CN102156593B - 光学触摸屏及光学触摸屏的触摸定位方法 - Google Patents

Abstract

一种光学触摸屏包括：显示装置，用于根据感知对象在触摸检测区域的点击位置通过投影进行响应；底板，用于展示投影的触摸检测区域；发射装置，用于发射与触摸检测区域平行的激光，激光覆盖触摸检测区域；图像采集装置，用于接收被触摸检测区域中感知对象反射的激光，并根据反射的激光生成亮斑图像；处理器，用于根据亮斑图像中亮斑的位置以及触摸检测区域的坐标转换矩阵计算得到感知对象在触摸检测区域的点击位置。上述光学触摸屏及光学触摸屏的触摸定位方法中，使用发射装置发出激光覆盖于触摸检测区域中，由于激光具有非常好的方向性，可对由感知对象反射的激光形成更为规则和均匀的光斑，进而更准确地定位感知对象的位置，具有更高的定位精度。

Description

光学触摸屏及光学触摸屏的触摸定位方法

【技术领域】

本发明涉及人机交互技术，特别是涉及一种光学触摸屏及光学触摸屏的触摸定位方法。

【背景技术】

随着多媒体信息技术的快速发展，人们也越来越多地使用触摸屏这一人机交互设备。基于光学技术的触摸屏以结构简单、价格低廉的优势得到了广泛的应用。

传统的触摸屏中设置反射条，在工作过程中，LED（Light Emitting Diode，发光二极管）光源将反射条照亮，当物体进入触摸屏的触摸检测区域时，反射条被物体遮挡在摄像头的图像中形成暗斑，进而通过暗斑的位置来确定物体在触摸检测区域中的位置。

然而，由于传统的触摸屏是以反射条被物体遮挡在摄像头的图像中形成暗斑的方式进行定位，使得形成的暗斑较大，难以准确定位物体的位置。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种可提高定位精度的光学触摸屏。

此外，还有必要提供一种可提高定位精度的光学触摸屏的触摸定位方法。

一种光学触摸屏，其特征在于，至少包括：

显示装置，用于根据感知对象在触摸检测区域的点击位置通过投影进行响应；

底板，用于展示投影的触摸检测区域；

发射装置，用于发射与触摸检测区域平行的激光，所述激光覆盖所述触摸检测区域；

图像采集装置，用于接收被所述触摸检测区域中感知对象反射的激光，并根据所述反射的激光生成亮斑图像；

处理器，用于根据所述亮斑图像中亮斑的位置以及触摸检测区域中标定的坐标转换矩阵计算得到所述感知对象在触摸检测区域的点击位置；

所述图像采集装置接收感知对象点击触摸检测区域中标记点所反射的激光生成标记点图像；所述处理器读取各标记点在底板坐标系中的坐标，并计算标记点偏离底板上边缘的角度；对于所述底板中的标记点，所述处理器对所述标记点图像进行定位得到所述标记点图像中感知对象的位置，进而得到标记点的方位角；处理器将标记点的方位角与其偏离底板上边缘的角度之差作为该标记点对应的成像偏角，将多个标记点对应的成像偏角取平均得到标定的成像偏角；标定点指的是触摸检测区域坐标系下标记的若干个点，处理器提取感知对象在标定点图像中的位置，进而得到标定点的方位角，将标定点的方位角与标定的成像偏角相减后根据三角几何关系计算得到该标定点在底板坐标系中的坐标；当所有标定点在底板坐标系中的坐标均计算完成后，所述处理器根据这些标定点的底板坐标系中的坐标及触摸检测区域坐标系中的坐标计算出由底板坐标系变换到触摸检测区域坐标系的坐标转换矩阵。

