CN101963871A - 基于识别红外点光源的光学触控系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于识别红外点光源的光学触控系统及其实现方法，系统包括光学触控笔、触摸显示屏、至少2个红外摄像头和数据分析处理器；其中所述光学触控笔的笔尖一端设置有红外发光装置，红外发光装置连接有压力传感器和电池，所述压力传感器根据笔尖与触摸显示屏接触压力控制所述红外发光装置发光，通过所述红外摄像头识别光学触控笔的发光信息，传送给数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上显示书写笔迹。本发明系统省去了反射红外光的四面边框和带红外光发射功能的摄像头等，大大节约了系统制造成本，还能体现书写力度和速度带来的笔迹变化效果，让模拟书写更加逼真，显示效果更好。
Description
技术领域
本发明涉及触摸系统领域，尤其涉及一种识别主动发光源的光学触控系统及其实现方法。
背景技术
现有的触摸显示技术有压力传感触摸显示、红外光反射触摸显示等。其中压力传感触摸显示技术是在主界面上显示多个功能菜单，操作者自由按压屏幕选择功能菜单，就会弹出相关内容，这种方式不能在触摸显示屏上显示书写的痕迹。市场上有一种电子书装置，可同时显示触摸笔的书写痕迹，但不能体现书写的力度变化效果，比如不同力度书写一横，就不会体现笔迹粗细变化的效果。
现有的外光反射触摸显示技术，需要在触摸显示屏四周设置红外反射框，配合至少2个带红外光发射功能的摄像头，利用红外光被遮挡的阴影位置定位触摸笔或手指在屏幕上的位置。这样的外光反射触摸显示装置成本高，需要有四面的红外反射框和带红外光发射功能的摄像头等。而且当触摸物体被其他物体遮挡住后，会产生识别失效或引起误操作，比如用户手持触摸笔在屏幕上书写时，不小心伸出的手指遮挡了一下红外光，就容易引起误操作。现有的外光反射触摸显示系统也不能在屏幕上体现书写的力度、速度变化的效果。
发明内容
本发明目的是提供一种基于识别红外点光源的光学触控系统及其实现方法，采用识别红外发光源的方式进行触摸显示，能精确显示书写的笔迹，显示效果更好，而且省去了反射红外光的四面边框等，节约了成本。
本发明实施例提供一种基于识别红外点光源的光学触控系统，包括光学触控笔、触摸显示屏、至少2个红外摄像头和数据分析处理器；其中所述光学触控笔的笔尖一端设置有红外发光装置，红外发光装置连接有压力传感器和电池，所述压力传感器根据笔尖与触摸显示屏接触压力控制所述红外发光装置发光，通过所述红外摄像头识别光学触控笔的发光信息，传送给数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上显示书写笔迹。
进一步，所述光学触控笔中，还设置有与压力传感器连接的红外发光装置驱动控制电路，用于根据笔尖与触摸显示屏接触压力的大小对应控制红外发光装置的发光强度变化，通过所述红外摄像头识别光学触控笔的位置信息和光强度信息，并由数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上显示由不同接触压力带来的书写变化效果。
进一步，所述光学触控笔中还设置有加速度传感器、MCU处理芯片和信息发送装置；所述信息发送装置与触摸显示屏或数据分析处理器通过数据线连接，或者所述信息发送装置为无线收发器，与触摸显示屏或数据分析处理器通过无线网络连接，将所述光学触控笔的移动速度参数和光强度信息发送给所述数据分析处理器。
所述加速度传感器为陀螺仪传感器，与所述MCU处理芯片连接。
进一步，所述光学触控笔上设置有波段选择开关，用于选择发射不同波段的红外光；所述红外摄像头分别识别多支光学触控笔发出的不同波段的红外光，传送给数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上实现多点触控显示。
进一步，所述红外发光装置为LED红外灯泡或红外发光二极管；所述红外发光装置与笔尖的书写头连接，通过所述书写头与触摸显示屏接触，或者所述红外发光装置直接与触摸显示屏接触。
本发明实施例还提供一种基于识别红外点光源的光学触控方法，首先通过设置有红外发光装置和压力传感器的光学触控笔，根据笔尖与触摸显示屏接触压力控制所述红外发光装置发光；再通过至少2个红外摄像头识别所述光学触控笔的发光信息，传送给数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上显示书写笔迹。
