CN102023760A - 一种多点触控感应方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及游戏设备领域，要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，设计一种触控准确、图像精细度高、能够适用于多种场所使用多点触摸感应方法及其设备。具体包括以下步骤：所述摄像头和红外发射装置设置在面板和显示装置的背面，红外发射装置将红外线投射到面板上，在面板的正面形成带状的触控带；面板在触控带区域为红外线可透，摄像头在红外发射装置的同一侧将触控带上的图像传送至主机；手指在面板正面的触控带区域上进行触控操作，反射穿过触控带的红外线；手指反射的红外线在摄像头拍摄的图像中形成白点，主机通过分析白点的动作实现触控；主机将触控动作对应的计算机程序的动作通过显示装置显示出来。

Description

一种多点触控感应方法及其设备

技术领域

本发明涉及多点触控感应控制计算机或游戏设备的领域，更具体的说是一种多点触控感应方法及其设备。

背景技术

多点触控技术是在传统鼠标、键盘和游戏控制装置意外的新型电脑或游戏设备的控制方法，其应用领域十分广泛。

除传统的电脑和游戏设备外，多点触控技术的一个重要应用就是在互动游戏上的革新。互动桌或游戏桌是一种新型的服务和娱乐平台，主要用于餐厅、饭店、KTV、酒吧等地方，可以作为自动下单、服务请求、游戏娱乐和上网冲浪等等的平台，提高了服务商的自动化能力，也降低了经营成本，而且有利于吸引消费者。现有技术中针对不同的应用场合开发了多种不同的互动桌或游戏桌，其功能较为单一，即限制了其应用推广，也导致了许多资源的浪费。

为了克服这个缺陷，现有技术采用计算机技术和多点触摸技术开发了可以进行功能拓展，应用领域广的互动游戏桌。这种技术包括两大类：投影技术和液晶显示器技术，投影技术如中国专利CN201234731Y、CN101281441A、CN101477427A、CN201408412Y、CN201383135Y所揭示的技术，液晶显示器技术如中国专利CN101581997A、CN201266363Y、CN101666932A所揭示的技术，其多点触摸的感应方式均为采用成熟的红外感应技术。

当主要作为游戏桌使用的时候，要求触控准确，图像清楚且颜色鲜艳，互动性强且适合多人使用。另外用于餐厅、饭店、KTV、酒吧等这些场所，互动游戏桌也需要作为餐桌和吧台使用，对其防水性能和面板强度有较高要求。而上述中国专利所揭示的技术均无法完全满足这些要求，这也是互动游戏桌迟迟无法推广的原因，具体如下：

对于投影技术，分为正投影（如CN201383135Y）和背投影（如CN201234731Y）两种方式。无论哪一种对投影屏幕的要求均很高，过暗的影幕（黑色及灰色等）效果不佳；而且红外感应与投影重叠，导致信号采集及处理有延迟，误操作率高；灯泡使用寿命短，更换频率高，使用成本无法下降。而具体对于正投影的方式，设备安装和移动十分不方便，触控时有阴影，只能附和基本的互动，根本达不到游戏的要求。对于背投的方式，由于屏幕需要是半透明的，所以颜色和清晰度均大打折扣；另外由于投影距离受限制，对投影镜头的要求很高，又进一步提高了产品的成本；还有就是投影的光线与红外感应的光线是重叠的，大大影响了红外感应的精度，使其只能应用于低精度领域。

对于平板显示器技术，图像清晰度和精细程度符合游戏要求，可以分为背光感应（如CN101666932A）和侧光感应两种方式（如CN201266363Y）。采用背光感应需要在生产液晶面板的时候就加入感应元件，这种具有多点触摸式的大屏幕造价十分之高，无法人性化定制，而且需要手指直接触摸屏幕，对使用环境要求十分高，目前仍然无法推广应用。另外对于侧光感应的技术，由于发光元件设置在桌子的边缘，十分容易损坏，而且防水性能也不佳，桌子凸出高于面板的边缘也不方便清洗和使用，给使用者带来反感的效果。而且侧光感应技术的定位十分差，无法满足很多游戏的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，设计一种触控准确、图像精细度高、能够适用于多种场所使用多点触摸感应方法，以及基于此方法的一种寿命长、故障率低的设备。

