CN105353926B - 基于扩展定位坐标的定位方法及其定位装置 - Google Patents

基于扩展定位坐标的定位方法及其定位装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于扩展定位坐标的定位方法及其定位装置，该方法包括：步骤1，在水平方向等间隔设置多对发射接收灯，并在竖直方向等间隔设置多对发射接收灯，并对所述发射接受灯进行编号，所述发射接收灯发射发散源，且接收所述发散源其中的光束；步骤2，根据发射接收灯的发散张角范围内的遮挡通断信息进行采集得到矩阵图；步骤3，将矩阵图根据算数统计平均的算法计算出触摸物的位置。该定位方法及其定位装置克服了现有技术中个别红外发射灯失效对精度影响很大的问题，从而提高了定位的精度。

Description

基于扩展定位坐标的定位方法及其定位装置
技术领域
本发明涉触摸系统的定位的领域，具体地，涉及基于扩展定位坐标的定位方法及使用该定位方法的定位装置。
背景技术
触摸系统作为一种人机交互式输入设备，因其操作简单、使用灵活等特点得到了广泛的应用。触摸技术发展到今天，几种主流的技术已逐渐成熟，红外触摸就是其中一种。
红外触摸屏因使用方便、抗爆性强、透光率高、可靠性高等优点而逐渐被广泛应用在各个领域。但是常用垂直扫描定位触摸物的方法有很多的缺陷，它定位坐标极大的局限于相邻红外灯的感应方式，是通过两个单一对应的红外发射灯感应实现，在这样的感应方式下，个别红外发射灯失效对精度影响很大，相当于相应位置的LED间距变大，该行或该列的精度下降，局部误差将放大，甚至在触摸物较小时会出现感知不到触摸物的情形。
那么设计一中新型的基于扩展定位坐标的定位方法及使用该定位方法的定位装置成为一种亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于扩展定位坐标的定位方法及其定位装置，该定位方法及其定位装置克服了现有技术中个别红外发射灯失效对精度影响很大的问题，从而提高了定位的精度。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于扩展定位坐标的定位方法，该方法包括：
步骤1，在水平方向等间隔设置多对发射接收灯，并在竖直方向等间隔设置多对发射接收灯，并对所述发射接受灯进行编号，所述发射接收灯发射发散源，且接收所述发散源其中的光束；
步骤2，根据发射接收灯的发散张角范围内的遮挡通断信息进行采集得到矩阵图；
步骤3，将矩阵图根据算数统计平均的算法计算出触摸物的位置。
优选地，在步骤1中，在任意一个所述发射接收灯发射发散源的发散范围内，设置7个、5个或3个与该发射接收灯相对的发射接收灯。
优选地，在任意一个所述发射接收灯发射发散源的发散范围内，
在接收到所述发散源其中的光束的情况下，记为0；在接收不到所述发散源其中的光束的情况下，记为1。
优选地，在步骤3中，将矩阵图根据算数统计平均的算法计算出触摸物的位置中，
步骤31，通过如下公式分别计算水平方向和竖直方向的平均灯号；
Pi(ni)＝ni/(n1+n2+n3+……ni)；
Eaver＝N1P1(n1)+N2P2(n2)+N2P2(n2)+……+NiPi(ni)；
其中，Ni为第i个被遮挡灯的编号，Pi(ni)是第i个被遮挡灯的加权，ni为第i个被遮挡灯的遮挡个数，Eaver为平均灯号；
步骤32，转换为物理坐标，并发送至上位机完成定位。
本发明还提供一种基于扩展定位坐标的定位装置，该装置包括：
在水平方向等间隔设置的多对发射接收灯，并在竖直方向等间隔设置的多对发射接收灯，并对所述发射接受灯进行编号的设备，所述发射接收灯发射发散源，且接收所述发散源其中的光束；
根据发射接收灯的发散张角范围内的遮挡通断信息进行采集得到矩阵图的设备；
将矩阵图根据算数统计平均的算法计算出触摸物的位置的设备。
优选地，在任意一个所述发射接收灯发射发散源的发散范围内，设置7个、5个或3个与该发射接收灯相对的发射接收灯。
优选地，在任意一个所述发射接收灯发射发散源的发散范围内，