优选地，所述图像采集装置置于底板中相邻的角上，所述发射装置放置于所述图像采集装置上。

优选地，所述图像采集装置对所述反射的激光采集预设数据量的图像数据形成亮斑图像。

优选地，还包括设置于所述图像采集装置上的滤光片。

优选地，所述处理器由所述亮斑图像中亮斑的位置计算得到感知对象的方位角，根据所述感知对象的方位角通过三角测量法计算得到感知对象在底板中的位置，并将感知对象在底板中的位置通过触摸检测区域的坐标转换矩阵得到感知对象在触摸检测区域的位置。

优选地，所述发射装置为一字型激光器。

一种光学触摸屏的触摸定位方法，包括以下步骤：

发射与触摸检测区域平行的激光，所述激光覆盖所述触摸检测区域；

接收被所述触摸检测区域中感知对像反射的激光，并根据所述反射的激光生成亮斑图像；

根据所述亮斑图像中亮斑的位置以及触摸检测区域中标定的坐标转换矩阵计算得到所述感知对象在触摸检测区域的点击位置；

根据感知对象在触摸检测区域的点击位置通过投影进行响应；

在进行触摸定位之前进行标定得到所述坐标转换矩阵的过程为：

接收感知对象点击触摸检测区域中标记点所反射的激光生成标记点图像；

读取各标记点在底板坐标系中的坐标，并计算标记点偏离底板上边缘的角度；

对标记点图像进行定位得到标记点图像中感知对象的位置，进而得到标记点的方位角，将标记点的方位角与其偏离底板上边缘的角度之差作为该标记点对应的成像偏角，将多个标记点对应的成像偏角取平均得到标定的成像偏角；

标定点指的是触摸检测区域坐标系下标记的若干个点，提取感知对象在标定点图像中的位置，进而得到标定点的方位角，将标定点的方位角与标定的成像偏角相减后根据三角几何关系计算得到该标定点在底板坐标系中的坐标；

当所有标定点在底板坐标系中的坐标均计算完成后，根据这些标定点在底板坐标系中的坐标及触摸检测区域坐标系中的坐标计算出由底板坐标系变换到触摸检测区域坐标系的坐标转换矩阵。

优选地，所述根据所述反射的激光形成亮斑图像的步骤为：

对所述反射的激光采集预设数据量的图像数据形成亮斑图像。

优选地，所述根据所述亮斑图像中亮斑的位置以及触摸检测区域的坐标转换矩阵计算得到所述感知对象在触摸检测区域的点击位置的步骤为：

由所述亮斑图像中亮斑的位置计算得到感知对象的方位角；

根据所述感知对象的方位角通过三角测量法计算得到感知对象在底板中的位置；

将感知对象在底板中的位置通过触摸检测区域的坐标转换矩阵得到感知对象在触摸检测区域的位置。

上述光学触摸屏及光学触摸屏的触摸定位方法中，使用发射装置发出激光覆盖于触摸检测区域中，由于激光具有非常好的方向性，可对由感知对象反射的激光形成更为规则和均匀的光斑，进而更准确地定位感知对象的位置，具有更高的定位精度。

上述光学触摸屏及光学触摸屏的触摸定位方法中，感知对象点击底板中的触摸检测区域，并反射发射装置发出的激光实现光学触摸屏的触摸定位，不需要额外安装反射条，极大地节省了成本和制作工序，简化了光学触摸屏的结构。

