CN102096504B - 触控装置以及碰触点检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种触控装置以及碰触点检测方法，触控装置包括触控板、第一边缘、第二边缘、第三边缘及第四边缘、第一相机、第二相机及计算单元。触控板接收至少一物体的碰触，第一至第四边缘形成矩形以环绕触控板，第一、第三边缘分别位于第二、第四边缘的对侧，第一边缘、第二边缘、第三边缘及第四边缘的表面皆具有几何图样。第一相机和第二相机分别设置于矩形的第一、第四边缘所夹的角落和第二、第四边缘所夹的角落，具有足够大的视角以以分别取得第二、第三边缘的第一影像和第一、第三边缘的第二影像。计算单元耦接于第一、第二相机，用以对第一、第二影像的几何图样执行特征取得程序，以便判断物体是否碰触触控板，若是，则定位物体的碰触位置。

Description

触控装置以及碰触点检测方法

技术领域

本发明是关于碰触点检测，特别是关于使用影像分析技术进行碰触点检测的方法和装置。

背景技术

触控技术能够提供直观且易用的人性化界面给多种装置所使用，例如移动装置、显示器与手写板。使用者通过其手指或触控笔直接碰触触控板，而碰触点的坐标能够通过不同的方法被检测，例如覆盖在触控板上的电容式电路阵列。影像检测技术也能够用于碰触点的检测。举例而言，将红外线发光二极管(LED)阵列设置于矩形的水平和垂直边缘，并在其对边设置红外线检测器。因此，红外光形成的网格便形成于触控板上。任何触控板上的特定位置上的碰触点会造成至少一对水平和垂直检测器无法接收其相应的红外光而被遮蔽，藉此决定位置的坐标。然而，现有的触控检测技术所使用的LED阵列和传感器阵列的成本过于昂贵。对于大型平板显示器而言，上述现有的技术是不可行的。因此，亟需一种可行的结构。

发明内容

本发明的目的是提高一种触控装置以及碰触点检测方法，可避免采用成本昂贵的触控检测技术，并可适用于大型平板显示器。

本发明提供一种触控装置，包括一触控板、一第一边缘、一第二边缘、一第三边缘以及一第四边缘、一第一相机、一第二相机以及一计算单元。触控板用以接收至少一物体的碰触，第一至第四边缘形成一矩形以环绕触控板，第一、第三边缘分别位于第二、第四边缘的对侧，且第一边缘、第二边缘、第三边缘以及第四边缘的表面皆具有几何图样。第一相机设置于矩形的第一、第四边缘所夹的角落，具有足够大的视角以取得第二、第三边缘的一第一影像，而一第二相机设置于矩形的第二、第四边缘所夹的角落，具有足够大的视角以取得第一、第三边缘的一第二影像。计算单元耦接于第一、第二相机，用以对第一、第二影像的几何图样执行一特征取得程序，以便判断物体是否碰触触控板，若是，则定位物体的碰触位置。

本发明提供一种碰触点检测方法，包括提供一触控板，用以接收至少一物体的碰触；以一第一边缘、一第二边缘、一第三边缘以及一第四边缘环绕触控板，其中第一边缘在第二边缘的对侧，第三边缘在第四边缘的对侧，且第一、第二、第三边缘的表面皆具有几何图样；从第一、第四边缘所夹的一第一角落取得一第一影像，第一影像包括碰触点与第二、第三边缘的影像；从第二、第四边缘所夹的一第二角落取得一第二影像，第二影像包括碰触点与第二、第四边缘的影像；以及对第一、第二影像的几何图样执行一特征取得程序，用以决定触控板被一碰触点碰触的坐标，其中第一、第二影像是一维的线段影像。

本发明的有益技术效果是：本发明使用影像检测技术来定位出一触控装置上的一碰触点的坐标，任何的碰触皆可以被撷取下来当作影像，用以判断出碰触点的坐标位置。前述边缘在表面上皆具有特别设计的几何图样，并且几何图样会嵌入用以支持影像检测的隐藏信息，使得任何边缘被物体所遮蔽皆可以轻易地检测出来。

