CN103135811A - 噪声过滤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于一触控显示装置的噪声过滤方法，包含有撷取多个触控信号，其中多个触控信号是相对应于触控显示装置上的多个触控点；根据一触控临限值，自多个触控信号中选取出多个环境感测信号；计算多个环境感测信号的一峰对峰数值；比较峰对峰数值与一噪声临限值，用以产生一比较结果；以及根据比较结果，判断出一滤波系数，用以进行噪声过滤处理。

Description

噪声过滤方法

技术领域

本发明涉及一种噪声过滤方法，尤其涉及一种能动态侦测环境噪声大小的噪声过滤方法。

背景技术

由于触控显示装置提供使用者更直觉及便利的操作方式，因而已经广泛地运用于各种消费性电子产品中。一般来说，触控显示装置是由一显示器及一透明触控板所组成，并且通过将透明触控面板贴合于显示器上而能同时实现触控及显示功能。在当前的应用中尤其以电容式触控技术最受欢迎。

电容式触控技术主要通过侦测人体(或物体)与触控面板上的触控点接触时，因静电结合所产生的感应电容变化，来判断触控事件。请参考图1，图1为已知一电容式触控面板10的示意图。电容式触控面板10主要由设置于一衬底102上的感应电容串行X₁～X_m及Y₁～Y_n所组成，且每一感应电容串行是由多个感应电容串接而成，如图1所示，其中每一感应电容是菱形状的一维结构，其大小约从4公厘到7公厘。在此情况下，已知技术会通过结合内差法来求出触控点的坐标位置，用以达到精确地定位功能。举例来说，若感应电容的大小为6公厘，则能提供的空间分辨率约为50毫米，关于内差法的详细描述与计算方式为本领域技术人员所熟知，在此不加赘述。然而，通过内差法所计算出的坐标位置易受到噪声所干扰而产生误差，甚至因而造成坐标位置会随时间产生扰动飘移的现象。为了解决前述问题，已知技术通常会于各触控点所在的感测区域中加入数字低通滤波器的设计，来滤除感测区域中的噪声，用以减少坐标位置会随时间产生扰动飘移的现象。

一般来说，数字低通滤波器是由一个一阶无限脉冲响应滤波器来实现。数字低通滤波器的滤波系数通常是选用固定的数值，且为了提高反应速度及避免使用者产生停顿延迟的感觉，通常仅通过两个周期来撷取输入信号用以产生输出信号。一阶IIR滤波器的数学式表示式为：

y[n]＝(1-α)·y[n-1]+α·x[n]………………………………………(1)

其中x[n]为滤波器的输入信号，y[n]为滤波器的输出信号，α为IIR滤波器的一系数，且大小介于0到1之间。考虑到实作上的便利性，系数α通常设定为2的幂次(即1/4、1/2、3/4…等)。详细来说，通过目前的输入信号及前一笔输出信号即可决定出目前的输出信号，如此一来，在实现噪声滤波处理时，将不会用到大量的内存空间。

另一方面，IIR滤波器的效能是由系数α所决定，当IIR滤波器的系数α越小，则输出结果的输出曲线将会呈现出更平滑且稳定的效果。然而，在此情况下，一旦目前的输入信号明显不同于先前的输入信号时，则相对需要较长的反应时间，来使输出结果回复至稳态；同理，当系数α越大，则输出结果所需的反应时间越短。然而，在此情况下，若是输入信号中具有较多的噪声成份，则输出结果的输出曲线将会受到噪声的干扰而呈现较多震荡且不稳定。简言之，当系数α较小时，IIR滤波器具有较强的滤波效果，因此噪声抑制能力较强；当系数α较大时，IIR滤波器具有较差的滤波效果，因此噪声抑制能力较弱。举例来说，请参考图2，图2为IIR滤波器于同一输入信号下使用不同系数α时的输出结果的示意图，其中横轴为时间，纵轴为信号强度。如图2所示，于系数α等于1的情形下，输出信号会等于输入信号，即代表没有滤波的效果。于系数α等于1/4的情形下，由于具有较强的滤波效果，其输出结果的输出曲线会呈现出平滑且稳定的趋势，当然，所需的反应时间相对地较长且输出结果亦呈现延迟的现象。于系数α等于1/2的情形下，滤波效果较差且所需的反应时间较短(相较于系数α等于1/4的情形来说)，也就是说，相较于系数α等于1/4的情形，当系数α等于1/2时，IIR滤波器虽能及时反应输入信号，但对于噪声的抵抗能力相对较差。