在接收到所述发散源其中的光束的情况下，记为0的设备；在接收不到所述发散源其中的光束的情况下，记为1的设备。
优选地，通过如下公式分别计算水平方向和竖直方向的平均灯号的设备；
Pi(ni)＝ni/(n1+n2+n3+……ni)；
Eaver＝N1P1(n1)+N2P2(n2)+N2P2(n2)+……+NiPi(ni)；
其中，Ni为第i个被遮挡灯的编号，Pi(ni)是第i个被遮挡灯的加权，ni为第i个被遮挡灯的遮挡个数，Eaver为平均灯号；
转换为物理坐标，并发送至上位机完成定位的设备。
优选地，相邻发射接收灯之间的距离为5mm。
通过上述的具体实施方式，本发明的定位方法可以高效提高精度；能在保证特定触摸精度的前提下，只需要判断是否遮挡就可以列出矩阵，快速处理坐标，响应速度快，实时性好；在个别LED失效对精度影响较小的特点，因为物体坐标是通过若干光线推算出的坐标点集进行统计平均的结果，个别灯的损坏相当于样本数的减少，对精度的影响较小。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是说明本发明的一种基于扩展定位坐标的定位方法的光束示意图；
图2是说明本发明的另一种具体实施方式的基于扩展定位坐标的定位方法的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种基于扩展定位坐标的定位方法，该方法包括：
步骤1，在水平方向等间隔设置多对发射接收灯，并在竖直方向等间隔设置多对发射接收灯，并对所述发射接受灯进行编号，所述发射接收灯发射发散源，且接收所述发散源其中的光束；
步骤2，根据发射接收灯的发散张角范围内的遮挡通断信息进行采集得到矩阵图；
步骤3，将矩阵图根据算数统计平均的算法计算出触摸物的位置。
通过上述的具体实施方式，有效解决了无灯坏时精度低和有LED灯坏时局部误差放大的问题，并且，通过上述的实施方式，可以答复的提高精度，保证精度满足要求的前提下，可以减小灯的间距，减少灯的个数，节约器材，能在保证特定触摸精度的前提下，只需要判断是否遮挡就可以列出矩阵，快速处理坐标，响应速度快，实时性好；在个别LED失效对精度影响较小的特点，因为物体坐标是通过若干光线推算出的坐标点集进行统计平均的结果，个别灯的损坏相当于样本数的减少，对精度的影响较小。
以下结合附图1和附图2对本发明进行进一步的说明，在本发明中，为了提高本发明的适用范围，特别使用下述的具体实施方式来实现。
在本发明的一种具体实施方式中，在步骤1中，在任意一个所述发射接收灯发射发散源的发散范围内，设置7个、5个或3个与该发射接收灯相对的发射接收灯。综合考虑到LED辐射强度分布、数据处理速度，单边扫描n＝5对灯的遮挡状况即可达到比较好的精度和稳定性。本发明能在保证特定触摸精度的前提下，只需要判断5对灯是否遮挡就可以列出矩阵，快速处理坐标，响应速度快，实时性好。
在该种实施方式中，在任意一个所述发射接收灯发射发散源的发散范围内，
在接收到所述发散源其中的光束的情况下，记为0；在接收不到所述发散源其中的光束的情况下，记为1。上述方式是一种统计的方法，方便进行光束是否遮挡的统计。
在该种实施方式中，在步骤3中，将矩阵图根据算数统计平均的算法计算出触摸物的位置中，
步骤31，通过如下公式分别计算水平方向和竖直方向的平均灯号；
Pi(ni)＝ni/(n1+n2+n3+……ni)；
Eaver＝N1P1(n1)+N2P2(n2)+N2P2(n2)+……+NiPi(ni)；
其中，Ni为第i个被遮挡灯的编号，Pi(ni)是第i个被遮挡灯的加权，ni为第i个被遮挡灯的遮挡个数，Eaver为平均灯号；
步骤32，转换为物理坐标，并发送至上位机完成定位。
通过上述的计算公式，实现定位的算法，从横向和纵向实现标的物的具体的定位，精确度高，效果好，适于使用。
本发明还提供一种基于扩展定位坐标的定位装置，该装置包括：
在水平方向等间隔设置的多对发射接收灯，并在竖直方向等间隔设置的多对发射接收灯，并对所述发射接受灯进行编号的设备，所述发射接收灯发射发散源，且接收所述发散源其中的光束；
