CN103970323A - 一种触摸屏轨迹跟踪方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种触摸屏轨迹跟踪方法和系统。所述方法包括：获取相邻两帧数据中的触摸点的坐标；从前一帧中未被选取的触摸点中选取一个触摸点；以选取的触摸点为起始点，从后一帧中未被匹配的触摸点中选取距离最近的触摸点作为前一帧中当前触摸点的准匹配点，计算前一帧中的所有触摸点与后一帧中对应的准匹配点的距离之和；比较以前一帧中不同的触摸点为起始点计算出的所有触摸点与后一帧中对应的准匹配点的距离之和，确定距离之和最小的匹配方式即为最佳匹配，将最佳匹配的触摸点归为同一轨迹上的触摸点。利用该方法和系统，即使在缺失了某个触摸点的信息也可以准确地对触摸点进行匹配，从而能更加准确的进行轨迹跟踪识别。
Description
技术领域
本发明涉及一种触摸屏轨迹跟踪方法和系统，属于触摸屏控制技术领域。
背景技术
随着科技的发展和市场的需求，触摸技术已广泛应用到很多控制技术领域，尤其是当今人机交互中，以前的单点触摸发展成了多点触摸。其中单点触摸技术发展较为成熟，但功能单一，只能表达有限的集中交互操作，与之对应的多点触摸技术是允许用户同时通过多个触摸点来控制的一种技术，例如典型的两手指触摸拉伸图片使之放大、触摸屏上弹琴等，因此开发多点触摸技术能使人机之间交互更为方便自然。
定位多个触摸点的技术称为多点定位方案，其一般包括如下步骤：首先求出准触摸点集合，其次校验触摸点集合，然后去除鬼点，最后进行触摸点的轨迹跟踪识别，确定哪些触摸点在同一轨迹上。
现有技术中，多点触摸轨迹跟踪识别通常采用以下方法进行同一轨迹上的触摸点的匹配：针对前一帧数据中的所有触摸点，在后一帧数据中逐个搜索距离最近的触摸点进行匹配，所匹配的触摸点为同一轨迹上的触摸点。图1示出了现有技术的多点触摸轨迹跟踪的触摸点匹配方式的示意图。参考图1，其中触摸点101、102、103和104为获取到的第一帧的触摸点，触摸点201、202、203和204为获取到的第二帧的触摸点，触摸点301、302、303和304为获取到的第三帧的触摸点。在进行轨迹跟踪时，对于第一帧的各个触摸点，先计算触摸点101与第二帧数据中各个触摸点之间的距离，得到距离最小的触摸点201，则判断触摸点201即为触摸点101的匹配点，然后计算触摸点102与第二帧信息中除去触摸点201之外的各个触摸点之间的距离，得到距离最小的触摸点202，则判断触摸点202即为触摸点102的匹配点，同理，可以得到触摸点103和104的匹配点分别为触摸点203和204，然后可以对于第二帧的各个触摸点和第三帧的各个触摸点之间进行同样的计算，得到第二帧的各个触摸点在第三帧中的匹配点，连接各个匹配点，即可以得到四条触摸轨迹，分别为101-201-301；102-202-302；103-203-303；104-204-304。
然而，采用这种轨迹跟踪方法，如果丢失了某个触摸点的信息，将会导致误匹配，图2就示出了现有技术中有触摸点丢失时的触摸点误匹配的情况。参考图2，当第三帧信息中的触摸点302的信息丢失时，在触摸点201将触摸点301判断为匹配点之后，触摸点202将会对触摸点302和303进行计算，判断距离最近的点，这样，触摸点202将会把触摸点303判断为匹配点，以此类推，触摸点203将会把触摸点304判断为匹配点，触摸点204将没有匹配点，连接各个匹配点，即可以得到四条触摸轨迹，分别为101-201-301；102-202-303；103-203-304；104-204。可见，根据这种轨迹跟踪方法，导致了触摸点的匹配错误，从而使得输出的轨迹不是真实的触摸轨迹。