由于在实作上数字低通滤波器的滤波系数通常是选用固定的数值，因此，若使用系数α较小的IIR滤波器虽会具有较佳的噪声抑制能力，但随之而来的是较长的反应时间，也就是说，即便是输入信号中的噪声成份不多，仍需经过冗长的反应时间。若使用系数α较大的IIR滤波器虽反应时间较短，但噪声抑制能力可能不足以处理输入信号中的噪声成份。简言之，随着时间与环境的变异下，由各触控点上所感测到的触控信号将可能有不同大小的噪声成份，若仅使用一固定的滤波系数来进行滤波处理，将可能会因滤波能力不足而无法顺利提高触控点的坐标位置的估算精确度，或是耗费过多的反应时间来进行噪声过滤。

发明内容

本发明的主要目的即在于提供一种用于一触控显示装置的噪声过滤方法，以通过动态地侦测环境中的噪声多寡来调整滤波器的滤波系数，进而提高坐标位置的精确度与减少坐标位置随时间产生扰动飘移的现象，并可有效缩短滤波器的反应时时间与降低噪声过滤处理的处理时间。

本发明公开一种用于一触控显示装置的噪声过滤方法，包含有撷取多个触控信号，其中多个触控信号是相对应于触控显示装置上的多个触控点；根据一触控临限值，自多个触控信号中选取出多个环境感测信号；计算多个环境感测信号的一峰对峰数值；比较峰对峰数值与一噪声临限值，用以产生一比较结果；以及根据比较结果，判断出一滤波系数，用以进行噪声过滤处理。

附图说明

图1为已知一电容式触控面板的示意图。

图2为一阶无限脉冲响应滤波器于同一输入信号下使用不同是数时的输出结果的示意图。

图3为本发明实施例的一噪声过滤流程的示意图。

图4为本发明实施例的另一噪声过滤流程的示意图。

图5为本发明实施例的一低噪声环境的触控感应信号值分布的示意图。

图6为本发明实施例的一高噪声环境的触控感应信号值分布的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10                             電容式觸控面板

102                            衬底

30、40                         雜訊過濾流程

300、302、304、306、308、      步驟

310、312、400、402、

404、406、408、410、

412、414、416、418、

420

50                             觸控面板

500、502、504、506、508        觸控黠

Touch                          區域範圍

X1～Xm、Y1～Yn                 感應電容串列

具体实施方式

本发明所揭露的噪声过滤方法，可适用于任一类型的电容式触控显示装置，非用以限制本发明。再者，本发明所揭露的噪声过滤方法，可任意搭配电容式触控显示装置，用以提供电容式触控显示装置正常运作，则在此不详加赘述。另外，本发明所揭露的噪声过滤方法亦搭配一个无限脉冲响应(Infinite Impulse Response，IIR)滤波器，其运作及设计所套用的数学公式与已知技术相似，在此不加赘述，相对于已知技术而言，本发明提供通过侦测环境噪声的噪声过滤方法，动态调整IIR滤波器的滤波系数，藉以提高坐标位置的精确度并减少坐标位置随时间产生扰动飘移的现象，更能节省滤波器操作时不必要的反应时间。

更进一步，本发明实施例用于一触控显示装置的噪声过滤方法可归纳为一噪声过滤流程30。其中，该触控显示装置包含有多个触控点，如图3所示。噪声过滤流程30包含以下步骤：

