CN105320364A - 一种体感多点触控装置 - Google Patents

Abstract

一种体感多点触控装置。提供了一种基于触点光斑成像，成本更低，效果更好的体感多点触控装置。包括红外摄像头和计算机，所述红外摄像头设在液晶屏的后方，所述红外摄像头连接所述计算机；所述液晶屏的表面设有红外线薄层；所述红外摄像头的表面设有红外过滤片。本发明利用液晶屏幕本身的透光性，在其后方放置摄像头，拍摄液晶屏前方如手指形成的影像。当手指或其他物品接触到液晶表面红外薄层时引起红外线漫反射，部分红外线穿过液晶射向液晶后方，从而被安置在后方的摄像头捕捉，形成光斑。然后，计算机系统从摄像头获取实时图像，并通过对光斑的处理，计算出对应的触摸物品坐标，从而实现多点触摸功能。

Description

一种体感多点触控装置

技术领域

本发明涉及人机交互领域，尤其涉及体感多点触控装置。

背景技术

随着触摸定位技术的广泛应用，定位形式越来越多，然而，其存在相应的缺点：

如一是红外框技术：用X、Y方向上密布的红外线矩阵来检测并定位人的触摸手势，红外触摸屏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发射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。手指在触摸屏幕时，就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触摸点在屏幕的坐标位置。任何非透明物体都可改变触点上的红外线而实现触摸屏操作。

缺点：红外触摸一般可以精确检测六个触点，最多可以检测10多个触点，更多的触点则很难检测识别；

触点距离太近，落在同一检测区域时，会被识别为一个触点。

二是表面声波技术：表面声波是一种沿介质表面传播的机械波。该种触摸屏由触摸屏、声波发生器、反射器和声波接受器组成，其中声波发生器能发送一种高频声波跨越屏幕表面，当手指触及屏幕时，触点上的声波即被阻止，由此确定坐标位置。

缺点：这项技术原先是针对较小尺寸荧幕所设计，所以不便应用于超过30寸的荧幕尺寸。由于该技术无法加以封装，容易受到表面脏污及水分的破坏，因此不适用于许多工业及商业应用产品。表面脏污会导致屏幕上产生暗点，需要定期清洁感应器及不定期进行调校。基于技术本身的运作方式，使其同时也难以避免受到不必要的干扰，如外部声音的干扰。

三是纳米触摸膜技术：将从横交织的纳米导线编列成感应矩阵，与控制器相连，组成平面感应单元，在纳米导线交叉点上，会产生一定的磁场效应，当人手指隔着玻璃板触摸屏幕时，磁场会发生相应变化，控制器会将触摸位置信息传给计算机，从而实现触摸功能。

缺点：成本非常昂贵。无法抵抗电磁干扰。

四是电容触摸技术：电容式触摸屏技术是利用人体的电流感应进行工作的。电容式触摸屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO，最外层是一薄层矽土玻璃保护层，夹层ITO涂层作为工作面，四个角上引出四个电极，内层ITO为屏蔽层以保证良好的工作环境。当手指触摸在金属层上时，由于人体电场，用户和触摸屏表面形成以一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分别从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。

缺点：尺寸无法做到很大，20寸以上时成本会非常高；

由于存在四层结构覆盖在显示器表面，对色彩造成影响，会导致失真，甚至模糊；

环境电场变化（如人体靠近、其他导体靠近），温度、湿度变化，都会引起四角电流变化，引发误操作。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种基于触点光斑成像，成本更低，效果更好的体感多点触控装置。

本发明的技术方案是：包括红外摄像头和计算机，所述红外摄像头设在液晶屏的后方，所述红外摄像头连接所述计算机；

所述液晶屏的表面设有红外线薄层；所述红外摄像头的表面设有红外过滤片。

所述红外线薄层通过设在所述液晶屏四周的红外发射器形成。

所述红外摄像头位于所述液晶屏的后方中心。

本发明利用液晶屏幕本身的透光性，在其后方放置摄像头，拍摄液晶屏前方如手指(单个或多个，静态、动态)形成的影像。为了使影像清晰，并过滤液晶显示内容的干扰，在液晶外表面部署一个红外线薄层，后方摄像头增加红外过滤片。当手指或其他物品接触到液晶表面红外薄层时引起红外线漫反射，部分红外线穿过液晶射向液晶后方，从而被安置在后方的摄像头捕捉，形成光斑。然后，计算机系统从摄像头获取实时图像，并通过对光斑的处理，计算出对应的触摸物品坐标，从而实现多点触摸功能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是图1的右视图；

图中1是红外摄像头，2是计算机，3是液晶屏，4是红外发射器。

具体实施方式

本发明如图1、2所示，包括红外摄像头1和计算机2，所述红外摄像头1设在液晶屏3的后方，所述红外摄像头1连接所述计算机2；

所述液晶屏3的表面设有红外线薄层；所述红外摄像头1的表面设有红外过滤片。

所述红外线薄层通过设在所述液晶屏四周的红外发射器4形成。

所述红外摄像头1位于所述液晶屏3的后方中心。

本发明在液晶屏表面部署一层红外线薄层，在液晶屏后方安置红外摄像头，摄像头与计算机usb接口相连，计算机通过实时获取摄像头拍摄到的影像来计算液晶屏幕前方的触点坐标信息。

