CN105094457B - 基于点斜式变换的红外触摸屏的单触点识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于点斜式变换的红外触摸屏的单触点识别方法，该方法包括：A、将红外触摸屏在物理空间的光线信息转换到变换空间，得到变换点的信息；B、将所述变换点的信息在变换空间进行计算得到变换直线；C、通过变换直线计算得到真实的物理空间的触点位置信息。采用本发明的单触点识别方法，通过利用点斜式变换空间进行运算，可以提高红外触摸屏的抗干扰性、消除落笔抖动和降低计算代价。

Description

基于点斜式变换的红外触摸屏的单触点识别方法

技术领域

本发明涉及红外触摸屏(Infrared Touch Screen)触控识别技术，尤其涉及一种基于点斜式变换的红外触摸屏的单触点识别方法。

背景技术

红外触摸屏幕是利用X、Y方向上密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触点的。红外触摸屏是在显示器的前面安装一个电路板外框，电路板在屏幕四边排布红外线发射管和红外接收管，一一对应成横竖交叉的红外矩阵。用户在触摸屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触点在屏幕上的位置。

现有红外触摸屏的触点识别方法大多基于图像处理技术，如，公开号为CN102033658A，名称为“一种触摸屏、触摸系统及其定位方法”的发明申请；公开号为CN102419663A，名称为“一种红外触摸屏多点识别方法及系统”的发明申请；以及公开号为WO2013016996A1，名称为“Multipoint recognition method and system of infraredtouch screen”的发明申请。红外触摸屏在进行单触点识别时，上述的基于图像处理的技术均存在如下问题：

1)抗干扰性差。由于图像算法识别触摸点仅仅依赖于触摸边界处的信息，导致任何影响触摸边界的干扰，如某些不真实光线，均会对计算结果有严重影响。

2)落笔抖动严重。在落笔的过程中，由于红外光线高度的不一致性，会导致落笔过程中识别的触点抖动很严重。

3)计算代价高。由于图像算法必须构建较大的图像，因此不论是在内存空间还是计算效率上，计算代价都相对较高。

目前，红外触摸屏已经发展到了第五、第六代，由于红外触摸屏具有高度的稳定性(不因时间、环境的变化产生漂移)、高度的适应性(不受电流、电压和静电干扰，适宜某些诸如防爆、防尘等恶劣的环境条件)、高透光性(无中间介质)、使用寿命长以及使用特性好(触摸无须力度，对触摸体无特殊要求)等优点，不仅比现有的电容屏具有更优良的使用特性，而且还可以以一个单一的设备作为完整的人机界面平台取代鼠标、书写板甚至键盘，足以将现有触摸屏的应用推向新的水平。因此，针对现有红外触摸屏触控识别技术中存在的上述缺陷，开发一种新的触点识别方法具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于点斜式变换的红外触摸屏单触点识别方法，通过利用点斜式变换空间进行运算，以提高抗干扰性、消除落笔抖动和降低计算代价。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于点斜式变换的红外触摸屏的单触点识别方法，该方法包括：

A、将红外触摸屏在物理空间的光线信息转换到变换空间，得到变换点的信息；

B、将所述变换点的信息在变换空间进行计算得到变换直线；

C、通过变换直线计算得到真实的物理空间的触点位置信息。

其中，所述将红外触摸屏在物理空间的光线信息转换到变换空间得到变换点的信息的过程为：

A1、以红外触摸屏左下角为原点O，长边为x轴，短边为y轴建立坐标系O-xy，分别取纵或横光线与x轴或y轴相交处为截距，记为s₁或s₂；取纵或横光线与竖直或水平方向夹角的正切值为斜率，记为t₁或t₂；利用所述参数即截距s₁或s₂和斜率t₁或t₂建立双点斜变换空间的坐标系O-s₁t₁和O-s₂t₂，将上述两个坐标系放在一起就形成了双点斜变换空间；

A2、在所述双点斜坐标系的基础上，以坐标系原点O逆时针旋转45度，得到新的坐标系O-XY；再取任意光线与X轴相交处为截距，记为S；取任意光线与Y轴方向夹角的正切值为斜率，记为T；得到单点斜变换空间的坐标系O-ST；

A3、利用物理空间到变换空间的转换方法，将红外触摸屏的所有光线写成X-S＝T·Y的形式，这样，所述的光线就由参数(S，T)唯一确定，变换成单点斜变换空间的离散点即得到变换点的信息。

其中，步骤A1所述双点斜变换空间的坐标系，其转换公式分别为：

x-s₁＝t₁·y，

y-s₂＝t₂·x；

其中：x，y分别为坐标系O-xy的纵坐标和横坐标；s₁，s₂分别为纵光线、横光线分别与x轴或y轴相交处的截距；t₁，t₂分别为纵光线、横光线分别与竖直或水平方向夹角的正切值即斜率。

