CN101840295A - 一种电容触摸屏多点触摸检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容触摸屏多点触摸检测方法，包括以下步骤：对触摸屏矩阵的行和列的电容进行扫描检测，分别获取触摸屏矩阵行和列的电容数据；获取初始电容阈值，将各行和各列的电容数据分别减去初始电容阈值后，得到各行各列的计算电容值；判断行和列计算电容值曲线中是否存在电容值大于零的曲线段，如有，则计算每段电容值大于零的曲线段的重心作为该曲线段对应的接触点坐标；如无，则认定为没有触摸；将各接触点列坐标和行坐标发送给处理器进行处理。本发明既降低了需处理数据量，减轻了处理器的工作负担，又在一定程度增加了系统的抗干扰性，降低了误触摸几率。

Description

一种电容触摸屏多点触摸检测方法

[技术领域]

本发明涉及触摸屏技术，尤其涉及一种电容触摸屏的多点触摸检测方法。

[背景技术]

触摸屏可以有多种实现原理，流行的触摸屏包括电阻式触摸屏、电容式触摸屏、表面红外触摸屏等等。其中，电阻式触摸屏因为其低成本、易实现、控制简单等优点流行多年。近来，电容式触摸屏以其透光率高、耐磨损、耐环境(温度、湿度等)变化、寿命长、可实现高级复杂功能，如多点触摸，而受到大众的欢迎。

如图1所示，自电容的触摸屏一般由两层ITO组成，一层接地，一层接扫描线。以一个单点为例，10为扫描线，当没有手指30触摸时，10上的等效电容大小为两层ITO耦合的电容20，即Cx；当有手指触摸时，由于手指有一个等效对地电容40，即Cf，则此时扫描线10对应的等效电容大小为Cx+Cf。通过分辨触摸前后电容的大小，即可以判断这点是否有触摸发生。当多个点构成矩阵阵列时，便形成了图2所示的等效电路。

美国专利US5825352公开了一种多点触摸检测方法。该检测方法采用分时复用技术，在触摸屏的X轴和Y轴分别采用峰值和谷值检测法检测触摸。即每个时间只扫描一行或者一列，如先扫描Y方向，得到Y的触摸坐标，然后再扫描X方向，得到X坐标。当2个手指(图3中的实线同心圆)320触碰在触摸屏表面的时候，在X轴和Y轴上的电容的分布会呈现如图3所示的波浪形状。

图3中，由于手指的触摸作用，在Y方向会呈现一个波峰，如310所示，在X方向会呈现两个波峰340和350，以及一个波谷360，如330所示。在检测触摸坐标时，美国专利US5825352首先检测第一个波峰340，然后再检测波峰值旁边的波谷360，接着检测波谷后面的波峰350，依次类推。如果存在一个明显的波谷，则表示有两个电容点发生触摸动作。类似，如果有两个明显的波谷，则表示有三个电容点发生触摸动作。

该检测方法按照坐标方向依次检测电容峰值和谷值，然后再按照峰值和谷值结合的办法来分辨触摸的坐标，这样，需要处理整屏的数据，增加了处理器的负担。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种需处理数据少，能够减轻处理器负担的电容触摸屏多点触摸检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种电容触摸屏多点触摸检测方法，包括以下步骤：

101)对触摸屏矩阵的行和列的电容进行扫描检测，分别获取触摸屏矩阵行和列的电容数据；

102)获取初始电容阈值，将各行和各列的电容数据分别减去初始电容阈值后，得到各行各列的计算电容值；

103)判断行和列计算电容值曲线中是否存在电容值大于零的曲线段，如有，则计算每段电容值大于零的曲线段的重心作为该曲线段对应的接触点坐标；如无，则认定为没有触摸；

104)将各接触点列坐标和行坐标发送给处理器进行处理。

以上所述的电容触摸屏多点触摸检测方法，触摸屏矩阵的每行和每列，均有各自的初始电容阈值。

以上所述的电容触摸屏多点触摸检测方法，触摸屏矩阵每行的电容阈值为该行的扫描电容值与行电容值增量之和，每列的电容阈值为该列的扫描电容值与列电容值增量之和；所述的扫描电容值为触摸屏矩阵的行或列在没有触摸的条件下的电容值。

