CN103718144A - 高分辨率无鬼影手势 - Google Patents

Abstract

一种在不需要知道手指的绝对位置以执行手势时执行双指手势的方法，其中来自触摸传感器结果的消除鬼影（de-ghosting）是通过当从所述触摸传感器的一侧执行短孔径测量时发现最强信号来执行的，从而确定旋转手势的方向，所述触摸传感器为在触摸传感器上的每一个真实手指提供假位置和真位置，并且其中使用消除鬼影的加权平均数和加权绝对偏差计算结果可以计算滑动手势和捏合手势。

Description

高分辨率无鬼影手势

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年8月9日在美国提交的临时专利申请第61/521,470号（代理机构编号5019.CIRQ.PR）的优先权，并将其包含的所有主题通过引证的方式并入本文中。

技术领域

本发明通常涉及触摸板技术。更具体地，本发明能使用多手指手势，其中不需要知道手指的精确的绝对位置来执行所述手势。

背景技术

目前存在针对电容敏感触摸板的多种设计。可以通过改造用于本发明的现有触摸板设计之一是由公司制造的。因此，检查基础技术有助于更好地理解如何改造任何电容敏感触摸板从而用于本发明。

公司的触摸板是互电容传感设备，在图1中以框图图示了一个示例。在该触摸板10中，X(12)电极和Y(14)电极以及传感电极16的栅格被用来限定触摸板的触敏区域18。典型地，触摸板10是约16×12个电极的矩形栅格，或当空间受限时，是8×6个电极的矩形栅格。与这些X(12)和Y(14)（或行和列）电极交错的是单个传感电极16。所有的位置测量是通过传感电极16完成的。

公司的触摸板10测量在传感线16上的电荷失衡。当在触摸板10上或者触摸板10附近没有指示物体时，触摸板电路20处于平衡状态，并且在传感线16上不存在电荷失衡。当物体靠近或接触触摸表面（触摸板10的感应区域18），指示物体由于电容耦合产生失衡时，在电极12、14上产生电容变化。测量的是电容变化，而不是在电极12、14上的绝对电容值。触摸板10通过测量必须注入到传感线16上以重新建立或重新获得传感线上的电荷平衡的电荷数量来确定电容的变化。

按照以下方式使用上述系统来确定在触摸板10上或靠近触摸板10的手指的位置。该示例描述了行电极12，并且以同样的方式描述了列电极14。由行和列电极测量获得的值确定了交叉点，该交叉点是在触摸板10上或者靠近触摸板10的指示物体的质心。

在第一步骤中，用来自P，N发生器22的第一信号驱动第一组行电极12，用来自P，N发生器的第二信号驱动不同但相邻的第二组行电极。触摸板电路20使用互电容测量设备26获得来自传感线16的值，该值表示哪一个行电极最靠近指示物体。但是，在一些微控制器28的控制下的触摸板电路20还不能确定指示物体位于行电极的哪一侧，也不能确定指示物体距离电极有多远。因此，该系统对将被驱动的电极组12移位一个电极。换句话说，在所述组的一侧增加了电极，而在所述组的另一侧的电极不再被驱动。然后，由P，N发生器22驱动新的组，并且进行传感线16的第二测量。

从上述两次测量，可以确定指示物体位于行电极的哪一侧，以及距离多远。然后通过使用比较测量的两个信号的大小的等式确定指示物体位置。

公司的触摸板的灵敏度或分辨率远高于采用16×12栅格的行电极和列电极。分辨率典型地是大约960每英寸数量，或更大。准确的分辨率是由部件的灵敏度、相同的行和列中电极12、14间的间隔、以及对本发明不重要的其它因素确定的。

使用P，N发生器24对Y电极或列电极14重复上述过程。

尽管

公司的上述触摸板使用了X电极和Y电极12、14以及单独的和单个的传感电极16，所述传感电极通过使用多路复用技术可以实际是X电极或Y电极12、14。任何一种设计都可以实现本发明。

发明内容

在一个优选的实施方式中，本发明是一种当不需要知道手指的绝对位置以执行手势时执行双指手势的方法，其中来自触摸传感器结果的消除鬼影（de-ghosting）是通过当从所述触摸传感器的一侧执行短孔径测量时发现最强信号来执行的，从而确定旋转手势的方向，所述触摸传感器为在触摸传感器上的每一个真实手指提供假位置和真位置，并且其中使用消除鬼影的加权平均数和加权绝对偏差计算结果可以计算滑动手势和捏合手势。