其中，步骤A2所述单点斜变换空间的坐标系O-ST，其转换公式为：

X-S＝T·Y；

其中：X，Y分别为坐标系O-XY的横轴和纵轴；S为任意光线与X轴相交处的截距；T为任意光线与Y轴方向夹角的正切值即斜率。

其中，将所述变换点的信息在变换空间进行计算得到变换直线的过程为：

在变换空间中，将对应于物理空间中被遮盖的直线即值为1的点作为一组点(S_i，T_i)，其中i＝1，2，3，…，n；利用最小二乘法对这组点线性拟合，得到变换直线参数A和b。

其中，所述利用最小二乘法对这组点线性拟合得到变换直线参数A和b的过程为：

设(X，Y)为中心触点的坐标，则有X-S＝T·Y；得到(X，Y)使得(S_i，T_i)到由参数(X，Y)确定的直线X-S＝T·Y的距离之和最短，即

其中：A为b为z为

步骤C所述通过变换直线计算得到真实的物理空间的触点位置信息的过程为：

根据点斜式变换公式，求得解：

其中：X，Y分别为真实物理空间的横坐标和纵坐标位置点；n为被遮盖的直线的数目；为n个T_i的平均值；为n个S_i的平均值；T_i为直线i在变换空间的坐标右值；S_i为直线i在变换空间的坐标左值；根据上式进行计算即可得出触点的位置坐标(X，Y)。

本发明所提供的基于点斜式变换的红外触摸屏单触点识别方法，具有以下优点：

1)该红外触摸屏的单触点识别方法基于变换空间的统计处理技术，由于不涉及物理空间的图像连通阈判断，对干扰光线具有很好的抗干扰性能。

2)使用本发明的识别方法的红外触摸屏具有抗干扰性作用，能够在识别触点时保证准确的触摸位置输出，能够克服触点抖动问题。

3)现有的红外触摸屏采用本发明方法进行单触点识别，具有空间代价和时间代价占用小的特点，因此，能够大幅提高单触点识别的反应速度和触控操作的实时性。

附图说明

图1为本发明的实施例对红外触摸屏进行单触点识别的过程示意图；

图2为以触摸屏左下角为原点O长边为x轴短边为y轴建立坐标系O-xy示意图；

图3为图2所示坐标系O-xy以原点O为中心逆时针旋转45度得到的坐标系O-XY示意图；

图4为本发明实施例真实触摸屏光线变换到变换空间的情况示意图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。在描述本发明的方法之前，有必要对下列名词作一解释。

1)物理空间：指的是物理触摸屏对应的二维空间(X，Y)。

2)变换空间：指的是物理空间通过点斜式变换而转换成的二维空间，其两个维度分别是截距(横轴)和斜率(纵轴)。物理空间和变换空间是对偶的关系，其中一个空间的点在另一个空间中对应为直线。另外，在物理空间的一个圆形触摸点必定在变换空间对应为近似直线带。

3)横光线：指的是从触摸屏短边到短边的红外光线。

4)纵光线：指的是从触摸屏长边到长边的红外光线。

5)变换点：指的是物理空间的一条光线在变换空间中所对应的点。

6)变换直线：指的是变换空间的一条直线，其在物理空间对应于一个点。

图1为本发明的实施例对红外触摸屏进行单触点识别的过程示意图。如图1所示，对红外触摸屏进行单触点识别的主要步骤如下：

步骤11：将红外触摸屏在物理空间的光线信息转换到变换空间，得到变换点的信息。

请参照图2，以触摸屏左下角为原点O，长边为x轴，短边为y轴建立坐标系O-xy，分别取纵光线与x轴相交处为截距，记为s₁，分别取横光线与y轴相交处为截距，记为s₂；取纵光线与竖直方向夹角的正切值为斜率，记为t₁，取横光线与水平方向夹角的正切值为斜率，记为t₂；利用上述截距和斜率这两个参数建立双点斜变换空间的坐标系O-s₁t₁和O-s₂t₂。其转换公式分别为：

x-s₁＝t₁·y，

y-s₂＝t₂·x。

将这两个坐标系放在一起就形成了双点斜变换空间。

再参照图3，在上述双点斜坐标系的基础上，绕着坐标系原点O逆时针旋转45度，得到新的坐标系O-XY。此时，取任意光线与X轴相交处为截距，记为S；取任意光线与Y轴方向夹角的正切值为斜率，记为T；得到单点斜变换空间的坐标系O-ST，其转换公式为：

X-S＝T·Y。

如果令某一时刻触摸屏上被遮住的光线值为1，未被遮住的值为0，那么在单(双)点斜变换空间中形成了离散的标量场。

下面，我们利用的是单点斜式变换进行的触摸点识别，这里，我们也相应的用“变换空间”指代“单点斜式变换空间”。

利用上述的物理空间到变换空间的转换方法，将所有光线写成X-S＝T·Y的形式，这样光线就由参数(S，T)唯一确定，变换成单点斜变换空间的离散点了，即得到变换点的信息。

图4为本发明实施例真实触摸屏光线变换到变换空间的情况示意图。如图4所示，用横坐标代表S，纵坐标代表T，白色的点表示该光线未被遮住(值为0)，灰色的点表示光线被遮住了(值为1)。

