CN102999241B - 采用电容触摸检测和实时图像定位的触摸屏 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采用电容触摸检测和实时图像定位的触摸屏，包括显示器，其特征在于，所述触摸器还包括设置在显示器前上方并对显示器的显示屏表面进行拍摄的摄像头，所述显示器的显示屏表面贴有导电薄膜，所述导电薄膜的导电层连接到电容触摸检测电路，所述电容触摸检测电路包括一个单片机，其输出连接到一个计算机接口电路或驱动一个触摸指示发光器。相对于现有技术，本发明具有现有电容式触摸屏的触摸手感和灵敏度，同时可以实现大尺度触摸屏，由于采用正面图像采集，避免了现有技术如红外边框技术中侧向光线干扰的问题，可以采用单摄像头，特别是廉价的USB摄像头，电路简化，安装简单，成本低，并且对显示屏的平整度要求较低，进一步降低了成本。

Description

采用电容触摸检测和实时图像定位的触摸屏
技术领域
本发明涉及一种触摸屏，具体来说涉及一种采用电容检测实现触摸检测和实时图像分析实现坐标定位的触摸屏及其方法。
背景技术
触摸屏作为一种集显示和交互输入于一体的电子设备，其应用越来越多。小到个人移动设备，大到电子白板，都使用了触摸屏技术。在小型的设备中，目前最主流的技术是以iPhone为代表的电容式触摸屏，在大型电子白板中，则主要采用压感定位、红外发射接收对管阵列定位、侧向图像跟踪交叉定位等实现触摸操作。这些技术各有其固有缺点和限制。电容式触摸屏采用密集的横纵透明导电线，通过电容效应的检测实现定位，效果是理想的，但因为复杂度和成本问题，只能用于手机等小型设备；压感式白板需要在硬质实体白板上添加压感膜，成本较高，易于损坏，且由于需要压力触发，手感较差；红外边框式白板易于受到光干扰，在大尺寸时成本增高、分辨率降低、抗干扰变差；侧向图像跟踪交叉定位白板易于受到光线干扰，且因为两个摄像装置需要远距离安装，较复杂、成本较高，对板面平整度要求高。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的技术问题提供一种结构简单，并且可以实现大尺寸、低成本，易维护、可靠性高、手感好的触摸屏以及实现触摸屏的方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种采用电容触摸检测和实时图像定位的触摸屏，包括显示器，其特征在于，所述触摸屏还包括设置在显示器前上方并对显示器的显示屏表面进行拍摄的摄像头，所述显示器的显示屏的表面贴有导电薄膜，所述导电薄膜的导电层连接到一个电容触摸检测电路，所述电容触摸检测电路包括一个单片机，其输出连接到一个计算机接口电路或驱动一个触摸指示发光器。
其工作原理是，当手指进入摄像头拍摄的显示屏范围内时，通过对摄像头所采集的图像的分析，可以取得指尖的坐标位置信息；当手指接触显示屏表面的导电薄膜时，其作用等价于在所述导电薄膜上加入了一个容性负载，从而引起电容传感模块中的频率漂移，可以被电容触摸检测电路所检测，并产生触摸状态信息。上述两种信息都传输到计算机或处理电路，综合这两种信息，可以同时实现定位和触摸检测，从而实现触摸屏功能。
作为将触摸状态信息传输的计算机的一种方法，引入了触摸指示发光器，所述电容触摸检测电路驱动触摸检测发光器发光或熄灭，从而通过摄像头输出的图像可以取得触摸状态信息。为了达到此目的，所述的触摸指示发光器可以安装于显示屏的上边缘中点，使摄像头可以拍摄到发光器，同时不易受到阻挡。
作为本发明的一种改进，为了避免可见光影响，特别是显示画面的影响，上述的发光器件为红外发射管，上述摄像头内部安装有透过相应红外线的滤光片。
作为本发明的一种改进，在所述摄像头附近设置有发光并均匀照射在显示器表面的照明发光器，从而在较暗的环境中可以进行有效的图像采集。
作为本发明的一种改进，所述导电薄膜上的导电层可以划分成若干紧密相邻但互不导通的导电区块，每个导电区块单独连接到触摸检测电路的单片机的一个输入引线。这样的优点是，每一部分较小，单独检测，从而灵敏度高；可在任一部分检测，有触摸则输出触摸状态。并且可以根据各部分的检测结果进一步了解触摸范围和点数。
上述显示屏可以是液晶显示器等平板显示器，也可以是实体投影白板、投影屏幕等投影显示表面。
另外，上述摄像头的图像可以在普通计算机中进行处理，也可以采用专用硬件处理电路进行处理，将处理结果数据传输到计算机，这样可降低计算机负荷，减少通信数据量，也便于无线传输。所述触摸检测电路的输出可以连到一个计算机接口电路，如USB接口芯片，将其信号传输到计算机，同时也可以连到一个触摸指示发光管，通过摄像头读取发光管亮度信息从而取得触摸状态。
所述导电薄膜当用于平板显示器时应当是透明的，当应用于投影显示时，可以是不透明的。
作为本发明的一种低成本应用，所述摄像头可以是一个普通USB摄像头。
一种实现触摸屏方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤，(1)图像摄取，在发光器件的照射下，通过摄像头采集显示屏的图像，将采集的图像传输到计算机或处理电路；(2)将上述输出图像进行分析，取得触摸位置；(3)检测显示器表面的导电薄膜的电容变化，如果大于某一阈值则输出特定电平表示触摸状态；(4)将所述电容检测的输出结果和图像分析取得的触摸位置数据同时输入计算机，(5)根据上述数据决定触摸动作。
作为上述方法的一种改进，将所述触摸状态用发光管发光和熄灭表示，并通过摄像头进行读取。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：(1)具有现有电容式触摸屏的触摸手感和灵敏度，同时可以实现大尺度触摸屏；(2)由于采用正面图像采集，避免了现有技术如红外边框技术中侧向光线干扰的问题，特别是没有屏幕表面反射造成的干扰问题；(3)可以采用单摄像头，特别是廉价的USB摄像头，电路简化，安装简单，成本低；(4)对显示屏的平整度要求较低，进一步降低了成本。
