CN102999238A - 一种投射式电容触摸屏感应系统及感应方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种投射式电容触摸屏感应系统及感应方法，其中，所述方法包括步骤：采用自适应滤波器对触摸屏的噪声信号进行滤波处理；在触摸屏的各组传感器之间连接外部等化器，在每组传感器内部设置内部等化器；根据所述手指坐标动态模型定位手指坐标，触摸屏根据手指坐标上手指的动作进行相应的响应。本发明通过对投射式电容触摸屏感应系统进行了去噪处理、等化处理以及手指坐标建模处理，使得投射式电容触摸屏感应系统具有稳定性好，操控性能好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及触摸屏领域，尤其涉及一种投射式电容触摸屏感应系统及感应方法。
背景技术
在投射式电容触摸屏感应系统中，存在多种电子信号噪声干扰、材料差异性影响，这些将严重影响着触摸屏感应系统的稳定性及操控性能，此外，材料差异性或是使用者差异性也会造成对使用体验的影响。因此，对于电容式触摸屏感应系统的设计者来说，如何建立一个在实际应用环境中稳定有效可靠的触控系统，是一个挑战。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种投射式电容触摸屏感应系统及感应方法，旨在解决现有投射式电容触摸屏感应系统稳定性及操控性能差的的问题。
本发明的技术方案如下：
一种投射式电容触摸屏感应系统的感应方法，其中，包括步骤：
采用自适应滤波器对触摸屏的噪声信号进行滤波处理；
在触摸屏的各组传感器之间连接外部等化器，在每组传感器内部设置内部等化器，将各组传感器之间接收到的每组信号调整为相同，并将每组传感器接收到的多组信号调整为相同；
预先对手指出现在各组传感器的概率进行统计，并根据统计出的概率获得手指在触摸屏上的坐标位置，根据手指的坐标位置以及出现在各组传感器的概率对手指坐标进行建模获得手指坐标动态模型，根据所述手指坐标动态模型定位手指坐标，触摸屏根据手指坐标上手指的动作进行相应的响应。
所述投射式电容触摸屏感应系统的感应方法，其中，所述自适应滤波器包括参数可调的数字滤波器和用于调整所述数字滤波器系数的自适应算法。
所述投射式电容触摸屏感应系统的感应方法，其中，所述自适应滤波器的结构采用FIR横向滤波器结构。
所述投射式电容触摸屏感应系统的感应方法，其中，自适应算法为LMS算法。
一种投射式电容触摸屏感应系统，其中，包括触摸屏、连接于所述触摸屏的多组传感器；所述触摸屏还连接一用于对触摸屏的噪声信号进行滤波处理的自适应滤波器，所述触摸屏的各组传感器之间连接外部等化器，用于将各组传感器之间接收到的每组信号调整为相同，在每组传感器内部设置有内部等化器，用于将每组传感器接收到的多组信号调整为相同，所述触摸屏还连接一手指坐标动态模型建立模块，用于预先对手指出现在各组传感器的概率进行统计，并根据统计出的概率获得手指在触摸屏上的坐标位置，根据手指的坐标位置以及出现在各组传感器的概率对手指坐标进行建模获得手指坐标动态模型，根据所述手指坐标动态模型定位手指坐标，触摸屏根据手指坐标上手指的动作进行相应的响应。
所述投射式电容触摸屏感应系统，其中，所述自适应滤波器包括参数可调的数字滤波器和用于调整所述数字滤波器系数的自适应算法。
所述投射式电容触摸屏感应系统，其中，所述自适应滤波器的结构为FIR横向滤波器结构。
所述投射式电容触摸屏感应系统，其中，自适应算法为LMS算法。
有益效果：本发明通过对投射式电容触摸屏感应系统进行了去噪处理、等化处理以及手指坐标建模处理，消除了与手指信号类似的难以分离的噪声，避免了因传感器材料的差异性导致的影响稳定性的问题，最好还通过对手指坐标进行建模，去除了使用者差异性的问题，本发明提供的投射式电容触摸屏感应系统具有稳定性好，操控性能好的优点。
附图说明
图1为本发明投射式电容触摸屏感应系统的感应方法的流程图。
图2为本发明自适应滤波器的结构示意图。
图3为FIR横向滤波器结构的示意图。
图4为二维的投射式电容触摸屏感应系统的传感器阵列示意图。
具体实施方式
本发明提供一种投射式电容触摸屏感应系统及感应方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，图1为本发明投射式电容触摸屏感应系统的感应方法的流程图，如图所示，其包括步骤：
S101、采用自适应滤波器对触摸屏的噪声信号进行滤波处理；
