CN102722293A - 一种高分辨率红外触摸屏 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高分辨率红外触摸屏，包括矩形屏幕，在矩形屏幕两个或两个以上的顶点分别放置的红外扇面光源，在矩形屏幕四条边上分别铺设的塑料光纤，当触摸屏上存在不透光遮挡物时，该光纤可以给出触摸屏上的不透光遮挡物的阴影在四边上的起末位置的精确坐标；塑料光纤的一端设置在屏幕边上，用于感测红外光，另一端连接到光电传感器；光电传感器接收光纤数据，并传输到触摸屏定位模块；触摸屏定位模块将每个光源以及该光源对应阴影的起末位置，构造出一个包含遮挡物的三角形或者四边形，通过将多个多边形进行重叠，得到遮挡物的位置。本发明降低了触摸屏的成本，并且提高了分辨率。

Description

一种高分辨率红外触摸屏

技术领域

本发明涉及一种红外触摸屏。

背景技术

触摸屏是结合显示器使用的一种透明的绝对定位系统，透明和优良的定位原理是它的技术特征。目前应用在各场合的触摸屏主要有四种：电阻式触摸屏、电容式触摸屏、表面声波触摸屏和红外触摸屏。其中红外触摸屏的视觉效果和定位原理都优于其它触摸屏技术，而且不受电流、电压和静电干扰，可以适宜恶劣的环境条件。采用声学和其它材料学技术的触屏都有其难以逾越的屏障，如单一传感器的受损、老化，触摸界面怕受污染、破坏性使用，维护繁杂等等问题。但是，与其它三种触摸屏相比，红外触摸屏也存在分辨率低和传感器易损坏的问题，所以红外屏分辨率和稳定性能的提高是其发展前景的关键

红外线触摸屏原理很简单，只是在显示器上加上光点距架框，无需在屏幕表面加上涂层或接驳控制器。红外触摸屏是利用X、Y方向上密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸。红外触摸屏在显示器的前面安装一个电路板外框，电路板在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触摸点在屏幕的位置。任何触摸物体都可改变触点上的红外线而实现触摸屏操作。如图1所示，触摸屏四周设置了若干对红外发射线路板和红外接收线路板，所有线路组成了红外扫描模块，每个线路板包含了若干个红外发射管或红外接收管，每个正对的红外发射管和红外接收管成对工作，在一个扫描周期内，所有的红外发射管都被点亮一次，当红外接收管检测的信号值偏离基准值一定的幅度则记录当前的触摸位置，最终检测出横向、纵向上所有触摸位置。

使用现有的触摸屏定位方法，在触摸屏外框上安装红外线发射与接收感测元件，触摸屏的物理分辨率由红外发光管和红外接收管的对数决定，体现在一定尺寸的屏上，其物理分辨率就是由红外发射管和红外接收管的体积决定的，但是红外对管的体积又受到目前工艺的限制，因此采用传统的红外对管在目前很难实现高分辨率。同时，大规模的红外对管和传感器成本较高，容易损坏，维护繁杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不同于传统的使用红外对管的红外触摸屏。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高分辨率红外触摸屏，包括矩形屏幕，在矩形屏幕两个或两个以上的顶点分别放置的红外扇面光源，在矩形屏幕四条边上分别铺设的塑料光纤，当触摸屏上存在不透光遮挡物时，该光纤可以给出触摸屏上的不透光遮挡物的阴影在四边上的起末位置的精确坐标；塑料光纤的一端设置在屏幕边上，用于感测红外光，另一端连接到光电传感器；光电传感器接收光纤数据，并传输到触摸屏定位模块；触摸屏定位模块将每个光源以及该光源对应阴影的起末位置，构造出一个包含遮挡物的三角形或者四边形，通过将多个多边形进行重叠，得到遮挡物的位置。

有益效果

本发明提供了一种不使用传统红外对管方式的红外触摸屏，降低了触摸屏的成本，并且提高了分辨率。

附图说明

图1为传统红外触摸屏的结构图；

图2为本发明实施例中红外触摸屏的模块结构图；

图3为本发明实施例中定位的示意图；

图4为本发明实施例中塑料光纤的摆放示意图；

图5为本发明实施例中面状排布的光纤束示意图；

图6为本发明实施例中触摸屏定位的原理示意图。

其中，1为摄像头，2为红外扫描模块，3为红外发射管，4为红外接收管；5为本发明采用的扇面光源。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本发明的优选实施方式。

本实施例使用不同于传统红外触摸屏的方法进行红外触摸屏定位。图3是本实施例中的红外触摸屏的模块结构图。在本实施例中，在矩形触摸屏的四个顶点分别放置一个红外线状激光器代替传统的红外发射管。线状激光器是在普通的激光器上加一个玻璃镜头，将点光源转化为线状光源。使用线装激光器，就解决了传统的LED红外管的低光源分辨率问题。同时，使用两组或多组位置靠近的线状激光器可以减少误判率，从而使得检测器具有同时精确检测两个或以上的障碍物的能力，如图3所示。