附图说明

图1a是本发明中触控装置100的一实施例。

图1b和图1c分别显示第一相机和第二相机取得的影像。

图2a显示几何图样的一实施例。

图2b显示第一相机112的视角θ与升降缘总数的关系。

图2c显示当物体碰触到触控板的碰触点时，升降缘总数的示意图。

图3a显示本发明几何图样为逐渐递增的色相值的实施例。

图3b显示色相值当物体碰触触控板时的变化。

图3c显示视角与色相值的关系。

图4为本发明实施例的碰触点检测的流程图。

图5显示本发明另一实施例的触控板。

具体实施方式

以下说明是执行本发明的最佳模式。本领域技术人员应能知悉在不脱离本发明的精神和架构的前提下，当可作出种种等同的更动、替换和置换。本发明的范畴当视所附的本申请权利要求范围而定。

本发明的实施例是使用影像检测技术来定位出一触控装置100上的一碰触点P1的坐标。图1a是本发明中触控装置100的一实施例。触控装置100用以表示任何触控装置(例如移动装置、个人数字助理、触控显示面板或其它触控机器)在概念上的架构。在触控装置100中，触控板150通常为具有特定宽度W与高度H的一矩形，作为一触碰表面。触控板150亦可包括一显示器，用以根据碰触来呈现一个具有交互式视觉效果(interactive visual effects)的使用者界面。触控板150由四个边缘所环绕，第一边缘110、第一边缘120、第三边缘130与第四边缘140形成一矩形，用以环绕触控板150。于此实施例中，碰触点的检测是通过检测多边缘的影像来实现的。特别地说，任何的碰触皆可以被撷取下来当作影像，用以判断出碰触点的坐标位置。前述边缘在表面上皆具有特别设计的几何图样，并且几何图样会嵌入用以支持影像检测的隐藏信息，使得任何边缘被物体所遮蔽皆可以轻易地检测出来。第一相机112设置于第一边缘110与第四边缘140所夹的角落上，并具有至少90度的可视区(FOV)。第一相机112用以撷取一个具有第二、第三边缘120与130的景像的影像，以便对第二、第三边缘120与130上的几何图样加以监视与分析。同样地，第二相机122设置于第二边缘120与第四边缘140所夹的角落上，并具有至少90度的可视区(FOV)。第一相机112用以收集一个具有第一、第三边缘110与130的景像的影像，以便后续的分析。计算单元160用以接收第一、第二相机112与122所撷取到的影像，并执行一特征取得程序(characteristic extraction process)用以判断是否有一物体碰触触控板150。若有物体碰触触控板150，计算单元160则用以计算出(判断出)该物体的坐标位置。特征取得程序的细部动作将于后续进一步加以说明。

图1b和图1c分别显示第一相机112和第二相机122取得的影像。在图1b，第一影像114是第一相机112取得的线段影像(line image)，第一影像114包括第二边缘120和第三边缘130的影像/景像(views)，第二边缘120和第三边缘130的影像/景像分别以线段(segments)120’和130’表示，第二边缘120和第三边缘130所相交的交点(cross point)C2将线段120’和130’隔开。在图1c，第二影像124是第二相机122取得的线段影像，第二影像124包括第一边缘110和第三边缘130的影像/景像，第一边缘110和第三边缘130的影像分别以线段110’和130’表示，第一边缘110和第三边缘130所相交的交点C1将线段110’和130’隔开。因为触控板150是平面的，且触控板150上的碰触通常是遮蔽式碰触或非常靠近触控板150的表面，所以第一影像114和第二影像124可为一维的线段影像，专门用以表示触控板150表面的遮蔽情况。参考图1a，当物体碰触到触控板150的碰触点P1时，位置J1和J2上的几何图样分别被遮蔽而无法进入第一相机112和第二相机122。因此，如图1b所示，线段130’的相应位置会出现遮蔽点(obstructed point)J1’。类似地，在图1c，线段110’的相应位置会出现遮蔽点J2’。如上所述，第一边缘110、第二边缘120和第三边缘130的表面具有经过特殊设计的几何图样。因此，若无遮蔽，则第一影像114和第二影像124将各自呈现完整的几何图样。因为遮蔽点J1’和J2’出现的位置与位置J1和J2具有线性的关系，所以位置J1和J2可通过几何计算求出。遮蔽点J1’和J2’的定位将于以下说明。因此，计算单元160接着会读取第一相机112和第二相机122取得的第一影像114和第二影像124，并且对第一、第二影像的几何图样执行特征取得程序，以识别第一、第二影像的相应遮蔽位置(obstruction location)。