参照附图，本发明的这些目的、特征、优点和其它方面通过下面的详细说明对本领域技术人员将更明显。

附图说明

图1是由

公司制造的能够根据本发明的原理操作的电容敏感触摸板的部件的框图。

图2示出了使用如在未决美国专利申请12/855，545中的测量系统时发生的鬼影。

图3示出了使用本发明的方法的消除鬼影测量（短孔径）。

图4是示出了由短孔径测量和长孔径测量作为时间的函数的积分电流曲线的曲线图。

图5是示出了加权平均数的概念的曲线图。

图6是示出了加权绝对偏差的概念的曲线图。

具体实施方式

现在参照附图描述本发明以使本领域技术人员能够制造并使用本发明，在附图中本发明的各种元件用附图标记标明。应理解地是，以下说明仅用于例示本发明的原理，而不应被视为限制随后的权利要求。还应理解地是，术语“触摸传感器”、“触摸板”、“触摸屏”、“触摸输入设备”、和“触敏设备”在本文中是可互换的。

用于跟踪多手指手势的测量可以来自于1）公司的触摸板电路的单端型轴测量或2）在未决美国专利申请第12/855,545号中描述的平衡测量。但是，当多个手指与触摸板相接触时，这些方法产生鬼影图像。

因此，本发明的目的是使用户能够执行包括滑动、捏合和旋转的无鬼影手势。本发明假定用至少两个手指来执行要描述的手势。本发明的方法非常适合应用于不期望有鬼影的高分辨率手势，并且每一个手指的绝对位置对于执行手势和识别手势都不重要。换句话说，不需要知道手指的准确位置，只需要知道手指间的距离，和手指相对于彼此的位置。

对于本申请，滑动手势被定义为至少两个手指以轻的、快的、急速的敲击或运动沿相同方向一起快速运动，捏合是两个手指移动到一起或者分开，旋转是指至少两个手指围绕一个共同的中心运动。

通过本发明可以执行的步骤之一是消除触摸板的鬼影。由于互电容触摸板如何进行测量的性质，当多个手指在触摸板上时，每一个手指能够仿佛位于两个不同位置或一个真位置和一个假位置中的一个。本发明提供了一种用于确定手指42的真实位置或真位置的简便、快速的方法。如果真实的位置已知，则能够执行旋转手势。

图2示出了当使用在未决美国专利申请第12/855,545号中描述的测量系统时发生的鬼影效果。如图2所示，针对两个手指30、32存在4个可能的方位。这些方位是位置42、44、46、48。这是因为每一个曲线50和52示出了在70、72、74和76出现了两个手指。而已知手指30、32的可见方位和真实方位42、48，曲线50、52示出了手指也可能位于位置44和46。这就是已知的鬼影现象。

为了实施旋转功能，要执行消除鬼影的步骤。但是，应理解地是，消除鬼影的过程有利于能够执行的任何多手指手势。关于旋转功能，只有在能够确定真实的手指的斜率时，才能执行旋转的方向。

在本发明中，消除鬼影是基于通过分析信号的结果确定从触摸板40的一侧放置在电极上的手指的两个可能位置哪个是真位置哪个是假位置。可以选择触摸板40的任何边缘用于本方法。在下面的实施例中，使用触摸板40的右边缘。

在图3中，靠近触摸板40右侧的最近的真实的手指位于位置42或44。本发明使用短孔径测量和长孔径测量，或仅使用短孔径测量，来确定哪个手指位置是假位置，哪个手指位置是真位置。

图3中的曲线50和52表示最强信号，不论选择使用哪种测量系统来确定明显的手指位置哪个是真位置哪个是假位置。因此，曲线50和52没有指定可以用来确定哪个手指位置是真位置的特定的测量方法。但是，用强信号表示真位置以及用弱信号表示假位置来简化结果是准确的。在曲线50中的最强信号位于位置74，曲线52中的最强信号位于位置72。

