CN102968218A - 光学影像式触控装置与触控影像处理方法 - Google Patents

光学影像式触控装置与触控影像处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光学影像式触控装置与触控影像处理方法，该装置包含有一显示面板，其上形成有一座标侦测区、至少一光源，其设置于该显示面板外侧，该至少一光源用来发射光线，以照明一物体、一深度感测器，其安装于该显示面板的一侧，该深度感测器用来获取该物体的影像数据，其中该影像数据包含该物体与该深度感测器于一第一方向距离的一宽度信息、以及该物体与该深度感测器于一第二方向距离的一深度信息，以及一控制模块，其耦合于该深度感测器，该控制模块用来接收该深度感测器所获取的该影像数据，并依据该宽度信息与该深度信息判断该物体是否落于该座标侦测区内。

Description

光学影像式触控装置与触控影像处理方法
技术领域
本发明涉及一种利用深度感测器的光学影像式触控装置与触控影像处理方法，且特别涉及一种无须使用反光边框且可形成任意形状的感测区域的光学影像式触控装置与触控影像处理方法。
背景技术
在现今各式消费性电子产品市场中，个人数字助理、移动电话，以及手机等可携式电子产品皆已广泛使用具有触控装置作为其数据沟通的界面工具。由于目前电子产品的设计皆以轻、薄、短、小为方向，因此在产品上无足够空间容纳如键盘、鼠标等传统输入装置，尤其在讲求人性化设计的平板电脑需求的带动下，搭配触控装置的显示器已逐渐成为各式电子产品的关键零组件之一。然而现今所发展出的触控技术众多，例如电阻式、电容式、超音波式、红外线感测式、光学影像式等触控技术，且由于技术层面与成本有所差异，因此这诸多种类的触控技术便运用在各种不同领域。举例来说，光学影像式触控技术的作用原理为通过位于显示器两个角落的摄影机，侦测触控物体所形成的阴影，经由三角定位找出触控的位置，故与传统电阻式或电容式触控技术比较起来，其具有准确、穿透率高、可靠度佳、损坏率低、成本低以及支援多点触控手势等优点，在中大尺寸显示器方面很容易切入市场。然而为了定位二维空间上的座标，现有的光学影像式触控装置大多需要两台以上的一维摄影机(感测器)以侦测触控物体所形成的阴影，且必须考量到多台摄影机获取影像时需同步的问题，而造成成本的增加；此外为了达到灵敏的触控效果，通常摄影机更新画面的速度相当快，故也必须搭配高运算效能的处理器，而造成零件成本增加。再者，现有的光学影像式触控装置需要反光边框以提供物体于座标侦测区时的拍摄背景，以隔离座标侦测区以外的干扰源，而若座标侦测区上有触控物则会阻挡边框反光而使得感测器侦测到黑影，进而利用黑影位置来推得触控位置。换言之，反光边框提供了阻挡外界干扰源与作为触控物与背景差异的功能。然而由于反光边框需与感测器共平面，而造成了组装上的困难，且也增加了制造成本；且于此架构下反光边框的结构必须设计为方形或是矩形，而无法形成其他形状的感测区域，故大大限制其应用范围。但没有反光边框的光学影像式触控装置则会因为座标侦测区以外的干扰源造成触控点受外界干扰而判断不易，故如何设计出一种可有效降低组装困难度与成本且可同时提升触控点的判断准确度的光学影像式触控装置，便为现今触控技术所需努力的重要课题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无须使用反光边框且可形成任意形状的感测区域的光学影像式触控装置与触控影像处理方法，以解决上述的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种光学影像式触控装置，其包含有一显示面板，其上形成有一座标侦测区、至少一光源，其设置于该显示面板外侧，该至少一光源用来发射光线，以照明一物体、一深度感测器，其安装于该显示面板的一侧，该深度感测器用来获取该物体的影像数据，其中该影像数据包含该物体与该深度感测器于一第一方向距离的一宽度信息、以及该物体与该深度感测器于一第二方向距离的一深度信息，以及一控制模块，其耦合于该深度感测器，该控制模块用来接收该深度感测器所获取的该影像数据，并依据该宽度信息与该深度信息判断该物体是否落于该座标侦测区内。
本发明的权利要求还公开了该座标侦测区为一扇形区域，且该控制模块依据该宽度信息与该深度信息以及该扇形区域的外缘与该深度感测器的夹角与距离判断该物体是否落于该座标侦测区内。
本发明的权利要求还公开了该深度感测器安装于该显示面板的该侧的中央位置。
本发明的权利要求还公开了该控制模块依据该宽度信息与该深度信息以及该座标侦测区的宽度与深度判断该物体是否落于该座标侦测区内。