根据发射接收灯的发散张角范围内的遮挡通断信息进行采集得到矩阵图的设备；
将矩阵图根据算数统计平均的算法计算出触摸物的位置的设备。
通过上述的实施方式，本发明的定位装置从横向和纵向实现两方面的定位，最终实现和上述方法相同的效果。
在该种实施方式中，在任意一个所述发射接收灯发射发散源的发散范围内，设置7个、5个或3个与该发射接收灯相对的发射接收灯。
在该种实施方式中，在任意一个所述发射接收灯发射发散源的发散范围内，
在接收到所述发散源其中的光束的情况下，记为0的设备；在接收不到所述发散源其中的光束的情况下，记为1的设备。
在该种实施方式中，通过如下公式分别计算水平方向和竖直方向的平均灯号的设备；
Pi(ni)＝ni/(n1+n2+n3+……ni)；
Eaver＝N1P1(n1)+N2P2(n2)+N2P2(n2)+……+NiPi(ni)；
其中，Ni为第i个被遮挡灯的编号，Pi(ni)是第i个被遮挡灯的加权，ni为第i个被遮挡灯的遮挡个数，Eaver为平均灯号；
转换为物理坐标，并发送至上位机完成定位的设备。
在该种实施方式中，相邻发射接收灯之间的距离为5mm。
在本发明的一种具体实施方式中，
假设发射/接收管之间的光束未被遮挡时的状态记为0而被遮挡记为1，那么在每一个坐标维度，发射管与接收管的状态可以写成一个稀疏矩阵，例如假设在水平两边有12对发射/接收管，其对于某个特定位置遮挡物形成的光束遮挡状况如下：
表1光束遮挡矩阵
通过定位算法再对其中的所有或部分非零元素进行分析处理，即可获知触摸物的位置状况。当手指等物在屏面移动对红外线网形成切割时，红外管阵列感知到的通断矩阵也在实时变化，由这种映射关系将其轮廓位置推算到一个范围内。因此光束网及其交叉“节点”的疏密，间接反映了该处能够达到的理想定位精度。精度与由遮挡矩阵推算坐标的算法有关。基于计算硬件的能力和刷新频率限制，算法应在时间复杂度(基本运算量)和计算精度之间取一平衡。在遮挡矩阵非零元中仅取那些代表近轴光线束的子集，物体中心位置的判定采用统计平均方法。有效解决了无灯坏时精度低和有LED灯坏时局部误差放大的问题。
在本发明的最优选的实施方式中，根据红外发射灯张角范围内的所有发射/接收管间遮挡通断信息可以被采集为矩阵图。根据算术平均的方法，计算出触摸物的位置情况。
精度与由遮挡矩阵推算坐标的算法有关。基于计算硬件的能力和刷新频率限制，算法应在时间复杂度(基本运算量)和计算精度之间取一平衡。对在水平、竖直方向分别采用相邻7对、5对或3对发射/接收管的交叉遮挡数据(轴测中心及其两侧各3、2、1对)，其增长速度小于取样数的减少速度。因此综合考虑到LED辐射强度分布、数据处理速度，单边扫描n＝5对灯的遮挡状况即可达到比较好的精度和稳定性。在遮挡矩阵非零元中仅取那些代表近轴光线束的子集，物体中心位置的判定可采用统计平均的方法，算出平均灯号，再转换为物理坐标，发送到上位机。如下为定位算法的公式。
Eaver＝N1P1(n1)+N2P2(n2)+N2P2(n2)+……+NiPi(ni)；
Pi(ni)＝ni/(n1+n2+n3+……ni)；
Ni为第i个被遮挡灯的号码；Pi(ni)是第i个被遮挡灯的加权，此函数和采样的个数有关；ni为第i个被遮挡灯的纵列遮挡个数。
以下针对长短边分别有25和9对红外管触摸屏实例，相邻管间距5mm，触摸物直径设为6.67mm。
根据图2，可以列出在水平方向和垂直方向上采集矩阵：
表2水平方向光束表
根据表2可以直观的看出N1＝8，N2＝9，N3＝10，N4＝11，n1＝1，n2＝2，n3＝2，n4＝2，最后算出Eaver＝9.7143；
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 0 0 0
2 0 0 0 0
3 0 0 0 0 0
4 0 0 0 0 0
5 0 0 0 0 0
6 0 0 0 1 1
7 0 1 1 1 0
8 1 1 0 0
9 0 0 0