在矩形屏幕的四条边，使用塑料光纤代替传统的红外接收管，在四条边上密集摆放，接收红外激光管发射过来的红外光。塑料光纤的摆放如图4所示。在矩形屏幕的四条边，架设一定宽度的框架，框架的四个角可以固定线状激光器，框架的四条边用于固定塑料光纤。触摸屏主体框架的大小，可根据显示屏的大小来制作，计算尺寸、分辨率，根据分辨率确定光纤的摆放和数目。例如，假设显示屏尺寸为350*280mm，采用的分辨率为125*100，那么需要塑料光纤的数目就为(125+100)*2＝450。使用密集的光纤束接收激光信号，可以大大提高接收器的密度和精度。

塑料光纤的一端位于触摸屏边上的框架内，另一端汇集在一起，并且将线状排布的光纤束转变为面状排布的光纤束，如图5所示。例如，假设屏幕四条边A，B，C，D的光纤数目分别为125，100，125，100。对应的面状光纤束即可为25*18的矩阵面，对应原则可为，AB边的1-25根光纤为面状光纤束的第1行，26-50为第2行，51-75为第3行，……，101-125为第5行，BC边的1-25根光纤束为第6行……DA边的76-100为第18行。将线状排布的光纤束转变为面状排布的光纤束，可以将原先需要大量光电传感器接收的信号转化为小型单一光电传感器可接收的信号，从而大大提高了信号的接收速度和数量，以及信号的接收分辨率。

由于将光纤束转变成了面状光纤束，因此，本实施例采用图像传感器CCD或CMOS接收光电信号，从而大大提高了接收信号的分辨率和精度，并大大简化了软件模块实现的难度。

本实施例中主控芯片选择S3C2440处理器，操作系统选择嵌入式linux。在主控芯片上移植Opencv环境，使嵌入式系统有了图像处理的功能，成为集发射、控制、处理、显示于一体的综合的系统的控制核心。

控制模块控制系统的时序，控制4个红外激光管的分时发射扫描，控制CMOS传感器的接收与红外管的发射时钟同步，接收CMOS传来的图像信号并利用opencv二值化处理。

在控制模块中包括触摸屏定位模块，用于判断屏幕触摸的位置。图6所示为本实施例进行触摸屏定位的示意图。四个光源以及对应的阴影可以产生四个多边形(三角形或者四边形)，将四个多边形进行重叠，就可以得到比较精确的遮挡物位置。

本实施例中，使用了一种特定的计算多个多边形重叠部分的方法。该方法流程简单，非常易于实现。该方法的实现过程为：

1)求出初始的多个多边形，每个多边形包括一个顶点集合及一个边集合，假设第i个多边形为Poly[i]，其顶点集合为Poly[i].pointSet，边集合为Poly[i].edgeSet；具体过程为：

(1)求出多边形顶点坐标：

i)将光源点坐标加入Poly[i].pointSet；

ii)获取阴影起末位置ps和pe坐标，若ps和pe在触摸屏的一条边上，则将ps和pe加入Poly[i].pointSet集合，如果ps和pe各在不同边上，则将ps，pe以及两边交点加入Poly[i].pointSet集合；

(2)顶点排序：

寻找y值最小的顶点，如果存在多个，则在y值相同的顶点中寻找x值最小的顶点，称其为基点；

依次求出所有的点与基点构成的向量与x轴上的正方向单位向量的夹角的余弦值，然后根据余弦值的大小排序；

(3)根据排序后得到的点，按照顺序依次连接，获得Poly[i]的每一条边；

2)求出任意两个多边形的重叠部分：假设两个多边形为p1和p2，所求部分为p3：

(1)求出p1每条边与p2每条边的交点；

(2)以p1为基准，判断p2中的每一个点是否在p1内，如果在p1内，则把该点收入集合p3.pointSet中，否则，求出该点与前一个点构成的边与p1的所有边的交点，收入集合p3.pointSet中；

(3)以p2为基准，对p1每个点进行判定；

(4)去掉p3中重复的点；

(5)对p3中的点进行排序；

(6)求出p3的所有边；

3)以求出的重叠部分p3作为p1，以还未计算的多边形作为p2，重复步骤2)，直到求出所有多边形的重叠部分。

本发明不仅限于以上实施例，凡是利用本发明的设计思路，做一些简单变化的设计，都应计入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高分辨率红外触摸屏，包括矩形屏幕，其特征在于，还包括在矩形屏幕两个或两个以上的顶点分别放置的红外扇面光源，在矩形屏幕四条边上分别铺设的塑料光纤，当触摸屏上存在不透光遮挡物时，该光纤可以给出触摸屏上的不透光遮挡物的阴影在四边上的起末位置的精确坐标；塑料光纤的一端设置在屏幕边上，用于感测红外光，另一端连接到光电传感器；光电传感器接收光纤数据，并传输到触摸屏定位模块；触摸屏定位模块将每个光源以及该光源对应阴影的起末位置，构造出一个包含遮挡物的三角形或者四边形，通过将多个多边形进行重叠，得到遮挡物的位置。