S102、在触摸屏的各组传感器之间连接外部等化器，在每组传感器内部设置内部等化器，将各组传感器之间接收到的每组信号调整为相同，并将每组传感器接收到的多组信号调整为相同；
S103、预先对手指出现在各组传感器的概率进行统计，并根据统计出的概率获得手指在触摸屏上的坐标位置，根据手指的坐标位置以及出现在各组传感器的概率对手指坐标进行建模获得手指坐标动态模型，根据所述手指坐标动态模型定位手指坐标，触摸屏根据手指坐标上手指的动作进行相应的响应。
其中，去除噪声是本发明的第一要务，但有一些杂讯干扰与手指的信号相近似，而不易分离，例如电源噪声或者触摸屏中电子器件产生的特定噪声，这些带有特征的噪声会被等比例地耦合到投射式电容触摸屏感应系统的传感器上，影响用户对触摸屏的使用体验。本发明结合手指信号在空间和时间独立的耦合特性，再加上手指移动和噪声强度信息，将这些难以分离的噪声去除。
本发明具体采用自适应滤波器来对这些难以分离的噪声进行去除，自适应滤波器是以最小均方误差为准则，由自适应算法通过调整滤波器系数，以达到最优滤波的时变最佳滤波器，在滤波过程中，即使噪声与信号的自相关函数随时间缓慢变化，自适应滤波器也能自动适应，自动调节到满足均方误差最小的要求。
本发明中的自适应滤波器主要由参数可调的数字滤波器和调整数字滤波器系数的自适应算法两部分构成，其结构如图2所示，参数可调的数字滤波器可以是FIR（Finite Impulse Response，有限长单位冲激响应）滤波器或者IIR（Infinite Impulse Response，无限脉冲响应）数字滤波器，也可以格形滤波器。
图2中d（n）是期望响应，x（n）为自适应滤波器的输入，y（n）为自适应滤波器的输出，e（n）为估计误差，e（n）=d（n）-y（n），前置级完成跟踪信号的选择，确定是信号还是噪声，后置级根据前置级的不同选择对数字滤波器输出作不同的处理，以得到信号输出。e（n）通过自适应算法对数字滤波器的参数进行调整，最终使e（n）的均方值最小，因此，即使事先不知道关于输入信号和噪声的统计特性的信息，自适应滤波器也能够在工作过程中逐渐了解或估计出所需的统计特性，并以此为依据自动调整自己的参数，以达到最佳滤波效果，一旦输入信号的统计特性发生变化，它又能够跟踪这种变化，自动调整参数，使自适应滤波器滤波器性能重新达到最佳。
由于自适应滤波器的系数是由自适应算法更新的时变系数，即其系数自动连续地适应于给定信号，以获得期望响应。自适应滤波器的最重要的特征就在于它能够在未知环境中有效工作，并能够跟踪输入信号的时变特征。
本发明采用FIR横向滤波器结构作为自适应滤波器的结构，如图3所示，其为FIR横向滤波器结构的示意图，其较容易实现、计算量少等优点，对线性相位要求不严格、收敛速度不是很快的场合较适用。
如图3所示，设其中X（n）=[X（n），X（n-1）,…,X（n-N+1）]T，为自适应滤波器的输入矢量；W（n）=[w0（n），w1（n）,…,wN-1（n）T]是权系数矢量，即自适应滤波器的冲激响应；y（n）为自适应滤波器的输出矢量，T为矩阵转置符，n为时间序列，N为自适应滤波器的阶数，自适应滤波器还有一套自适应算法，自适应算法使根据某种判定来设计滤波器的，该算法包括最小均方算法（LMS）、最小高阶均方算法（LMF）、最小平方算法（OLS）、递推最小算法（RLS）等等。
本发明可采用LMS算法，在LMS算法中，最关键的是梯度的计算及收敛因子的选择，本发明中将单个误差样本的平方作为均方误差的估计值，从而使计算量大大减少，只要给定系数迭代的初值，即可逐步递推得到最佳权系数，并计算出滤波输出；此外，为了解决LMS算法中，收敛速度慢的问题，还可以将LMS算法中的时域信号转变为变换域信号，在变换域中采用自适应算法，变换域中自适应滤波算法的步骤是：1、选择正交变换，把时域信号转变为变换域信号；2、变换域信号用其能量的平方根归一化；3、采用自适应算法进行滤波。采用上述改进，可以解决传统滤波过程中收敛性不理想，对输入信号的自相关矩阵依赖性强的问题。
由于传感器间的材料差异也会对用户操作触摸屏有较大的影响，本发明采用等化器来将多组传感器之间接收到的信号调整为相同，并将一组传感器接收到的多组信号调整为相同。
具体可通过在各组传感器之间连接外部等化器，并且在每组传感器中设置一内部等化器，从而使各组传感器之间接收到的信号调整为相同，同时每组传感器内部接收到的多组信号调整为相同。
本发明中的等化器可采用决策反馈等化器（Decision feedback equalizer）来进行等化处理，其由一个转移函数以及一个转移函数组成，一旦接收端RX对接收信号做出决策，通过上述两个函数即可算出该接收信号对之后信号所造成的影响，并且消除该影响。