本发明的权利要求还公开了该控制模块还用来依据判断该物体是否落于该座标侦测区内的判断结果决定是否计算该物体于该座标侦测区的一座标值。
本发明的权利要求还公开了当该控制模块判断该物体落于该座标侦测区内时，该控制模块依据该影像数据计算出该物体于该座标侦测区的该座标值。
本发明的权利要求还公开了当该控制模块判断该物体未落于该座标侦测区内时，该控制模块不计算该物体的该座标值。
本发明的权利要求还公开了该至少一光源为一激光发光二极管或一红外线发光二极管。
本发明的权利要求还公开了一种适用于一光学影像式触控装置的触控影像处理方法，其包含有该光学影像式触控装置的至少一光源发射光线以照明一物体；该光学影像式触控装置的一深度感测器获取该物体的影像数据，其中该影像数据包含该物体与该深度感测器于一第一方向距离的一宽度信息、以及该物体与该深度感测器于一第二方向距离的一深度信息；以及该光学影像式触控装置的一控制模块依据该宽度信息与该深度信息判断该物体是否落于一座标侦测区内。
本发明提供了无须使用反光边框且可形成任意形状的感测区域的光学影像式触控装置与触控影像处理方法，且可有效地减少感测元件的使用数量与无须搭配高运算效能的处理器，故其可克服组装上的困难且降低制造成本，并同时兼具触控物的影像处理的判断精准性。
附图说明
图1为本发明实施例光学影像式触控装置的功能方块示意图。
图2与图3分别为本发明实施例光学影像式触控装置的正视示意图与侧视示意图。
图4为本发明实施例光学影像式触控装置执行触控影像处理方法的流程图。
图5为本发明另一实施例光学影像式触控装置的正视示意图。
其中，附图标记说明如下：
50、100：光学影像式触控装置
52：显示面板
521、1021：座标侦测区
54a、54b：光源
56：深度感测器
58：控制模块
60：物体
100、102、104、106、108、110：步骤
具体实施方式
请参阅图1至图3，图1为本发明一实施例一光学影像式触控装置50的功能方块示意图，图2与图3分别为本发明实施例光学影像式触控装置50的正视示意图与侧视示意图，光学影像式触控装置50包含有一显示面板52、两光源54a、54b、一深度感测器56(depth sensor)、以及一控制模块58。显示面板52可为一触控面板，且其上形成有一座标侦测区521；两光源54a、54b分别设置于显示面板52外侧的两角落，两光源54a、54b用来发射光线，以照明一物体60，其中两光源54a、54b可分别为一激光发光二极管或一红外线发光二极管，而光源的设置位置与数量可不局限于此实施例所述，根据实际设计需求而定。深度感测器56安装于显示面板52的一侧，如可安装于显示面板52的该侧的中央位置，深度感测器56用来获取物体60(如使用者的手指)的影像数据，其中该影像数据包含相对应物体60与深度感测器56分别于一第一方向(X方向)与一第二方向(Y方向)距离的一宽度信息与一深度信息，也就是说深度感测器56可感测出物体60于该第一方向(X方向)与该第二方向(Y方向)与深度感测器56所相距距离的相关信息。控制模块58耦合于深度感测器56，控制模块58用来接收深度感测器56所获取的该影像数据，并依据该宽度信息与该深度信息判断物体60是否落于座标侦测区521内，且依据判断物体60是否落于座标侦测区521内的判断结果决定是否计算物体60于座标侦测区521的一座标值，其中控制模块58可以硬件、软件或固件等方式实现。此外，本发明的显示面板52、光源54a、54b、深度感测器56与控制模块58可整合于同一显示器内，例如于显示荧幕或一体式台式电脑(All In One PC)之内等；或是光源54a、54b、深度感测器56与控制模块58可单独模块化，例如设置于用来外挂于显示面板52的一框架内，且座标侦测区521可为该框架上的透明面板，故可拆卸安装于不同的显示面板52上。
为了达到于光学影像式触控装置50实施触控的目的，使用者可于座标侦测区521内进行触控操作，例如以手指(物体60)于座标侦测区521内移动，当物体60于座标侦测区521内移动时，光源54a、54b照射于物体60的光线可被物体60反射，故深度感测器56可感测到由物体60所反射的光线。请参阅图4，图4为本发明实施例光学影像式触控装置50执行触控影像处理方法的流程图，该方法包含有下列步骤：
步骤100：两光源54a、54b发射光线以照明物体60。
步骤102：深度感测器56接收物体60所反射的光线，以获取物体60的影像数据，其中该影像数据包含相对应物体60与深度感测器56分别于该第一方向(X方向)与该第二方向(Y方向)距离的该宽度信息与该深度信息。
步骤104：控制模块58依据该宽度信息与该深度信息判断物体60是否落于座标侦测区521内，若是执行步骤106；若否则跳到步骤108。
