CN102782616A - 用于检测和跟踪触摸对象的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在具有位于激活表面上的一系列的可能的触摸点的触摸感应用户界面环境中，确定至少一个触摸点在该激活表面上哪里被激活的方法，所述触摸点的监测是通过感应在该激活表面的外围附近的多个位置上的激活值而实现的，该方法包括下列步骤：(a)确定所述激活值中的至少一个强度变化，以及(b)使用对所述至少一个强度变化的侧边的梯度测量来确定在该激活表面上的至少一个触摸点的位置。

Description

用于检测和跟踪触摸对象的方法

技术领域

本发明涉及用于检测和跟踪与触摸屏交互的对象的方法。研制本发明主要为了提高红外式触摸屏的多点触摸能力，下面将关于这种应用描述本发明。然而，将理解本发明不局限于该特定领域的使用。

相关申请

本申请要求2009年10月16日提交的澳大利亚临时专利申请No.2009905037以及2009年12月15提交的美国临时专利申请No.61/286,525的优先权，这两个临时申请的内容通过引用并入本文。

背景技术

绝不应认为在整个说明书中对现有技术的任何讨论承认这样的现有技术是广泛公知的或者形成本领域的常见的一般概念的一部分。

基于触摸感应的输入设备（不管输入区是否与显示屏对应，其在本发明中都称为触摸屏）长期以来在电子设备（例如计算机、个人数字助理（PDA）、手持游戏机和销售点信息服务亭）中使用，而且现在正出现在其它便携消费电子设备中，例如移动电话。一般来说，支持触摸的设备允许用户例如通过触摸一个或多个图形元素（例如在显示屏上出现的虚拟键盘的图标或按键）或者通过在显示屏或平板上写或画来与该设备交互。

几种触摸感应技术是公知的，包括电阻的、表面电容的、投射电容的、声表面波的、光学的和红外的，所有这些在多个方面（例如成本、可靠性、亮光下观看的舒适度、感应不同类型对象的能力（例如手指、戴手套的手指或尖笔）或者单触摸或多点触摸能力）具有优势和劣势。

各种触摸感应技术在它们的多点触摸能力（即它们在面对两个或多个同时出现的触摸事件时的性能）方面有很大程度不同。一些早期的触摸感应技术（例如电阻的和表面电容的）完全不适合于检测多个触摸事件，它们将两个同时出现的触摸事件报告为这两个实际的点之间的中途“幻像触摸”。某些其它触摸感应技术具有良好的多点触摸能力，但是在其它方面是有劣势的。一个示例是在美国专利申请公开No.2006/0097991A1中介绍的适合于探寻每个节点（“全点可寻址的”设备）的投射电容触摸屏，像一般的投射电容触摸屏一样，其仅能够感知某些触摸对象（例如戴手套的手指和非导电的尖笔是不适合的）并且使用众所周知降低显示可观看性（尤其在明亮的阳光下）的高折射率透明导电膜。在另一示例中，在美国专利申请公开No.2006/0284874A1和2008/0029691A1中介绍的基于摄像机的系统特别笨重，不适合于手持设备。另一种具有良好多点触摸能力的触摸技术是“内嵌式”触摸，其中一系列传感器集成有显示屏（例如LCD或OLED显示屏）的多个像素。这些传感器通常是光检测器（例如美国专利No.7,166,966和美国专利申请公开No.2006/0033016A1中公开的），但是除此以外，包括微开关（US2006/0001651A1）和可变电容（US2008/0055267A1）的变型也是公知的。内嵌式方法不能被改型并且通常向集成有传感器的显示屏的制造和控制增加复杂度。而且，那些依赖于环境光遮挡的技术不能在低光照条件下工作。

依赖能量路径的遮挡（即部分阻挡或完全阻挡）来检测和定位触摸对象的触摸屏占据中立角色，因为它们能够检测多个触摸事件的存在，但是经常不能准确地确定这些触摸事件的位置，这种情况通常称为“双触摸模糊（double touch ambiguity）”。为了说明，图1示出传统红外式触摸屏2，例如在美国专利No.3,478,220和No.3,764,813中描述的，其包括沿矩形输入区6的两个相邻侧边的多排分立的光源4（例如LED），多排分立的光源4向沿该输入区的其它两个侧边的相对的多排光检测器10发射两组平行光束8。感应光通常位于光谱的红外区，但是可选地可以是可见光或紫外光。同时存在的两个触摸对象A和B能够由每个坐标轴中的两条光束或多组光束的部分阻挡或完全阻挡检测到，然而将明白，在没有额外信息的情况下，它们的实际位置12、12′不能够与位于标示的矩形16的另外两个斜对角的两个“幻像”点14、14′区别开。除感应能量路径呈声波形式而不是呈光束形式以外，声表面波（SAW）触摸输入设备使用类似的原理工作并且像美国专利No.6,723,929中介绍的那样具有同样的双触摸模糊问题。投射电容触摸屏也属于此类，其仅探询行和列，因而导致比全点可寻址的工作更快的扫描速率，见美国专利申请公开No.US 2008/0150906A1。