在识别出位置J1和J2之后，接着决定第一和第二相机在碰触点P1的视角。举例而言，在图1a和图1b，计算单元160根据第一影像114的遮蔽点J1’来决定由第一相机112至碰触点P1的方向上的第一夹角θ1。参考图1a和图1c，计算单元160根据第二影像124的遮蔽点J2’来决定由第一相机122至碰触点P1的方向上的第二夹角θ2。如图1a所示，第一相机112、位置J1和交点C1形成一第一直角三角形，第二相机122、位置J2和交点C2形成一第二直角三角形，并且碰触点P1位于第一和第二直角三角形的交点。求出第一夹角θ1和第二夹角θ2之后，碰触点P1的坐标就能够根据触控板150的第一夹角θ1、第二夹角θ2、宽度W和高度H的三角函式计算而决定。碰触点P1的坐标能够以下列函式表示：

P1(x，y)＝f(θ1，θ2)

为了简化说明，根据三角函数所进行的几何判断的详细计算在此不再赘述。

此外，对照表亦可用以协助决定碰触点P1的坐标。因为触控板150的宽度W和高度H为定值，遮蔽点(例如J1’和J2’)的位置与相应碰触点(例如P1)的坐标之间具有固定的关系。因此，计算单元160能够根据对照表和遮蔽点的位置来决定碰触点的坐标，因此前述的几何计算过程可以省略，故触控装置的操作速度得以被大幅地改善。

如上所述，当物体碰触到触控板150时，第一相机112和第二相机122取得的第一影像114和第二影像124则会包括一遮蔽点在作为背景的几何图样中。为了有效地识别位于影像边缘的遮蔽，位于边缘的几何图样是经过特殊设计的。特征取得程序能够用以识别被遮蔽的几何图样。

举例而言，图2a显示几何图样的一实施例，其中第一边缘110、第二边缘120、第三边缘130和第四边缘140的表面皆具有条纹图案。要注意的是，在另一实施例中，未被第一相机112和第二相机122监测的第四边缘140的表面不一定需要有条纹图案或特殊的几何图样。在图2a，纵轴表示亮度值，而横轴表示第一或第二影像的相应位置D。具体而言，这些高对比的条纹图案包括具有高亮度值L1的条纹图案以及具有低亮度值L2的条纹图案，并且具有高亮度值L1的条纹图案与具有低亮度值L2的条纹图案是交替排列的。实际上，具有高亮度值L1和低亮度值L2的条纹图案分别是以“明(白色)”和“暗(黑色)”表示的。在本实施例中，特征取得程序是一种升降缘的检测程序(edge detection process)，藉此检测高对比度的条纹图案的上升缘和下降缘的个数，例如计算每一个线段中的升降缘总数。举例而言，从左边数来的首三个条纹图案123包括6个升降缘。类似地，后续的条纹图案234、235…均依此增量地计算升降缘总数。沿着不同位置，其与升降缘总数的关系如图2b所示。

图2b显示第一相机112的视角θ与升降缘总数的关系。视角θ的范围是由0至90(π/2)度，且用以表示第一相机112的可视区，包括第二边缘120和第三边缘130的全部范围。视角θ与第二、第三边缘120与130的位置的关系能够由宽度W和长度L与三角函式求出，于此不再赘述。每一个夹角增量的升降缘总数能够被求出。图2b显示，当视角θ由0度增加至交点C2对应的夹角时，升降缘总数会逐渐递增，然后升降缘总数再逐渐递减直到视角θ等于90度为止。换言的，因为交点C2是距离第一相机112最远的位置，并且随着距离的增加，条纹图案的投影会逐渐变小和密集，因此，升降缘总数会随着视角增加而稍微增加。