【附图说明】

图1为一个实施例中光学触摸屏中的模块图；

图2为一个实施例中光学触摸屏的结构示意图；

图3为图2中光学触摸屏的另一角度结构示意图；

图4为一个实施例中底板坐标系的示意图；

图5为一个实施例中触摸检测区域坐标系统的示意图；

图6为一个实施例中感知对象依次点击标定点的示意图；

图7为图1中图像采集装置采集图像数据的示意图；

图8为一个实施例中光学触摸屏的触摸定位方法的流程图；

图9为另一个实施例中光学触摸屏的触摸定位方法的流程图；

图10为图8中根据亮斑图像中亮斑的位置以及触摸检测区域的坐标转换矩阵计算得到感知对象在触摸检测区域的点击位置的步骤流程图。

【具体实施方式】

图1示出了一个实施例中的光学触摸屏的详细结构，该光学触摸屏包括显示装置10、底板30、发射装置50、图像采集装置70以及处理器90。

显示装置10，用于根据感知对象在触摸检测区域的点击位置通过投影进行响应。本实施例中，为构建用户操作界面，显示装置10在底板30上投影出触摸检测区域，用户在触摸检测区域中进行点击操作，显示装置10根据点击位置进行响应，变换触摸检测区域中显示的内容。感知对象为用户的手指或者其它进入触摸检测区域中的物体。感知对象进入触摸检测区域并点击该触摸检测区域。在优选的实施例中，显示装置10为投影仪。

底板30，用于展示投影的触摸检测区域。本实施例中，为保证显示质量，底板30的板面纯平，触摸检测区域置于底板30的中间位置。

发射装置50，用于发射与触摸检测区域平行的激光，该激光覆盖触摸检测区域。本实施例中，发射装置50发射出平行于触摸检测区域的激光，使激光足够靠近触摸检测区域但不接触到触摸检测区域。发射装置50可以是激光器以及光学传感器等，在优选的实施例中，发射装置50为一字型激光器，波长可为910纳米～980纳米，发射角度不小于90度。

图像采集装置70，用于接收被触摸检测区域中感知对象反射的激光，并根据反射的激光生成亮斑图像。本实施例中，如图2和图3所示，图像采集装置70置于底板30中相邻的角上，发射装置50放置于图像采集装置70上。显示装置10在底板30中通过投影形成触摸检测区域200，感知对象300点击触摸检测区域200。

在对感知对象进行触摸定位之前需要对图像采集装置70进行标定通过处理器90的计算得到一系列的标定参数，该标定参数包括了图像采集装置70标定的成像偏角以及触摸检测区域的坐标转换矩阵。在进行标定时，图像采集装置70接收感知对象点击触摸检测区域中标记点所反射的激光生成标记点图像；处理器90根据感知对象在标记点图像以及触摸检测区域中的位置计算得到标定的成像偏角；图像采集装置70接收感知对象点击触摸检测区域中标定点所反射的激光生成标定点图像；处理器90根据感知对象在标定点图像以及底板30中的位置计算得到触摸检测区域的坐标转换矩阵。

具体地，标记点403指的是在底板30坐标系401下标记的若干个点，通常需要进行手动标记，如图4所示。处理器90读取各标记点在底板30坐标系中的坐标，并计算标记点偏离底板30上边缘的角度。对于底板30中的标记点，感知对象逐一点击标记点，发射装置50中发射的激光将感知对象照亮，图像采集装置70接收到感知对象反射的激光生成感知对象的图像作为标记点图像，处理器90对标记点图像进行定位得到标记点图像中感知对象的位置，进而得到标记点的方位角。处理器90将标记点的方位角与其偏离底板30上边缘的角度之差作为该标记点对应的成像偏角，将多个标记点对应的成像偏角取平均得到标定的成像偏角。标定的成像偏角为图像采集装置70的偏角。

如图5所示，标定点503指的是触摸检测区域坐标系501下标记的若干个点，通过显示装置10的投影显示于触摸检测区域中。如图6所示，感知对象依次点击标定点，发射装置50发射的激光将感知对象照亮，图像采集装置70接收感知对象点击触摸检测区域中标定点所反射的激光生成标定点图像，处理器90提取感知对象在标定点图像中的位置，进而得到标定点的方位角，将标定点的方位角与标定的成像偏角相减后根据三角几何关系计算得到该标定点在底板30坐标系中的坐标。

当所有标定点在底板30坐标系中的坐标均计算完成后，根据这些标定点的底板30坐标系中的坐标及触摸检测区域坐标系中的坐标计算出由底板30坐标系变换到触摸检测区域坐标系的坐标转换矩阵。