进一步，上述方法还包括根据笔尖与触摸显示屏接触压力的大小对应控制红外发光装置的发光强度变化，所述红外摄像头识别光学触控笔的位置信息和光强度信息，传送给所述数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上显示由不同接触压力带来的书写变化效果。
进一步，通过所述光学触控笔中设置的加速度传感器、MCU处理芯片和信息发送装置，将所述光学触控笔的移动速度参数发送给所述数据分析处理器。
进一步，所述红外摄像头分别识别多支光学触控笔发出的不同波段的红外光，传送给数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上实现多点触控显示。
采用本发明的基于识别红外点光源的光学触控系统及其实现方法有如下优点：
1、采用识别光学触控笔发出的红外光点光源的方式，在触摸显示屏上的定位计算比计算红外线遮挡阴影位置更加准确，而且光学触控笔发出的红外光比周围环境的背景红外光强很多倍，通常所述光学触控系统是在室内使用，不会受背景红外光干扰，能精确显示书写的笔迹。同时系统也省去了反射红外光的四面边框和带红外光发射功能的摄像头等，大大节约了系统制造成本。
2、作为一种改进方式，还可通过光学触控笔上的压力传感器和红外发光装置驱动控制电路，感应人手书写时的力度大小，对应控制红外发光装置的光线强度变化，再通过所述红外摄像头识别光学触控笔的位置信息和光强度信息，传送给数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上显示由不同接触压力带来的书写效果，即显示由不同书写笔力带来的笔迹变化效果，像写毛笔字一样有粗细、笔锋、连笔等艺术效果。
当然为体现书写快慢带来的书写效果，所述光学触控笔还可通过加速度传感器检测所述光学触控笔的移动速度参数，发送给所述数据分析处理器，从而在触摸显示屏上体现书写快慢带来的书写效果。最终体现书写力度和速度带来的笔迹变化效果，让模拟书写更加逼真，显示效果更好，从而增强触摸书写的体验感。
3、通过所述光学触控笔上设置的波段选择开关，用于选择发射不同波段的红外光，这样所述红外摄像头分别识别多支光学触控笔发出的不同波段的红外光，传送给数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上实现多点触控显示。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的基于识别红外点光源的光学触控系统图。
图2是本发明实施例一的光学触控系统中光学触控笔电路结构示意图。
图3是本发明实施例一的光学触控系统中改进后的光学触控笔电路结构示意图。
图4是本发明实施例二的光学触控系统中光学触控笔电路结构示意图。
图5是本发明实施例三的光学触控系统中光学触控笔电路结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，本发明实施例一提供一种基于识别红外点光源的光学触控系统，包括光学触控笔1、触摸显示屏2、红外摄像头3和数据分析处理器4；其中所述光学触控笔的笔尖一端设置有红外发光装置，红外发光装置连接有压力传感器和电池，所述压力传感器根据笔尖与触摸显示屏接触压力控制所述红外发光装置发光。两个所述红外摄像头3设置在长方形或正方形的触摸显示屏的两个上顶角，通过所述红外摄像头识别光学触控笔的发光信息，传送给数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上显示书写笔迹。
所述数据分析处理器4可以为具有电脑分析运算功能的机器，存储有相关红外定位分析计算程序，与触摸显示屏2连接一体，形成智能平板触摸显示装置。或者所述数据分析处理器4可以为存储有相关红外定位分析计算程序的集成电路板装置，具有外接端口，比如，所述数据分析处理器的输入端与红外摄像头连接，输出端通过USB接口与电脑或电视机连接，对所述红外摄像头传来的数据进行处理，在电脑或电视机的显示屏上进行触控操作。这样结合了光学触控笔，就可将普通的电脑或电视机转变成基于识别红外点光源的光学触控系统。
如图2所示，所述光学触控笔的笔尖一端设置有红外发光装置12，即LED红外发光灯泡或红外发光二极管，所述红外发光装置12与笔尖的书写头11连接，通过所述书写头与触摸显示屏接触；或者如图3所示，红外发光装置12作为笔尖用于书写，直接与触摸显示屏接触。图2、图3中，红外发光装置12上方依次连接有压力传感器13和电池18，电池比如采用五号电池或纽扣形干电池。所述压力传感器根据笔尖与触摸显示屏接触压力控制所述红外发光装置发光。