以上所述的电容触摸屏多点触摸检测方法，在没有触摸的条件下，触摸屏矩阵每扫描一个循环，更新一次电容阈值。

以上所述的电容触摸屏多点触摸检测方法，在步骤103中，判断行和列计算电容值曲线中存在电容值大于零的曲线段之后，首先通过逐步提高电容阈值寻找每段电容值大于零的曲线段的最高点，按照预设的宽度值保留所述最高点两侧的电容值曲线段，然后计算每段电容值曲线段的重心作为该曲线段对应的接触点坐标。

以上所述的电容触摸屏多点触摸检测方法，当两个邻近接触点的行和列的坐标小于预设的坐标阈值时，把这两个邻近接触点坐标按算术平均合并成触摸点坐标。

以上所述的电容触摸屏多点触摸检测方法，在只有1个触摸点的情况下，该触摸点在屏幕上的移动，判定为对图像进行拖拽。

以上所述的电容触摸屏多点触摸检测方法，当2个既定触摸点之间的直线的距离发生变化时，判定为对图像进行缩放；当1个既定触摸点绕另1个既定触摸点旋转时，判定为对图像进行旋转。

以上所述的电容触摸屏多点触摸检测方法，当2个既定触摸点之间的直线的距离发生变化的同时，2个既定触摸点之间还产生相对旋转时，如旋转的角度小于预设值，则判定为对图像进行缩放；如旋转的角度大于预设值，则判定为对图像进行旋转。

以上所述的电容触摸屏多点触摸检测方法，当2个既定触摸点中的1个不动，另一个移动时，如移动触摸点移动方向与2个既定触摸点连线之间的夹角小于预设角度，则判定为对图像进行缩放；如移动触摸点移动方向与2个既定触摸点连线之间的夹角大于预设角度，则判定为对图像进行旋转。

本发明电容触摸屏多点触摸检测方法对检测电容设置了一个门限值，处理器只要处理高于门限值的电容数据，既降低了需处理数据量，减轻了处理器的工作负担，又在一定程度增加了系统的抗干扰性，降低了误触摸几率。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是现有技术触摸屏触摸检测原理图。

图2是现有技术自电容触摸屏的等效电路图。

图3是现有技术触摸电容大小分布图。

图4是本发明与现有技术触摸检测方法比较图。其中图4.1是“海平面”示意图；图4.2是坐标计算示意图。

图5是本发明电容触摸屏多点触摸检测方法的流程图。其中，图5.1为触摸坐标计算流程图；图5.2为“山峰”分离流程图。

图6是本发明电容触摸屏多点触摸检测方法实施例图像的移动的示意图。其中，图6a是图像移动手指触摸动作示意图；图6b是图像移动示意图。

图7是本发明电容触摸屏多点触摸检测方法实施例图像放大(或者缩小)的示意图。其中，图7a是图像缩放手指触摸动作示意图；图7b图像缩放示意图。

图8是本发明电容触摸屏多点触摸检测方法实施例图像的旋转的示意图。其中，图8a图像旋转手指触摸动作示意图；图8b图像旋转示意图

图9是自电容多点触摸“鬼影”机理示意图。

[具体实施方式]

在图4.1中，A图中的410为原始采样数据，每个触摸行或者列由一个个不同大小电容构成的一个个“山峰”。US5825352即对410进行直接处理得到440、450、460、470每个“山峰”对应的峰值和谷值，B图中的420即为本发明由行和列电容阈值构成的初始“海平面”，这个“海平面”可以是温度、湿度和构成矩阵电容行列的函数。由行和列电容阈值构成的“海平面”高，抗干扰能力增强，灵敏度降低；“海平面”低，抗干扰能力降低，灵敏度增强。在C图中，经过由行和列电容阈值构成的“海平面”420处理后，得到441、451和471所示的高于“海平面”，电容值大于零的曲线段构成的“山峰”。如果在C图中没有“山峰”存在，则表示没有触摸发生。