感知对象在触摸检测区域中进行操作的过程中，图像采集装置70对反射的激光采集预设数据量的图像数据形成亮斑图像。图像采集装置70可以是摄像头，其数量优选为2个。为大幅提高采集效率，如图7所示，图像采集装置70只采集预设数据量的图像数据，该数据量优选为20行，从而使得原本在640*480像素分辨率下只能达到30帧/秒的采集速度的摄像头在640*20像素分辨率下可以达到200帧/秒的采集速度。

处理器90，用于根据亮斑图像中亮斑的位置以及触摸检测区域中标定的坐标转换矩阵计算得到感知对象在触摸检测区域的点击位置。本实施例中，处理器90由亮斑图像中亮斑的位置计算得到感知对象的方位角，根据感知对象的方位角通过三角测量法计算得到感知对象在底板30的位置，并将感知对象在底板30中的位置通过触摸检测区域的坐标转换矩阵得到感知对象在触摸检测区域的位置。

具体地，处理器90读取亮斑图像，在亮斑图像中都检测到光斑时，提取光斑中心位置，进而得到感知对象的方位角，此时，通过减去了标定的成像偏角的方位角以及三角测量法计算得到感知对象在底板30坐标系中的坐标，最后通过触摸检测区域的坐标转换矩阵将感知对象在底板30坐标系中的坐标转换成触摸检测区域坐标系中的坐标。

其它实施例中，上述光学触摸屏中还包括了设置于图像采集装置70上的滤光片。本实施例中，滤光片的光谱特性曲线和发射装置50的光谱特性曲线大致生命，从而有效地排队其他环境光线的干扰。

此外，还有必要提供一种光学触摸屏的触摸定位方法。如图8所示，光学触摸屏的触摸定位方法包括以下步骤：

步骤S10，根据感知对象在触摸检测区域的点击位置通过投影进行响应。本实施例中，为构建用户操作界面，投影出触摸检测区域，用户在触摸检测区域中进行点击操作，从而根据用户点击操作在触摸检测区域上的点击位置进行响应，变换触摸检测区域中显示的内容。感知对象为用户手指或者其它进入触摸检测区域中的物体。感知对象进入触摸检测区域并点击该触摸检测区域。

步骤S30，发射与触摸检测区域平行的激光，激光覆盖触摸检测区域。本实施例中，发射出平行于触摸检测区域的激光，使激光足够靠近触摸检测区域却不接触到触摸检测区域。

步骤S50，接收被触摸检测区域中感知对象反射的激光，并根据反射的激光生成亮斑图像。本实施例中，根据反射的激光生成亮斑图像的步骤为：对反射的激光采集预设数据量的图像数据形成亮斑图像。具体地，在感知对象在触摸检测区域中进行操作的过程中，对反射的激光采集预设数据量的图像数据形成亮斑图像。在采集图像数据的过程中，为大幅提高采集效率，只采集预设数据量的图像数据，该数据量优选为20行，从而使得原本在640*480像素分辨率下只能达到30帧/秒的采集速度在640*20像素分辨率下可以达到200帧/秒。

步骤S70，根据亮斑图像中亮斑的位置以及触摸检测区域中标定的坐标转换矩阵计算得到感知对象在触摸检测区域的点击位置。

另一实施例中，在进行感知对象定位之前需要进行标定得到一系列的标定参数，该标定参数包括了标定的成像偏角以及触摸检测区域的坐标转换矩阵，如图9所示，上述光学触摸屏的触摸定位方法中，根据亮斑图像中亮斑的位置以及触摸检测区域的坐标转换矩阵计算得到感知对象在触摸检测区域的点击位置的步骤之前还包括了以下步骤：

步骤S901，接收感知对象点击触摸检测区域中标记点所反射的激光生成标记点图像。本实施例中，标记点指的是在底板坐标系下标记的若干个点，通常需要进行手动标记。读取各标记点在底板坐标系中的坐标，并计算标记点偏离底板上边缘的角度。感知对象逐一点击标记点，发射出来的激光将感知对象照亮，通过接收感知对象反射的激光生成感知对象的图像作为标记点图像。