本发明还对手指坐标进行统计建模，根据手指出现在每一组传感器的概率，准确定位出每一手指的坐标。
如图4所示，其为一个二维的投射式电容触摸屏感应系统的传感器阵列示意图，从上至下有ch（1,1）、ch（1,2）、ch（1,3）、ch（1,4），从左至右有ch（1,1）、ch（2,1）、ch（3,1）、ch（4,1），两个手指（第一手指及第二手指）出现在触摸屏上，那么统计出第一手指及第二手指出现在各组传感器上的概率。例如，第一手指出现在ch（3,1）的概率为P_1（3,1），依次类推，统计出第一手指及第二手指出现在各组传感器的概率，即可获得第一手指及第二手指的准确坐标，并根据上述内容按照模式化的建模过程进行建模。最后根据建立的手指坐标模型，根据各传感器感应到手指的概率，即可准确定位手指的坐标，并进行相应的响应动作。
基于上述方法，本发明还提供一种投射式电容触摸屏感应系统，其包括触摸屏、连接于所述触摸屏的多组传感器；所述触摸屏还连接一用于对触摸屏的噪声信号进行滤波处理的自适应滤波器，所述触摸屏的各组传感器之间连接外部等化器，用于将各组传感器之间接收到的每组信号调整为相同，在每组传感器内部设置有内部等化器，用于将每组传感器接收到的多组信号调整为相同，所述触摸屏还连接一手指坐标动态模型建立模块，用于预先对手指出现在各组传感器的概率进行统计，并根据统计出的概率获得手指在触摸屏上的坐标位置，根据手指的坐标位置以及出现在各组传感器的概率对手指坐标进行建模获得手指坐标动态模型，根据所述手指坐标动态模型定位手指坐标，触摸屏根据手指坐标上手指的动作进行相应的响应。关于上述系统的工作原理在方法中已有详述，不再赘述。
综上所述，本发明通过对投射式电容触摸屏感应系统进行了去噪处理、等化处理以及手指坐标建模处理，消除了与手指信号类似的难以分离的噪声，避免了因传感器材料的差异性导致的影响稳定性的问题，最好还通过对手指坐标进行建模，去除了使用者差异性的问题，本发明提供的投射式电容触摸屏感应系统具有稳定性好，操控性能好的优点。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种投射式电容触摸屏感应系统的感应方法，其特征在于，包括步骤：
采用自适应滤波器对触摸屏的噪声信号进行滤波处理；
在触摸屏的各组传感器之间连接外部等化器，在每组传感器内部设置内部等化器，将各组传感器之间接收到的每组信号调整为相同，并将每组传感器接收到的多组信号调整为相同；
预先对手指出现在各组传感器的概率进行统计，并根据统计出的概率获得手指在触摸屏上的坐标位置，根据手指的坐标位置以及出现在各组传感器的概率对手指坐标进行建模获得手指坐标动态模型，根据所述手指坐标动态模型定位手指坐标，触摸屏根据手指坐标上手指的动作进行相应的响应。
2.根据权利要求1所述投射式电容触摸屏感应系统的感应方法，其特征在于，所述自适应滤波器包括参数可调的数字滤波器和用于调整所述数字滤波器系数的自适应算法。
3.根据权利要求2所述投射式电容触摸屏感应系统的感应方法，其特征在于，所述自适应滤波器的结构采用FIR横向滤波器结构。
4.根据权利要求2所述投射式电容触摸屏感应系统的感应方法，其特征在于，自适应算法为LMS算法。
5.一种投射式电容触摸屏感应系统，其特征在于，包括触摸屏、连接于所述触摸屏的多组传感器；所述触摸屏还连接一用于对触摸屏的噪声信号进行滤波处理的自适应滤波器，所述触摸屏的各组传感器之间连接外部等化器，用于将各组传感器之间接收到的每组信号调整为相同，在每组传感器内部设置有内部等化器，用于将每组传感器接收到的多组信号调整为相同，所述触摸屏还连接一手指坐标动态模型建立模块，用于预先对手指出现在各组传感器的概率进行统计，并根据统计出的概率获得手指在触摸屏上的坐标位置，根据手指的坐标位置以及出现在各组传感器的概率对手指坐标进行建模获得手指坐标动态模型，根据所述手指坐标动态模型定位手指坐标，触摸屏根据手指坐标上手指的动作进行相应的响应。
6.根据权利要求5所述投射式电容触摸屏感应系统，其特征在于，所述自适应滤波器包括参数可调的数字滤波器和用于调整所述数字滤波器系数的自适应算法。
7.根据权利要求6所述投射式电容触摸屏感应系统，其特征在于，所述自适应滤波器的结构为FIR横向滤波器结构。
8.根据权利要求6所述投射式电容触摸屏感应系统，其特征在于，自适应算法为LMS算法。
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