CN103543884B - 光学触控系统及其触控物区分方法 - Google Patents

光学触控系统及其触控物区分方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光学触控系统及其触控物区分方法。所述光学触控系统具有第一镜头、第二镜头及屏幕。所述方法辨识第一及第二镜头所撷取的第一及第二撷取影像中的触控物影像。当第一撷取影像包括两个触控物影像且第二撷取影像包括单一触控物影像时，计算两个触控物影像出现在第一撷取影像中的左右两端之间的第一距离，两个触控物影像的中心点间的第二距离，以及单一触控物影像出现在第一撷取影像中的左右两端之间的第三距离。根据第一距离及第二距离的比例，计算与第三距离相对应的第四距离，并依照第四距离将单一触控物影像区分为两个触控物影像。

Description

光学触控系统及其触控物区分方法
技术领域
本发明是有关于一种触控系统及方法，且特别是有关于一种支援多点触控的光学触控系统及其触控物区分方法。
背景技术
随着视窗作业系统Windows7的推行，主打多点触控功能的一体成型电脑（All-in-one PC，AIO PC）已经渐渐成为市场上的主流趋势。在以往使用的电阻式、电容式、背投影式的触控屏幕中，以电容式触控屏幕的触控效果最好，但其成本也最为昂贵，且会随着屏幕尺寸的变大而增加，连带使得电容式触控屏幕的使用效益显得不足。
为寻求电容式触控屏幕的替代方案，目前有一种利用光学镜头侦测触碰位置的光学式触控屏幕，其具有成本低、准确度佳等优点，在竞争的市场中更具有优势，目前也已成为大尺寸触控屏幕的另外一种选择。
光学式触控屏幕是利用在屏幕的边缘设置多个光学镜头，用以拍摄使用者手指在屏幕上操作的影像，而分析所拍摄影像中因手指遮断光线所产生的阴影的位置，可得出手指触碰点与光学镜头之间的相对角度，最后再根据已知光学镜头之间的距离，结合三角定位法即可算出触碰点的精确位置。
上述通过手指阴影来辨识手指位置的方式在单指触碰侦测的应用上，已可达到相当高的准确性。然而，在多指触碰侦测的应用上，则由于手指间的距离相当接近，在某些角度上，不同手指出现在光学镜头所撷取的影像中的位置会重叠，甚至会被另一指所遮蔽，结果造成光学式触控屏幕误判为单指操作。
举例来说，图1是现有光学式触控屏幕侦测手指触碰的示意图。请参照图1，现有的光学式触控屏幕10是在屏幕11同一侧的角落（例如左上角及右上角）分别配置光学镜头12及13，且光学镜头12及13均朝向屏幕11的另一侧，以拍摄使用者在屏幕11上操作的手势。其中，当使用者使用两根手指14、15触碰屏幕11时，由于手指14的位置刚好介于光学镜头12及手指15的间，从而遮蔽了手指15，使得光学式触控屏幕10从光学镜头12所撷取的影像中只能辨识出手指14的影像，无法辨识出手指15的影像，连带造成光学式触控屏幕10所侦测的手指15的位置产生偏移，从而影响光学式触控屏幕10辨识多点触控位置的准确度。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种光学触控系统及其触控物区分方法，可提高光学式触控系统辨识多点触控位置的准确度。
本发明提出一种光学触控系统的触控物区分方法，适用于具有第一镜头、第二镜头及屏幕的光学触控系统，其中第一镜头及第二镜头配置于屏幕的同一侧且朝向屏幕的另一侧。所述方法系辨识第一镜头及第二镜头所撷取的第一撷取影像及第二撷取影像中的至少一个触控物影像。其中，当第一撷取影像包括两个触控物影像且第二撷取影像包括单一触控物影像时，计算两个触控物影像出现在第一撷取影像中的最左端及最右端之间的第一距离，两个触控物影像的中心点间的第二距离，以及单一触控物影像出现在第二撷取影像中的最左端及最右端之间的第三距离。然后，根据第一距离及第二距离的比例，计算与第三距离相对应的第四距离，其中该第一距离与该第二距离的该比例等于该第三距离与该第四距离的比例。最后，依照所计算的第四距离将单一触控物影像区分为两个触控物影像，并与第一撷取影像中的两个触控物影像结合，以计算所述触控物碰触屏幕的两个触控点的位置。
在本发明的一实施例中，上述依照第四距离将单一触控物影像区分为两个触控物影像的步骤包括计算第二撷取影像中单一触控物影像的中心点位置，以及计算此中心点位置向左及向右移动二分之一所述第四距离后的位置，以做为所区分的两个触控物影像的中心点位置。
在本发明的一实施例中，上述依照第四距离将单一触控物影像区分为两个触控物影像的步骤还包括计算第二撷取影像中两个触控物影像的中心点位置与单一触控物影像出现在第二撷取影像中的最左端及最右端之间的第五距离，而以此第五距离的两倍距离做为两个触控物影像的宽度。