本发明所设计的多点触控应方法，同样是通过摄像头拍摄手指反射红外发射装置发射的红外线所产生的白点实现感应控制，具体包括以下步骤：

S1.所述摄像头和红外发射装置设置在面板和显示装置的背面，红外发射装置将红外线投射到面板上，在面板的正面形成带状的触控带；

S2.面板在触控带区域为红外线可透，摄像头在红外发射装置的同一侧将触控带上的图像传送至主机；

S3.手指在面板正面的触控带区域上进行触控操作，反射穿过触控带的红外线；

S4.手指反射的红外线在摄像头拍摄的图像中形成白点，主机通过分析白点的动作实现触控；

S5.主机将触控动作对应的计算机程序的动作通过显示装置显示出来。

本方法采用在显示装置后侧投射红外线的方式，避免了感应之用的红外线与显示装置的光线之间相互干扰，避免导致触控灵敏度和精度的下降。摄像头和红外发射装置安装在面板的同一侧，有利于采用密封的方式保护摄像头和红外发射装置等内部机构，产品可以制作成整体可移动的设备，使用十分方便，无需进行工程安装。采用触控带进行触控操作，无需直接在显示装置上操作，触控带只需红外线可透即可，这样的方式一方面有利于提高触控的灵敏度和精度，另一方面有利于提高提高设备的三防标准，如可以采用钢化玻璃作为面板，并对侧边进行密封。带状的触控区域方便多人和多区域操作，有利于提高游戏的娱乐性和互动性，并且在相同的面板面积内，能够将显示区域和触控区域同步最大化，合理的利用了面板的空间。

由于触控带所占用的面积比较小，为了进一步提高触控的精度，所述步骤S2中先将触控带对应的区域进行光学放大后再进入摄像头。由于摄像头与触控带之间的距离是固定的，因此采用光学放大的方式优于通过主机进行数码放大，能够获得高度清晰且面积大的图像，只需在主机内进行放大比例缩小即可获得更高分辨率的原图像，从而实现了提高触控精度的目的。

为了提高在游戏设备中的人性化设置，本发明在步骤S1中设置若干红外发射装置分别将红外线投射到显示装置周围，形成若干条触控带，触控带环绕显示装置。环绕触控带的形式能够使得游戏者能够近距离面对面交流，而且在同一显示装置上实现互动，使得游戏装置更具娱乐性。

为了进一步减少显示装置与红外发射装置间的相互影响，提高触控的准确率。本方法通过面板的不透光设置屏蔽触控带和显示装置以外的区域，不透光的区域至少为可见光不可透，这样就避免了显示装置侧漏的光线对触控带的影响。

为提高感应的灵敏度，当手指小面积接触触控带的时候就能够感应到触控的存在，将红外发射装置发射的红外线在触控带上进行漫射后再向发射方向传播，并将手指反射的红外线在触控带上进行漫射后再向反射方向传播。通过漫射的方式对发射和反射的光线进行预处理，能够避免红外线的定向性给触控带来盲区。本方法应用于触控面板的时候，由于触控带的尺寸大小相对于摄像头与触控带之间的距离来说比较小，采用上述技术能够保证在小的触控面积下，摄像头依然能够拍摄到清晰的手指反射红外线所形成的白点图像。

作为游戏触控应用的时候，反应速度是个重要指标，为了提高主机的数据处理速度，减少主机数据处理的数据量，本方法采用单一的摄像头，其拍摄区域覆盖所有触控带和显示装置区域的方式进行拍摄。由于触控带离散的分布在显示装置的周围，如果采用多个摄像头则需要对图像进行合并处理，而图像的精确合并处理需要占用大量的主机计算，所以效率不高，这也是现有技术中采用多个摄像头的技术方案的一个重大缺陷，无法适用于大运算的游戏，如3D游戏等。单一摄像头的优势是无需进行图像合并处理，但要求拍摄的图像精度达到标准，随着摄像头硬件技术的提高，拍摄像素越来越高的摄像头已经能够满足采用单一摄像头的技术方案。

为了进一步提高所拍摄到的图像的精度，本方法还先将触控带上的图像进行光学放大，并将显示装置区域的图像缩小后再传入摄像头。通过光学放大的方式，能够在物理层面上增大图像的尺寸，可以减少采用数码放大的运算量，通过光学放大后再进行还原，则能够增加图像的分辨率。本发明方法通过这种方式能够进一步提高触控的精度和灵敏度。