考虑图4，图4示出了作为时间的函数的积分的电流曲线。在时间T1从触摸板40的右边缘提供信号，在时间T2和时间T3测量电流。时间T2是短孔径测量，时间T3表示长孔径测量。当信号首先被提供给触摸板40时，电流开始快速增强，然后随着相当于电容充电的功能而趋平。但是，电容充电的速率是手指距触摸板40的右边缘的距离的函数。

考虑从触摸板40的右边缘提供的手指42以及信号，例如方波。如果在手指42和触摸板40的右边缘之间的距离相对小，则积分电流快速增强，因为从触摸板40的右边缘到手指42的电阻相对小。曲线60表示在手指30的积分电流。曲线60的特征为可以用曲线50在位置72示出的强信号。注意积分电流与在时间T2和时间T3几乎相同。这表示从触摸板40的右边缘到手指30的距离相对短。

接下来，考虑曲线62。在位置44不存在手指，因为手指实际上在位置48。曲线62是针对从触摸板40的右边缘的手指62的结果积分电流曲线，并且其特征为曲线50在位置70表示的弱信号。曲线62相对于曲线60是平整的，这表示在触摸板40的右边缘和手指32之间的电阻增大。

短孔径测量和长孔径测量表示在位置44没有手指，并且距右边缘最近的手指在位置42。

同样的短孔径测量和大孔径测量以及电流积分也可以从触摸板40的左侧、上侧、下侧或边缘执行。但是，很明显，该测量不是必须执行，因为只从触摸板40的一个边缘的单个测量已经指示了手指30、32的真实位置。

应理解地是，触摸板40具有第一电极轴和第二电极轴，该电极轴与第二电极轴正交且共面，其中所述电极轴的每一个由多个平行的电极组成，其中一个轴作的功能为驱动电极而另一个轴额功能为传感电极，并且其中这些功能是可互换的。用信号驱动以执行消除鬼影过程的一组平行电极是在信号被驱动的一侧被指向的那一组。

用现在已经确定的手指30、32的消除了鬼影的真实位置，现在可以进行用于执行期望的手势所需的计算。

第一步是确定在触摸板40上的手指30、32的加权平均数。加权平均数是本领域技术人员已知的计算。

图5是例示了加权平均数的含义的曲线64。两个手指30、32的方位位于电极2和电极4上。该实施例仅出于例示的目的，不限制真实的电极或它们之间的距离，或任何在先的实施例。按照预期，加权平均数取3。针对轴测量值的一组，x(i)={x(1),x(2),x(3)…}，其中，(i)是电极的数量，加权平均数被计算为

下一步是计算加权绝对偏差(WAD)。图6是例示了加权绝对偏差的含义的曲线66。针对轴测量值的一组，x(i)={x(1),x(2),x(3)…}，其中，(i)是电极的数量，加权绝对偏差被计算为

来自X轴测量值和Y轴测量值的加权绝对偏差被用来确定具有高精度的大约手指间距。如下所述，加权平均数和加权绝对偏差可以被用于所有手势计算。

当描述执行手势时，进行如下假定。M1X和M2X是一组两个连续的X轴测量值。M1Y和M2Y是一组两个连续的Y轴测量值。M3X和M3Y是接下来的短孔径测量值。Position（X或Y）的范围可以在（0,0）至（XMax,YMax）。Flick(X或Y)的范围可以在（-XMax,-YMax）至（XMax,YMax）。Pinch（X或Y）的范围可以在（0,0）至（XMax,YMax）。Rotate=-90度或90度。

针对手指30、32的如下手势使用以下等式：

PositionX=MaxX*W（Avg）（M1X）

PositionY=MaxY*W（Avg）（M1Y）

FlickX=MaxX*（W（Avg）（M2X）-W（AVG）（M1X））

FlickY=MaxY*（W（Avg）（M2Y）-W（AVG）（M1Y））

PinchX=MaxX*WAD（M1X）

PinchY=MaxY*WAD（M1Y）

Rotate=InverseTangent(SlopePN*WAD(M1Y)/WAD(M1X))，

其中当W(Avg)(M3X)<W(Avg)(M1X)时，SlopePN=+1，否则SlopePN=-1。

明显地是，短孔径测量和长孔径测量或仅仅是短孔径测量迅速地确定了手指的斜率以及哪个手指位置是真位置，哪个手指位置是假位置，由此提供了确定手指的旋转方向所需的斜率数据。

