摸。显示设备100可用于显示任何合适类型的内容106或数据，包括但不限于照片数据、视频数据、图形数据、文档、电子表格、演示等。
尽管图1的实施例包括具有水平设置的触敏显示表面的多用户计算设备，但应该理解，以下讨论的各实施例和此处概要公开的概念可在任何合适的启用触摸的显示设备上实现，该设备可确定触摸数据的二维数组的强度水平。此类设备的示例包括但不限于诸如膝上型计算机和台式计算机等计算设备、手持式设备、蜂窝电话、便携媒体播放器、个人数字助理、照相机、摄影机、以及具有光学、电容、电阻、或其它合适的触敏输入的其它可编程消费和商业电子产品和装置。如此处所使用的，术语“计算设备”可包括电子地执行一个或多个程序的任何设备。此处所描述的各实施例可例如经由诸如程序等被存储在计算机可读存储介质上并由计算设备执行的计算机可执行指令或代码在此类设备上实现。一般而言，程序包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、对象、组件、数据结构等。此处所使用的术语“程序”可指示单个程序或协同工作的多个程序，并可用于表示应用程序、服务、或任何其它类型或种类的程序。
图2示出触敏显示设备100的示意性图示。触敏显示设备100包括投影显示系统，该投影显示系统具有图像源202、用于增加投影显示的光程长度和图像尺寸的可任选的一个或多个镜子204、以及将图像投影到其上的显示屏幕206。
图像源202包括光源或灯光源208，如示出的灯、LED阵列、或其它合适的光源。图像源202还包括图像产生元素210，如示出的LCD(液晶显示)、LCOS(硅上液晶)显示、DLP(数字光处理)显示、或任何其它合适的图像产生元素。显示屏幕206包括诸如玻璃板等清晰的透明部分212，以及设置在该清晰的透明部分212的顶上的漫射屏幕层214。在某些实施例中，可在漫射屏幕层214上设置额外的透明层(未示出)以对显示表面提供平滑的观感。在其它实施例中，可省略漫射屏幕层214。
继续图2，设备100还包括电子控制器216，该电子控制器216包括存储器218和微处理器220。为传感显示屏幕206上的触摸，设备100包括图像捕捉设备224，该图像捕捉设备224被配置成捕捉显示屏幕206的整个背面的图像、并向控制器216提供图像以供检测出现在图像上的手指或物体。漫射屏幕层214帮助避免不与显示屏幕206接触或位于显示屏幕206的几微米内的物体的成像，并因此帮助了确保仅有触摸显示屏幕206的物体被图像捕捉设备224检测到。尽管设备100被示出为具有一个图像捕捉设备224，但应该理解，可使用超过一个图像捕捉设备224来捕捉显示屏幕206的图像。
图像捕捉设备224可包括任何合适的图像传感机制。合适的图像传感机制的示例包括但不限于CCD和CMOS图像传感器。此外，图像传感机制可使用足够的频率捕捉显示屏幕206的图像以检测物体在显示屏幕206上的运动。如屏幕206与控制器216的虚线连接225所示，显示屏幕206可替换地或另外包括可任选的电容、电阻或其它合适的触摸传感机制。
图像捕捉设备224可被配置成检测任何合适波长的被反射或发射的能量，包括但不限于红外和可见波长。为协助检测显示屏幕206上的触摸，图像捕捉设备224可进一步包括照明，如被配置成产生红外或可见光的一个或多个发光二极管(LED)226。来自LED 226的光可由触摸显示屏幕206的手指反射并随后被图像捕捉设备224检测到。与可见LED的使用相对地，红外LED的使用可帮助避免去除显示屏幕206上的投影图像的外观。
LED 226可位于交互式显示设备200内的任何合适位置。在所示实施例中，将多个LED 226沿显示屏幕206的边放置。在此位置中，来自LED的光可经由内部反射行进通过显示屏幕206，同时某些光可从显示屏幕206逃逸以供显示屏幕206上的物体的反射。在替换实施例中，可将一个或多个LED放置在显示屏幕206之下以使所发射的光通过显示屏幕206。
因为多个用户可能同时使用显示设备200，所以向用户演示的图像在显示设备200上的合适方向可取决于哪个用户正在观察该图像或与该图像交互。因此，显示设备200可被配置成确定触摸该显示器的一个或多个手指的方向，并基于所确定的手指的方向来显示或调整被显示在设备上的图像。