本发明提出一种光学触控系统，其包括屏幕、第一镜头、第二镜头及控制单元。其中，第一镜头及第二镜头系配置于屏幕的同一侧且朝向屏幕的另一侧，而用以拍摄屏幕上方的至少一个触控物的影像。控制单元耦接第一镜头及第二镜头，其包括影像辨识模块、运算模块、触控物区分模块及触控点位置计算模块。其中，影像辨识模块用以辨识第一镜头及第二镜头所撷取的第一撷取影像及第二撷取影像中的至少一个触控物影像。运算模块用以在影像辨识模块辨识出第一撷取影像包括两个触控物影像且第二撷取影像包括单一触控物影像时，计算两个触控物影像出现在第一撷取影像中的最左端及最右端之间的第一距离，两个触控物影像的中心点间的第二距离，以及单一触控物影像出现在第二撷取影像中的最左端及最右端之间的第三距离，并根据第一距离及第二距离的比例，计算与第三距离相对应的第四距离，其中该第一距离与该第二距离的该比例等于该第三距离与该第四距离的比例。触控物区分模块依照所计算的第四距离将第二撷取影像中的单一触控物影像区分为两个触控物影像。触控点位置计算模块结合第一撷取影像中的两个触控物影像以及第二撷取影像中所区分的两个触控物影像，计算所述触控物碰触屏幕的两个触控点的位置。
在本发明的一实施例中，上述的触控物区分模块包括计算第二撷取影像中单一触控物影像的中心点位置，并计算此中心点位置向左及向右移动二分之一所述第四距离后的位置，以做为所区分的两个触控物影像的中心点位置。
在本发明的一实施例中，上述的触控物区分模块还计算第二撷取影像中两个触控物影像的中心点位置与单一触控物影像出现在第二撷取影像中的最左端及最右端之间的第五距离，而以第五距离的两倍距离做为两个触控物影像的宽度。
在本发明的一实施例中，上述的光学触控系统为光学触控屏幕（OpticalTouch Monitor，OTM）。
基于上述，本发明的光学触控系统及其触控物区分方法系侦测光学触控系统的两个镜头所撷取影像中的触控物，而当两张影像分别有单一个及两个触控物出现时，利用这两个触控物出现在影像中的比例关系，将单一个触控物的影像区分为两个触控物，并用以计算两个触控点的位置，从而提高光学式触控系统辨识多点触控位置的准确度。
为让本发明的上述特征和优点能还明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1是现有光学式触控屏幕侦测手指触碰的示意图。
图2是依照本发明一实施例所绘示的光学触控系统的方块图。
图3是依照本发明一实施例所绘示的控制单元的方块图。
图4是依照本发明一实施例所绘示的光学触控系统的触控物区分方法流程图。
图5(a)及图5(b)是依照本发明一实施例所绘示的光学触控系统的触控物区分方法的范例。
图6(a)及图6(b)是依照本发明一实施例所绘示的触控物区分方法的范例。
其中，附图标记说明如下：
10：光学式触控屏幕
11、21：屏幕
12、13：光学镜头
14、15：手指
20：光学触控系统
22：第一镜头
23：第二镜头
24：控制单元
242：影像辨识模块
244：运算模块
246：触控物区分模块
248：触控点位置计算模块
52、54、56、562、564：波形
W、X、Y、Z、a：距离
C、z1、z2：中心点
S402~S410：本发明一实施例的光学触控系统的触控物区分方法的步骤
具体实施方式
在光学触控系统的两个镜头所撷取的影像中，若分别有单一个及两个触控物出现，代表实际上有两个触控物碰触屏幕，但由于两个触控物在某一个镜头视野中的位置重叠，造成该镜头所撷取影像中仅有一个触控物出现。据此，本发明系利用有两个触控物出现的影像中两个触控物影像之间的比例关系，推算仅有单一个触控物出现的影像中该两个触控物之间的距离，进而将此单一个触控物的影像区分为两个触控物。由此，可提高光学式触控系统辨识两点触控位置的准确度。
图2是依照本发明一实施例所绘示的光学触控系统的方块图。请参照图2，本实施例的光学触控系统20例如是光学触控屏幕（Optical Touch Monitor，OTM），其包括屏幕21、第一镜头22、第二镜头23及控制单元24。上述元件的功能如下：
屏幕21例如是液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）、发光二极体（Light-Emitting Diode，LED）显示器、场发射显示器（Field EmissionDisplay，FED）或其他种类的显示器，其可显示操作画面，以供使用者利用手指对其进行操作。