即使在双触摸事件中能够将正确的点与幻像点区别开，如果设备控制器必须跟踪移动的触摸对象，那么可能产生更多难题。例如，如果“红外”触摸屏2上的两个移动触摸对象A和B（图2A）移动到“遮蔽(eclipse)”状态（如图2B所示），那么当这些对象移出“遮蔽”状态时，实际位置12、12′和幻像点14、14′之间的模糊再次发生。图2C和图2D示出离开“遮蔽”状态的两种可能运动，这些可能运动在下文中分别称为“交叉事件”和“后退事件”，在没有更多信息的情况下，这些事件对设备控制器来说是不可分辨的。下文中，将双触摸模糊的这种再次发生称为“遮蔽问题”。

传统红外触摸屏2需要大量光源4和光检测器10。图3示出在美国专利No.5,914,709中描述的具有大大减少的光电子部件数量的改型的红外式设备18，其中多排光源被在L形基板22上集成的通过1×N个分光镜24对来自单光源4的光进行分配的多排“发射”光波导20取代，以产生网格状的光束8，并且多排光检测器被在另一块L形基板22′集成的搜集上述光束并将它们传递给多单元检测器28（例如线阵相机或数码相机芯片）的多排“接收”光波导26代替。每个光波导终止在平面内透镜30内，平面内透镜30对输入区6的平面内的光进行准直，并且该设备还可以包括圆柱形弯曲的垂准透镜（VCL）32，以对平面外方向的信号光进行准直。为了简单，图3在输入区的每一侧仅示出四个波导，在实际的设备中，平面内透镜将充分紧密地间隔，使得最小可能存在的触摸对象会阻挡每条坐标轴中至少一根光束的大部分。

在图4示出的、在标题为“A transmissive body（透射体）”的美国专利申请公开No.2008/0278460A1中公开的且通过引用并入本文的又一种改型的红外式设备34中，图3的设备18的“发射”波导20和关联的平面内透镜30被包括导光板38和两个准直/改向元件40的透射体36代替，这两个准直/改向元件40包括抛物面反射器42。来自两个光源4的红外光44被发射到导光板内，然后被上述准直/改向元件准直和改向，结果产生朝接收波导26在导光板前方传播两层光46，使得触摸事件能够由被触摸对象阻挡的光层46的那些部分检测出。显然，导光板38需要对由光源4发射的红外光44透明，并且如果存在下面的显示屏（未示出），其还需要对可见光透明。可选地，显示屏可以位于导光板和光层之间，在此情况下导光板不需要对可见光透明。与图3的设备中一样，输入设备34还可以包括离准直/改向元件的离开面47或者接收侧平面内透镜30或者准直/改向元件的离开面47和接收侧平面内透镜30很近的VCL，以对平面外方向上的光层46准直。可选地，准直/改向元件的离开面可以具有圆柱形的曲率，以提供垂直方向的准直。在再一个实施例中，可以没有垂直方向的准直元件。

图1、图3和图4中示出的红外触摸输入设备的共同特性是在包含平行光线（以分离光束（图1和图3）形式或者以差不多均匀的多层光（图4）形式）的两个场中提供感应光。这两个光场的坐标轴通常是互相垂直的并且垂直于输入区的侧边，虽然这不是必要的（见例如美国专利No.5,414,413）。由于在每种情况下触摸事件是通过光路的遮挡检测的，所以将理解所有情况易受分别在图1和图2A-2D中图示的“双触摸模糊”和“遮蔽问题”影响。类似地，SAW触摸屏和某些投射电容触摸屏易受“双触摸模糊”和“遮蔽问题”影响。

称作“光学”触摸屏稍微不同于“红外”触摸屏，因为感应光是在两个扇形场内提供的。如图16的平面图所示，“光学”触摸屏86通常包括在矩形输入区6的相邻角内的两个光学单元88和沿着该输入区的三条边的反向反射层90。每个光学单元包括发射穿过输入区的扇形的光92的光源和多单元检测器（例如线阵相机），其中每个检测器像素接收从反向反射层的某一部分反向反射的光。输入区中的触摸对象94防止光线到达每个检测器中的一个或多个像素，并且其位置通过三角测量确定。现在参考图17，会看到，光学触摸屏86也易受双触摸模糊问题影响，除了实际触摸点12和12′和幻像点14和14′位于四边形而不是矩形的各个角以外。于是需要提高触摸屏尤其是红外式触摸屏的多点触摸能力。