从图4.1C可以看出，触摸点形成的“山峰”被“海平面”分离，在每段电容值大于零的曲线段“山峰”的两侧是平坦的“平面”，这样可以方便地按照下面求重心坐标的公式1)求出触摸点的坐标。为了更加精确，还可以进行下面的步骤：

在D图中，430为从“海平面”420再次升高的新的“海平面”，“海平面”升高的高度以出现孤点472为宜。

在图4.2中，以图4.1D中的472为中心点，左右对称从图4.1C中的471中取出2K+1个数据(K预设的自然数，如1、2、3......)，可以得到分离的“山峰”473。然后按照下面求重心坐标的公式1)求出473区域的坐标，这样待处理的结果大大减少，同时也增加了系统的抗干扰能力(如去掉了图4.1A中由干扰产生的电容“山峰”460)。

求重心坐标的公式1)：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_M=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(x_i*{\mathrm{\ΔC}}_i)}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ΔC}}_i}\\ Y_M=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(y_i*{\mathrm{\ΔC}}_i)}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ΔC}}_i}\end{array}\right.$

如果在形成孤点472后，“海平面”430上还有电容“山峰”，如442和452存在，则可以继续增加“海平面”的高度，直至出现下一个电容值孤点，否者认为所有的电容“山峰”均被分离。

如前所述，由行和列电容阈值构成的“海平面”与温度、湿度和构成矩阵的行列电容有关，为了避免出现“误响应”或者“不响应”，这个“海平面”需要作实时调整。参阅图5的自我调整技术，即在每帧扫描结束后，判断是否有触摸，如果没有触摸，则根据扫描结果更新电容阈值。也就是说，在没有触摸的条件下，触摸屏矩阵每扫描一个循环，更新一次电容阈值，不仅反映了触摸屏矩阵构造的不均一因素对矩阵行列电容的影响，而且将温度、湿度的变化对矩阵行列电容的影响实时反映到电容阈值中。这样，由行和列电容阈值构成的“海平面”也不是一个真的“平面”，由于生产工艺的不同，触摸屏对应矩阵的每个行或者列，均可有一个电容阈值，这些电容阈值即构成了略有起伏的初始“海平面”。

图5.1为本发明电容触摸屏多点触摸检测方法一个循环的流程图，启动扫描程序后，首先取出每行每列的电容阈值数据Cyhn(n从0到N-1，其中N为电容触摸屏行数)和Cxhm(m从0到M-1，其中M为电容触摸屏列数)。

取了电容阈值数据后，接着进行行列扫描，首先扫描行，从第一行扫描到N行，每个扫描电容数据Cyn减去对应行的电容阈值Cyhn为ΔCyn，即是门限值以上第n行的电容值，存储ΔCyn和Cyn。对ΔCyn的处理根据如下法则：如果该差值ΔCyn等于或小于零，则存储的ΔCyn为0，否者存储门限值(电容阈值)以上的电容值ΔCyn。

当行扫描完成后，即可以进行“山峰”分离。分离方法可以参考图4.2中的473和图5.2。当一行扫描完成时，首先判断在初始“海平面”上是否有“山峰”，如果有，则升高“海平面”直至第一个电容孤点出现。如图4.1D中的472出现。以图4.1C中的471为中心对称，从471中取2K+1个数据构成新的“山峰”。接着再判断新的“海平面”上是否还有“山峰”存在，如果有“山峰”存在，则继续升高“海平面”得到第二个电容孤点，形成第二个“山峰”。继续升高“海平面”直至所有“山峰”的电容孤点被取出并形成新的分离“山峰”。当“海平面”上没孤立电容时，表示分离完成。