工作原理为：用于使接触到屏幕表面的物品清晰成像，当液晶屏幕前方有手指或其他物品触及红外线薄层时，红外线发生漫反射，一部分会射向屏幕后方，被红外摄像头捕捉。液晶屏幕虽然透光，但是很模糊，不能在摄像头中清晰成像，通过部署一层红外线，当物体接触到屏幕表面时，造成红外线发生漫反射，部分红外线会射向屏幕后方，被红外摄像头捕捉到。再通过计算机获取到的实时图像中形成光斑（鉴于该项技术本领域已经能够实施，本案中不再赘述）。

红外滤波片具有仅允许特定范围波长光波通过的特性，此处我们仅允许红外光进入摄像头，可见光以及其他非红外光被阻挡。这样就实现了过滤屏幕原有内容以及其他杂光干扰。

通过对图像的降噪和滤波，得到稳定的光斑信息，通过计算机算法对光斑中心坐标的计算，可得到此触点坐标，当触点发生移动时，通过实时图像可得到前后图像的触点关系，从而判定后续触点是新产生触点、或前幅图像移动后的触点。

本发明支持任意多个触摸点，并有效跟踪每个触点的按下、移动、抬起；

在更小的面积上完成更加精确、稳定的触摸控制，包括但不限于点击、移动、缩放、旋转等操作；

可通过物品在红外图像中的阴影形状判断期类型，完成对物品的分类与识别。

在实际应用中，采用公司已有自主知识产权（电子系统的非触摸控制及其相关方法、2012101050761，非触摸用户输入识别、2012101168763，电子系统及其相关方法、2012104511577）作为本案图像采集、处理的核心硬件和基础方法。

本案中的红外摄像头若放在液晶屏的四周会造成遮挡问题，光沿直线传播，多根手指会造成遮挡；

红外摄像头安放在屏幕后方，即放在后面，相当于从另一个角度观察，就不会发生遮挡现象。

液晶屏幕四周放置红外发射装置，在屏幕表层形成一个红外线薄层，当外界物品触及屏幕表面时，红外线会在物品周围发生反射，部分光线会穿过液晶屏，被位于液晶屏后方的红外摄像头捕捉到。

摄像头通过加装在表面的红外滤波层，将红外波长的光波反射回去，仅允许红外通过，进而在摄像头内部的光感器件中成像，实时获取屏幕外表面的图像数据。

软件则通过实时获取到的图像数据计算其中触点的范围及数目，并跟踪每个触点的移动与抬起，通过触点的运动轨迹和趋势计算出用户意图，软件层面表现为点击、移动、缩放、旋转。

应用层面可利用这些指令完成诸多功能。

回溯本发明的研发过程，我们认识到。目前，液晶屏的制造组装是一个比较成熟的技术，有很成熟的生产线以及供应链。触摸技术属于后期产生，所以传统触摸屏与液晶屏分属不同的制造商或流水线，普通点击型触摸操作，传统触摸技术可以满足要求。

本发明人希望提升触摸体验，开发更多触点、更自由交互的触摸产品，将来会生产一体化的触摸产品。

本发明后续使用软件算法对摄像头拍到的图像进行处理，得到清晰的触点影像，也会有相应的触点追踪算法，保证多个触点在屏幕随意移动时，软件仍能辨识触点的正确编号，从而保证控制的连续性。鉴于以上算法在本领域也已有多种技术方案，因此在本发明中不再赘述。

本发明的优点：

利用视觉处理领域技术解决触摸领域的体验问题，与传统技术相比，成本更低，效果更好；

完成传统触摸屏所不具备的物品识别特性，提供更加丰富的功能、提供更加炫酷交互体验；

解决传统红外触摸框不能识别临近触点的问题，本发明基于触点光斑成像，是要触点间存在缝隙，那么两个光斑就可以被区分开；

屏蔽声音造成的干扰，本发明不依赖超声等声波测量技术，故不存在声音方面造成的干扰；

降低成本，摄像头的成本非常低廉，且本发明不需要特别清晰的成像，获取光斑即可，故对于摄像头的成像细节要求不高，可采用成本低廉的感光器件；

对于更大的触摸面积，本发明仅需更换广角镜头、算短焦距即可，这两方面的成本也是非常低廉的；

不会对液晶色彩造成影响，厂家为了保护液晶屏幕，通常会在液晶表面增加一层透明的覆盖物；本发明不需要在液晶表面覆盖实物；

具体应用案例：

图片、视频展示软件，支持多人多角度同时操作，点击界面按钮，移动窗口，缩放窗口、旋转窗口；

在屏幕表面放置钢化玻璃等透明防爆材质，可作为多媒体办公桌，会课桌使用，浏览资料，观看视频，或是共同游戏娱乐；

识别屏幕表面的物品形状，如一套形状各异的积木块，软件通过对形状的判别，给出拼接建议或者是否匹配的判定。

Claims (3)

1.一种体感多点触控装置，其特征在于，包括红外摄像头和计算机，所述红外摄像头设在液晶屏的后方，所述红外摄像头连接所述计算机；

所述液晶屏的表面设有红外线薄层；所述红外摄像头的表面设有红外过滤片。

2.根据权利要求1所述的一种体感多点触控装置，其特征在于，所述红外线薄层通过设在所述液晶屏四周的红外发射器形成。

3.根据权利要求1所述的一种体感多点触控装置，其特征在于，所述红外摄像头位于所述液晶屏的后方中心。