因而，需要一种能够更准确地对触摸点进行匹配，以保证能够准确无误地识别和输出触摸轨迹的轨迹跟踪方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种触摸屏轨迹跟踪方法和系统，能够在有触摸点信息丢失的情况下仍够准确地对触摸点进行匹配。
根据本发明的一种触摸屏轨迹跟踪方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，获取相邻两帧数据中的触摸点的坐标；
步骤二，从所述相邻两帧数据中的前一帧数据中未被选取的触摸点中选取一个触摸点；
步骤三，以前一帧数据中选取的触摸点为起始点，依次遍历前一帧数据中的每个触摸点，从所述相邻两帧数据中的后一帧数据中未被匹配的触摸点中选取距离最近的触摸点作为前一帧中当前遍历的所述触摸点的准匹配点，计算前一帧数据中的所有触摸点与后一帧数据中对应的准匹配点的距离之和；
步骤四，重复步骤二和步骤三，直至前一帧数据中所有的触摸点都被选取完为止；
步骤五，比较步骤三中以前一帧数据中不同的触摸点为起始点计算出的前一帧数据中的所有触摸点与后一帧数据中对应的准匹配点的距离之和，确定所述距离之和最小的匹配方式即为最佳匹配，将最佳匹配的触摸点归为同一轨迹上的触摸点。
本发明还提供了一种触摸屏轨迹跟踪系统，该系统包括：
触摸点坐标获取装置，用于获取相邻两帧数据中的触摸点的坐标；
距离计算装置，用于执行从所述相邻两帧数据中的前一帧数据中未被选取的触摸点中选取一个触摸点的选取操作，和执行以前一帧数据中选取的触摸点为起始点，依次遍历前一帧数据中的每个触摸点，从所述相邻两帧数据中的后一帧数据中未被匹配的触摸点中选取距离最近的触摸点作为前一帧中当前遍历的所述触摸点的准匹配点，计算前一帧数据中的所有触摸点与后一帧数据中对应的准匹配点的距离之和的计算操作，重复进行选取操作和计算操作，直至前一帧数据中所有的触摸点都被选取完为止；以及
触摸点匹配装置，以前一帧数据中不同的触摸点为起始点计算出的前一帧数据中的所有触摸点与后一帧数据中对应的准匹配点的距离之和，确定所述距离之和最小的匹配方式即为最佳匹配，将最佳匹配的触摸点归为同一轨迹上的触摸点。
利用本发明提供的触摸屏轨迹跟踪方法和系统，即使在缺失了某个触摸点的信息导致后一帧数据中比前一帧数据中的触摸点少的情况下，也可以准确地对触摸点进行匹配，从而能够更加准确的进行轨迹跟踪识别，使人机之间交互更为方便自然。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，
图1是现有技术的多点触摸轨迹跟踪的触摸点匹配的一种情况的示意图；
图2是现有技术的多点触摸轨迹跟踪的触摸点匹配的另一种情况的示意图；
图3是根据本发明的多点触摸轨迹跟踪的触摸点匹配的一种情况的示意图；
图4是根据本发明的存储有触摸点坐标的缓存器的存储单元的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，详细描述本发明的具体实施方式。
本发明提供了一种触摸屏轨迹跟踪方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一，获取相邻两帧数据中的触摸点的坐标；
步骤二，从所述相邻两帧数据中的前一帧数据中未被选取的触摸点中选取一个触摸点；
步骤三，以前一帧数据中选取的触摸点为起始点，依次遍历前一帧数据中的每个触摸点，从所述相邻两帧数据中的后一帧数据中未被匹配的触摸点中选取距离最近的触摸点作为前一帧中当前遍历的所述触摸点的准匹配点，计算前一帧数据中的所有触摸点与后一帧数据中对应的准匹配点的距离之和；