在一个另选的实施方式中，手指方位可以基于宽度计算来确定。

一个XY触摸板测量算法生成结果的XY阵列，该阵列根据靠近对应的XY栅格方位出现的手指的数量改变大小。在这样的系统中，单个触摸的方位可以计算为加权平均数。每一个结果通过距任意确定的原点的距离（例如触摸板的角）来加权。将所有这样被加权的结果相加，然后将该相加得到的和除以结果的和。这提供了与触摸强度无关的手指的位置。

当出现两个手指或触摸时，仍可以使用上述算法，但是该算法仍然返回一个位置，该位置是两个手指的平均位置。两个手指的真正的位置可以用附加的计算来确定。再次计算加权平均数，但是这一次，结果根据距上述确定的平均方位的距离来加权。

该结果测量了位置有多宽。具体来说，靠近平均位置的结果稍微有助于宽度，远离平均位置的结果非常有助于宽度计算。最后，两个位置可以通过平均位置加上和减去宽度的一半来确定。宽度小表示触摸是单个手指触摸。相反，两个手指触摸导致宽度大。

应理解地是，在以上说明中，距离，包括宽度和位置，都具有X分量和Y分量。

可以理解，上述设置只是本发明原理的例示性应用。本领域技术人员在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以构思出多种修改和另选的设置。随附的权利要求旨在覆盖这些修改和设置。

Claims (21)

1.一种用于在触摸传感器上执行双指手势的方法，所述方法包括：

1）提供存在鬼影效果的触摸传感器，该鬼影效果为所述触摸传感器上的每一个真实的手指提供假位置和真位置；

2）执行消除鬼影操作来区分所述触摸传感器上的每一个手指的所述假位置和所述真位置，所述消除鬼影操作包括：

a.从所述触摸传感器的第一边缘执行短孔径测量；

b.从所述短孔径测量选择所述手指的所述真位置作为最强信号；以及

3）使用在所述触摸传感器上的每一个手指的所述真位置执行双指手势。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括提供具有第一电极轴和第二电极轴的触摸传感器，所述第一电极轴与第二电极轴正交且共面，其中所述电极轴中的每一个由多个平行的电极组成，其中一个轴的功能为驱动电极而另一个轴的功能为传感电极，并且其中这些功能是可互换的。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括：

1）从所述触摸传感器的第一边缘执行短孔径测量和长孔径测量；以及

2）从所述短孔径测量和所述长孔径测量中选择所述手指的所述真位置作为所述最强信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括：针对来自所述触摸传感器的第一边缘的每一个信号计算积分电流曲线，并且选择具有最大曲率的曲线作为最强信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括：从由滑动、捏合和旋转组成的双指手势的组中选择所述双指手势。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述方法还包括通过计算加权平均数和加权绝对偏差来执行所述双指手势，其中所述加权平均数通过如下等式来计算：

$W\left(\mathrm{Avg}\right)\left(x\right)=\frac{1}{n}*\mathrm{\&Sigma;i}*x\left(i\right),$

其中（i）是电极的数量，并且其中所述加权绝对偏差通过如下等式来计算：

$\mathrm{WAD}\left(x\right)=\frac{1}{n}*\mathrm{\&Sigma;}|i-W\left(\mathrm{Avg}\right)|*x\left(i\right),$

其中，（i）是电极的数量。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述方法还包括使用如下等式来执行滑动手势：

FlickX=MaxX*（W（Avg）（M2X）-W（AVG）（M1X））

FlickY=MaxY*（W（Avg）（M2Y）-W（AVG）（M1Y））

其中M1X和M2X是一组两个连续的X轴测量值，并且M1Y和M2Y是一组两个连续的Y轴测量值。

8.根据权利要求6所述的方法，其中该方法还包括使用如下等式执行捏合手势：

PinchX=MaxX*WAD（M1X）

PinchY=MaxY*WAD（M1Y）

其中M1X和M2X是一组两个连续的X轴测量值，并且M1Y和M2Y是一组两个连续的Y轴测量值。

9.根据权利要求6所述的方法，其中该方法还包括使用如下等式执行旋转手势：

Rotate=InverseTangent(SlopePN*WAD(M1Y)/WAD(M1X))，

其中当W(Avg)(M3X)<W(Avg)(M1X)时，SlopePN=+1，否则针对所有其它结果，SlopePN=-1，其中M1X和M2X是一组两个连续的X轴测量值，并且M1Y和M2Y是一组两个连续的Y轴测量值，并且其中M3X和M3Y是后续的短孔径测量值。