作为应用上述方法的触控感应设备，其结构包括面板、摄像头、若干红外发射装置、主机和显示装置，所述面板由中间的透光显示区域、多条围绕显示区域的红外可透触控带和屏蔽区域构成；所述摄像头、若干红外发射装置、主机和显示装置安装在面板同一侧，红外发射装置与触控带一一对应，仅设置一个摄像头与主机连接，其拍摄区域覆盖所有触控带和显示装置区域，显示装置安装在面板的透光显示区域下方与主机连接。该技术为多人触控互动平台，主要作用于餐厅、饭店、KTV、酒吧等地方。本专利采用独立的显示装置，如液晶显示器或等离子显示器等，可以获得高精度的图像显示。并独立设置多条触控带，避免触控与显示装置集成的高成本，也避免了显示装置与红外发射装置之间的相互干扰，有利于提高触控识别的精度。用户只需在触控带上用手做出动作，即可与显示装置的虚拟场景进行实时互动。多个触控带能够支持多人同时操作，进行多点触控。摄像头、若干红外发射装置、主机和显示装置安装在面板下方有利于保护这些设备的良性运作，使之能够在各种恶劣的环境下使用，如经常淋水的吧台等。一体化结构，本专利可以作为独立产品销售，无需工程安装和调试，移动运输更加方便。

由于触控带的面积较小，为了提高识别的准确度，所述摄像头前端设有一个用于放大触控带、缩小透光显示区的透镜。具体的，所述镜头为一凸透镜，在弧面上对应触控带的区域为平面。这个镜头能够将从触控带反射回来的区域进行光学放大，而缩小其他非触控带的反射区域，相当于让计算机获得分辨率更高的识别图像，从而提高了识别精度和准确度。

所述面板上的触控带采用磨砂结构，通过漫射的方式对发射和反射的光线进行预处理，能够避免红外线的定向性给触控带来盲区。

本发明将所有的机构设置在面板的同一侧，有利于提高设备的集成度，将设备进行整体封装，方便移动和提高三防能力。采用触控区域和显示区域分离的方案有别于以往的红外触控技术，能够减少干扰，提高触控精度。本方法还提供多种措施用于提高触控的反应速度和精度，以便于本发明方法能够适用于游戏和互动设备的使用，克服了现有低精度的红外触控技术多数只用于演示领域的缺陷。相对于现有技术来说，本专利采用显示屏幕与控制区分离的结构，大大降低生产成本，提高产品可靠性，具有更佳的识别精度和游戏画质。结合吧台的结构，合理的设计触控区域与显示区域的位置关系，本专利的设计更具人性化，改变了传统电玩的游戏习惯，能够在游戏的同时进行沟通交流，更具娱乐性。采用本发明方法的设备具有很高的三防功能，能够在恶劣的环境下使用，无需人工进行后续的调试和安装，特别适用于各种酒肆、酒吧、餐厅等地方，为产品的推广和应用带来广大空间。因此，相对于现有技术来说，本专利具有突出的实质性特点和显著的进步。

附图说明

图1为本专利的结构示意图；

图2为图1的面板结构示意图； 

图3为图1的中心剖视图；

图4为反射光线投射原理图；

图5为识别投影效果图；

图6为系统控制流程图；

图7为本专利的触控感应控制方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示为一种应用本发明方法的设备，即一种多点互动游戏桌。其结构包括面板1和面板1下方的底座2，面板1和底座2形成整体封装结构，提高了整体的三防能力，底座2上设有电源接口3。结合图2所示，面板1为一方形的钢化玻璃，钢化玻璃按显示屏幕、控制区和其他区域划分成显示区11、四条触控带区12和屏蔽区13，显示区11位于面板中央，四条触控带区12环绕显示区11分布于其侧边，形成一个环形的控制区。采用整面的高强度钢化玻璃面板1和底座2进行封装，能够有效防止面板的水渗入结构内部损害电结构，能够抗砸、抗划，而且十分方便清洗。四条触控带区12能够供应1~4位游戏者使用，而且游戏过程中，游戏者能够相对而坐，即能进行游戏，又能交流，改变了现有电动游戏的游戏方式。

结合图2和图3，所述显示区11为透明区域，显示屏幕4通过一个不透光背板支架41安装在显示区11下方；所述触控带区12为磨砂区域，触控识别装置的红外发射装置51安装在触控带区12下方；所述屏蔽区13为不透光区域；显示区11和触控带区12设置在屏蔽区13内，其两者之间相间有一定宽度的屏蔽区13。游戏主机6、音响7和触控识别装置固定安装在底座2底板上，触控识别装置包括四个红外发射装置51和一个摄像头52，红外发射装置51安装在触控带区12下方，摄像头52设置在底座2中间区域与游戏主机6连接，拍摄视角覆盖所有触控带区12。

如图4所示，所述摄像头52安装有一个能够放大摄录的触控带区域图像、缩小其他区域图像的镜头521，镜头521为一凸透镜，在弧面上对应触控带区12的区域为平面。在结合图5所示，采用这个镜头的摄像头52，其成像后能够放大触控带区12的图像，缩小中间部分区域的图像，从而提高了触控的分辨率。