步骤106：当控制模块58判断物体60落于座标侦测区521内时，控制模块58依据该影像数据计算出物体60于座标侦测区521的一座标值。
步骤108：当控制模块58判断物体60未落于座标侦测区521内时，控制模块58不计算物体60的该座标值。
步骤110：结束。
于此对上述步骤作更进一步说明，首先两光源54a、54b可分别发射光线以照明物体60，例如可发射线性平面光束至座标侦测区521。接下来深度感测器56便可接收物体60所反射的光线，以获取物体60的影像数据，由于深度感测器56除了能提供一般感测器的二维位置信息外，另外还能提供感测物的深度信息，也就是说除了可提供物体60于该第一方向(X方向)与深度感测器56所相距的距离的该宽度信息，也可提供物体60于该第二方向(Y方向)与深度感测器56所相距的距离的该深度信息。之后，控制模块58便可接收深度感测器56所获取的该影像数据，并依据该宽度信息与该深度信息判断物体60是否落于座标侦测区521内。举例来说，以本实施例的方形或矩形的座标侦测区521为例，可先于控制模块58定义座标侦测区521的有效范围，意即定义座标侦测区521于该第一方向(X方向)与该第二方向(Y方向)的宽度范围与深度范围，故控制模块58可依据深度感测器56所提供的被感测物体60的该宽度信息与该深度信息以及座标侦测区521的有效宽度范围与有效深度范围的比对结果，判断物体60是否落于座标侦测区521内，也就是说当被感测物体60的该宽度信息与该深度信息皆落于座标侦测区521的有效宽度范围与有效深度范围之内时，则代表物体60落于座标侦测区521内；反之，当被感测物体60的该宽度信息或该深度信息并未落于座标侦测区521的有效宽度范围或有效深度范围之内时，则代表物体60并未落于座标侦测区521内。
再者，控制模块58可依据判断物体60是否落于座标侦测区521内的判断结果决定是否计算物体60于座标侦测区521的该座标值。意即当控制模块58判断物体60落于座标侦测区521内时，控制模块58可依据该影像数据计算出物体60于座标侦测区521的该座标值，举例来说控制模块58可先对物体60的影像数据进行影像处理分析，例如去除噪声等，之后再对经影像处理过后的影像数据进行座标转换计算，例如直接以该宽度信息与该深度信息映射至座标侦测区521内的位置，最后再转换成相对应的座标值，由于物体60所计算出的座标值位于座标侦测区521内，故控制模块58便会判断物体60为有效触控物并提供电脑主机执行相关触控操作的依据。相反地，当控制模块58判断物体60未落于座标侦测区521内时，控制模块58便不计算物体60的该座标值，意即控制模块58判断物体60非为有效触控物且并不执行相关触控操作，以过滤筛选掉不必要计算的物体位置而有效地节省系统资源。
请参阅图5，图5为本发明另一实施例一光学影像式触控装置100的正面示意图。于前述实施例不同之处在于本实施例可定义出其他形状的座标侦测区，而不局限于方形或矩形，只要是能先定义出座标侦测区的有效范围即可。如图5所示，光学影像式触控装置100的一座标侦测区1021实质上可定义为一扇形区域，或可为其他形状(如三角形、圆形、星形)等侦测区域，其端视实际设计需求而定，至于其作用原理则相同于前述实施例。举例来说，当座标侦测区1021实质上定义为一扇形区域时，可先于控制模块58定义座标侦测区1021的有效范围，至于其定义方式则可以极座标系统(polarcoordinate system)定义座标侦测区1021的有效夹角θ范围与有效半径R范围，故控制模块58可依据被感测物体60的该宽度信息与该深度信息以及该扇形区域的外缘与深度感测器56的夹角θ与距离R判断物体60是否落于座标侦测区1021内。而在比对被感测物体60的该宽度信息与该深度信息以及座标侦测区1021的有效范围时，可利用极座标系统与卡氏(Cartesian)座标系统的座标转换关系来一致化两者的位置信息，即可将座标侦测区1021的有效夹角θ范围与有效半径R范围转换成卡氏座标系统的有效宽度范围与有效深度范围，再与深度感测器56所提供的被感测物体60的该宽度信息与该深度信息进行比对；或是将深度感测器56所提供的被感测物体60的该宽度信息与该深度信息转换成极座标系统的夹角θ信息与半径R信息，再与座标侦测区1021的有效夹角θ范围与有效半径R范围进行比对。至于极座标系统与卡氏座标系统的座标转换关系可参考下列关系式：
X＝R*cos(θ)，Y＝R*sin(θ)；
R = X 2 + Y 2 , θ＝tan-1(Y/X)，X≠0