图2c显示当物体碰触到触控板150的碰触点P1时，升降缘总数在第一夹角θ1减少的示意图。碰触点可能由手指或触控笔所产生，并使得一相应位置的条纹图案无法形成于第一影像114中。因此，遮蔽点的相应位置附近的升降缘总数能够通过升降缘的检测和升降缘总数的计算而快速地求出。第一夹角θ1能够藉此求出。此外，第二相机122同时进行第二影像124的升降缘的检测，因此，第二夹角θ2能够以相同方式求出。

图3a至图3c显示本发明几何图样的另一实施例。在本实施例中，几何图样是HSL(Hue Saturation Lightness)色彩空间中的逐渐递增的色相值(Hue values)，其中Hue代表色相、Saturation代表饱和度，而Lightness代表亮度。色相值通常以介于0至360度的相位值表示。藉此方式，图1b的第一影像114的色相值和像素位置之间便具有线性的关系。因此，如图3a所示，第一影像114的色相值和视角θ之间的关系也具有线性的关系。视角θ的范围介于0至90度，并且色相值随着视角θ的增加而线性地增加。

当物体碰触到触控板150时，因为碰触点的颜色(手指或触控笔的颜色)会破坏色相值的分布，色相值的变化便会在第一影像114中被检测到。如图3b所示，当物体碰触触控板150时，色相值会在第一夹角θ1产生数值变化。图3c显示图3b的色相值变化与视角的关系。如图3c所示，随着视角增加，色相值的变化(ΔH)维持不变，然后由于碰触点的颜色发生变化，所以色相值的变化在第一夹角θ1产生峰值。因为色相值在第一夹角θ1以超出一预期平均值的未知速率在变化，所以触控板150被认定是以第一夹角θ1被碰触的。在本实施例中，经过特殊设计的几何图样有助于影像的检测；通过特征取得程序，其能够提供任何遮蔽(或影像的剧烈变化)灵敏的检测能力，例如在空间域中(特别是一维的空间域)。在其它实施例中，亦可使用其它的几何图样。

图4为本发明实施例的碰触点检测的流程图。本流程以数个步骤摘要说明如下。在步骤401，初始化第1图中用以影像检测的触控装置。触控板150的边缘的表面具有经过特殊设计的几何图样。在步骤403，第一相机112和第二相机122取得触控板150的边缘的影像。若物体碰触到触控板150，则部分的影像会被遮蔽，并且几何图样的特性因而改变。在步骤405，对第一相机112和第二相机122取得的影像进行特征取得程序，用以定位影像的遮蔽点(obstruction)。在步骤407，根据影像的遮蔽点的位置(obstructed location)来取得第一夹角01和第二夹角θ2，其分别表示第一相机112和第二相机122至碰触点的方向(direction)。在步骤409，根据第一夹角θ1和第二夹角θ2与触控板150的宽度和高度，进行三角函式计算求出碰触点的坐标。

图5显示本发明另一实施例的触控板。在本实施例中，相机的数目并不局限于此。举例而言，一第三相机132被进一步设置于第三边缘130，第三相机132具有180度的可视区，并且用以监测第一边缘110、第二边缘120和第四边缘140的遮蔽(obstruction)，第三相机132协助第一相机112和第二相机122决定碰触点的坐标。在其它实施例中，多重碰触点的检测(多点检测)亦可通过在触控板150的不同交点或边缘设置两个以上的相机而完成。

如上所述，第一相机112和第二相机122的视角与遮蔽点的位置(obstructedlocation)之间具有线性的关系，并且上述线性的关系能够以三角函式的对照表或校正程序而被预先计算。举例而言，在一校正程序中，触控板150在每个交点(例如交点C1和C2)上接收到碰触。对于第一相机112而言，根据触控板150的宽度W和高度L的正切函数计算可推知其相对于交点C2的第一夹角θ1。当物体碰触到交点C2时，第一相机112取得碰触点的影像，使得第一夹角θ1和交点C2之间有所关联。其它的边界条件可以类似方法得到。举例而言，第一相机112至交点C1的方向为0度，而第一相机112至第二相机122的方向为90度。因为所有的边界条件都是已知的，故所取得的影像中不在交点的位置与夹角之间的关系都可通过线性内插法来决定。