步骤300：开始。

步骤302：撷取多个触控信号。

步骤304：根据一触控临限值，自多个触控信号中选取出多个环境感测信号。

步骤306：计算多个环境感测信号的一峰对峰数值。

步骤308：比较峰对峰数值与一噪声临限值，用以产生一比较结果。

步骤310：根据比较结果，判断出一滤波系数，用以进行噪声过滤处理。

步骤312：结束。

根据噪声过滤流程30。首先，在步骤302中，撷取相对应于触控显示装置上的触控点的多个触控信号。假设触控显示装置上具有多个触控点，每一触控点会具有对应的感应电容，因此，在步骤302中，所撷取的触控信号是指通过侦测感应电容上的电容变化量而据以产生的相对应触控信号。至于触控信号的撷取方式不拘，可依据不同实施例来变化，非用以限制本发明。举例来说，可通过一感测装置来感测触控点上的感应电容的电容变化量，用以产生相对应的模拟触控信号，再利用一模拟数字转换器将来模拟触控信号转会成一触控信号，但不以此为限。值得注意的是，在本步骤中可以撷取触控显示装置上的全部触控点上的相对应触控信号，或是仅撷取触控显示装置上的一部份触控点的相对应触控信号来做为后续运作的基础。当然，若是仅撷取部份触控点的相对应触控信号，则触控点的数量和位置可预先决定。此外，较佳地，可同时撷取相对应于各触控点的触控信号，如此一来，所撷取到的触控信号，可更真实的反应触控显示装置上的触控点的状况。

接着，在步骤304中，根据触控临限值，自所撷取的触控信号中选取出多个环境感测信号。换言之，根据触控临限值，选取目前并无存在触控事件的触控点上所撷取的触控信号作为环境感测信号。一般来说，在触控显示装置的各触控点上，一旦有触控事件发生时，触控点上的感应电容的电容变化量将会有急剧的变化，也就是说，当使用者接触触控点时，电容变化量通常很大；而当使用者没有接触触控点时，会存在因触控显示装置的材质或是各种环境因素所造成的电容变化量，但通常不会太大。因此，可通过设定一触控临限值来区别有触控事件发生的触控点，并将之排除。举例来说，假设有实际触控事件发生时，触控点上的触控信号的大小通常会高于20，而没有发生触控事件时，相对应的触控信号的大小通常会低于10，如此一来，在步骤304中，即可将触控临限值设定为20，并据以区分出触控点上是否有存在触控事件。

进一步地，在步骤304中，可通过比较所撷取到的触控信号与触控临限值的大小，来判断相对应的触控点上是否有发生触控事件。例如，针对每一触控信号而言，若触控信号小于触控临限值，则选取此触控信号作为环境感测信号，也就是说，所选出的环境感测信号已排除有实际发生触控情况的触控点，而单纯为表示相对应触控点上的材质或是各种环境因素所造成的电容变化的信号。若触控信号大于触控临限值，则将此触控信号排除，不作为后续程序的运算基础。

在步骤306中，计算所选取的环境感测信号的一峰对峰数值。举例来说，峰对峰数值可以是环境感测信号中的最大值和最小值的差值，因此，可通过计算所有环境感测信号中的最大值和最小值的差值，来产生峰对峰数值，用以反应出有最大值的环境感测信号和具有最小值的环境感测信号之间的差异状况。在此情况下，当峰对峰数值很小时，表示各触控点的状况大致相同。当峰对峰数值很大时，表示某些触控点可能受到环境噪声的影响而产生差异较大的触控信号。

接着，在步骤308中，将所计算出的峰对峰数值与一噪声临限值，用以产生一比较结果。最后，在步骤310中，根据步骤308所产生的比较结果，判断出一滤波系数，并以符合此滤波系数的IIR滤波器来进行触控显示装置上的触控点的噪声过滤处理。