多种用于提高触摸屏的多点触摸能力的“硬件”改变在本领域是已知的，参见例如美国专利No.6,723,929、美国专利申请公开No.2008/0150906A1和2009/0237366A1。这些改进通常包括沿第三坐标轴或者甚至沿着第四坐标轴提供感应光束或节点，从而提供允许明确地确定两个或三个触摸对象的位置的附加信息。然而，硬件改变通常需要附加部件，这增加成本并且使设备组装复杂化。

发明目标

本发明的目标是克服或改善现有技术的至少一种缺点或者提供有用的替代办法。在本发明优选的形式中，本发明的目标是提高红外式触摸屏的多点触摸能力。

发明内容

依据本发明的第一方面，本发明提供了一种在具有位于激活表面上的一系列可能触摸点的触摸感应用户界面环境中确定至少一个触摸点在所述表面上哪里被激活的方法，所述触摸点的监测是通过感应在所述激活表面的外围附近的多个位置上的激活值而实现的，所述方法包括下列步骤：(a)确定所述激活值中的至少一个强度变化；以及(b)使用对所述至少一个强度变化的侧边的梯度测量来确定至少一个触摸点在所述激活表面上的位置。

触摸点的数量可以是至少两个，所述触摸点的位置可以通过读取沿所述激活表面的外围的多个强度变化并对多个点进行相关而确定，以确定可能的触摸点。优选地，对至少一个强度变化的邻近的相对的梯度测量用来对多个触摸点进行消除模糊(disambiguate)。

优选地，所述方法还可以包括下列步骤：连续监测所述激活值中所述触摸点强度变化的时间演变；以及在对多个触摸点进行消除模糊中使用所述强度变化的计时。在一些实施例中，第一标识强度变化可以用于确定第一触摸点的位置，第二标识强度变化可以用于确定第二触摸点的位置。在其它实施例中，所述激活表面优选地可以包括在其上的一系列被投影的(projected)图标，所述消除模糊有助于触摸点位置与图标位置相对应。在确定所述至少一个触摸点的位置时优选地使用所述强度变化的大小。

而且，在对可能的触摸点进行消除模糊中优选地使用对象所记录的阴影绕射特性。在一些实施例中，所述阴影绕射特性的锐度优选地与所述对象离所述激活区的所述外围的距离关联。在一些实施例中，对可能的触摸点进行的消除模糊可以通过监测所述强度变化的时间演变分布并且推断每个触摸点的未来位置而实现。

依据本发明的又一方面，本发明提供了一种在具有位于激活表面上的一系列可能触摸点的触摸感应用户界面环境上确定一个或多个触摸点的位置的方法，所述触摸点的监测是通过感应在所述激活表面的所述外围附近的多个位置上的激活值来实现的，所述方法包括下列步骤：(a)随时间推移而跟踪所述触摸点周围的激活值的边缘轮廓。

当多个触摸点间发生模糊时，优选地使用所述边缘轮廓的特性来确定触摸点的预期位置。所述特性可以包括每个边缘轮廓的一个或多个梯度。所述特性还可以包括每个边缘轮廓中邻近边缘间的宽度。