步骤四，重复步骤二和步骤三，直至前一帧数据中所有的触摸点都被选取完为止；
步骤五，比较步骤三中以前一帧数据中不同的触摸点为起始点计算出的前一帧数据中的所有触摸点与后一帧数据中对应的准匹配点的距离之和，确定所述距离之和最小的匹配方式即为最佳匹配，将最佳匹配的触摸点归为同一轨迹上的触摸点。
本说明书中，将一个扫描周期内获取的扫描数据称为一帧数据，对当前扫描周期获取的数据进行处理也就是对当前帧数据进行处理。
其中，作为一个具体实施方式，两个触摸点之间的“距离”可以为欧氏距离，距离最小即欧氏距离最小。所述欧氏距离也称欧几里得距离，它是一个通常采用的距离定义，它是在m维空间中两个点之间的真实距离。假定第一帧数据中检测到一个触摸点A，在第二帧数据中检测到一个触摸点B，则触摸点A和触摸点B之间的欧氏距离为：
xA，yA，xB，yB分别为触摸点A，B的横坐标和纵坐标。
具体地，以图3所示的一种具体情况为例，其中，触摸点101、102、103和104为获取到的第一帧数据中的四个触摸点，触摸点201、202、203和204为获取到的第二帧数据中的四个触摸点，触摸点301、303和304为获取到的第三帧数据中的三个触摸点，可以看到第三帧数据中的触摸点的个数比第一帧数据中的和第二帧数据中的触摸点的个数少。以第二帧数据中和第三帧数据中的触摸点为例，在进行轨迹跟踪时，对于第二帧数据中的各个触摸点，先选取触摸点201作为起始点，并计算触摸点201与第三帧数据中的各个触摸点之间的距离，得到距离最小的触摸点301，则判断触摸点301即为触摸点201的准匹配点，然后计算触摸点202与第三帧数据中除去触摸点301之外的各个触摸点之间的距离，得到距离最小的触摸点303,则判断触摸点303即为触摸点202的准匹配点，依次类推，可以判断触摸点304为触摸点203的准匹配点，对于触摸点204则没有匹配点。这样就计算出以触摸点201为起始点的第一组距离的总和S1，S1=D201-301+D202-303+D203-304，D201-301表示触摸点201与触摸点301之间的距离，D202-303表示触摸点202与触摸点303之间的距离，D203-304表示触摸点203与触摸点304之间的距离。
同样的方法，然后以触摸点202为起始点依次与第三帧中的触摸点进行匹配，其中，触摸点201将没有匹配的点，并计算出以触摸点202为起始点的第二组距离的总和S2，S2=D202-303+D203-304+D204-301，D202-303表示触摸点202与触摸点303之间的距离，D203-304表示触摸点203与触摸点304之间的距离，D204-301表示触摸点204与触摸点301之间的距离。
同样的方法，以触摸点203为起始点依次与第三帧中的触摸点进行匹配，其中，触摸点202将没有匹配的点，并计算出以触摸点203为起始点的第二组距离的总和S3，S3=D203-303+D204-304+D201-301，D203-303表示触摸点203与触摸点303之间的距离，D204-304表示触摸点204与触摸点304之间的距离，D201-301表示触摸点201与触摸点301之间的距离。
同样的方法，以触摸点204为起始点依次与第三帧中的触摸点进行匹配，其中，触摸点203将没有匹配的点，并计算出以触摸点204为起始点的第二组距离的总和S4，S4=D204-304+D201-301+D202-303，D204-304表示触摸点204与触摸点304之间的距离，D201-301表示触摸点201与触摸点301之间的距离，D202-303表示触摸点202与触摸点303之间的距离。