图3示出例示标识手指在触敏设备上的方向的方法300的过程流。方法300可在能够生成触摸强度数据的二维数组的任何合适触敏设备上执行，合适触敏设备包括但不限于光学、电容和电阻触敏设备。方法300首先包括在302处获取触摸数据。例如，在光学触敏系统中，获取触摸数据可包括利用图像捕捉设备或其它光电检测器在显示屏幕上的每一像素处获取强度数据。获取光学触摸数据还可包括在每一像素处纠正环境(外部)光的强度数据。同样，在电容或电阻触敏设备中，获取触摸数据可包括检测与触摸强度的度量成比例的电响应。
简要参考图4，此图示出触摸强度数据的数组400的示例，其例示由各自由等强度值线定义的“轮廓”402a-d示出的强度级别的区域，其中轮廓线定义从检测到的触摸的中心向外减少的强度的区域。在图4中，可见到来自三个手指和大拇指的触摸的强度数据。与屏幕接触的手指的区域平压在屏幕上，并因此具有基本上一致的亮度。从此区域向外移动，指尖的末端和侧面在强度上快速地减弱，同时该手指的其余部分在强度上更加缓慢地减弱，如在这些方向中的轮廓环之间的较大间隔所示。在图4中，显然，随着强度等级从触摸的区域向外减少，每一轮廓区域的中心比之前的环的中心距离指尖更远。
再次参考图3，方法300接着包括确定触摸数据的第一区域，其中基本上第一区域内的所有触摸数据具有高于阈值触摸强度的强度。此处所使用的术语“确定”一般表示定义区域的边界，而“基本上所有”在此处用于表示第一区域的外边界内的像素的个别或小区域在某些实施例中可出于各种原因具有低于强度的值而仍然可被认作第一区域的一部分。作为示例，食指的触摸数据的第一区域在图5中502处示出。
触摸数据的第一区域可按任何合适的方式来定义。例如，如图3中在306处所示，强度数据的第一区域可通过首先确定定义第一区域的阈值强度值来定义。在某些实施例中，在逐帧的基础上、或在每n个帧的周期性基础上定义阈值强度值。在周期性或逐帧基础上确定阈值强度值可方便适于正在改变的环境等级、用户触摸强度、和/或其它此类因素。或者，如308所示，在其它实施例中可使用固定阈值强度值来确定触摸数据的第一区域。
在周期性地或逐帧地计算定义触摸数据的第一区域的强度阈值时，可使用任何合适的方法来确定阈值。例如，在一实施例中，可将阈值强度设置为图像或图像的一部分(例如，检测到的触摸周围的部分)的加权平均强度，其中与每一像素相关联的权重是图像的该部分中的强度的改变(梯度)率。例如通过使用Sobel过滤器来组合像素处的水平和垂直率梯度，可如下确定强度改变率：
Figure GPA00001075204800051
Figure GPA00001075204800052
随后，可如下从强度数据v(x，y)和sobel值s(x，y)确定阈值：
应该理解，出于示例的目的描述用于确定强度阈值的此方法，而不旨在以任何方式限制。
继续图3，方法300接着在310包括确定触摸数据的第二区域。触摸数据的第二区域对应于通常在触摸数据的第一区域周围、其中触摸强度低于触摸数据的第一区域中的触摸强度的区域。触摸数据的第二区域一般将围绕触摸数据的第一区域，尽管在某些环境下触摸数据的第一和第二区域可共享其各自周边部分的共同边界。
触摸数据的第二区域，如同触摸数据的第一区域，可按任何合适的方式来定义。例如，如312所示，触摸数据的第二区域可由低于第一区域阈值的阈值定义。这在图5中的504处示意性地示出。或者，如314所示，触摸数据的第二区域可具有预先选择的值，可对应于作为对定义第一区域的第一强度阈值的固定偏差值的强度阈值，可对应于相关于第一区域的像素的固定比例，和/或可对应于第一区域周围的预先确定的形状和/或大小的区域。例如，第二区域可对应于围绕第一区域的中心画出的具有固定大小的矩形、卵形、泪滴形区域等。矩形第二区域的示例在图5中的506处示出。通常，定义第二区域以使得围绕一个手指的第二区域的外边界避免包含来自其它附近手指的强度数据。在不考虑第二阈值的情况下定义第二区域与使用第二阈值相比可提供减少的噪声。
再次转到图3，在定义触摸数据的第一和第二区域之后，在316计算第一区域的中心，并在318计算第二区域的中心。此处所使用的术语“中心”可表示沿每一方向的像素索引的均值(以使得“中心”由平均x值和平均y值给出)、可表示强度的加权中心、或其它类似值。
在其中x，y值的均值用于确定第一和第二区域的中心的一个实施例中，第一和第二区域的中心可计算如下。
Figure GPA00001075204800061
Figure GPA00001075204800062
Figure GPA00001075204800063
Figure GPA00001075204800064
Figure GPA00001075204800065
Figure GPA00001075204800072