附图说明

现在将参考附图仅以示例方式来描述本发明的优选实施例，其中：

图1示出传统红外式触摸屏的平面图，其示出双触摸模糊的发生；

图2A到图2D示出移动触摸点使双触摸模糊再次发生的“遮蔽问题”；

图3示出另一种红外触摸屏的平面图；

图4示出又一种红外触摸屏的平面图；

图5示出一种针对图4中示出的那种触摸屏的方法，通过所述方法能够检测触摸对象并且确定其在一条坐标轴方向上的宽度；

图6A到图6C示出设备控制器能够如何对偏食遮蔽状态下的双触摸事件做出响应；

图7A和图7B示出设备控制器能够如何对全食遮蔽状态下的双触摸事件做出响应；

图8示出对象尺寸之间的差异能够如何分辨双触摸模糊；

图9示出手指触摸的接触形状能够如何随压力变化；

图10A到图10C示出所检测的触摸尺寸随时间推移而变化的双触摸事件；

图11A和图11B示出，针对图4中示出的那种触摸屏，离接收侧的距离对由触摸对象投射下的阴影的锐度的影响；

图12A到图12D示出用于分离运动和距离对由移动对象投射下的阴影的锐度的影响的步骤；

图13示出图4中示出的那种触摸屏的剖面图；

图14A和图14B示出通过移去一个触摸对象解决的双触摸模糊；

图15A到图15C示出两个移动经过遮蔽状态的触摸对象的合并阴影的尺寸对时间的关系；

图16示出“光学”触摸屏的平面图；

图17示出“光学”触摸屏的示出了双触摸模糊发生的平面图；

图18以平面图方式示出红外触摸屏上的双触摸事件；以及

图19示意性示出了适合于与本发明一起使用的显示屏和设备控制器的一种形式的设计实现。

具体实施方式

在这一部分，我们将描述多种在不需要附加硬件部件的情况下提高红外式触摸屏的多点触摸能力的“软件”或“固件”方法。为了方便，“双触摸模糊”和“遮蔽问题”将作为多点触摸能力的单独方面进行描述。仅以示例的方式，将参考图4所示的那种红外触摸屏描述本发明的方法，其中感应光呈指向多排接收波导的两层正交光的形式。然而这些方法中的许多一般可应用于红外触摸屏，也可应用于光学触摸屏、SAW触摸屏和投射电容触摸屏，这些触摸屏可能具有本领域技术人员会想到的微小改动。将关于双触摸事件的分辨率来描述这些方法，然而将理解，这些方法还可应用于包括三个或三个以上接触点的触摸事件的分辨率。

首先，我们将简要描述一种图4的触摸屏检测触摸事件的方法。图5示出根据感应激活值所绘出的图，其呈接收光强度与穿过触摸屏的多单元检测器的一部分的像素位置的关系的形式，其中：根据在激活表面（即输入区）外围周围的接收波导的布局，像素位置与穿过激活表面的一个坐标轴方向上的位置有关。如果呈具有降低的光强度48的区域形式的激活值的强度变化降低到“检测阈值”50以下，那么将其解释为触摸事件。然后根据可能与检测阈值一致或者不一致的“位置阈值”54来确定可靠的触摸对象的边缘52，并且边缘之间的距离55提供触摸对象在一个坐标轴方向上的宽度、尺寸或大小的测量。另一重要参数是在具有降低的强度48的区域中的强度变化的斜率。有多种可以限定斜率参数的方法，并且仅以示例的方式，我们将其定义为强度曲线在“半最大值”高度56附近的梯度（仅幅度）平均值。在其它实施例中，斜率参数可以不同地限定，并且可以例如包括具有降低强度的区域内的几个点上的梯度平均值。我们已经发现，图4的触摸屏十分适合于边缘检测算法，其提供能够精确确定边缘位置和斜率参数的光滑变化的强度曲线。

硬件显示屏

显示系统能够根据需求在多种不同硬件环境下工作。一种形式的硬件环境示意性地示出在图19中，其中显示屏或触摸激活区6的外围由通过集中器28与设备控制器190互连的检测器阵列191包围。设备控制器连续地监测检测器并且以高帧率来存储检测器输出。设备控制器可以采取不同形式，例如微控制器、定制的ASIC或FPGA设备。设备控制器执行触摸检测算法，以向计算机系统输出。

对于根据检测的信号强度下降来检测触摸事件的输入设备来说，设备控制器中的用于初始触摸事件检测的编码算法能够如下执行：

1.连续地监测强度与像素位置的关系，以检测包括像素强度低于“检测阈值”的触摸事件；

2.当确定强度低于检测阈值时，连续地计算一个或多个周围像素的斜率梯度，取这些梯度的平均值作为总梯度测量值，输出该梯度值以及穿过该触摸事件的距离测量值

3.检查该触摸事件的位置，并其判断该触摸事件的尺寸和位置是否表示在两个或多个阻挡的触摸事件之间存在部分重叠。

将理解，类似算法将可应用于根据检测信号强度的升高来检测触摸事件的输入设备，例如投射电容触摸屏。

边缘位置和/或斜率参数的确定能够提供几种用于提高红外触摸屏的多点触摸能力的方法。在一个可普遍应用于我们的方法中的许多方法的简单示例中，边缘检测提供多达两组数据来随时间推移而跟踪每个触摸阴影的每个坐标轴，而不是像例如投射电容触摸中通常执行的仅跟踪中央位置，因而提供了有时可能有用的冗余度，尤其当两个触摸对象处于偏食遮蔽状态时。

图6A示出了输入区6上的双触摸事件的模拟，其中这两个触摸可在X坐标轴方向上、但不可在Y坐标轴方向上被分别分辨。在X坐标轴边缘上的边缘检测使得能够确定这两个触摸事件的宽度X_A和X_B，然后设备控制器假设这两个触摸事件是对称的，使得Y坐标轴方向上的宽度Y_A和Y_B等于X坐标轴方向上各自的宽度。图6A中，由于表现的Y坐标轴宽度58大于X_A和X_B，所以设备控制器断定这两个触摸事件处于偏食遮蔽状态（属于图6B和图6C中示出的两种可能状态中的一种），该偏食遮蔽状态将通过“双触摸模糊”部分中描述的方法中的一种或多种分辨。另一方面，如果表现的Y坐标轴宽度58等于X_A且大于X_B，如图7A所示，那么控制器断定这两个触摸事件处于全食遮蔽状态并且假设这些触摸对象在Y坐标轴方向上对齐，如图7B所示。类似的情况存在，如果表现的Y坐标轴宽度既等于X_A也等于X_B（显然相同的触摸对象）。