上述结构的工作原理如图6所示，系统开启后，四个红外线发射装置51将均匀发射到桌子四个触控带区12上。当用户碰触控带区12，红外线受到阻挡，通过触控带区12上的磨砂玻璃而反射，该阻挡的位置在摄像头52拍摄的图像中会产生白点。随后，底部摄像头52开始捕抓该白点，进行数据采集。当捕抓到白点有动作（移动、离开等）时，数据会立即传入游戏主机6处理器中进行数据的分析。最后，处理器会发出相应的协议数据给前台，由显示屏幕4显示相应的动作和反馈，此过程称之为互动触控。

具体的多点触控应方法如图7所示，通过摄像头拍摄手指反射红外发射装置发射的红外线所产生的白点实现感应控制，包括以下步骤：

S1.所述摄像头52和红外发射装置51设置在面板1和显示装置4的背面，红外发射装置51将红外线投射到面板1上，正好投射在面板1的触控带区12上。结合图1和图2所示，四个红外发射装置51分别将红外线投射到显示区11的周围，形成绕显示装置4分布的四条触控带。通过面板1的屏蔽区13屏蔽触控带区12和显示区域11以及外界，这样能够使得红外线触控更加精准。

S2.面板1的触控带区12为磨砂结构，红外线可透，摄像头52在红外发射装置51的同一侧将触控带上的红外线图像传送至游戏主机6。当手指不接触面板1的触控带区时，无红外线反射，即使有少量反射也因磨砂结构的散射而无法形成摄像头52可识别的白点。

S3.上述步骤中将红外发射装置51发射的红外线在触控带上进行漫射后再向发射方向传播，并将手指反射的红外线在触控带上进行漫射后再向反射方向传播。当手指在面板1正面的触控带区12上进行触控操作，红外线发射装置51发射的红外线被手指大量反射，红外线在磨砂的触控带区域12内形成漫射，即有大量的红外线被反射回来。

为了降低游戏主机6的运算量，提高触控识别效率，本发明采用单一的摄像头52，其拍摄区域覆盖所有触控带区12和显示区11。通过安装在摄像头52前端的镜头521，能够拍摄的触控带12的图像先进行光学放大，同时将显示区11的图像缩小后再传入摄像头52。

S4.手指反射的红外线在摄像头52拍摄的图像中形成白点，游戏主机6通过分析白点的动作实现触控。

S5.最后游戏主机6将触控动作对应的游戏程序的动作通过显示装置4显示出来。

Claims (10)

1.一种多点触控应方法，通过摄像头拍摄手指反射红外发射装置发射的红外线所产生的白点实现感应控制，其特征在于包括以下步骤：

S1.所述摄像头和红外发射装置设置在面板和显示装置的背面，红外发射装置将红外线投射到面板上，在面板的正面形成带状的触控带；

S2.面板在触控带区域为红外线可透，摄像头在红外发射装置的同一侧将触控带上的图像传送至主机；

S3.手指在面板正面的触控带区域上进行触控操作，反射穿过触控带的红外线；

S4.手指反射的红外线在摄像头拍摄的图像中形成白点，主机通过分析白点的动作实现触控；

S5.主机将触控动作对应的计算机程序的动作通过显示装置显示出来。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤S2中先将触控带对应的区域进行光学放大后再进入摄像头。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤S1中若干红外发射装置分别将红外线投射到显示装置周围，形成若干条触控带，触控带环绕显示装置。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于通过面板的不透光设置屏蔽触控带和显示装置以外的区域。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于将红外发射装置发射的红外线在触控带上进行漫射后再向发射方向传播，并将手指反射的红外线在触控带上进行漫射后再向反射方向传播。

6.根据权利要求2或3或4或5所述的方法，其特征在于采用单一的摄像头，其拍摄区域覆盖所有触控带和显示装置区域。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于先将触控带上的图像进行光学放大，并将显示装置区域的图像缩小后再传入摄像头。

8.一种用于实现上述权利要求1至7任一项的触控感应设备，其特征在于包括面板、摄像头、若干红外发射装置、主机和显示装置，所述面板由中间的透光显示区域、多条围绕显示区域的红外可透触控带和屏蔽区域构成；所述摄像头、若干红外发射装置、主机和显示装置安装在面板同一侧，红外发射装置与触控带一一对应，仅设置一个摄像头与主机连接，其拍摄区域覆盖所有触控带和显示装置区域，显示装置安装在面板的透光显示区域下方与主机连接。

9.根据权利要求8所述的触控感应设备，其特征在于所述摄像头前端设有一个用于放大触控带、缩小透光显示区的透镜。

10.根据权利要求8或9所述的触控感应设备，其特征在于所述面板上的触控带采用磨砂结构。

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