当笔尖与触摸显示屏接触书写时，压力传感器接通电路，控制红外发光装置发光，两个所述红外摄像头识别所述光学触控笔发光点位置，通过分析计算确定笔尖的坐标，进而在在触摸显示屏上显示书写笔迹。
作为一种改进方式，在实施例一的基础上做了改进，本发明实施例二提供的基于识别红外点光源的光学触控系统，如图4所示，所述光学触控笔中还设置有与压力传感器13连接的红外发光装置驱动控制电路14，用于根据笔尖与触摸显示屏接触压力的大小对应控制红外发光装置的发光强度变化，笔尖接触压力大发光强度就强，笔尖接触压力小发光强度就弱，通过所述红外摄像头识别光学触控笔的位置信息和光强度信息，并由数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上显示由不同接触压力带来的书写变化效果。即显示由不同书写笔力带来的书写效果。写的力大点字迹就粗一些，写的力小点字迹就细一些，像写毛笔字一样有粗细、笔锋、连笔等艺术效果。
为体现书写快慢带来的书写效果，在实施例二的基础上做了改进，本发明实施例三提供的基于识别红外点光源的光学触控系统，如图5所示，所述光学触控笔中还设置了与红外发光装置驱动控制电路14依次连接的加速度传感器15、MCU处理芯片16和信息发送装置17，比如所述加速度传感器为陀螺仪传感器。所述信息发送装置与触摸显示屏或数据分析处理器通过数据线连接，或者所述信息发送装置为无线收发器，与触摸显示屏或数据分析处理器通过无线网络连接，将所述光学触控笔的移动速度参数和光强度信息发送给所述数据分析处理器。这样处理的数据更加精确和全面，模仿真实的画笔互动书写感觉更逼真，显示效果更好。
当然系统实施三中的数据分析处理器也作了相应功能改进，比如增加相关运算程序，对笔位置信息、移动速度参数和光强度信息分别进行统计、分析计算，最后形成反映书写时力度、快慢效果的控制信号传送给触摸显示屏控制显示效果。
上述所有实施例中，所述光学触控笔上还可设置有波段选择开关，用于选择发射不同波段的红外光；所述红外摄像头分别识别多支光学触控笔发出的不同波段的红外光，传送给数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上实现多点触控显示。即多支光学触控笔在同一触摸显示屏上同时书写，同时显示，互相不干扰。
需要说明的是，上述所有实施例中还可以采用3个或4个红外摄像头进行定位识别，做到采集数据更详细，实现原理与2个红外摄像头的定位技术一样，这里不一一介绍。
本发明还提供一种基于识别红外点光源的光学触控方法实施例一，首先通过设置有红外发光装置和压力传感器的光学触控笔，根据笔尖与触摸显示屏接触压力控制所述红外发光装置发光；再通过至少2个红外摄像头识别所述光学触控笔的发光信息，传送给数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上显示书写笔迹。
作为方法实施例一基础上的改进，本发明的光学触控方法实施例二还可通过与所述压力传感器连接的红外发光装置驱动控制电路，根据笔尖与触摸显示屏接触压力的大小对应控制红外发光装置的发光强度变化，所述红外摄像头识别光学触控笔的位置信息和光强度信息，传送给所述数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上显示由不同接触压力带来的书写变化效果。
作为方法实施例二基础上的改进，本发明的光学触控方法实施例三还可通过所述光学触控笔中设置的加速度传感器、MCU处理芯片和信息发送装置，将所述光学触控笔的移动速度参数和光强度信息发送给所述数据分析处理器。
上述所有方法实施例中，所述光学触控笔上还可设置有波段选择开关，用于选择发射不同波段的红外光，所述红外摄像头分别识别多支光学触控笔发出的不同波段的红外光，传送给数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上实现多点触控显示。
采用本发明的基于识别红外点光源的光学触控系统及其实现方法有如下优点：
1、采用识别光学触控笔发出的点红外光的方式，在触摸显示屏上的定位计算比计算红外线遮挡阴影位置更加准确，而且光学触控笔发出的点红外光比周围环境的背景红外光强很多倍，能精确显示书写的笔迹。同时也省去了反射红外光的四面边框和带红外光发射功能的摄像头等，大大节约了系统制造成本。