双触摸模糊

一种处理双触摸模糊的方法（我们将其称为“不同计时”方法）是观察两个触摸事件的触下计时。参考图1，如果触摸对象A触下并且至少在系统的计时分辨率（由帧速率决定）内在触摸对象B以前被检测到，那么设备控制器能确定对象A位于位置12，由此其推断对象B将位于位置12′，而不是位于幻像位置14和14′中的任一个。帧速率越高，能分辨触摸事件A和B的时间间隔得越紧密。

在该实施例中，可以附加地对设备控制器编制程序，以检测双触摸模糊。这能够通过包括基于时间跟踪每个触摸事件的结构的演变来实现。

在处理双触摸模糊时，预期的触摸位置也可以具有意义，例如设备控制器可以确定在模糊双触摸事件中出现的四个候选点中的两个是更有可能的，比方说因为它们对应于关联显示屏上某些图标的位置。

因此，设备控制器能够从关联的用户界面驱动程序那里下载并存储用户界面的信息内容和与用户界面关联的图标位置。当出现双触摸模糊时，可以向着当前图标位置为分辨率施加权值。

如果两个触摸对象具有明显不同的尺寸，那么利用根据上面对照图5描述的阴影边缘确定对象尺寸的另一种方法可能是有意义的。如图8所示，例如，当面临两个不同尺寸的触摸对象A和B的四个可能触摸位置时，更可能出现的是两个较大的尺寸X1和Y1与一个触摸对象（A）关联，两个较小的尺寸X2和Y2与另一触摸对象关联，即对象位于位置12和12′而不是位置14和14′。

这种“尺寸匹配”方法能够扩展，使得两次或多次而不是仅一次测量和比较X坐标轴和Y坐标轴方向上的触摸尺寸。这认识到一个坐标轴或两个坐标轴方向上的触摸尺寸可以随时间推移而变化的事实，例如如果手指触摸从轻压（较小区域）开始，然后触摸尺寸随增加压力而扩大。如图9所示，用户可以用具有稍微椭圆形状60的轻指尖触摸开始接触，然后更用力按压并辗到指垫上，这将被检测为较大的更圆的形状62。图10A示出输入区6上的双触摸事件的模拟，其中在初始时刻t=0一个触摸事件（触摸A）的X尺寸（X_A,0）比其Y尺寸（Y_A,0）小得多，并且更接近触摸B的Y尺寸（Y_B,0）。仅通过该t=0信息，设备控制器可以将X_A,0与Y_B，0关联并且错误地断定触摸对象位于幻像位置14和14′。图10B和图10C示出在触摸事件期间随时间推移而变化的被检测的触摸尺寸，使得两个触摸对象在较晚的时刻t=1在两个坐标轴方向上表现具有相当的尺寸（即图10B的X_A,1~Y_A，1~X_B,1~Y_B,1），并且触摸对象A在更晚的时刻t=2明显表现大于触摸事件B（图10C的X_A,2~Y_A,2>X_B,2~Y_B,2）。通过两次或更多次而不是仅一次测量触摸尺寸，在仅需要具有数个毫秒级或数几十毫秒级的时间间隔内，设备控制器更可能做出正确的X和Y关联并且正确确定两个触摸位置。熟练的技术人员将认识到有多种能够以数学方式表达该步骤的方式。仅以示例的方式，正确的关联可以确定为下面两个描述N+1个采样事件的公式的最大值：

$\underset{t=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(X_{A,t}*Y_{A,t})+\underset{t=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(X_{B,t}*Y_{B,t})---\left(1\right)$

$\underset{t=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(X_{A,t}*Y_{B,t})+\underset{t=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(X_{B,t}*Y_{A,t})---\left(2\right)$

其中，公式（1）代表一个可能的关联{X_A,Y_A}和{X_B,Y_B}的相关，并且公式（2）代表另一可能关联{X_A,Y_B}和{X_A,Y_B}.的相关。

尺寸匹配能够由设备控制器通过检查所记录的触摸点结构的时间演变(time evolution)（具体地测量触摸点的一个或多个距离）来实现。

从图1中将理解，如果设备控制器能够辨别哪个对象更靠近输入区6的给定“发射”或“接收”侧，那么就能够明确地确定触摸对象A和B的位置。例如，如果设备控制器能够辨别对象A离长轴接收侧64比对象B远，但是更靠近短轴接收侧66，那么其可以断定对象A和对象B分别位于位置12和12′，而如果对象A离两个接收侧都比对象B远，那么设备控制器会断定对象A和对象B分别位于位置14′和14。当然，难处是确定这些相对距离，现在我们将描述两种解决该问题的办法。

