CN103105977A - 一种抗红外噪声的触点识别方法、装置以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于触摸识别技术领域，提供一种抗红外噪声的触点识别方法、装置及系统，所述方法包括：获取相邻两帧图像，其中一帧为手指阴影图像，另一帧为手指触点图像；获取所述相邻两帧图像的各个对应像素点的灰度值差值；统计所述差值中大于预设像素阈值的像素点个数；当所述像素点个数大于预设次数阈值时，即可判定当前图像中包含有触点信息。本发明技术方案与现有技术相比，引入了手指阴影图像，当外界环境光越强时，由于所述红外光源关闭，所述手指阴影图像越暗，即灰度值越小，这样所述手指触点图像和手指阴影图像的灰度差值就越大，这样就更有利于识别出触点信息，提高了触摸识别的抗红外干扰的能力。

Description

一种抗红外噪声的触点识别方法、装置以及系统

技术领域

本发明属于触摸识别技术领域，尤其涉及一种抗红外噪声的触点识别方法、装置以及系统。 

背景技术

人机交互技术成为消费电子、工业控制等领域的关键技术之一。与此同时触摸技术，尤其是多点触摸（Multi-Touch）技术的出现使人机交互方式产生了革命性的变化。 

目前小尺寸中的多点触摸技术已在手机、平板电脑等消费电子产品中得到广泛应用，比如目前在小尺寸屏幕中广泛应用的投射电容触摸技术，但是在大尺寸（≥30英寸）的触控面板中，多点触摸技术还存在一些问题，如在传统红外技术和基于摄像头的光学技术中，存在触点识别不精确、不能进行物体识别等问题，因而应用受到限制。 

而新型的基于视觉（Vision–Based）的多项多点触摸技术不仅提高了多点识别的精度，也可以引入悬浮（Hover）、物体识别等功能，但系统稳定性还需提升。目前基于视觉的多点触摸实现技术有：受抑全内反射多点触摸技术（FTIR，Frustrated Total Internal Reflection），背面散射光多点触摸技术（Rear-DI，Rear Diffused Illumination），散射光平面多点触摸技术（DSI，Diffused Surface Illumination），激光平面多点触摸技术（LLP，Laser Light Plane）。相对于其他技术FTIR多点触摸技术无需密闭封装，可进一步轻薄化，触点对比度（blob contrast）及压力感应（pressure sensation）均比较高，且无物体相互阻挡(occlusion)问题，是一项具有巨大潜力的触摸解决方案。 

目前的FTIR技术是根据手指触点图像（即用户将手指触摸到触摸板时摄 像头所获取的图像）和背景光图像（即用户手指离开触摸板范围时摄像头所获取的图像）的灰度值差值来识别手指的触点信息，此时所述红外光源是常亮的，在实际情况下，当外界环境的红外光较强时，比如室内照明、强烈日光下，所述手指触点图像和背景光图像基本相当，这两帧图像的灰度差值与随机噪声无法有效区分，导致手指触点对比度低，无法被识别。 

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种抗红外噪声的触点识别方法、装置以及系统，旨在解决现有FTIR技术方案在外界环境红外噪声较强时，手指触点识别度低的技术问题。 

一方面，所述抗红外噪声的触点识别方法包括： 

获取相邻两帧图像，其中一帧为手指阴影图像，另一帧为手指触点图像； 

获取所述相邻两帧图像的各个对应像素点的灰度值差值； 

统计所述差值中大于预设像素阈值的像素点个数； 

当所述像素点个数大于预设次数阈值时，即可判定当前图像中包含有触点信息。 

另一方面，所述抗红外噪声的触点识别装置包括： 

图像获取单元，用于获取相邻两帧图像，其中一帧为手指阴影图像，另一帧为手指触点图像； 

差值获取单元，用于获取所述相邻两帧图像的各个对应像素点的灰度值差值； 

像素点统计单元，用于统计所述差值中大于预设像素阈值的像素点个数； 

触点判断单元，用于当所述像素点个数大于预设次数阈值时，即可判定当前图像中包含有触点信息。 

在一方面，所述抗红外噪声的触点识别系统包括受抑全内反射触摸平台、红外光源、以及用于获取所述受抑全内反射触摸平台上的图像的摄像头，所述 受抑全内反射触摸平台包括触摸板，所述红外光源发出的红外光照射到所述触摸板，所述系统还包括同步脉冲控制器，所述摄像头输出帧同步信号，并连接到所述同步脉冲控制器，所述同步脉冲控制器输出开关脉冲，并端连接到所述红外光源控制其发光，在所述帧同步信号的相邻帧周期内，所述同步脉冲控制器顺次输出高低电平。 