当步骤308所产生的比较结果显示峰对峰数值大于噪声临限值时，即代表环境噪声较大或是系统供应电源较不干净，因此选取一第一系数作为欲用来进行噪声过滤处理的IIR滤波的滤波系数。其中第一系数会小于目前所使用的滤波系数，而相对应于第一系数的IIR滤波为一强低通滤波器。换言之，当峰对峰数值大于噪声临限值时，表示环境噪声较大，所以选取滤波效果较佳的IIR滤波器来进行噪声过滤处理。

同样地，当步骤308所产生的比较结果显示峰对峰数值小于噪声临限值时，即代表当前所在环境噪声正常，因此选取一第二系数作为欲用来进行噪声过滤处理的IIR滤波的滤波系数。其中第二系数会大于目前所使用的滤波系数，而相对应于第二系数的IIR滤波为一弱低通滤波器。换言之，当峰对峰数值小于噪声临限值时，即表示环境噪声不大，所以选取滤波效果较差的IIR滤波器来进行噪声过滤处理，在此情况下，将可缩短滤波器的反应时间，进而降低噪声过滤处理的处理时间。简言之，本发明可依据环境噪声的状况来动态的调整滤波系数，用以选择最适当的滤波器来进行噪声过滤处理。

另一方面，为了确保能正确选择出适当的滤波器，在步骤310中，可根据步骤308所产生的比较结果来计数一高噪声计数值(或一低噪声计数值)，并据以判断滤波系数。也就是说，通过计数一高噪声计数值(或一低噪声计数值)来进一步判断前述步骤所计算出的数值是否正确。举例来说，请参考图4，图4为本发明实施例的另一噪声过滤流程的示意图，其中噪声过滤流程40的步骤400到步骤406，均和图3中噪声过滤流程30的步骤300到步骤308相同，在此不赘述。在步骤408中，判断峰对峰数值是否大于噪声临限值，用以产生一比较结果。当比较结果显示峰对峰数值大于噪声临限值时，则进入步骤410，将高噪声计数值加1。接着，在步骤412中，判断高噪声计数值是否大于一预设计数值，若是的话，表示确实需要滤波效果较佳的滤波器，则进入步骤416，选取第一系数作为滤波系数，并据以选择相应的IIR滤波器来进行噪声过滤处理，同时将高噪声计数值归零并重新开始噪声过滤流程40。同前所述，此时选用的第一系数小于目前IIR滤波器所使用的滤波系数，而且第一系数对应为一强低通滤波器。同样地，在步骤408中，当比较结果显示峰对峰数值小于噪声临限值时，则进入步骤416，将低噪声计数值加1。接着，在步骤418中，判断低噪声计数值是否大于一预设计数值，若是的话，表示目前不需要滤波效果过高的滤波器而可使用滤波效果较差的滤波器，则进入步骤420，选取第二系数作为滤波系数，并据以选择相应的IIR滤波器来进行噪声过滤处理，同时将低噪声计数值归零并重新开始噪声过滤流程40，值得注意地，此时第二系数大于目前IIR滤波器所使用的滤波系数，而且第二系数对应为一弱低通滤波器。另外，在步骤412及步骤418中，若高噪声计数值或低噪声计数值未超过预设计数值，则IIR滤波器的滤波系数不会改变，流程将回到步骤402重新开始，依前述方式递回地进行高噪声计数值或低噪声计数值的累加动作，直到高噪声计数值或低噪声计数值其中一者先超过预设计数值，才进行滤波系数的调整，如此一来，将能进一步确保可正确地选择出适当的滤波器。

因此，噪声过滤流程30和40可排除实际触碰的触控点，而选取出相关于环境噪声的环境感测信号，并据以选择调高或降低目前所使用IIR滤波器的滤波系数。当环境噪声较大时，可选取滤波效果较佳的IIR滤波器来进行噪声过滤处理。当环境噪声较小时，可选取滤波效果较差的IIR滤波器来进行噪声过滤处理，如此一来，将可缩短滤波器的反应时间，进而降低噪声过滤处理的处理时间。简言之，本发明可依据环境噪声的状况来动态的调整滤波系数，用以选择最适当的滤波器来进行噪声过滤处理。