第一“相对距离确定”方法依赖于下面的观察；即在一些情况下触摸事件边缘的锐度能够随该触摸事件离相关接收侧的距离改变。以示例的方式，我们将针对图4中示出的红外触摸屏的特殊情况描述该阴影绕射效应，其中我们已观察到，触摸对象离相关接收波导26越远，触摸事件的边缘变得越模糊。图11A示意性示出了由与其中一个接收侧关联的检测器的一部分检测的由两个触摸对象A和B投射下的阴影，而图11B示出了接收光强度的对应图。对象A更靠近那一侧的接收波导并且投射下整齐的阴影，而对象B离那一侧的接收波导更远并且投射下模糊的阴影。从数学角度看，阴影的锐度或者阴影绕射特性可以以与上面对照图5描述的斜率参数类似的形式表达。两个或多个触摸对象离比如说短轴接收侧的相对距离可以根据它们阴影绕射特性之间的差异确定，这是重要的，因为实际特性可能仅在幅度上稍不同，我们所需要的只是差异。在不希望被理论约束的条件下，我们认为该效应是由平面内接收波导透镜30和/或抛物面反射器42（参考图4）的不完美准直造成的，这种不完美准直可能由光源不是理想的点光源的这一事实导致，并且也许可能通过故意将光学系统设计成具有某种程度的不完美准直来增强该效应。

另一种解释该效应的方法是系统将对象测量为清晰的程度。在图11A中，触摸对象A相对清晰，而触摸对象B相对模糊，因此可使用某算法来确定聚焦的程度，因此确定相对位置。本领域的技术人员将理解，许多这样的聚焦算法是可利用的并且通常用于数字静止相机和视频相机中。

优选地，基于边缘模糊的相对距离算法将应用两次，以确定触摸对象离两个接收侧的相对距离。在某些实施例中，通过相关坐标轴方向上两个点之间的距离对结果进行加权，该距离能够根据另一条坐标轴方向上的光场确定。为了说明，图18示出红外触摸屏的输入区6中的两个触摸对象A和B。无论这两个对象是位于实际的位置12和12′还是位于幻像位置14和14′，都能够确定它们之间在每条坐标轴方向上的距离96和98。在该特殊情况中，距离96大于距离98，所以将向从长轴接收侧64观察的边缘模糊施加较大的权值。

相对距离确定测量能够在设备控制器上实现。可以再次检查触摸点结构的时间演变，以确定边缘的梯度结构。通过当前触摸点的较宽斜率侧，离传感器或激活区域外围的距离能够确定为较大（或较小，取决于所使用的技术）。相应地，较窄的斜率侧表示相反的结果。

情况可以是，对于其它触摸屏构造和技术的情况，差异边缘模糊颠倒，使得离接收侧更远的对象表现更尖锐的边缘。然而当边缘锐度的差异是关键考虑时，同样原理会适用。例如，由于“光学”触摸屏（如图16和图17所示）通过阴影在线阵相机或类似物上的成像也检测到触摸事件，所以我们预期由对象投到两个线阵相机上的阴影的锐度将依赖于从对象到线阵相机的相对距离。从图17所示的双触摸情况将明白，这提供了一种将实际触摸位置12和12′与幻像位置14和14′区分出的方法。

我们指出，我们的“边缘模糊”方法对于移动触摸对象来说可能比对于静止触摸对象来说更复杂，因为如果触摸对象相对于每个帧的相机快门速度快速移动，那么也能发生边缘模糊。虽然我们设想对于大多数多点触摸输入姿势来说，用户会保持他们的触摸静止一小段时间，然后再移动触摸，这可能对于将应用的方法而言足够长，但是仍需要对这种效果的一些考虑。一种可能是仅使用对象的移动速度（例如通过跟踪其边缘确定的）来尝试将移动引起的模糊与期望的距离引起的模糊分离开。另一种可能是如下调整作为多单元检测器使用的照相机的快门动作。图12A示出了每个帧的标准相机快门打开期68，并且图12B示出在该快门打开期间获取的接收强度图70的一部分，该图与图5和图11B中示出的图类似。问题是图12B中的阴影区的倾斜边缘72是否表示离接收侧的距离或者是由触摸对象的运动引起的。图12C示出向单个帧应用的可选相机快门动作，其中全部打开时间段74等于图12A中的打开期68。如果对象是静止的，那么接收强度图的阴影区仍将如图12B中所示那样是对称的。另一方面，如果对象在移动，那么接收强度图76将变成非对称的，如图12D所示，箭头78表示触摸运动的方向。通过知道对于通过边缘跟踪确定的给定的运动速度来说接收强度图的阴影区应当看上去什么样，原则上对运动和距离影响进行解卷积是可能的。图12C中示出的快门序列是基本的并且用来说明该观点。更复杂的序列（例如伪随机序列）可以在有噪声的条件下提供较好性能，或者更准确地对运动和距离效应进行解卷积。