换言之，特殊的图样能够被设置于边缘的端点(例如交点C1和C2)，使得特征取得程序得以识别边缘的端点。因为端点的夹角为已知的数值，因此端点位置和夹角的关系便能够利用内插法轻易地得知。本发明已通过数种实施例揭露如上。本领域技术人员应能以本发明所揭露的技术内容作为基础来设计或修改其它的工艺或架构来达到相同于本发明的目的和/或优点。本领域技术人员应能知悉在不脱离本发明的精神和架构的前提下，当可作出种种等同的更动、替换和置换。本发明的范畴当视所附的本申请权利要求范围而定。

Claims (15)

1.一种触控装置，其特征在于，包括：

一触控板，用以接收至少一物体的碰触；

一第一边缘、一第二边缘、一第三边缘以及一第四边缘，形成一矩形以环绕上述触控板，其中所述第一、第三边缘分别位于所述第二、第四边缘的对侧，且所述第一边缘、第二边缘、第三边缘以及第四边缘的表面皆具有几何图样；

一第一相机，设置于所述矩形的所述第一、第四边缘所夹的角落，具有足够大的视角以取得所述第二、第三边缘的一第一影像；

一第二相机，设置于所述矩形的所述第二、第四边缘所夹的角落，具有足够大的视角以取得所述第一、第三边缘的一第二影像；以及

一计算单元，耦接于所述第一、第二相机，用以对所述第一、第二影像的几何图样执行一特征取得程序，以便判断所述物体是否碰触所述触控板，若是，则定位所述物体的碰触位置；

其中，所述几何图样包括具有周期性的高对比的多条纹图案；

当执行所述特征取得程序时，所述第一、第二影像是当作多个增量片段加以处理，并且所述计算单元检测相邻两个所述增量片段的升降缘总数的变化；以及

若一特定增量片段的升降缘总数以超过一预期平均值的速率在变化，则判定其相应位置是被遮蔽。

2.根据权利要求1所述的触控装置，其特征在于，当所述物体碰触所述触控板的一碰触点时：

所述第一相机取得所述第二、第三边缘以及所述碰触点的影像以形成所述第一影像；

所述第二相机取得所述第一、第三边缘以及所述碰触点的影像以形成所述第二影像；并且

所述第一、第二影像均为一维的线段影像。

3.根据权利要求2所述的触控装置，其特征在于：

所述碰触点之上的所述物体为一遮蔽物，用以避免在相对位置上的几何图样在所述第一、第二影像中被呈现；并且

所述计算单元对所述第一、第二影像的几何图样执行所述特征取得程序，用以分别识别所述第一、第二影像的遮蔽位置。

4.根据权利要求3所述的触控装置，其特征在于：

所述几何图样包括HSL色彩空间中的多个既定色相值；

当执行所述特征取得程序时，所述第一、第二影像是当作多个增量片段加以处理，并且所述计算单元检测相邻两个所述增量片段的色相值的变化；以及

若一特定增量片段的色相值以超过一预期平均值的速率在变化，则判定其相应位置是被遮蔽。

5.根据权利要求3所述的触控装置，其特征在于：

所述计算单元根据所述第一影像的一第一遮蔽点来决定表示所述第一相机至所述碰触点的方向的一第一夹角，并且根据所述第二影像的一第二遮蔽点来决定表示所述第二相机至所述碰触点的方向的一第二夹角；并且