之后，控制模块58可依据判断物体60是否落于座标侦测区1021内的判断结果决定是否计算物体60于座标侦测区1021的该座标值，至于其他作用原理则相同于前述实施例，故于此不再详述。故于此实施例中光学影像式触控装置的座标侦测区可不局限于方形或矩形等形状，而大幅扩充其应用范围。再者，若是采用先前技术的三角定位机制找出触控位置，若要定义出其他形状的感测区域(如扇形区域)，则必须要浪费掉许多无法使用的空间，如浪费矩形外框与扇形感测区域间的面板区块，因而增加制造成本且占用机构空间；而本发明可直接使用相符于座标侦测区所定义形状的显示面板，故可节省制造成本且减少所占用的机构空间。
相较于先前技术，本发明提供无须使用反光边框且可形成任意形状的感测区域的光学影像式触控装置与触控影像处理方法，且可有效地减少感测元件的使用数量与无须搭配高运算效能的处理器，故其可克服组装上的困难且降低制造成本，并同时兼具触控物的影像处理的判断精准性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (15)

1.一种光学影像式触控装置，其特征在于，包含有：
一显示面板，其上形成有一座标侦测区；
至少一光源，其设置于该显示面板外侧，该至少一光源用来发射光线，以照明一物体；
一深度感测器，其安装于该显示面板的一侧，该深度感测器用来获取该物体的影像数据，其中该影像数据包含该物体与该深度感测器于一第一方向距离的一宽度信息、以及该物体与该深度感测器于一第二方向距离的一深度信息；以及
一控制模块，其耦合于该深度感测器，该控制模块用来接收该深度感测器所获取的该影像数据，并依据该宽度信息与该深度信息判断该物体是否落于该座标侦测区内。
2.如权利要求1所述的光学影像式触控装置，其特征在于，该座标侦测区为一扇形区域，且该控制模块依据该宽度信息与该深度信息、以及该扇形区域的外缘与该深度感测器的夹角与距离判断该物体是否落于该座标侦测区内。
3.如权利要求1或2所述的光学影像式触控装置，其特征在于，该深度感测器安装于该显示面板的该侧的中央位置。
4.如权利要求1所述的光学影像式触控装置，其特征在于，该控制模块依据该宽度信息与该深度信息、以及该座标侦测区的宽度与深度判断该物体是否落于该座标侦测区内。
5.如权利要求1、2或4所述的光学影像式触控装置，其特征在于，该控制模块还用来依据判断该物体是否落于该座标侦测区内的判断结果决定是否计算该物体于该座标侦测区的一座标值。
6.如权利要求5所述的光学影像式触控装置，其特征在于，当该控制模块判断该物体落于该座标侦测区内时，该控制模块依据该影像数据计算出该物体于该座标侦测区的该座标值。
7.如权利要求5所述的光学影像式触控装置，其特征在于，当该控制模块判断该物体未落于该座标侦测区内时，该控制模块不计算该物体的该座标值。
8.如权利要求1所述的光学影像式触控装置，其特征在于，该至少一光源为一激光发光二极管或一红外线发光二极管。
9.一种适用于一光学影像式触控装置的触控影像处理方法，其特征在于，包含有：
该光学影像式触控装置的至少一光源发射光线以照明一物体；
该光学影像式触控装置的一深度感测器获取该物体的影像数据，其中该影像数据包含该物体与该深度感测器于一第一方向距离的一宽度信息、以及该物体与该深度感测器于一第二方向距离的一深度信息；以及
该光学影像式触控装置的一控制模块依据该宽度信息与该深度信息判断该物体是否落于一座标侦测区内。
10.如权利要求9所述的触控影像处理方法，其特征在于，该座标侦测区为一扇形区域，且该光学影像式触控装置的该控制模块依据该宽度信息与该深度信息判断该物体是否落于该座标侦测区内包含：该控制模块依据该宽度信息与该深度信息、以及该扇形区域的外缘与该深度感测器的夹角与距离判断该物体是否落于该座标侦测区内。
11.如权利要求9或10所述的触控影像处理方法，其特征在于，还包含将该深度感测器安装于该显示面板的一侧的中央位置。
12.如权利要求9所述的触控影像处理方法，其特征在于，该光学影像式触控装置的该控制模块依据该宽度信息与该深度信息判断该物体是否落于该座标侦测区内包含：该控制模块依据该宽度信息与该深度信息、以及该座标侦测区的宽度与深度判断该物体是否落于该座标侦测区内。
13.如权利要求9、10或12所述的触控影像处理方法，其特征在于，还包含该控制模块依据判断该物体是否落于该座标侦测区内的判断结果决定是否计算该物体于该座标侦测区的一座标值。
14.如权利要求13所述的触控影像处理方法，其特征在于，还包含当该控制模块判断该物体落于该座标侦测区内时，该控制模块依据该影像数据计算出该物体于该座标侦测区的该座标值。
15.如权利要求13所述的触控影像处理方法，其特征在于，还包含当该控制模块判断该物体未落于该座标侦测区内时，该控制模块不计算该物体的该座标值。
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