举例来说，请参考图5，图5为本发明实施例的一低噪声环境的触控感应信号值分布的示意图。如图5所示，触控面板50为一6×9的触控面板(即具有54个触控点)。图5中的各区域所显示的数值即表示由触控面板50上的各触控点所感测撷取的触控信号的大小(例如第5图中所显示的数值为由触控点所感测到的电容变化量)，而图中椭圆圈处Touch则代表使用者的手指实际触碰到的区域范围。首先，预先选定五个待测的触控点500、502、504、506及508，用以撷取相对应的触控信号，其大小分别为1、-2、40、2及3(步骤302)。此时，若预设的触控临限值为20，则将各触控点所撷取出的触控信号的大小与预设的触控临限值进行比较，其中由触控点504所撷取的触控信号大小为40，因此排除触控点504所撷取的触控信号，并将选取相对应于触控点500、502、506及508的触控信号选为环境感测信号，而其信号的大小分别为1、-2、2及3。接着计算前述四个环境感测信号的峰对峰数值，也就是计算最大值与最小值的差值，因此，所计算出的峰对峰数值为5(即3-(-2)＝5)。此时，若预设的噪声临限值为8，由于判断峰对峰数值5小于噪声临限值8，则将低噪声计数值加1。在此情况下，若低噪声计数值一直累加，并超过预设计数值，即判断环境是低程度的噪声环境，则会选取大于目前所使用的滤波系数的滤波器，来据以进行噪声过滤处理，例如若目前所使用的滤波器的滤波系数为1/2，在此情况下会选择滤波系数为3/4的IIR滤波器来进行噪声过滤处理。若环境中的噪声明显改变，请参考图6，图6为本发明另一实施例的一高噪声环境的触控感应信号值分布的示意图。由于第6图所用的架构及概念与图5类似，因而共享相同的符号编号，在此不赘述。如图6所示，选定的触控点500、502、504、506及508所撷取的触控信号大小是5、-5、40、3及2，则排除触控点504所撷取的触控信号，并将选取相对应于触控点500、502、506及508的触控信号选为环境感测信号，根据环境感测信号，计算出峰对峰数值为10(即5-(-5)＝10)，此时判断峰对峰数值10大于噪声临限值8，则将高噪声计数值加1。在此情况下，当高噪声计数值一直累加，并超过预设计数值，即判断环境是高程度的噪声环境，则会选取小于目前IIR滤波器所使用的滤波系数，例如若目前所使用的滤波器的滤波系数为1/2，在此情况下会改而选择滤波系数为1/4的IIR滤波器。在此，滤波系数3/4、1/2和1/4的大小选择仅为举例说明，非用以限制本发明。

于本发明的噪声过滤方法中，当高噪声计数值或低噪声计数值其中一者先超过预设计数值时，才会进行IIR滤波器的滤波系数的改变，用以动态调整IIR滤波器的滤波系数，提高坐标位置的精确度，并减少坐标位置随时间产生扰动飘移的现象。因此，本领域技术人员可依据实际需求进行修饰与变化，应用于不同的滤波器，用以进行滤波系数的调整，皆属于本发明的范畴。

总而言之，本发明所提供的用于电容式触控显示器的噪声过滤方法，通过动态侦测环境中的噪声多寡，用以适当地调整滤波器的滤波系数，除能提高坐标位置的精确度与减少坐标位置随时间产生扰动飘移的现象之外，更能有效可缩短滤波器的反应时时间，进而降低噪声过滤处理的处理时间。简言之，本发明可依据环境噪声的状况来动态的调整滤波系数，用以选择最适当的滤波器来进行噪声过滤处理。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种用于一触控显示装置的噪声过滤方法，其特征在于，噪声过滤方法包含有：