通过设备控制器连续检查边缘的当前特性或状态，能够实现边缘模糊的时间演变。通过以预定间隔将感应值读到一系列帧缓冲器内并且检查值的演变，能够实现快门动作。

第二“相对距离确定”方法依赖于“Z坐标轴信息”，即依赖于在触摸对象靠近触摸表面时由触摸对象投射下的阴影的时间演变。图13示出图4的红外触摸屏沿直线A-A′的剖面图，该红外触摸屏包括导光板38、接收侧平面内透镜30以及准直/改向元件40，导光板38的上表面用作触摸表面80，准直/改向元件40从其离开面47发射一层感应光46。平面内透镜具有限定角度范围的接收角82，在接收角82内能收集将通过接收波导引导至检测器的光线。平面内透镜实际上是厚板波导，并且除其它因素以外，其接收角依赖于其高度84。图13还示出与触摸表面极靠近的且离触摸表面等距离的两个触摸对象C和D。能够看出，离接收侧更远的对象C已经与接收角相交，因此将开始投射下可检测的阴影，而对象D没有与接收角相交。

触摸事件检测的时间演变能够通过设备控制器连续检查像素强度变化的当前特性来实现。快门动作能够通过将感应值以预设的间隔读入一系列帧缓冲器内并且检查值的演变来实现。

参考图1并且考虑长轴接收侧64，在触摸对象A和B同时以相同速度靠近的假设下，结果是更远的触摸对象A会在更接近的触摸对象B以前开始被检测到，从而为设备控制器提供另一条信息来确定位置A和B。对于具体包括接收角和输入区尺寸的给定的光学和机械设计来说，将明白这种方法的有效性依赖于触摸对象的靠近速度以及设备的帧速率，因为理想情况下，当对象靠近触摸表面时应当有对象的几张“快照”。我们估计对于100Hz的帧速率来说，对于40mm/s或40mm/s以下的靠近速度将观察到能用的差异。这不是特别快的靠近速度，但是较快的帧速率将提高这种方法的性能，尽管在以功率消耗为代价的前提下。如果设备控制器根据由这种方法获得信息（很可能与由本发明描述的其它方法获得的信息结合）不能分辨模糊问题，那么帧速率可能临时升高并且提示用户重复多点触摸输入。因为用户在再次施加他们的触摸以前提起他们的触摸，所以通过使用例如“Z坐标轴”或“差异计时”方法还可以获得关于触摸位置的有用信息。

遮蔽问题

如上面参考图2A和图2D提到的，当两个或多个移动触摸对象进入“遮蔽”状态时，可能出现另一模糊问题。现在，在已经使用上面描述的方法中的一种或多种正确地确定了触摸对象的初始位置的一般假设下，对用于处理这种“遮蔽”问题的方法进行描述。

一种处理“遮蔽”问题的方法是应用参考图11A和图11B描述的“阴影锐化”方法，或者在跟踪对象时连续应用或者在对象从“遮蔽”状态露出以后。在任一种方式中，注意到可能出现上面参考图12A到图12D描述的运动引起的模糊的复杂问题，将理解图2C中是出的“交叉事件”能够与图2D中示出的“后退事件”区分开。

在两个触摸对象具有不同尺寸的情况中，“遮蔽”问题能够通过再次应用上面描述的“尺寸匹配”方法解决。也就是说，如果在两个移动触摸的阴影进入“遮蔽”以前已知两个移动触摸的尺寸明显不同，那么当它们走出“遮蔽”时，该尺寸信息能用来重新关联阴影。

另一种处理“遮蔽”问题的方法是应用预测算法，由此跟踪触摸对象（或者它们边缘）的位置、速度和/或加速度并且对当触摸对象从“遮蔽”状态显现时它们应当在哪里做出预测。例如，如果以大约不变的速度运动的两个触摸对象（图2A）短暂地进入“遮蔽”状态（图2B）并且似乎以相同的速度显现，那么很可能已经发生“交叉事件”（图2C）。另一方面，如果两个触摸事件在它们进入“遮蔽”状态时减速并且在显现以前保持遮挡某段时间，那么更可能已经发生“后退事件”（图2D）。如果一个对象是静止的，那么可以应用类似的思考。实际上，在跟踪对象时，将重复地应用预测算法，并且在每个帧以后更新相关项。应当注意，速度和加速度是矢量，使得运动方向也是相关预测因素。

预测方法还可以用来修正容易弄错的两个或多个触摸位置的指定。例如，如果设备控制器已错误地断定触摸对象A和B位于幻像位置14和14′（图14A）并且在对于任一幻像位置上的对象（按照情况可以是移动或静止）过短的时间段内将触摸对象B调动至突然移动到位置12（图14B），那么设备控制器会认识到对象A和B实际位于位置12和12′。