步骤12：将所述变换点的信息在变换空间进行计算得到变换直线。

在变换空间中，将图4中值为1的点(对应于物理空间中被遮盖的直线)作为一组点(S_i，T_i)，其中i＝1，2，3，…，n。利用最小二乘法对这组点线性拟合：

假设(X，Y)为中心触点的坐标，有X-S＝T·Y；很显然我们希望找到(X，Y)使得(S_i，T_i)到由参数(X，Y)确定的直线X-S＝T·Y的距离之和最短，即

根据最小二乘法即可得到变换直线参数(A和b)。

其中：A为b为z为

步骤13：通过变换直线计算得到真实的物理空间的触点位置信息。

根据点斜式变换公式，令Ψ＝||Az-b||，分别计算其对X和Y的偏导数：

可以解出Ψ的极值点，不难证明该极值点就是最小值点(X,Y)，我们可以得出解：

其中：X，Y分别为真实物理空间的横坐标和纵坐标位置点；n为被遮盖的直线的数目；为n个T_i的平均值；为n个S_i的平均值；T_i为直线i在变换空间的坐标右值；S_i为直线i在变换空间的坐标左值。

这样，我们根据上式进行计算即可得到触点的位置坐标(X，Y)，即触点的位置信息。

由于本发明的方法基于变换空间的统计处理技术，不涉及物理空间的图像连通阈判断，因此受单个光线信息波动的影响很小，对干扰光线具有很好的抗干扰性能。同时，由于采用了本发明方法的红外触摸屏具有抗干扰性作用，可以在触点下落和移动的过程中尽可能地减小触点抖动带来的误差干扰，因此能够克服触点抖动问题。

此外，采用本发明的方法进行单触点识别，还具有计算代价小的特点。这里所述的计算代价，包括空间代价和时间代价。其中：

1)对于空间代价，从本发明方法消耗的存储空间看，主要的储存内容只有所有光线的变换空间信息。假设以1000条光线计，每条光线的变换空间信息包含两个浮点数坐标，按每个数4字节计，则总共需要1000*4*2＝8k字节的存储空间，不超过10k字节内存占用，因此需要的空间计算代价极少。

2)对于时间代价，实现本发明方法的三个阶段即三个步骤均非常简单，仅涉及线性计算，其总体的计算时间占用不超过以往图像算法的1％。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于点斜式变换的红外触摸屏的单触点识别方法，其特征在于，该方法包括：

A、将红外触摸屏在物理空间的光线信息转换到变换空间，得到变换点的信息；

B、将所述变换点的信息在变换空间进行计算得到变换直线；

C、通过变换直线计算得到真实的物理空间的触点位置信息；

所述将红外触摸屏在物理空间的光线信息转换到变换空间得到变换点的信息的过程为：

A1、以红外触摸屏左下角为原点O，长边为x轴，短边为y轴建立坐标系O-xy，分别取纵或横光线与x轴或y轴相交处为截距，记为s₁或s₂；取纵或横光线与竖直或水平方向夹角的正切值为斜率，记为t₁或t₂；利用所述参数即截距s₁或s₂和斜率t₁或t₂建立双点斜变换空间的坐标系O-s₁t₁和O-s₂t₂，将上述两个坐标系放在一起形成双点斜变换空间；

A2、在所述双点斜变换空间的坐标系的基础上，以坐标系原点O逆时针旋转45度，得到新的坐标系O-XY；再取任意光线与X轴相交处为截距，记为S；取任意光线与Y轴方向夹角的正切值为斜率，记为T；得到单点斜变换空间的坐标系O-ST；

A3、利用物理空间到变换空间的转换方法，将红外触摸屏的所有光线写成X-S＝T·Y的形式，这样，所述的光线就由参数(S，T)唯一确定，变换成单点斜变换空间的离散点即得到变换点的信息；

将所述变换点的信息在变换空间进行计算得到变换直线的过程为：

在变换空间中，将对应于物理空间中被遮盖的直线即值为1的点作为一组点(S_i，T_i)，其中i＝1，2，3，…，n；利用最小二乘法对这组点线性拟合，得到变换直线参数A和b；

步骤C所述通过变换直线计算得到真实的物理空间的触点位置信息的过程为：

根据点斜式变换公式，求得解：

其中：X，Y分别为真实物理空间的横坐标和纵坐标位置点；n为被遮盖的直线的数目；为n个T_i的平均值；为n个S_i的平均值；T_i为直线i在变换空间的坐标右值；S_i为直线i在变换空间的坐标左值；根据上式进行计算即可得出触点的位置坐标(X，Y)。

2.根据权利要求1所述基于点斜式变换的红外触摸屏的单触点识别方法，其特征在于，所述利用最小二乘法对这组点线性拟合得到变换直线参数A和b的过程为：

设(X，Y)为中心触点的坐标，则有X-S＝T·Y；得到(X，Y)使得(S_i，T_i)到由参数(X，Y)确定的直线X-S＝T·Y的距离之和最短，即

其中：A为b为z为