步骤S903，根据感知对象在标记点图像以及触摸检测区域中的位置计算得到标定的成像偏角。本实施例中，对标记点图像进行定位得到标记点图像中感知对象的位置，进而得到标记点的方位角，将标记点的方位角与其偏离底板上边缘的角度之差作为该标记点对应的成像偏角，将多个标记点对应的成像偏角取平均得到标定的成像偏角。

步骤S905，接收感知对象点击触摸检测区域中标定点所反射的激光生成标定点图像。本实施例中，标定点指的是触摸检测区域坐标系下标记的若干个点，通过投影显示于触摸检测区域中。在感知对象依次点击标定点的过程中，发射的激光将感知对象照亮，接收感知对象点击触摸检测区域中标定点所反射的激光生成标定图像。

步骤S907，根据感知对象在标定点图像以及底板中的位置计算得到触摸检测区域的坐标转换矩阵。本实施例中，提取感知对象在标定点图像中的位置，进而得到标定点的方位角，将标定点的方位角与标定的成像偏角相减后根据三角几何关系计算得到该标定点在底板坐标系中的坐标。

当所有标定点在底板坐标系中的坐标均计算完成后，根据这些标定点在底板坐标系中的坐标及触摸检测区域坐标系中的坐标计算出由底板坐标系变换到触摸检测区域坐标系的坐标转换矩阵。

在一个具体的实施例中，如图10所示，根据亮斑图像中亮斑的位置以及触摸检测区域的坐标转换矩阵计算得到感知对象在触摸检测区域的点击位置的步骤为：

步骤S701，由亮斑图像中亮斑的位置计算得到感知对象的方位角。本实施例中，读取亮斑图像，在亮斑图像中都检测到光斑时，提取光斑中心位置，进而得到感知对象的方位角。

步骤S703，根据感知对象的方位角通过三角测量法计算得到感知对象在底板中的位置。本实施例中，根据感知对象的方位角通过三角测量法计算得到感知对象在底板中的位置的步骤为：通过减去了标定的成像偏角的方位角以及三角测量法计算得到感知对象在底板坐标系中的坐标。

步骤S705，将感知对象在底板中的位置通过触摸检测区域的坐标转矩阵得到感知对象在触摸检测区域的位置。本实施例中，通过触摸检测区域的坐标转换矩阵将感知对象在底板坐标系中的坐标转换成触摸检测区域坐标系中的坐标。

上述光学触摸屏及光学触摸屏的触摸定位方法中，使用发射装置发出激光覆盖于触摸检测区域中，由于激光具有非常好的方向性，可对由感知对象反射的激光形成更为规则和均匀的光斑，进而更准确地定位感知对象的位置，具有更高的定位精度。

上述光学触摸屏及光学触摸屏的触摸定位方法中，感知对象点击底板中的触摸检测区域，并反射发射装置发出的激光实现光学触摸屏的触摸定位，不需要额外安装反射条，极大地节省了成本和制作工序，简化了光学触摸屏的结构。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种光学触摸屏，其特征在于，至少包括：