本发明的有益效果是：由于现有FTIR技术是通过手指触点图像和背景光图像的灰度值差值来识别手指的触点信息，当外界环境的红外光较强时，所述手指触点图像和背景光图像基本相当，这两帧图像的灰度差值与随机噪声无法有效区分，而本发明技术方案采用了基于同步脉冲电源的相邻帧差算法（SPLA，Synchronized Pulsed LED Algorithm），在用户触摸了触摸板时，摄像头获取到的相邻两帧图像中，一帧是红外光源开启时摄像头所获取的图像，即手指触点图像，另一帧是红外光源关闭时摄像头所获取的图像，即手指阴影图像，根据所述手指触点图像和手指阴影图像的灰度差值来识别触点信息，当外界环境光越强时，由于所述红外光源关闭，所述手指阴影图像越暗，即灰度值越小，这样所述手指触点图像和手指阴影图像的灰度差值就越大，这样就更有利于识别出触点信息，因此本发明与现有技术相比，将背景光图像替换成手指阴影图像，使得本发明能够提高手指触点在环境红外噪声大（如室内照明、强烈日光）的情况下的对比度，使手指触点被正常地识别，增强FTIR技术对环境光的稳定性。 

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的抗红外噪声的触点识别方法的流程图； 

图2是本发明第二实施例提供的抗红外噪声的触点识别方法的流程图； 

图3是现有FTIR技术中识别触点位置信息的处理示意图； 

图4是本发明第二实施例中识别触点位置信息的处理示意图； 

图5是本发明第三实施例提供的抗红外噪声的触点识别装置的结构方框图； 

图6是本发明第四实施例提供的抗红外噪声的触点识别装置的结构方框图； 

图7是本发明第五实施例提供的抗红外噪声的触点识别系统的结构图； 

图8是第五实施例中同步脉冲控制器的一种优选的结构。 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。 

实现本发明技术方案需要首先搭建硬件平台，使得用户在触摸触摸板时，摄像头在获取到的相邻的两帧图像中，一帧图像是手指阴影图像，另一帧图像为手指触点图像。为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。 

实施例一：

图1示出了本发明第一实施例提供的抗红外噪声的触点识别方法的流程，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。 

本实施提供的抗红外噪声的触点识别方法包括： 

步骤S101、获取相邻两帧图像，其中一帧为手指阴影图像，另一帧为手指触点图像。 

摄像头在拍摄视频时，是按照一定节拍快速记录一帧一帧的不连续图像，再利用人眼的视觉暂留现象，快速播放这些图像，这样就可以达到连续播放的效果，本步骤中，需要控制好红外光源的发光时间，使得红外光源与摄像头获取图像同步，并且在摄像头获取到的相邻两帧图像中，一帧为手指阴影图像，另一帧为手指触点图像。 

步骤S102、获取所述相邻两帧图像的各个对应像素点的灰度值差值； 

步骤S103、统计所述差值中大于预设像素阈值的像素点个数。 

在获取到所述相邻的两帧图像之后，得到这两张图像各个像素点的灰度值，再将对应像素点的灰度值相减并取绝对值得到灰度差值，并判断该灰度差值是否大于预设像素阈值，并记录下所述灰度差值大于预设像素阈值的像素点个数。 