表3垂直方向光束表
根据表3可以直观的看出N1＝6，N2＝7，N3＝8，n1＝2，n2＝3，n3＝2，，最后算出Eaver＝7。
本扩展轴坐标式方法的精度比垂直算法的精度要高。因为垂直算法是本算法的一个子集，是本算法的特例。本算法既包括垂直算法又包括倾斜算法，计算出的坐标点比垂直算法精度要高。
采用这种扩展轴坐标式方法，除了能提高精度外，还具有个别LED失效对精度影响较小的特点，因为物体坐标是通过若干光线推算出的坐标点集进行统计平均的结果，个别灯的损坏相当于样本数的减少。
这一方案对LED强度角的要求是在±θ角范围内辐射强度较稳定(能够达到考虑了环境光影响情况下的通断判别阈值)，
θ＝arctg[(m-1)/2P]；
m为计算遮挡对灯的个数，P为触摸屏较短边上发射管的数目。
统计整个屏面所有取样点得到的平均位置偏差比垂直算法要小，94％以上的区域偏差均在1mm以下。由此可见，采用这种扩展轴坐标式定位方法能提高平均触摸精度。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (5)

1.一种基于扩展定位坐标的定位方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1，在水平方向等间隔设置多对发射接收灯，并在竖直方向等间隔设置多对发射接收灯，并对所述发射接受灯进行编号，所述发射接收灯发射发散源，且接收所述发散源其中的光束；
步骤2，根据发射接收灯的发散张角范围内的遮挡通断信息进行采集得到矩阵图；
步骤3，将矩阵图根据算数统计平均的算法计算出触摸物的位置；
在任意一个所述发射接收灯发射发散源的发散范围内，
在接收到所述发散源其中的光束的情况下，记为0；在接收不到所述发散源其中的光束的情况下，记为1；
在步骤3中，将矩阵图根据算数统计平均的算法计算出触摸物的位置中，
步骤31，通过如下公式分别计算水平方向和竖直方向的平均灯号；
Pi(ni)＝ni/(n1+n2+n3+……ni)；
Eaver＝N1P1(n1)+N2P2(n2)+N2P2(n2)+……+NiPi(ni)；
其中，Ni为第i个被遮挡灯的编号，Pi(ni)是第i个被遮挡灯的加权，ni为第i个被遮挡灯的遮挡个数，Eaver为平均灯号；
步骤32，转换为物理坐标，并发送至上位机完成定位。
2.根据权利要求1所述的基于扩展定位坐标的定位方法，其特征在于，在步骤1中，在任意一个所述发射接收灯发射发散源的发散范围内，设置7个、5个或3个与该发射接收灯相对的发射接收灯。
3.一种基于扩展定位坐标的定位装置，其特征在于，该装置包括：
在水平方向等间隔设置的多对发射接收灯，并在竖直方向等间隔设置的多对发射接收灯，并对所述发射接受灯进行编号的设备，所述发射接收灯发射发散源，且接收所述发散源其中的光束；
根据发射接收灯的发散张角范围内的遮挡通断信息进行采集得到矩阵图的设备；
将矩阵图根据算数统计平均的算法计算出触摸物的位置的设备；
在任意一个所述发射接收灯发射发散源的发散范围内，
在接收到所述发散源其中的光束的情况下，记为0的设备；在接收不到所述发散源其中的光束的情况下，记为1的设备；
通过如下公式分别计算水平方向和竖直方向的平均灯号的设备；
Pi(ni)＝ni/(n1+n2+n3+……ni)；
Eaver＝N1P1(n1)+N2P2(n2)+N2P2(n2)+……+NiPi(ni)；
其中，Ni为第i个被遮挡灯的编号，Pi(ni)是第i个被遮挡灯的加权，ni为第i个被遮挡灯的遮挡个数，Eaver为平均灯号；
转换为物理坐标，并发送至上位机完成定位的设备。
4.根据权利要求3所述的基于扩展定位坐标的定位装置，其特征在于，在任意一个所述发射接收灯发射发散源的发散范围内，设置7个、5个或3个与该发射接收灯相对的发射接收灯。
5.根据权利要求3所述的基于扩展定位坐标的定位装置，其特征在于，相邻发射接收灯之间的距离为5mm。
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