10.根据权利要求6所述的方法，其中所述方法还包括使用如下等式确定每一个手指的位置：

PositionX=MaxX*W（Avg）（M1X）

PositionY=MaxY*W（Avg）（M1Y）

其中M1X和M2X是一组两个连续的X轴测量值，并且M1Y和M2Y是一组两个连续的Y轴测量值。

11.一种当存在鬼影效果时确定触摸传感器上的至少两个物体的位置的方法，所述方法包括以下步骤：

1）提供存在鬼影效果的触摸传感器，该鬼影效果为所述触摸传感器上的每一个真实的手指提供假位置和真位置；

2）从所述触摸传感器的第一边缘执行短孔径测量；以及

3）从所述短孔径测量选择所述手指的所述真位置作为最强信号。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法还包括使用在所述触摸传感器上的每一个手指的所述真位置执行双指手势。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法还包括：提供具有第一电极轴和第二电极轴的触摸传感器，所述第一电极轴与第二电极轴正交且共面，其中所述电极轴中的每一个由多个平行的电极组成，其中一个轴的功能为驱动电极而另一个轴的功能为传感电极，并且其中这些功能是可互换的。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法还包括：

1）从所述触摸传感器的第一边缘执行短孔径测量和长孔径测量；以及

2）从所述短孔径测量和所述长孔径测量中选择所述手指的所述真位置作为所述最强信号。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法还包括：针对来自所述触摸传感器的第一边缘的每一个信号计算积分电流曲线，并且选择具有最大曲率的曲线作为所述最强信号。

16.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法还包括从由滑动、捏合和旋转组成的双指手势的组中选择所述双指手势。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述方法还包括通过计算加权平均数和加权绝对偏差来执行所述双指手势，其中所述加权平均数通过如下等式来计算：

$W\left(\mathrm{Avg}\right)\left(x\right)=\frac{1}{n}*\mathrm{\&Sigma;i}*x\left(i\right),$

其中，（i）是电极的数量,并且其中所述加权绝对偏差通过如下等式来计算：

$\mathrm{WAD}\left(x\right)=\frac{1}{n}*\mathrm{\&Sigma;}|i-W\left(\mathrm{Avg}\right)|*x\left(i\right),$

其中，（i）是电极的数量。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述方法还包括使用如下等式来执行滑动手势：

FlickX=MaxX*（W（Avg）（M2X）-W（AVG）（M1X））

FlickY=MaxY*（W（Avg）（M2Y）-W（AVG）（M1Y））

其中M1X和M2X是一组两个连续的X轴测量值，并且M1Y和M2Y是一组两个连续的Y轴测量值。

19.根据权利要求17所述的方法，其中该方法还包括使用如下等式执行捏合手势：

PinchX=MaxX*WAD（M1X）

PinchY=MaxY*WAD（M1Y）

其中M1X和M2X是一组两个连续的X轴测量值，并且M1Y和M2Y是一组两个连续的Y轴测量值。

20.根据权利要求17所述的方法，其中该方法还包括使用如下等式执行旋转手势：

Rotate=InverseTangent(SlopePN*WAD(M1Y)/WAD(M1X))，

其中当W(Avg)(M3X)<W(Avg)(M1X)时，SlopePN=+1，否则针对所有其它结果，SlopePN=-1，其中M1X和M2X是一组两个连续的X轴测量值，并且M1Y和M2Y是一组两个连续的Y轴测量值，并且其中M3X和M3Y是随后的短孔径测量值。

21.根据权利要求17所述的方法，其中所述方法还包括使用如下等式确定每一个手指的位置：

PositionX=MaxX*W（Avg）（M1X）

PositionY=MaxY*W（Avg）（M1Y）

其中M1X和M2X是一组两个连续的X轴测量值，并且M1Y和M2Y是一组两个连续的Y轴测量值。

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