CN105630206A - 一种基于dic的触摸定位方法及系统 - Google Patents

一种基于dic的触摸定位方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于DIC的触摸定位方法及系统,该系统包括光束发射单元、摄像单元及处理器。该方法包括:发射光束至触摸膜的表面上;获取触摸膜变形前后的散斑图;根据获取到的触摸膜变形前后的散斑图,采用数字图像相关法来计算出触摸点坐标。通过使用本发明能大大减少触摸膜的制作难度,而且还具有易于实现、便于操作使用等优点。本发明作为一种基于DIC的触摸定位方法及系统可广泛应用于触摸膜的触摸定位领域中。

Description

一种基于DIC的触摸定位方法及系统
技术领域
本发明涉及触摸坐标定位技术,尤其涉及一种基于DIC的触摸膜的触摸定位方法及系统。
背景技术
技术词解释:
DIC:数字图像相关。
触摸膜,又称触控膜、纳米触控膜、纳米触摸膜,是一种透明的薄膜,能够隔着基板精确感知人手的触控,是触控屏等精确定位装置的核心部件,主要解决精确触控定位问题。通常,所述的触摸膜主要由PET薄膜、纳米导线、控制电路板和驱动软件组成,而在触摸膜的制作过程中,则需要将X轴的纳米导线和Y轴的纳米导线按照一定的规律封装在PET薄膜内,从而构成感应矩阵,这样才能感知不同方位的触控动作。然而,对于将X轴的纳米导线和Y轴的纳米导线按照一定的规律封装在PET薄膜内这一制作步骤,其对制作工艺的要求非常高,因此,目前触摸膜的制作具有难度大、不便于实现等缺点。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种基于DIC的触摸定位方法。
本发明的另一目的是提供一种基于DIC的触摸定位系统。
本发明所采用的技术方案是:一种基于DIC的触摸定位方法,包括:
发射光束至触摸膜的表面上;
获取触摸膜变形前后的散斑图;
根据获取到的触摸膜变形前后的散斑图,采用数字图像相关法来计算出触摸点坐标。
进一步,所述根据获取到的触摸膜变形前后的散斑图,采用数字图像相关法来计算出触摸点坐标这一步骤,其包括:
根据定义的相关判据,将触摸膜变形前的散斑图中的每个子区与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而得到多个相关系数最大值;
根据所述的多个相关系数最大值,计算每个子区的像素位移量;
根据所述每个子区的像素位移量,计算每个子区的应变值;
对每个子区的应变值进行排序,从而求得最大应变值。
进一步,所述定义的相关判据,其具体表达式为:
C = C 0 2 = ( Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ f ( x i , y j ) - f ‾ ] · [ g ( x i ′ , y j ′ ) - g ‾ ] ) 2 Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ f ( x i , y j ) - f ‾ ] 2 · Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ g ( x i ′ , y j ′ ) - g ‾ ] 2
其中,f(xi,yj)表示为触摸膜变形前的散斑图子区中任一点的灰度值,g(xi',y'j)表示为触摸膜变形后的散斑图子区中任一点的灰度值,分别表示为触摸膜变形前的散斑图中子区的平均灰度值以及触摸膜变形后的散斑图中子区的平均灰度值。
进一步,所述根据定义的相关判据,将触摸膜变形前的散斑图中的每个子区与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而得到多个相关系数最大值这一步骤,其具体为:
根据定义的相关判据,将触摸膜变形前的散斑图中的一子区与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而得到相应的相关系数最大值。
进一步,所述根据所述的多个相关系数最大值,计算每个子区的像素位移量这一步骤,其具体为:
判断触摸膜变形后的散斑图中子区的中心点是否落在整像素点上,若是,则根据相应的相关系数最大值,计算该子区的整像素位移量;反之,则根据相应的相关系数最大值,计算该子区的整像素位移量,然后根据计算得出的整像素位移量,计算该子区的亚像素位移量。
本发明所采用的另一技术方案是:一种基于DIC的触摸定位系统,包括:
光束发射单元,用于发射光束至触摸膜的表面上;
摄像单元,用于获取触摸膜变形前后的散斑图,并将获得的触摸膜变形前后的散斑图发送至处理器;
处理器,用于根据获取到的触摸膜变形前后的散斑图,采用数字图像相关法来计算出触摸点坐标。