然后比较S1，S2，S3和S4，选取距离之和最小的第三组的距离之和S3的匹配方式为最佳匹配。这样，按照第三组的匹配方式，触摸点301为触摸点201的最佳匹配的触摸点，触摸点303为触摸点203的最佳匹配的触摸点，触摸点304为触摸点204的最佳匹配的触摸点，触摸点202没有最佳匹配的触摸点。
利用本发明提供的触摸屏轨迹跟踪方法，可以更加准确地对触摸点进行匹配，尤其是在缺失了某个触摸点的信息导致后一帧数据比前一帧数据的触摸点少的情况下，仍然能够实现准确匹配，避免了轨迹跟踪错误。
根据优选的实施方式，在所述步骤五之后还可以包括以下步骤：
步骤六，按照时间的先后顺序将不同轨迹上的触摸点的坐标依次存入缓存器的不同存储单元中；
步骤七，判断每个所述存储单元中存储的同一个轨迹上相邻M帧数据中采集到的触摸点的个数J，当触摸点的个数J大于预设阈值K时，则判断该存储单元存储的同一个轨迹上的触摸点不是跳点，按照时间的先后顺序输出触摸点的坐标；当触摸点的个数J小于或者等于预设阈值K时，则判断该存储单元存储的同一个轨迹上的触摸点为跳点，将不输出该轨迹上的触摸点的坐标；其中，M、J和K为均为正整数，且J小于或者等于M。
如上所述，通过步骤一至步骤五，可以将匹配成功的触摸点归为同一轨迹上的触摸点，从而对于多点触摸，可能获得多条不同的触摸轨迹，然后在步骤六中，将不同轨迹上的触摸点的坐标存入缓存器的不同存储单元中。参考图4，示出了将t0,t1,t2,t3时刻采集的其中一条轨迹上的触摸点的坐标（x0,y0）,(x1,y1),(x2,y2)和（x3,y3）按照时间的先后顺序存入缓存器中的一个存储单元中的情况。
在步骤七中，判断每个所述存储单元中存储的同一个轨迹上的触摸点的个数J，当触摸点的个数大于预设阈值K时，则判断该存储单元存储的同一个轨迹上的触摸点不是跳点，按照时间的先后顺序输出触摸点的坐标，所述跳点是仅出现在连续的两三帧数据中然后很快就消失的鬼点，故被称为“跳点”。当触摸点的个数小于或者等于预设阈值K时，则判断该存储单元存储的同一个轨迹上的触摸点为跳点，将不输出该轨迹上的触摸点的坐标。由此，通过先将触摸点的坐标存入缓存器中和判断连续触摸点的个数J，而不是直接输出触摸点的坐标，能够方便地去除跳点，保证多点触摸的使用感受。
进一步优选地，在判断存储单元存储的同一个轨迹上的触摸点为跳点时，可以将所述存储单元中存储的该轨迹上的触摸点坐标清除。
具体来说，以相邻五帧数据中有三个触摸点为例，即M为五，触摸点的个数J为三个，预设阈值K为四，此时J小于K，则可判断该轨迹上的三个触摸点为跳点，不进行输出，消除了跳点，能带来更加真实的触摸使用感受。作为其他实施例，所述预设阈值K也可以为二或者三，能更准确地确定跳点。
进一步优选地，当同一轨迹上的连续多个触摸点中出现某一帧数据或某几帧数据中的触摸点信息缺失时，可以根据前几帧数据中的触摸点坐标对缺失的触摸点的位置信息进行预测，并补充出缺失的触摸点的坐标信息，补充缺失的触摸点的坐标信息在J大于K且M大于J时即确定触摸点不是跳点并且在触摸点坐标输出前进行。具体通过以下方法来补充缺失的触摸点的坐标信息：
i.根据同一轨迹上前两帧数据中的两个触摸点坐标获得缺失的所述触摸点在前一帧数据中的触摸点的运动速度为(vxo,vy0)。其中，vxo可以通过前两帧数据中的触摸点X轴坐标的差值比上两个帧数据之间的时间差值获取；同理，vy0可以通过前两帧数据中的触摸点Y轴坐标的差值比上两个帧数据之间的时间差值获取。
ii.根据同一轨迹上前三帧数据中的三个触摸点坐标获得触摸点的运动加速度为
(ax,ay)。其中，根据所述步骤i中的方法获取前三帧数据中的后两个触摸点在X轴或Y轴上的运动速度，然后求出这两个运动速度的差值，用所述两个速度的差值比上后两个帧数据之间的时间差值即获得X轴或Y轴的运动加速度ax或ay；