在另一实施例中，第一和第二区域的“中心”对应于强度的加权中心，并如下计算，其中项x和y是像素索引而v是与所索引的像素处的强度相等、成比例、或是其函数的加权因子。
Figure GPA00001075204800073
Figure GPA00001075204800074
Figure GPA00001075204800075
Figure GPA00001075204800076
Figure GPA00001075204800078
Figure GPA000010752048000710
在以上等式中，第一区域中的像素被定义为具有高于阈值的强度，同时第二区域中的像素被定义为具有等于或低于阈值的强度。然而，应该理解，第一区域可包括等于或高于阈值强度的像素，且第二区域可具有低于阈值的像素。因此，在此处使用的术语“高于阈值”、“超过阈值”等可表示“大于”或“大于或等于”。
在确定第一和第二区域的中心之后，可在320处经由计算来确定中心之间的方向。
方向＝单位(中心(区域1)-中心(区域2))，其中：
Figure GPA000010752048000711
在确定手指在触敏设备上的方向之后，如322所示，可按基于所确定的方向的方式显示或调整被显示在设备上的图像。此类调整的示例的说明在图6中示出，其中面向第一用户的照片被触摸并拖向坐在自第一用户绕图1的设备90度处的第二用户。最初，如600所示，照片面向第一用户。在被触摸并拖向第二用户时，在602示出的第二用户的手指的方向被检测到，且如602′所示，照片基于所检测到的方向被旋转成面向第二用户。这允许第二用户在不必学习进行旋转的任何触摸手势的情况下，以直观的方式通过单个动作移动并查看照片。
如上所述，此处所述的各实施例还可与除光学触敏机制以外的触敏机制一起使用。首先，图7示出电阻触敏显示700的简单示意性图示。电阻触敏显示700包括被保持在由一个或多个间隔(未示出)隔开的安排中的两个层702、704。每一层包括面向其它层的导电涂层，且这些层中至少一个包括电阻涂层。将电压V1施加到层702，并将电压V2施加到层704。在被触摸时，层702和704被一起按下，进而完成了层702与704之间的电路。(x，y)触摸位置和触摸强度的度量可由控制器706通过分析由接触层产生的信号的特性来确定。
接着，图8示出电容触敏显示800的简单示意性图示。电容触敏显示800包括电容层802，其包括诸如铟锡氧化物等透明导体的行和列。在屏幕被触摸时，只要触摸物体是导电的，一些电荷就被转移到该触摸物体上。通过测量屏幕的每个角处的电压来检测所存储的电荷的减少，且(x，y)触摸位置和触摸压力的强度可由控制器804从这些电压测量中确定。
这些系统中的每一个可被配置成输出触敏数据，并因此如此处所述地可用于确定手指的方向，尽管数据点的密度可能低于在光学触摸传感机制中可达成的密度。还应该理解，此处所述的配置和/或方法在本质上示例性的，且这些具体实施例或示例不是局限性的，因为多个变体是可能。此处所述的具体例程或方法可表示任何数量的处理策略中的一个或多个。如此，可按所示的顺序、其它顺序、并行、或在某些情况中省略执行所示的各种动作。同样，任何上述过程不是达成此处所述的各实施例的特征和/或结果所必需的，而是为说明和描述的方便而提供的。
本发明的主题包括各种过程、系统和配置的所有新颖和非显而易见的组合和子组合、和此处所公开的其它特征、功能、动作、和/或特性、以及其任何和全部等效物。

Claims (20)

1.一种计算设备，包括：
被配置成向用户显示图像的显示屏幕；
被配置成获取触摸强度数据的数组并从所述触摸强度数据的数组检测触摸所述显示屏幕的一个或多个物体的强度敏感触摸传感输入机制；以及
包括处理器和存储器的控制器，所述控制器被配置成从具有较高强度的触摸数据的第一区域的中心与具有较低强度的触摸数据的第二区域的中心之间的方向确定触摸所述显示屏幕的手指的方向，并响应于所确定的触摸所述显示屏幕的手指的方向调整所述显示屏幕上的图像。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制器被配置成将触摸数据的第一区域定义为超过阈值强度值的触摸数据。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述阈值强度值包括触摸强度数据的数组的加权平均强度。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述加权平均强度中的每一强度值由包括所述强度值的梯度的加权因子加权。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制器被配置成将触摸数据的第二区域确定为具有围绕触摸数据的所述第一区域的预先选择的形状。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制器被配置成将触摸数据的所述第一区域确定为超过第一阈值强度的数据并将触摸数据的第二区域确定为超过低于所述第一阈值强度的第二阈值强度的数据。