第一镜头22及第二镜头23例如是采用电荷耦合装置（charge coupleddevice，CCD）、互补金属氧化半导体（complementary metal oxidesemiconductor，CMOS）等感光元件来撷取影像的光学镜头，其配置于屏幕21的同一侧（例如上侧的左右两个角落），且朝向屏幕21的另一侧（例如下侧的两个对角），而用以拍摄在屏幕21上方操作的至少一个触控物的影像。
控制单元24例如是中央处理单元（Central Processing Unit，CPU）、微处理器（Microprocessor）、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、特殊应用集成电路（Application Specific Integrated Circuits，ASIC）或其他类似装置。控制单元24分别耦接第一镜头22及第二镜头23，而可接收并分析第一镜头22及第二镜头23所拍摄的影像，而据以计算触控物碰触屏幕21的触控点的位置。
详言之，图3是依照本发明一实施例所绘示的控制单元的方块图。图4是依照本发明一实施例所绘示的光学触控系统的触控物区分方法流程图。请同时参照图2、图3及图4，本实施例进一步将图2中的控制单元24依功能区分为影像辨识模块242、运算模块244、触控物区分模块246及触控点位置计算模块248，以下即搭配上述图式中的各项元件说明本实施例的触控物区分方法的详细步骤：
首先，由影像辨识模块242辨识第一镜头22及第二镜头23所撷取的第一撷取影像及第二撷取影像中的至少一个触控物影像（步骤S402）。其中，影像辨识模块242例如可对第一撷取影像及第二撷取影像进行旋转、平移、剪力变形等影像处理，以辨识出触控物，而根据触控物出现在第一撷取影像及第二撷取影像的横轴方向（即X轴方向）上的位置，可推算出触控物实际碰触到屏幕21的触控点位置。
当影像辨识模块242辨识出第一撷取影像包括两个触控物影像且第二撷取影像包括单一触控物影像时，运算模块244会进一步计算两个触控物影像出现在第一撷取影像中的最左端及最右端之间的第一距离，两个触控物影像的中心点间的第二距离，以及单一触控物影像出现在第二撷取影像中的最左端及最右端之间的第三距离（步骤S404），从而根据第一距离及第二距离的比例，计算与第三距离相对应的第四距离（步骤S406）。其中，上述的第一距离与第二距离之间的比例等于第三距离与第四距离之间的比例。
举例来说，图5(a)及图5(b)是依照本发明一实施例所绘示的光学触控系统的触控物区分方法的范例。请同时参照图5(a)及图5(b)，本实施例将上述影像辨识模块242所辨识的两个触控物影像及单一触控物影像以数字信号的方式绘示为如图5(a)及图5(b)所示的波形。其中，图5(a)中两个拉低的波形52、54即代表出现在第一撷取影像中的两个触控物，图5(b)中拉低的波形56则代表出现在第二撷取影像中的单一个触控物。对此，运算模块244会先计算图5(a)中两个波形52、54的最左端及最右端之间的距离X，两个波形52、54中心点间的距离Y，以及图5(b)中波形56的最左端及最右端之间的距离Z，然后再依据下列公式，计算与距离Z相对应的距离W：
Y X = W Z - - - ( 1 )
其中，距离X与距离Y之间的比例等于距离Z与距离W的比例。
接着，触控物区分模块246会依照运算模块244所计算的第四距离，将第二撷取影像中的单一触控物影像区分为两个触控物影像（步骤S408）。其中，触控物区分模块246例如会计算第二撷取影像中单一触控物影像的中心点位置，然后再计算此中心点位置向左及向右移动二分之一所述第四距离后的位置，以做为所区分的两个触控物影像的中心点位置。此外，触控物区分模块246还会计算第二撷取影像中两个触控物影像的中心点位置与单一触控物影像出现在第二撷取影像中的最左端及最右端之间的第五距离，从而以第五距离的两倍距离做为所区分的两个触控物影像的宽度。
举例来说，图6(a)及图6(b)是依照本发明一实施例所绘示的触控物区分方法的范例。请先参照图6(a)，本实施例针对图5(b)所绘示的第二撷取影像中单一触控物影像的波形56，计算其中心点C向左及向右移动二分之一距离W后的位置z1及z2，以做为所区分的两个触控物影像562、564的中心点位置。本实施例还计算两个触控物影像的中心点位置z1及z2与单一触控物影像出现在第二撷取影像中的最左端及最右端之间的距离a，而以距离a的两倍距离（即2a）做为两个触控物影像的宽度（如图6(b)所示）。