iii.根据以下公式计算缺失的所述触摸点在当前帧数据中的坐标(xL,yL)，
其中，t为两个相邻触摸点之间的时间间隔。从而可以预测出缺失的触摸点的坐标信息，并将所述缺失的触摸点坐标(xL,yL)存储到相应的存储单元，保证输出的触摸点坐标连续，显示时也更连续更真实。
同时，本发明还提供了一种触摸屏轨迹跟踪系统，该系统包括：触摸点坐标获取装置，用于获取相邻两帧数据中的触摸点的坐标；距离计算装置，用于执行从所述相邻两帧数据中的前一帧数据中未被选取的触摸点中选取一个触摸点的选取操作，和执行以前一帧数据中选取的触摸点为起始点，依次遍历前一帧数据中的每个触摸点，从所述相邻两帧数据中的后一帧数据中未被匹配的触摸点中选取距离最近的触摸点作为前一帧中当前遍历的所述触摸点的准匹配点，计算前一帧数据中的所有触摸点与后一帧数据中对应的准匹配点的距离之和的计算操作，重复进行选取操作和计算操作，直至前一帧数据中所有的触摸点都被选取完为止；以及触摸点匹配装置，以前一帧数据中不同的触摸点为起始点计算出的前一帧数据中的所有触摸点与后一帧数据中对应的准匹配点的距离之和，确定所述距离之和最小的匹配方式即为最佳匹配，将最佳匹配的触摸点归为同一轨迹上的触摸点。
优选地，该触摸屏轨迹跟踪系统还可以包括：存储装置，用于按照时间的先后顺序将不同轨迹上的触摸点的坐标依次存入缓存器的不同存储单元中；以及跳点判断装置，判断每个所述存储单元中存储的同一个轨迹上相邻M帧数据中采集到的触摸点的个数J，当触摸点的个数J大于预设阈值K时，则判断该存储单元存储的同一个轨迹上的触摸点不是跳点，按照时间的先后顺序输出触摸点的坐标；当触摸点的个数J小于或者等于预设阈值K时，则判断该存储单元存储的同一个轨迹上的触摸点为跳点，将不输出该轨迹上的触摸点的坐标；其中，M、J和K为均为正整数，且J小于或者等于M。
利用本发明提供的触摸屏轨迹跟踪方法和系统，即使在缺失了某个触摸点的信息导致后一帧数据中比前一帧数据中的触摸点少的情况下，也可以准确地对触摸点进行匹配，从而能够更加准确的进行轨迹跟踪识别，使人机之间交互更为方便自然。
本发明的触摸屏轨迹跟踪处理方法不仅适用于红外触摸屏的多点触摸轨迹跟踪，还适用于光学触摸屏等其他类型的触摸屏的多点触摸轨迹跟踪。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种触摸屏轨迹跟踪方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一，获取相邻两帧数据中的触摸点的坐标；
步骤二，从所述相邻两帧数据中的前一帧数据中未被选取的触摸点中选取一个触摸点；
步骤三，以前一帧数据中选取的触摸点为起始点，依次遍历前一帧数据中的每个触摸点，从所述相邻两帧数据中的后一帧数据中未被匹配的触摸点中选取距离最近的触摸点作为前一帧中当前遍历的所述触摸点的准匹配点，计算前一帧数据中的所有触摸点与后一帧数据中对应的准匹配点的距离之和；
步骤四，重复步骤二和步骤三，直至前一帧数据中所有的触摸点都被选取完为止；
步骤五，比较步骤三中以前一帧数据中不同的触摸点为起始点计算出的前一帧数据中的所有触摸点与后一帧数据中对应的准匹配点的距离之和，确定所述距离之和最小的匹配方式即为最佳匹配，将最佳匹配的触摸点归为同一轨迹上的触摸点。
2.根据权利要求1所述的触摸屏轨迹跟踪处理的方法，其特征在于，在所述步骤五之后还包括以下步骤：
步骤六，按照时间的先后顺序将不同轨迹上的触摸点的坐标依次存入缓存器的不同存储单元中；