所述计算单元根据所述第一、第二夹角、所述触控板的宽度和高度来决定所述碰触点的坐标。

6.根据权利要求5所述的触控装置，其特征在于，所述计算单元是将所述第一、第二遮蔽点的位置代入一线性函式，用以计算出所述第一、第二夹角。

7.根据权利要求6所述的触控装置，其特征在于：

所述线性函式是所述计算单元执行所述触控板的一校正程序所得到的；

当执行所述校正程序时，所述触控板接收到所述触控板的每一角落的碰触，其中根据所述触控板的宽度和高度，所述角落的夹角是一已知的既定值；

所述计算单元检测有关于所述角落的所述第一、第二影像的所述遮蔽点的位置，用以建立所述已知的既定值与所述遮蔽点的位置之间的关系；以及

所述计算单元执行线性内插的计算，用以取得所述第一、第二影像中与非角落位置相关的其它夹角值。

8.根据权利要求3所述的触控装置，其特征在于，所述计算单元根据一对照表和所述遮蔽点的位置来决定所述碰触点的坐标。

9.一种碰触点检测方法，其特征在于，包括：

提供一触控板，用以接收至少一物体的碰触；

以一第一边缘、一第二边缘、一第三边缘以及一第四边缘环绕所述触控板，其中所述第一边缘在所述第二边缘的对侧，所述第三边缘在所述第四边缘的对侧，且所述第一、第二、第三边缘的表面皆具有几何图样；

从所述第一、第四边缘所夹的一第一角落取得一第一影像，所述第一影像包括所述碰触点与所述第二、第三边缘的影像；

从所述第二、第四边缘所夹的一第二角落取得一第二影像，所述第二影像包括所述碰触点与所述第二、第四边缘的影像；以及

对所述第一、第二影像的所述几何图样执行一特征取得程序，用以决定所述触控板被一碰触点碰触的坐标，其中所述第一、第二影像是一维的线段影像；

其中，所述几何图样包括具有周期性的高对比的多条纹图案；且所述特征取得程序包括：

将所述第一、第二影像当作多个增量片段加以处理；

检测所述增量片段的每相邻两者的升降缘总数；以及

若一特定增量片段的升降缘总数以超出一预期平均值的速率在变化，则判定其相应位置是被遮蔽。

10.根据权利要求9所述的碰触点检测方法，其特征在于：

所述碰触点上的所述物体是一遮蔽物，所述遮蔽物使得相应位置上的几何图样无法呈现在所述第一、第二影像中；以及

所述碰触点检测方法还包括对所述第一、第二影像的所述几何图样执行所述特征取得程序，用以辨别所述第一、第二影像中的遮蔽点的位置。

11.根据权利要求10所述的碰触点检测方法，其特征在于：

所述几何图样包括HSL色彩空间中的多个既定色相值；并且

所述特征取得程序包括：

将所述第一、第二影像当作多个增量片段加以处理；

检测每两个相邻的所述增量片段之间的色相值变化；以及

若一特定增量片段的色相值以超出一预期平均值的速率在变化，则判定其相应位置是被遮蔽。

12.根据权利要求10所述的碰触点检测方法，其特征在于，还包括：

根据所述第一影像的一第一遮蔽点的位置来决定表示从所述第一相机至所述碰触点的方向的一第一夹角；

根据所述第二影像的一第二遮蔽点的位置来决定表示从所述第二相机至所述碰触点的方向的一第二夹角；以及

根据所述第一、第二夹角与所述触控板的宽度和高度，执行一几何计算以决定所述碰触点的坐标。

13.根据权利要求12所述的碰触点检测方法，其特征在于，所述第一、第二夹角的计算方式是所述计算单元将所述第一、第二遮蔽点的位置代入一线性函式。

14.根据权利要求13所述的碰触点检测方法，其特征在于，还包括执行所述触控板的一校正程序以得到所述线性函式，所述校正程序包括；

接收到触控板的每一角落上的碰触，其中根据所述触控板的宽度和高度，所述角落的夹角是一已知的既定值；

决定有关于所述角落的所述第一、第二影像的第一、第二遮蔽点的位置，用以建立所述已知的既定值与所述第一、第二遮蔽点的位置之间的关系；以及

执行线性内插的计算，用以取得所述第一、第二影像中与非角落位置相关的其它夹角值。

15.根据权利要求10所述的碰触点检测方法，其特征在于，所述计算单元根据一对照表和所述第一、第二遮蔽点的位置来决定所述碰触点的坐标。

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