完成“山峰”分离后，可以按照公式1)对每个分离的“山峰”进行计算求出每个“山峰”的重心，即每个“山峰”的中心行坐标。

按照上述的方法，同样可以求出每个山峰的中心列坐标。

当每个山峰的行列坐标求出后，可以进行坐标组合求出触摸点坐标。为了避免干扰导致的一个触摸山峰出现多个电容孤点的问题，可以设置一个坐标阈值(如5mm)。即当两个邻近触摸点的行和列的坐标小于这个阈值时，可以把这两个坐标按算术平均得到一个新的坐标，这个坐标即为触摸点坐标。

从上面的分析可以看出，这种检测方法和触摸的点数没有关系。

在每完成一帧电容扫描后，首先判断是否有触摸发生，即行或列是否有“山峰”，如有触摸发生，则将触摸坐标发送给处理器以完成相应的动作。如果没有触摸发生，即ΔCyn和ΔCxm全部为零，则更新全部电容阈值。处理方法为取出存储的Cyn和Cxm，新的电容阈值即为Cyhn＝Cyn+ΔCy，Cxhm＝Cxm+ΔCx，其中电容值增量ΔCy和ΔCx为固定的常数，如果要求灵敏度高，可以把电容值增量ΔCy和ΔCx设置低一点，如果要求抗干扰能力强，可以把电容值增量ΔCy和ΔCx设置高一点。

图5中参数定义如下：

名称	定义
		N	行数
M	列数
		Cyn	第n行的扫描电容值

名称	定义
		ΔCyn	阈值以上第n行可见的电容值
Cyhn	对应于n行的电容阈值
		Cxm	第m列的扫描电容值
ΔCxm	阈值以上第m列可见的电容值
		Cxhm	对应于m列的电容阈值
ΔCy	构成初始电容“海平面”的行电容值增量
		ΔCx	构成初始电容“海平面”的列电容值增量
e	第e个被分离的“山峰”
		K	预设的自然数(2K+1为取电容数据的长度或者分离山峰的宽度)
Ye1/Ye2...	触摸点对应的Y坐标
		Xe1/Xe2...	触摸点对应的X坐标

本发明技术方案带来的有益效果是：

采用了电容阈值技术后，对检测电容设置了一个门限值，既降低了待处理数据量，又在一定程度增加了系统的抗干扰性，可以降低误触摸的几率。

操作实施例：

基于电容阈值的自电容多点触摸算法，可以灵活的处理各种图像操作，如图片的移动、缩放、旋转等。具体示意图见图6、7、8。

在图6、7、8中，带箭头的实线为手指或者图像的移动轨迹，同心圆表示移动前的手指，虚线同心圆表示移动后的手指。

图6为单点触摸实现图像的移动。在图像移动过程中，单手指必须触摸在屏上，即相当于在屏上划线，该线的轨迹即为图像的移动轨迹，这个给用户的感觉就是在对图像进行拖拽。

图7为两点实现图像的放大缩小功能。为完成这个功能，两个手指也必须触摸在屏上，因为两个手指都不离开屏幕，两个触摸点为既定触摸点。可以两个手指同时移动，也可以一个手指不动，另外一个手指移动。根据移动前的距离和移动后的距离的比例关系确定图像的缩放比例关系。为了和图像的旋转分开，手指移动的轨迹尽量在一个方向上。

在图9中，当检测到图9的X和Y轴的“山峰”时(即手指不在电容屏同一行或者列)，处理器将不能判断手指是处在图9中左图中的状态还是处在图9中右图的状态，即我们所说的“鬼影”。从图9的左图和右图中可以看出，这两个图中触摸点之间的距离相同，这样，如果只是对图像做缩放功能，即按照屏的中心对称点缩放图像，可以通过计算两个手指之间移动前后的距离得到图像缩放比例。如果需要得到图像的旋转方向，则可以采用图8所示的方法。

图8为两点实现图像的旋转，这个功能的实现充分考虑了人体的动作习惯，实现起来非常轻松。实现过程如下：先将一个手指，如拇指，放在触摸屏上，然后放上另外一个手指如食指。拇指不动，按顺时针或者逆时钟方向旋转食指。食指移动的角度和方向即为图像移动的角度和方向。在食指移动的过程中，食指也必须放在触摸屏上。图像的旋转过程以拇指为支点，食指为旋转点。同理，用户也可以以食指为支点，拇指为旋转点，这完全取决于用户的习惯，其软件的处理方法完全相同。采用支点的办法，可以解决由于“鬼影”导致软件不能区分旋转方向的问题。