步骤七，判断每个所述存储单元中存储的同一个轨迹上相邻M帧数据中采集到的触摸点的个数J，当触摸点的个数J大于预设阈值K时，则判断该存储单元存储的同一个轨迹上的触摸点不是跳点，按照时间的先后顺序输出触摸点的坐标；当触摸点的个数J小于或者等于预设阈值K时，则判断该存储单元存储的同一个轨迹上的触摸点为跳点，将不输出该轨迹上的触摸点的坐标；其中，M、J和K为均为正整数，且J小于或者等于M。
3.根据权利要求2所述的触摸屏轨迹跟踪处理的方法，其特征在于：在所述步骤七中，还包括预先设定所述存储单元一次存储N个触摸点的步骤，当同一轨迹上所有触摸点的个数大于N时，则按照先进先出的顺序输出触摸点的坐标，每输出一个坐标后，存入一个新的触摸点的坐标，直至同一轨迹中所有触摸点的坐标都进入该存储单元中并被全部输出后为止，其中N为大于K的正整数。
4.根据权利要求3所述的触摸屏轨迹跟踪处理的方法，其特征在于：所述N为十。
5.根据权利要求3所述的触摸屏轨迹跟踪处理的方法，其特征在于：所述预设阈值K为二或三。
6.根据权利要求3所述的触摸屏轨迹跟踪处理的方法，其特征在于：所述步骤七中，还包括在判断存储单元存储的同一个轨迹上的触摸点为跳点时，将所述存储单元中存储的该轨迹上的触摸点坐标清除的步骤。
7.根据权利要求2－5任一所述的触摸屏轨迹跟踪处理的方法，其特征在于：所述步骤中，如J大于K且M大于J，在输出触摸点坐标之前还包括补充出缺失的触摸点的坐标的触摸点坐标补偿步骤。
8.根据权利要求7所述的触摸屏轨迹跟踪处理的方法，其特征在于：所述触摸点坐标补偿的步骤具体如下：
i.根据同一轨迹上前两帧数据中的两个触摸点坐标获得缺失的所述触摸点在前一帧数据中的触摸点的运动速度为(vxo,vy0)；
ii.根据同一轨迹上前三帧数据中的三个触摸点坐标获得触摸点的运动加速度为(ax,ay)；
iii.根据以下公式计算缺失的所述触摸点在当前帧数据中的坐标(xL,yL)，
其中，t为两个相邻触摸点之间的时间间隔。
9.一种触摸屏轨迹跟踪系统，其特征在于，该系统包括：
触摸点坐标获取装置，用于获取相邻两帧数据中的触摸点的坐标；
距离计算装置，用于执行从所述相邻两帧数据中的前一帧数据中未被选取的触摸点中选取一个触摸点的选取操作，和执行以前一帧数据中选取的触摸点为起始点，依次遍历前一帧数据中的每个触摸点，从所述相邻两帧数据中的后一帧数据中未被匹配的触摸点中选取距离最近的触摸点作为前一帧中当前遍历的所述触摸点的准匹配点，计算前一帧数据中的所有触摸点与后一帧数据中对应的准匹配点的距离之和的计算操作，重复进行选取操作和计算操作，直至前一帧数据中所有的触摸点都被选取完为止；以及
触摸点匹配装置，以前一帧数据中不同的触摸点为起始点计算出的前一帧数据中的所有触摸点与后一帧数据中对应的准匹配点的距离之和，确定所述距离之和最小的匹配方式即为最佳匹配，将最佳匹配的触摸点归为同一轨迹上的触摸点。
10.根据权利要求9所述的触摸屏轨迹跟踪系统，其特征在于，该系统还包括：
存储装置，用于按照时间的先后顺序将不同轨迹上的触摸点的坐标依次存入缓存器的不同存储单元中；以及
跳点判断装置，判断每个所述存储单元中存储的同一个轨迹上相邻M帧数据中采集到的触摸点的个数J，当触摸点的个数J大于预设阈值K时，则判断该存储单元存储的同一个轨迹上的触摸点不是跳点，按照时间的先后顺序输出触摸点的坐标；当触摸点的个数J小于或者等于预设阈值K时，则判断该存储单元存储的同一个轨迹上的触摸点为跳点，将不输出该轨迹上的触摸点的坐标；其中，M、J和K为均为正整数，且J小于或者等于M。
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