附图说明
图1为本发明实施例1结构示意图；
图2为本发明实施例1中导电薄膜的示意图。
图中：1为显示屏，2为摄像头，3为照明发光器，4为导电薄膜，5为导电薄膜上的导电区块，6为电容触摸检测电路，7为触摸指示发光管。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图和具体实施方式对本发明作出进一步的说明和介绍。
实施例1：
参见图1，一种采用电容触摸检测和实时图像定位的触摸屏，所述触摸屏包括显示屏1，它是一个平板显示器，如52英寸的液晶显示器；设置在显示器1前上方并对显示器屏幕进行拍摄的摄像头2，所述摄像头2可以采用普通的USB摄像头，其图像可以直接通过USB接口传输到计算机进行图像分析；所述摄像头附近设置有红外发射管3，红外发光管设置为850nm的红外LED，在摄像头的镜头上设置有相应的透过红外光的带通滤光片，从而滤除可见光。上述红外发射管安装在摄像头附近，且靠近屏幕中心一侧，从而有利于指尖处形成阴影和明显的边界线，便于尖端检测；触摸检测电路6主要由一片Microchip公司的PIC16F1824构成；在显示器1的屏幕表面贴有导电薄膜4，导电薄膜上的导电层被划分为同样尺寸的若干个导电小区5，它们紧密相邻但相互绝缘。每一个导电小区连接到电容触摸检测电路6的单片机的一个电容传感模块引脚。当用户手指接触导电薄膜时，就加入了一个容性负载，引起电容传感模块中的频率漂移从而被检测。由于导电膜分成面积较小的部分并单独检测，从而提高了触摸检测可靠性。
本实施例中导电薄膜4的结构和它们与触摸检测电路6的连接方式见图2。
实施例2：
参见图1和图2，作为本发明的一种改进，引入了触摸指示发光器7，它连到所述电容触摸检测电路并被其驱动，当检测到触摸信号时使触摸指示发光器7发光，否则熄灭，从而通过摄像头输出的图像可以取得触摸状态信息。所述的触摸指示发光器7安装于显示器屏幕的的上边缘中点，这样使摄像头可以拍摄到发光器，同时不易受到阻挡。
实施例3：
参见图1，一种触摸屏的实现方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)图像摄取，在发光器件的照射下，通过摄像头采集显示屏的图像，将采集的图像传输到计算机或处理电路；(2)将上述输出图像进行分析，取得触摸位置；(3)检测显示器表面的导电薄膜的电容变化，如果大于某一阈值则输出特定电平表示触摸状态；(4)将所述电容检测的输出结果和图像分析取得的触摸位置数据同时输入计算机；(5)根据上述数据决定触摸动作。
作为一种改进，可以将所述触摸状态用发光管的发光和熄灭表示，并通过摄像头进行读取。
需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上，所作出的等同替换或者替代，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种采用电容触摸检测和实时图像定位的触摸屏，包括显示器，其特征在于，所述触摸屏还包括设置在显示器前上方并对显示器的显示屏(1)表面进行拍摄的摄像头(2)，所述显示器的显示屏(1)表面贴有导电薄膜(4)，所述导电薄膜(4)的导电层连接到电容触摸检测电路(6)，所述电容触摸检测电路(6)包括一个单片机，其输出连接到一个计算机接口电路或驱动一个触摸指示发光器(7)。
2.根据权利要求1所述的一种采用电容触摸检测和实时图像定位的触摸屏，其特征在于，所述摄像头(2)附近设置有发光并均匀照射在显示器表面的照明发光器(3)，所述的照明发光器(3)和触摸指示发光器(7)为红外发射管，所述摄像头(2)内部安装有透过其红外线的滤光片。
3.根据权利要求1所述的一种采用电容触摸检测和实时图像定位的触摸屏，其特征在于，所述的触摸指示发光器(7)安装于显示屏(1)的上边缘中点。
4.根据权利要求1所述的一种采用电容触摸检测和实时图像定位的触摸屏，其特征在于，所述导电薄膜(4)上的导电层由若干紧密相邻但互不导通的导电区块(5)，每个导电区块(5)单独连接到所述触摸检测电路(6)的单片机的一个输入引线。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种采用电容触摸检测和实时图像定位的触摸屏，其特征在于，所述导电薄膜(4)是透明的。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的一种采用电容触摸检测和实时图像定位的触摸屏，其特征在于，所述摄像头(2)为一个USB摄像头。
7.一种采用如权利要求1至6之一所述设备实现触摸屏的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：①图像摄取，在发光器件的照射下，通过摄像头(2)采集显示屏(1)的图像，将采集的图像传输到计算机或处理电路；②将上述输出图像进行分析，取得触摸位置；③检测显示器表面的导电薄膜(4)的电容变化，如果大于某一阈值则输出特定电平表示触摸状态；④将所述电容检测的输出结果和图像分析取得的触摸位置数据同时输入计算机；⑤根据上述数据决定触摸动作。
8.根据权利要求7所述的实现触摸屏的方法，其特征在于，将所述触摸状态用发光管的发光和熄灭表示，并通过摄像头(2)进行读取。
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