在图像的旋转过程中，支点的位移必须控制在一定范围。为了区分图像的缩放和旋转，可以设置一个临界角度值，如25°，如旋转的角度在25°以内，可以认为是图片的缩放，旋转的角度在25°以外，可以认为是图片的旋转。

也可以下面的方法，当2个既定触摸点中的支点不动，另一个触摸点移动时，如移动触摸点移动方向与2个既定触摸点连线之间的夹角小于45度，则判定为对图像进行缩放；如移动触摸点移动方向与2个既定触摸点连线之间的夹角小于45度，则判定为对图像进行旋转。

Claims (10)

1.一种电容触摸屏多点触摸检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

101)对触摸屏矩阵的行和列的电容进行扫描检测，分别获取触摸屏矩阵行和列的电容数据；

102)获取初始电容阈值，将各行和各列的电容数据分别减去初始电容阈值后，得到各行各列的计算电容值；

103)判断行和列计算电容值曲线中是否存在电容值大于零的曲线段，如有，则计算每段电容值大于零的曲线段的重心作为该曲线段对应的接触点坐标；如无，则认定为没有触摸；

104)将各接触点列坐标和行坐标发送给处理器进行处理。

2.根据权利要求1所述的电容触摸屏多点触摸检测方法，其特征在于，触摸屏矩阵的每行和每列，均有各自的初始电容阈值。

3.根据权利要求2所述的电容触摸屏多点触摸检测方法，其特征在于，触摸屏矩阵每行的电容阈值为该行的扫描电容值与行电容值增量之和，每列的电容阈值为该列的扫描电容值与列电容值增量之和；所述的扫描电容值为触摸屏矩阵的行或列在没有触摸的条件下的电容值。

4.根据权利要求3所述的电容触摸屏多点触摸检测方法，其特征在于，在没有触摸的条件下，触摸屏矩阵每扫描一个循环，更新一次电容阈值。

5.根据权利要求1所述的电容触摸屏多点触摸检测方法，其特征在于，在步骤103中，判断行和列计算电容值曲线中存在电容值大于零的曲线段之后，首先通过逐步提高电容阈值寻找每段电容值大于零的曲线段的最高点，按照预设的宽度值保留所述最高点两侧的电容值曲线段，然后计算每段电容值曲线段的重心作为该曲线段对应的接触点坐标。

6.根据权利要求5所述的电容触摸屏多点触摸检测方法，其特征在于，当两个邻近接触点的行和列的坐标小于预设的坐标阈值时，把这两个邻近接触点坐标按算术平均合并成触摸点坐标。

7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的电容触摸屏多点触摸检测方法，其特征在于，在只有1个触摸点的情况下，该触摸点在屏幕上的移动，判定为对图像进行拖拽。

8.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的电容触摸屏多点触摸检测方法，其特征在于，当2个既定触摸点之间的直线的距离发生变化时，判定为对图像进行缩放；当1个既定触摸点绕另1个既定触摸点旋转时，判定为对图像进行旋转。

9.根据权利要求8所述的电容触摸屏多点触摸检测方法，其特征在于，当2个既定触摸点之间的直线的距离发生变化的同时，2个既定触摸点之间还产生相对旋转时，如旋转的角度小于预设值，则判定为对图像进行缩放；如旋转的角度大于预设值，则判定为对图像进行旋转。

10.根据权利要求8所述的电容触摸屏多点触摸检测方法，其特征在于，当2个既定触摸点中的1个不动，另一个移动时，如移动触摸点移动方向与2个既定触摸点连线之间的夹角小于预设角度，则判定为对图像进行缩放；如移动触摸点移动方向与2个既定触摸点连线之间的夹角大于预设角度，则判定为对图像进行旋转。

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