步骤S104、当所述像素点个数大于预设次数阈值时，即可判定当前图像中包含有触点信息。 

由于可能存在噪声干扰，即使在用户没有触摸触摸板时，也可能存在少许的像素点对应的灰度差值大于所述预设像素阈值，因此本步骤需进一步判断所述灰度差值大于预设像素阈值的像素点的个数，当所述像素点个数大于预设次数阈值时，即可判定当前图像中包含有触点信息，即当前用户已经触摸了触摸板。 

本实施例与现有技术相比，引入了手指阴影图像，当外界环境光越强时，由于所述红外光源关闭，所述手指阴影图像越暗，即灰度值越小，这样所述手指触点图像和手指阴影图像的灰度差值就越大，这样就更有利于识别出触点信息，提高了触摸识别的抗红外干扰的能力。 

实施例二：

图2示出了本发明第二实施例提供的抗红外噪声的触点识别方法的流程，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。 

本实施提供的抗红外噪声的触点识别方法包括： 

步骤S201、获取相邻两帧图像，其中一帧为手指阴影图像，另一帧为手指触点图像； 

步骤S202、获取所述相邻两帧图像的各个对应像素点的灰度值差值； 

步骤S203、统计所述差值中大于预设像素阈值的像素点个数； 

步骤S204、当所述像素点个数大于预设次数阈值时，即可判定当前图像中 包含有触点信息。 

上述步骤S201-S204与实施例一中步骤S101-S104相同此处不再赘述。 

步骤S205、输出所述两帧图像的灰度差值图像帧； 

步骤S206、对所述灰度差值图像帧进行去噪处理； 

步骤S207、将去噪后的灰度差值图像帧二值化处理，得到当前触点位置信息。 

本实施例在实施例一的基础上增加了步骤S205-S207，可以进一步识别出触点的具体位置，为了便于理解，参照图3和图4，分别给出了现有FTIR技术方法和本实施例方法中识别触点位置信息的处理示意图，如图3所示，现有的FTIR技术首先是获取手指触点图像和背景光图像的灰度差值图像帧，滤噪后通过二值化处理得到了二值图，如图4所示，首先是获取手指阴影图像和手指触点图像的灰度差值图像帧，滤噪后再经过二值化处理得到了二值图，对比图3和图4所得到的二值图，可以看出采用本实施所采用的方法更能得到清晰的对比度图像，更能准确地得到各个触点位置信息，提高了触点识别的准确率 

实施例三：

图5示出了本发明第三实施例提供的抗红外噪声的触点识别装置的结构方框图，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。 

本实施提供的抗红外噪声的触点识别装置包括： 

图像获取单元501，用于获取相邻两帧图像，其中一帧为手指阴影图像，另一帧为手指触点图像； 

差值获取单元502，用于获取所述相邻两帧图像的各个对应像素点的灰度值差值； 

像素点统计单元503，用于统计所述差值中大于预设像素阈值的像素点个数； 

触点判断单元504，用于当所述像素点个数大于预设次数阈值时，即可判 定当前图像中包含有触点信息。 

本实施例提供的各个功能单元501-504对应实现了实施例一中步骤S101-S104，本装置属于摄像头的数据处理部分，具体的，图像获取单元501获取相邻两帧图像后，差值获取单元502获取所述相邻两帧图像的各个对应像素点的灰度值差值，像素点统计单元503再统计出所述差值中大于预设像素阈值的像素点个数，当所述像素点个数大于预设次数阈值时，触点判断单元504即可判定当前图像中包含有触点信息。本实施例与现有技术相比，引入了手指阴影图像，提高了触摸识别的抗红外干扰的能力。 

实施例四：

图6示出了本发明第四实施例提供的抗红外噪声的触点识别装置的结构方框图，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。 