7.一种计算设备，包括：
显示屏幕；
被配置成获取触摸强度数据的数组并从所述触摸强度数据中检测触摸所述显示屏幕的一个或多个手指的触敏输入；以及
包括处理器和存储器的控制器，所述控制器被配置成通过检测其中基本上所有像素都具有超过阈值强度的强度的触摸数据的第一区域、检测围绕触摸数据的所述第一区域的触摸数据的第二区域、计算触摸数据的所述第一区域的中心、计算触摸数据的所述第二区域的中心、以及确定触摸数据的所述第一区域的中心与触摸数据的所述第二区域的中心之间的方向来确定在所述屏幕上检测到的每一手指的方向、基于所确定的手指的方向来显示或调整被显示在所述显示屏幕上的图像。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述触敏输入包括光学触摸传感机制。
9.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述触敏输入包括电容触摸传感机制和电阻触摸传感机制中的一个或多个。
10.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述控制器被配置成通过将每一像素处的强度用作加权因子来将触摸数据的第一和第二区域的中心计算为加权中心。
11.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述控制器被配置成将所述第二区域的外边界定义为具有比所述第一区域的外边界低预先选择的量的强度。
12.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述控制器被配置成将所述第二区域的外边界确定为具有预先选择的形状。
13.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述控制器被配置成从所述触摸数据的加权平均强度中确定所述阈值强度，且其中将每一像素处的梯度用作该像素处的强度的加权因子。
14.在包括触敏输入的计算设备中确定触摸所述触敏输入的手指的方向的方法，所述方法包括：
获取来自所述触敏输入的触摸数据的二维数组；
确定其中基本上每一像素的强度都具有超过阈值强度的强度的所述数组中的触摸数据的第一区域；
确定至少部分围绕触摸数据的所述第一区域的触摸数据的第二区域；
计算触摸数据的所述第一区域的强度的加权中心；
计算触摸数据的所述第二区域的强度的加权中心；
确定触摸数据的所述第二区域的强度的所述加权中心与触摸数据的所述第一区域的强度的所述加权中心之间的方向；以及
基于所述方向在所述触敏输入上显示图像。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，将每一像素处的所述强度用作确定触摸数据的所述第一和第二区域中的强度的所述加权中心的加权因子。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第二区域的外边界从所述第一区域的外边界延伸预先选择的距离。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第二区域具有围绕所述第一区域的外边界的预先选择的形状。
18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述阈值强度是第一阈值强度，且其中所述第二区域包括超过第二阈值强度的强度值。
19.如权利要求14所述的方法，其特征在于，从由每一像素处的梯度加权的所述触摸数据的加权平均强度确定所述阈值强度。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，经由Sobel过滤器确定每一像素处的所述梯度。
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