2、通过光学触控笔上的压力传感器，感应人手书写时的力度大小，对应控制红外发光装置的光线强度变化，再通过所述红外摄像头识别光学触控笔的坐标信息和光强度信息，传送给数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上显示由不同接触压力带来的书写效果，即显示由不同书写笔力带来的书写效果，像写毛笔字一样有粗细、笔锋、连笔等艺术效果。当然为体现书写快慢带来的书写效果，所述光学触控笔通过加速度传感器检测所述光学触控笔的移动速度参数，发送给所述数据分析处理器，从而在触摸显示屏上体现书写快慢带来的书写效果。最终体现书写力度和速度带来的笔迹变化效果，让模拟书写更加逼真，显示效果更好，从而增强触摸书写的体验感。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于识别红外点光源的光学触控系统，其特征在于，包括光学触控笔、触摸显示屏、至少2个红外摄像头和数据分析处理器；其中所述光学触控笔的笔尖一端设置有红外发光装置，所述红外发光装置连接有压力传感器和电池，所述压力传感器根据笔尖与触摸显示屏接触压力控制所述红外发光装置发光，通过所述红外摄像头识别光学触控笔的发光信息，传送给数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上显示书写笔迹。
2.根据权利要求1所述基于识别红外点光源的光学触控系统，其特征在于，所述光学触控笔中，还设置有与压力传感器连接的红外发光装置驱动控制电路，用于根据笔尖与触摸显示屏接触压力的大小对应控制红外发光装置的发光强度变化，通过所述红外摄像头识别光学触控笔的位置信息和光强度信息，并由数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上显示由不同接触压力带来的书写变化效果。
3.根据权利要求2所述基于识别红外点光源的光学触控系统，其特征在于，所述光学触控笔中还设置有加速度传感器、MCU处理芯片和信息发送装置；所述信息发送装置与触摸显示屏或数据分析处理器通过数据线连接，或者所述信息发送装置为无线收发器，与触摸显示屏或数据分析处理器通过无线网络连接。
4.根据权利要求3所述基于识别红外点光源的光学触控系统，其特征在于，所述加速度传感器为陀螺仪传感器，与所述MCU处理芯片连接。
5.根据权利要求1至3任意一项所述基于识别红外点光源的光学触控系统，其特征在于，所述光学触控笔上设置有波段选择开关，用于选择发射不同波段的红外光；所述红外摄像头分别识别多支光学触控笔发出的不同波段的红外光，传送给数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上实现多点触控显示。
6.根据权利要求1所述基于识别红外点光源的光学触控系统，其特征在于，所述红外发光装置为LED红外灯泡或红外发光二极管；所述红外发光装置与笔尖的书写头连接，通过所述书写头与触摸显示屏接触，或者所述红外发光装置直接与触摸显示屏接触。
7.一种基于识别红外点光源的光学触控方法，其特征在于，
首先通过设置有红外发光装置和压力传感器的光学触控笔，根据笔尖与触摸显示屏接触压力控制所述红外发光装置发光；
再通过至少2个红外摄像头识别所述光学触控笔的发光信息，传送给数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上显示书写笔迹。
8.根据权利要求7所述基于识别红外点光源的光学触控方法，其特征在于，还包括根据笔尖与触摸显示屏接触压力的大小对应控制红外发光装置的发光强度变化，所述红外摄像头识别光学触控笔的位置信息和光强度信息，传送给所述数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上显示由不同接触压力带来的书写变化效果。
9.根据权利要求7或8所述基于识别红外点光源的光学触控方法，其特征在于，通过所述光学触控笔中设置的加速度传感器、MCU处理芯片和信息发送装置，将所述光学触控笔的移动速度参数发送给所述数据分析处理器。
10.根据权利要求9所述基于识别红外点光源的光学触控方法，其特征在于，所述红外摄像头分别识别多支光学触控笔发出的不同波段的红外光，传送给数据分析处理器计算处理，在触摸显示屏上实现多点触控显示。
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