撷取多个触控信号，其中该多个触控信号是相对应于该触控显示装置上的多个触控点；

根据一触控临限值，自该多个触控信号中选取出多个环境感测信号；

计算该多个环境感测信号的一峰对峰数值；

比较该峰对峰数值与一噪声临限值，用以产生一比较结果；以及

根据该比较结果，判断出一滤波系数，用以进行噪声过滤处理。

2.权利要求1所述的噪声过滤方法，其特征在于，撷取多个触控信号的步骤包含有：

同时撷取该触控显示装置上的该多个触控点上所感测到的触控信号作为该多个触控信号。

3.如权利要求1所述的噪声过滤方法，其特征在于，根据该触控临限值，自该多个触控信号中选取出多个环境感测信号的步骤包含有：

比较该多个触控信号与该触控临限值；以及

将该多个触控信号中小于该触控临限值的该多个触控信号选取作为该多个环境感测信号。

4.如权利要求1所述的噪声过滤方法，其特征在于，计算该多个环境感测信号的该峰对峰数值的步骤包含有：

计算该多个环境感测信号中的最大值和最小值的差值，用以产生该峰对峰数值。

5.如权利要求1所述的噪声过滤方法，其特征在于，根据该比较结果，判断出该滤波系数，用以进行噪声过滤处理的步骤包含有：

根据该比较结果，计数一高噪声计数值或一低噪声计数值；以及

根据该高噪声计数值或低噪声计数值，判断出该滤波系数，用以进行噪声过滤处理。

6.如权利要求5所述的噪声过滤方法，其特征在于，根据该比较结果，计数该高噪声计数值或该低噪声计数值的步骤包含有：

当该比较结果显示该峰对峰数值大于该噪声临限值时，将该高噪声计数值加1。

7.如权利要求6所述的噪声过滤方法，其特征在于，根据该高噪声计数值或该低噪声计数值，判断该滤波系数，用以进行噪声过滤处理的步骤包含有：

当该高噪声计数值大于一预设计数值时，选取一第一系数，并据以噪声过滤处理，其中该第一系数小于目前所使用的滤波系数。

8.如权利要求7所述的噪声过滤方法，其特征在于，该第一系数是相对应于一强低通滤波器。

9.如权利要求5所述的噪声过滤方法，其特征在于，根据该比较结果，计数该高噪声计数值或该低噪声计数值的步骤包含有：

当该比较结果显示该峰对峰数值小于该噪声临限值时，将该低噪声计数值加1。

10.如权利要求9所述的噪声过滤方法，其特征在于，根据该高噪声计数值或该低噪声计数值，判断出该滤波系数，用以进行噪声过滤处理的步骤包含有：

当该低噪声计数值大于该预设计数值时，选取一第二系数，并据以噪声过滤处理，其中该第二系数大于目前所使用的滤波系数。

11.如权利要求10所述的噪声过滤方法，其特征在于，该第二系数是相对应于一弱低通滤波器。

12.如权利要求1所述的噪声过滤方法，其特征在于，根据该比较结果，判断出一滤波系数，用以进行噪声过滤处理的步骤包含有：

当该比较结果显示该峰对峰数值大于该噪声临限值时，选取一第一系数，并据以进行噪声过滤处理，其中该第一系数小于目前所使用的滤波系数，且该第一系数是相对应于一强低通滤波器。

13.如权利要求1所述的噪声过滤方法，其特征在于，根据该比较结果，判断出一滤波系数，用以进行噪声过滤处理的步骤包含有：

当该比较结果显示该峰对峰数值小于该噪声临限值时，选取一第二系数，并据以进行噪声过滤处理，其中该第二系数大于目前所使用的滤波系数，且该第二系数是相对应于一弱低通滤波器。

14.如权利要求1所述的噪声过滤方法，其特征在于，该滤波系数是一无限脉冲响应滤波器的滤波系数。

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