2.根据权利要求1所述的一种高分辨率红外触摸屏，其特征在于，所述扇面光源为红外线状激光器。

3.根据权利要求1或2所述的一种高分辨率红外触摸屏，其特征在于，所述扇面光源为4个，分别位于矩形触摸屏的四个顶点。

4.根据权利要求3所述的一种高分辨率红外触摸屏，其特征在于，还包括在矩形屏幕的四条边架设的一定宽度的框架，框架的四个角可以固定线状激光器，框架的四条边用于固定塑料光纤。

5.根据权利要求4所述的一种高分辨率红外触摸屏，其特征在于，塑料光纤的一端位于触摸屏边上的框架内，另一端汇集在一起，并且将线状排布的光纤束转变为面状排布的光纤束。

6.根据权利要求5所述的一种高分辨率红外触摸屏，其特征在于，与面状排布的光纤束连接的光电传感器为图像传感器CCD或CMOS。

7.根据权利要求1或2所述的一种高分辨率红外触摸屏，其特征在于，触摸屏定位模块计算多个多边形重叠部分的方法为：

1)求出初始的多个多边形，每个多边形包括一个顶点集合及一个边集合，假设第i个多边形为Poly[i]，其顶点集合为Poly[i].pointSet，边集合为Poly[i].edgeSet；具体过程为：

(1)求出多边形顶点坐标：

i)将光源点坐标加入Poly[i].pointSet；

ii)获取阴影起末位置ps和pe坐标，若ps和pe在触摸屏的一条边上，则将ps和pe加入Poly[i].pointSet集合，如果ps和pe各在不同边上，则将ps，pe以及两边交点加入Poly[i].pointSet集合；

(2)顶点排序：

寻找y值最小的顶点，如果存在多个，则在y值相同的顶点中寻找x值最小的顶点，称其为基点；

依次求出所有的点与基点构成的向量与x轴上的正方向单位向量的夹角的余弦值，然后根据余弦值的大小排序；

(3)根据排序后得到的点，按照顺序依次连接，获得Poly[i]的每一条边；

2)求出任意两个多边形的重叠部分：假设两个多边形为p1和p2，所求部分为p3：

(1)求出p1每条边与p2每条边的交点；

(2)以p1为基准，判断p2中的每一个点是否在p1内，如果在p1内，则把该点收入集合p3.pointSet中，否则，求出该点与前一个点构成的边与p1的所有边的交点，收入集合p3.pointSet中；

(3)以p2为基准，对p1每个点进行判定；

(4)去掉p3中重复的点；

(5)对p3中的点进行排序；

(6)求出p3的所有边；

3)以求出的重叠部分p3作为p1，以还未计算的多边形作为p2，重复步骤2)，直到求出所有多边形的重叠部分。

8.根据权利要求4-6任一项所述的一种高分辨率红外触摸屏，其特征在于，触摸屏定位模块计算多个多边形重叠部分的方法为：

1)求出初始的多个多边形，每个多边形包括一个顶点集合及一个边集合，假设第i个多边形为Poly[i]，其顶点集合为Poly[i].pointSet，边集合为Poly[i].edgeSet；具体过程为：

(1)求出多边形顶点坐标：

i)将光源点坐标加入Poly[i].pointSet；

ii)获取阴影起末位置ps和pe坐标，若ps和pe在触摸屏的一条边上，则将ps和pe加入Poly[i].pointSet集合，如果ps和pe各在不同边上，则将ps，pe以及两边交点加入Poly[i].pointSet集合；

(2)顶点排序：

寻找y值最小的顶点，如果存在多个，则在y值相同的顶点中寻找x值最小的顶点，称其为基点；

依次求出所有的点与基点构成的向量与x轴上的正方向单位向量的夹角的余弦值，然后根据余弦值的大小排序；

(3)根据排序后得到的点，按照顺序依次连接，获得Poly[i]的每一条边；

2)求出任意两个多边形的重叠部分：假设两个多边形为p1和p2，所求部分为p3：

(1)求出p1每条边与p2每条边的交点；

(2)以p1为基准，判断p2中的每一个点是否在p1内，如果在p1内，则把该点收入集合p3.pointSet中，否则，求出该点与前一个点构成的边与p1的所有边的交点，收入集合p3.pointSet中；

(3)以p2为基准，对p1每个点进行判定；

(4)去掉p3中重复的点；

(5)对p3中的点进行排序；

(7)求出p3的所有边；

3)以求出的重叠部分p3作为p1，以还未计算的多边形作为p2，重复步骤2)，直到求出所有多边形的重叠部分。

9.根据权利要求1或2所述的一种高分辨率红外触摸屏，其特征在于，触摸屏定位模块采用S3C2440处理器，在处理器中安装嵌入式linux操作系统，并移植Opencv环境。

10.根据权利要求9所述的一种高分辨率红外触摸屏，其特征在于，S3C2440处理器中还包括控制系统时序的模块，用于控制4个红外激光管的分时发射扫描，控制CMOS传感器的接收与红外管的发射时钟同步。

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