本实施提供的抗红外噪声的触点识别装置包括： 

图像获取单元61，用于获取相邻两帧图像，其中一帧为手指阴影图像，另一帧为手指触点图像； 

差值获取单元62，用于获取所述相邻两帧图像的各个对应像素点的灰度值差值； 

像素点统计单元63，用于统计所述差值中大于预设像素阈值的像素点个数； 

触点判断单元64，用于当所述像素点个数大于预设次数阈值时，即可判定当前图像中包含有触点信息； 

图像输出单元65，用于输出所述两帧图像的灰度差值图像帧； 

触点信息获取单元66，用于根据所述灰度差值图像帧得到当前触点位置信息。 

其中，所述触点信息获取单元66包括： 

去噪模块661，用于对所述灰度差值图像帧进行去噪处理； 

信息获取模块662，用于将去噪后的灰度差值图像帧进行二值化处理，得到当前触点位置信息。 

本实施例提供的各个功能单元和功能模块对应实现了实施例二中的各个步骤，另一方面，本实施例在实施例三的基础上增加了图像输出单元65和触点信息获取单元66，同时进一步提供了触点信息获取单元66一种具体优选的结构，通过这些增加的单元，本实施例可以在实施例三识别出触点信息的基础上，进一步获取到触点的位置信息，使得本实施例的实用性更强，能够根据不同的触点位置信息执行后续操作。 

实施例五：

图7示出了本发明第五实施例提供的抗红外噪声的触点识别系统的结构图，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。 

如图7所示，本实施提供的抗红外噪声的触点识别系统包括受抑全内反射触摸平台1、红外光源2、以及用于获取所述受抑全内反射触摸平台上的图像的摄像头3，所述受抑全内反射触摸平台1包括触摸板，所述红外光源2发出的红外光照射到所述触摸板，所述系统还包括同步脉冲控制器4，所述摄像头3输出帧同步信号Vsync，并连接到所述同步脉冲控制器4，所述同步脉冲控制器4输出开关脉冲PWM_LED，并连接到所述红外光源2控制其发光，在所述帧同步信号的相邻帧周期内，所述同步脉冲控制器4顺次输出高低电平。 

本实施例提供一种可以完成实施例一和实施例二而所述方法的系统，所述实施例三和实施例四提供的装置位于所述摄像头3的数据处理部分，可以通过数字处理芯片实现，本实施例系统中，重点部分在于同步脉冲控制器4，通过该控制器可以实现所述摄像头的拍摄图像和红外光源的开关同步，能够满足在所述帧同步信号Vsync的相邻帧周期内，所述同步脉冲控制器4顺次输出高低电平，此顺次输出高低电平即为用于控制红外光源开启和关闭的开关脉冲PWM_LED，作为一种可实现的方式，参照如图8所示的帧同步信号Vsync和 开关脉冲PWM_LED时序关系图，在所述帧同步信号的同一方向的边沿触发时刻，如图所示的下降沿触发时刻，所述同步脉冲控制器4顺次改变输出电平的方向形成开关脉冲，即在不同的帧周期内相应输出高低电平，来控制所述红外光源2分别开启和关闭，摄像头在每个帧周期中拍摄图像，具体的，在图8中，在帧同步信号Vsync的奇数帧中，开关脉冲PWM_LED为高电平，此时开启红外光源，在帧同步信号Vsync的偶数帧中，开关脉冲PWM_LED为低电平，此时关闭红外光源，这样就可以保证在相邻的两帧图像中，有一帧为红外光源开启时摄像头所获取的图像，另一帧为红外光源关闭时摄像头所获取的图像，再对所述获取到的两帧图像数据处理，即可实现本发明技术方案，达到抗红外噪声干扰的目的。 

下面列举出同步脉冲控制器4的一种具体优选的结构，如图8所示，所述同步脉冲控制器4包括微处理器41、电源控制模块42和MOS管Q1，所述微处理器41的输入端口用于接入帧同步信号，所述微处理器41的输出端口连接到MOS管Q1的栅极，并且通过第二电阻R2接地，所述MOS管Q1的源极接地，源极和漏极之间连接有双向触发二极管BP1，且所述MOS管Q1的漏极连接到所述电源控制模块42的输入端，所述电源控制模块42的输出端输出开关脉冲信号，用于连接到所述红外光源，所述电源控制模块42的所述输入端和输入端通过并联的第一电阻R1和第一电容C1上拉到工作电源Vcc。其中，所述C1和R1用于滤去电源噪声，微处理器41根据输入的帧同步信号Vsync，在Vsync的上升沿（或下降沿）时刻，顺次输出高低电平，从而控制MOS管的导通和截止，进而使得电源控制模块42相应输出开关脉冲。 