触摸对象的时间演变能够通过设备控制器连续地检查当前触摸点位置或者边缘的演变状态来实施。一种形式的实施可以包括连续地将所感应值读入一系列帧缓冲器内并且检查随时间推移的值的演变，这包括检查随时间推移的触摸点位置的演变。这可以包括随时间推移的阴影锐度的演变。

现在，我们将描述前面描述的预测算法的一种用于处理“遮蔽”问题的变形，称为“时间U/V/W阴影尺寸分析”。在这种分析中，随时间推移而监测在“遮蔽”状态中出现的合并阴影的尺寸，尺寸55根据参考图5描述的边缘52确定。如果所合并的阴影的尺寸逐渐变小，暂时到达最小，然后逐渐变大，即其尺寸与时间的关系看上去像“V”形（见图15A），那么确定触摸对象已经交叉。可选地，如果所合并的阴影尺寸以降低的速率变小，到达最小，然后以增加的速率变大，即其尺寸与时间的关系看上去像“U”形（见图15B），那么确定触摸已经停止然后后退。可选地，如果所合并的阴影符合减小/增加/减小/增加的轨迹，即其尺寸与时间的关系看上去像圆角的“W”形（见图15C），那么确定触摸对象已越过全食遮蔽到达偏食遮蔽状态，然后停止并后退。

时间U/V/W阴影尺寸分析能够通过设备控制器连续地检查所述边缘的当前特性或状态来实现。可以检查随时间推移的演变，以确定出现那种行为。

将会理解，所描述的实施例通过提高对双触摸模糊的分辨率和/或通过改善对经过“遮蔽”状态的多个触摸对象跟踪，提供了用于提高触摸屏（尤其是红外式触摸屏）的多点触摸能力的方法。本发明中描述的方法能够单独使用或者以任何顺序或组合使用，以提供所希望的多点触摸性能。而且，这些方法能够与其它公知技术结合使用。

虽然本发明是参考特定示例描述的，但是本领域的技术人员将会理解，本发明可以实施为多种其它形式。

Claims (15)

1.一种在具有位于激活表面上的一系列的可能的触摸点的触摸感应用户界面环境中确定至少一个触摸点在该表面上哪里被激活的方法，所述触摸点的监测是通过感应在该激活表面的外围附近的多个位置上的激活值而实现的，所述方法包括下列步骤：

(a)确定所述激活值中的至少一个强度变化；以及

(b)使用对所述至少一个强度变化的侧边的梯度测量来确定在该激活表面上的至少一个触摸点的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中触摸点的数量是至少两个，所述触摸点的位置是通过读取沿所述激活表面的外围的多个强度变化并对多个点进行相关以确定可能的触摸点而确定的。

3.根据权利要求1所述的方法，其中对至少一个强度变化的邻近的相对的梯度测量用来对多个触摸点进行消除模糊。

4.根据前面的任一权利要求所述的方法，其中所述方法还包括下列步骤：

连续监测所述激活值中所述强度变化的时间演变；以及

在对多个触摸点进行消除模糊中使用所述时间演变。

5.根据权利要求4所述的方法，其中第一标识强度变化用于确定第一触摸点的位置，第二标识强度变化用于确定第二触摸点的位置。

6.根据前面的任一权利要求所述的方法，其中所述激活表面包括在其上的一系列被投影的图标，所述消除模糊有助于触摸点位置与所述图标位置相对应。

7.根据前面的任一权利要求所述的方法，其中在确定所述至少一个触摸点的位置时使用所述强度变化的大小。

8.根据前面的任一权利要求所述的方法，其中在对可能的触摸点进行消除模糊中使用对象所记录的阴影绕射特性。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述阴影绕射特性的锐度与所述对象离所述激活区域的外围的距离关联。

10.根据前面的任一权利要求所述的方法，其中对可能的触摸点进行的消除模糊是通过监测所述强度变化的时间演变分布并且投射每个触摸点的未来位置而实现的。

11.一种在触摸感应用户界面环境上确定一个或多个触摸点的位置的方法，所述触摸感应用户界面环境具有位于激活表面上的一系列可能的触摸点，对所述触摸点的监测是通过在所述激活表面的外围附近的多个位置上的激活值来实现的，所述方法包括下列步骤：

(a)随时间推移而跟踪所述触摸点周围的激活值的边缘轮廓。

12.根据权利要求11所述的方法，其中当在多个触摸点之间发生模糊时，使用所述边缘轮廓的特性来确定触摸点的预期位置。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述特性包括每个边缘轮廓的一个或多个梯度。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述特性包括在每个边缘轮廓中邻近的边缘之间的宽度。

15.一种基本上如前面参考附图所描述的确定至少一个触摸点在激活表面上哪里被激活的方法。

Images