显示装置，用于根据感知对象在触摸检测区域的点击位置通过投影进行响应；

底板，用于展示投影的触摸检测区域；

发射装置，用于发射与触摸检测区域平行的激光，所述激光覆盖所述触摸检测区域；

图像采集装置，用于接收被所述触摸检测区域中感知对象反射的激光，并根据所述反射的激光生成亮斑图像；

处理器，用于根据所述亮斑图像中亮斑的位置以及触摸检测区域中标定的坐标转换矩阵计算得到所述感知对象在触摸检测区域的点击位置；

所述图像采集装置接收感知对象点击触摸检测区域中标记点所反射的激光生成标记点图像；所述处理器读取各标记点在底板坐标系中的坐标，并计算标记点偏离底板上边缘的角度；对于所述底板中的标记点，所述处理器对所述标记点图像进行定位得到所述标记点图像中感知对象的位置，进而得到标记点的方位角；处理器将标记点的方位角与其偏离底板上边缘的角度之差作为该标记点对应的成像偏角，将多个标记点对应的成像偏角取平均得到标定的成像偏角；标定点指的是触摸检测区域坐标系下标记的若干个点，处理器提取感知对象在标定点图像中的位置，进而得到标定点的方位角，将标定点的方位角与标定的成像偏角相减后根据三角几何关系计算得到该标定点在底板坐标系中的坐标；当所有标定点在底板坐标系中的坐标均计算完成后，所述处理器根据这些标定点的底板坐标系中的坐标及触摸检测区域坐标系中的坐标计算出由底板坐标系变换到触摸检测区域坐标系的坐标转换矩阵。

2.根据权利要求1所述的光学触摸屏，其特征在于，所述图像采集装置置于底板中相邻的角上，所述发射装置放置于所述图像采集装置上。

3.根据权利要求1所述的光学触摸屏，其特征在于，所述图像采集装置对所述反射的激光采集预设数据量的图像数据形成亮斑图像。

4.根据权利要求1所述的光学触摸屏，其特征在于，还包括设置于所述图 像采集装置上的滤光片。

5.根据权利要求1所述的光学触摸屏，其特征在于，所述处理器由所述亮斑图像中亮斑的位置计算得到感知对象的方位角，根据所述感知对象的方位角通过三角测量法计算得到感知对象在底板中的位置，并将感知对象在底板中的位置通过触摸检测区域的坐标转换矩阵得到感知对象在触摸检测区域的位置。

6.根据权利要求1所述的光学触摸屏，其特征在于，所述发射装置为一字型激光器。

7.一种光学触摸屏的触摸定位方法，包括以下步骤：

发射与触摸检测区域平行的激光，所述激光覆盖所述触摸检测区域；

接收被所述触摸检测区域中感知对像反射的激光，并根据所述反射的激光生成亮斑图像；

根据所述亮斑图像中亮斑的位置以及触摸检测区域中标定的坐标转换矩阵计算得到所述感知对象在触摸检测区域的点击位置；

根据感知对象在触摸检测区域的点击位置通过投影进行响应；

在进行触摸定位之前进行标定得到所述坐标转换矩阵的过程为：

接收感知对象点击触摸检测区域中标记点所反射的激光生成标记点图像；

读取各标记点在底板坐标系中的坐标，并计算标记点偏离底板上边缘的角度；

对标记点图像进行定位得到标记点图像中感知对象的位置，进而得到标记点的方位角，将标记点的方位角与其偏离底板上边缘的角度之差作为该标记点对应的成像偏角，将多个标记点对应的成像偏角取平均得到标定的成像偏角；

标定点指的是触摸检测区域坐标系下标记的若干个点，提取感知对象在标定点图像中的位置，进而得到标定点的方位角，将标定点的方位角与标定的成像偏角相减后根据三角几何关系计算得到该标定点在底板坐标系中的坐标；

当所有标定点在底板坐标系中的坐标均计算完成后，根据这些标定点在底板坐标系中的坐标及触摸检测区域坐标系中的坐标计算出由底板坐标系变换到 触摸检测区域坐标系的坐标转换矩阵。

8.根据权利要求7所述的光学触摸屏的触摸定位方法，其特征在于，所述根据所述反射的激光形成亮斑图像的步骤为：

对所述反射的激光采集预设数据量的图像数据形成亮斑图像。

9.根据权利要求7所述的光学触摸屏的触摸定位方法，其特征在于，所述根据所述亮斑图像中亮斑的位置以及触摸检测区域的坐标转换矩阵计算得到所述感知对象在触摸检测区域的点击位置的步骤为：

由所述亮斑图像中亮斑的位置计算得到感知对象的方位角；

根据所述感知对象的方位角通过三角测量法计算得到感知对象在底板中的位置；

将感知对象在底板中的位置通过触摸检测区域的坐标转换矩阵得到感知对象在触摸检测区域的位置。 

Images