通过上述方法，即可将第二撷取影像中原本重叠在一起的两个触控物影像分开。最后，触控点位置计算模块248会将第一撷取影像中的两个触控物影像与第二撷取影像中所区分的两个触控物影像结合，从而计算出所述触控物碰触屏幕21的两个触控点的位置（步骤S410）。其中，由于第二撷取影像中的触控物影像已区分为两个触控物影像，因此，光学式触控系统20最后所算出的两个触控点的位置将更为准确。
综上所述，本发明的光学触控系统及其触控物区分方法通过在光学触控系统的两个镜头所撷取的影像中分别有单一个及两个触控物出现时，依照两个触控物影像之间的比例关系，推算这两个触控物在单一个触控物影像中的位置及宽度，从而将单一个触控物的影像区分为两个触控物。由此，可提高光学式触控系统辨识两点触控位置的准确度。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (8)

1.一种光学触控系统的触控物区分方法，适用于具有一第一镜头、一第二镜头及一屏幕的一光学触控系统，其中该第一镜头及该第二镜头配置于该屏幕的同一侧且朝向该屏幕的另一侧，该方法包括下列步骤：
辨识该第一镜头及该第二镜头所撷取的一第一撷取影像及一第二撷取影像中的至少一触控物影像；
当该第一撷取影像包括两个触控物影像且该第二撷取影像包括单一触控物影像时，计算该两个触控物影像出现在该第一撷取影像中的最左端及最右端之间的一第一距离，该两个触控物影像的中心点间的一第二距离，以及该单一触控物影像出现在该第二撷取影像中的最左端及最右端之间的一第三距离；
根据该第一距离及该第二距离的一比例，计算与该第三距离相对应的一第四距离，其中该第一距离与该第二距离的该比例等于该第三距离与该第四距离的比例；以及
依照该第四距离区分该单一触控物影像为两个触控物影像，并与该第一撷取影像中的该两个触控物影像结合，以计算该至少一触控物碰触该屏幕的两个触控点的位置。
2.如权利要求1所述的光学触控系统的触控物区分方法，其中依照该第四距离区分该单一触控物影像为该两个触控物影像的步骤包括：
计算该第二撷取影像中该单一触控物影像的一中心点位置；以及
计算该中心点位置向左及向右移动二分之一该第四距离后的位置，以做为所区分的该两个触控物影像的中心点位置。
3.如权利要求2所述的光学触控系统的触控物区分方法，其中依照该第四距离区分该单一触控物影像为该两个触控物影像的步骤还包括：
计算该第二撷取影像中该两个触控物影像的中心点位置与该单一触控物影像出现在该第二撷取影像中的最左端及最右端之间的一第五距离，而以该第五距离的两倍距离做为该两个触控物影像的宽度。
4.如权利要求1所述的光学触控系统的触控物区分方法，其中该光学触控系统为光学触控屏幕。
5.一种光学触控系统，包括：
一屏幕；
一第一镜头及一第二镜头，配置于该屏幕的同一侧且朝向该屏幕的另一侧，拍摄该屏幕上方的至少一触控物的影像；以及
一控制单元，耦接该第一镜头及该第二镜头，包括：
一影像辨识模块，辨识该第一镜头及该第二镜头所撷取的一第一撷取影像及一第二撷取影像中的至少一触控物影像；
一运算模块，在该影像辨识模块辨识出该第一撷取影像包括两个触控物影像且该第二撷取影像包括单一触控物影像时，计算该两个触控物影像出现在该第一撷取影像中的最左端及最右端之间的一第一距离，该两个触控物影像的中心点间的一第二距离，以及该单一触控物影像出现在该第二撷取影像中的最左端及最右端之间的一第三距离，并根据该第一距离及该第二距离的一比例，计算与该第三距离相对应的一第四距离，其中该第一距离与该第二距离的该比例等于该第三距离与该第四距离的比例；
一触控物区分模块，依照该第四距离区分该第二撷取影像中的该单一触控物影像为两个触控物影像；
一触控点位置计算模块，结合该第一撷取影像中的该两个触控物影像以及该第二撷取影像中所区分的该两个触控物影像，计算该至少一触控物碰触该屏幕的两个触控点的位置。
6.如权利要求5所述的光学触控系统，其中该触控物区分模块包括计算该第二撷取影像中该单一触控物影像的一中心点位置，并计算该中心点位置向左及向右移动二分之一该第四距离后的位置，以做为所区分的该两个触控物影像的中心点位置。
7.如权利要求6所述的光学触控系统，其中该触控物区分模块还计算该第二撷取影像中该两个触控物影像的中心点位置与该单一触控物影像出现在该第二撷取影像中的最左端及最右端之间的一第五距离，而以该第五距离的两倍距离做为该两个触控物影像的宽度。
8.如权利要求5所述的光学触控系统，其中该光学触控系统为光学触控屏幕。
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