显然本实施例不局限于上述这个电路结构，本领域的技术人员可以按照本实施例中同步脉冲控制器4工作思想设计出各种电路结构，这都在本发明的保护范围之内，只要是能按照要求控制红外光源开启和关闭即可。 

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以在存储于一计算机 可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种抗红外噪声的触点识别方法，其特征在于，所述方法包括：

获取相邻两帧图像，其中一帧为手指阴影图像，另一帧为手指触点图像；

获取所述相邻两帧图像的各个对应像素点的灰度值差值；

统计所述差值中大于预设像素阈值的像素点个数；

当所述像素点个数大于预设次数阈值时，即可判定当前图像中包含有触点信息。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，当所述像素点个数大于预设次数阈值时，即可判定当前图像中包含有触点信息步骤之后，还包括：

输出所述两帧图像的灰度差值图像帧；

根据所述灰度差值图像帧得到当前触点位置信息。

3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述根据所述灰度差值图像帧得到当前触点位置信息步骤，具体包括：

对所述灰度差值图像帧进行去噪处理；

将去噪后的灰度差值图像帧二值化处理，得到当前触点位置信息。

4.一种抗红外噪声的触点识别装置，其特征在于，所述装置包括：

图像获取单元，用于获取相邻两帧图像，其中一帧为手指阴影图像，另一帧为手指触点图像；

差值获取单元，用于获取所述相邻两帧图像的各个对应像素点的灰度值差值；

像素点统计单元，用于统计所述差值中大于预设像素阈值的像素点个数；

触点判断单元，用于当所述像素点个数大于预设次数阈值时，即可判定当前图像中包含有触点信息。

5.如权利要求4所述装置，其特征在于，所述装置还包括：

图像输出单元，用于输出所述两帧图像的灰度差值图像帧；

触点信息获取单元，用于根据所述灰度差值图像帧得到当前触点位置信息。

6.如权利要求5所述装置，其特征在于，所述触点信息获取单元包括：

去噪模块，用于对所述灰度差值图像帧进行去噪处理；

信息获取模块，用于将去噪后的灰度差值图像帧进行二值化处理，得到当前触点位置信息。

7.一种抗红外噪声的触点识别系统，所述系统包括受抑全内反射触摸平台（1）、红外光源（2）、以及用于获取所述受抑全内反射触摸平台上的图像的摄像头（3），所述受抑全内反射触摸平台（1）包括触摸板，所述红外光源（2）发出的红外光照射到所述触摸板，其特征在于，所述系统还包括同步脉冲控制器（4），所述摄像头（3）输出帧同步信号，并连接到所述同步脉冲控制器（4），所述同步脉冲控制器（4）输出开关脉冲，并端连接到所述红外光源（2）控制其发光，在所述帧同步信号的相邻帧周期内，所述同步脉冲控制器（4）顺次输出高低电平。

8.如权利要求7所述系统，其特征在于，在所述帧同步信号的同一方向的边沿触发时刻，所述同步脉冲控制器（4）顺次改变输出电平的方向形成开关脉冲，使得所述摄像头（3）在获取相邻两帧图像的期间内，所述红外光源（2）分别开启和关闭。

9.如权利要求8所述系统，其特征在于，所述同步脉冲控制器（4）包括微处理器（41）、电源控制模块（42）和MOS管（Q1），所述微处理器（41）的输入端口用于接入帧同步信号，所述微处理器（41）的输出端口连接到MOS管（Q1）的栅极，并且通过第二电阻（R2）接地，所述MOS管（Q1）的源极接地，源极和漏极之间连接有双向触发二极管（BP1），且所述MOS管（Q1）的漏极连接到所述电源控制模块（42）的输入端，所述电源控制模块（42）的输出端输出开关脉冲信号，用于连接到所述红外光源，所述电源控制模块（42）的所述输入端和输入端通过并联的第一电阻（R1）和第一电容（C1）上拉到工作电源（Vcc）。

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