进一步,所述处理器具体用于根据定义的相关判据,将触摸膜变形前的散斑图中的每个子区与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而得到多个相关系数最大值;根据所述的多个相关系数最大值,计算每个子区的像素位移量;根据所述每个子区的像素位移量,计算每个子区的应变值;对每个子区的应变值进行排序,从而求得最大应变值。
进一步,所述定义的相关判据,其具体表达式为:
C = C 0 2 = ( Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ f ( x i , y j ) - f ‾ ] · [ g ( x i ′ , y j ′ ) - g ‾ ] ) 2 Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ f ( x i , y j ) - f ‾ ] 2 · Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ g ( x i ′ , y j ′ ) - g ‾ ] 2
其中,f(xi,yj)表示为触摸膜变形前的散斑图子区中任一点的灰度值,g(xi',y'j)表示为触摸膜变形后的散斑图子区中任一点的灰度值,分别表示为触摸膜变形前的散斑图中子区的平均灰度值以及触摸膜变形后的散斑图中子区的平均灰度值。
进一步,所述根据定义的相关判据,将触摸膜变形前的散斑图中的每个子区与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而得到多个相关系数最大值,其具体为:
根据定义的相关判据,将触摸膜变形前的散斑图中的一子区与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而得到相应的相关系数最大值。
进一步,所述根据所述的多个相关系数最大值,计算每个子区的像素位移量,其具体为:
判断触摸膜变形后的散斑图中子区的中心点是否落在整像素点上,若是,则根据相应的相关系数最大值,计算该子区的整像素位移量;反之,则根据相应的相关系数最大值,计算该子区的整像素位移量,然后根据计算得出的整像素位移量,计算该子区的亚像素位移量。
本发明的有益效果是:通过使用本发明的方法,则仅需要将光束发射至触摸膜的表面上,然后获取触摸膜变形前后的散斑图进而采用数字图像相关法来进行触摸形变量测量计算后便能计算出触摸点的坐标,这样便能实现触摸膜的触摸定位。由此可得,通过使用本发明的方法,则无需在触摸膜上设置纳米导线也可实现触摸定位,从而大大减少触摸膜的制作难度,而且还便于实现操作。
本发明的另一有益效果是:通过使用本发明的触摸定位系统,则无需在触摸膜上设置纳米导线也可实现触摸定位,从而大大减少触摸膜的制作难度,而且还具有易于实现、便于操作使用等优点。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明:
图1是本发明一种基于DIC的触摸定位方法的步骤流程图;
图2是本发明一种基于DIC的触摸定位方法的一具体实施例步骤流程图;
图3是触摸膜的示意图;
图4是三步搜索法的原理示意图;
图5是本发明一种基于DIC的触摸定位系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示,一种基于DIC的触摸定位方法,包括:
发射光束至触摸膜的表面上;
获取触摸膜变形前后的散斑图;
根据获取到的触摸膜变形前后的散斑图,采用数字图像相关法来计算出触摸点坐标,以实现触摸点的定位。所述触摸膜采用m行n列的触摸膜,共有m*n个坐标点,并且将每一个坐标点作为一个子区的中心点,即共有m*n个子区。另外,对于所述的触摸膜变形前的散斑图,其是用户还没触摸时所获得的触摸膜散斑图,而对于触摸膜变形后的散斑图,其是用户触摸时所获得的触摸膜散斑图。
进一步作为优选的实施方式,所述根据获取到的触摸膜变形前后的散斑图,采用数字图像相关法来计算出触摸点坐标这一步骤,其包括:
根据定义的相关判据,将触摸膜变形前的散斑图中的每个子区与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而得到多个相关系数最大值;
根据所述的多个相关系数最大值,计算每个子区的像素位移量;
根据所述每个子区的像素位移量,计算每个子区的应变值;
对每个子区的应变值进行排序,从而求得最大应变值。所述求得的最大应变值的子区中心点即为所求的触摸点,这样便能求得触摸点的坐标,以实现触摸点的定位。
进一步作为优选的实施方式,所述定义的相关判据,其具体表达式为:
C = C 0 2 = ( Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ f ( x i , y j ) - f ‾ ] · [ g ( x i ′ , y j ′ ) - g ‾ ] ) 2 Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ f ( x i , y j ) - f ‾ ] 2 · Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ g ( x i ′ , y j ′ ) - g ‾ ] 2
其中,f(xi,yj)表示为触摸膜变形前的散斑图子区中任一点的灰度值,g(xi',y'j)表示为触摸膜变形后的散斑图子区中任一点的灰度值,分别表示为触摸膜变形前的散斑图中子区的平均灰度值以及触摸膜变形后的散斑图中子区的平均灰度值,而m和n分别为触摸膜上坐标矩阵的行数和列数。采用这一相关判据,其能大大提高精确度。
进一步作为优选的实施方式,所述根据定义的相关判据,将触摸膜变形前的散斑图中的每个子区与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而得到多个相关系数最大值这一步骤,其具体为:
根据定义的相关判据,将触摸膜变形前的散斑图中的一子区与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而得到相应的相关系数最大值。
进一步作为优选的实施方式,所述根据所述的多个相关系数最大值,计算每个子区的像素位移量这一步骤,其具体为:
判断触摸膜变形后的散斑图中子区的中心点是否落在整像素点上,若是,则根据相应的相关系数最大值,计算该子区的整像素位移量;反之,则根据相应的相关系数最大值,计算该子区的整像素位移量,然后根据计算得出的整像素位移量,计算该子区的的亚像素位移量。
进一步作为优选的实施方式,所述发射光束至触摸膜的表面上这一步骤,其具体为:发射光束至滤波镜进行滤波后发射至触摸膜的表面上。
本发明方法一具体实施例
如图2所示,一种基于DIC的触摸定位方法,其具体包括:
S101、发射光束至触摸膜的表面上;
S102、获取触摸膜变形前后的散斑图,其中,如图3所示,本实施例中采用行数为18,列数为27的触摸膜,即共有18*27个坐标点,将每一个坐标点作为一个子区的中心点,那么即共有18*27个子区,而每点间距X方向为Δx,Y方向为Δy;
S103、根据定义的相关判据,将触摸膜变形前的散斑图中的每个子区与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而得到多个相关系数最大值;
所述步骤S103具体为:根据定义的相关判据,将触摸膜变形前的散斑图中的第一子区R与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而从触摸膜变形后的散斑图中找出与所述第一子区R最相关的子区R’,而第一子区R与子区R’之间的相关系数值为第一相关系数最大值;然后,根据定义的相关判据,将触摸膜变形前中的第二子区T与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而从触摸膜变形后的散斑图中找出与所述第二子区T最相关的子区T’,而第二子区T与子区T’之间的相关系数值为第二相关系数最大值,如此类推,直到将触摸膜变形前的散斑图中的每个子区与触摸膜变形后的散斑图中的所有子区进行比较判断后,便会从触摸膜变形后的散斑图中找出与触摸膜变形前的散斑图中每个子区最相关的子区,以及得到多个相应的相关系数最大值,由此可得,相关系数最大值的个数与子区的个数相同,共18*27个;
其中,所述定义的相关判据,其具体表达式为:
C = C 0 2 = ( Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ f ( x i , y j ) - f ‾ ] · [ g ( x i ′ , y j ′ ) - g ‾ ] ) 2 Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ f ( x i , y j ) - f ‾ ] 2 · Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ g ( x i ′ , y j ′ ) - g ‾ ] 2
其中,f(xi,yj)表示为触摸膜变形前的散斑图子区中任一点的灰度值,g(xi',y'j)表示为触摸膜变形后的散斑图子区中任一点的灰度值,分别表示为触摸膜变形前的散斑图中子区的平均灰度值以及触摸膜变形后的散斑图中子区的平均灰度值;
S104、获取触摸膜变形后的散斑图,判断触摸膜变形后的散斑图中子区的中心点是否落在整像素点上,若是,则根据相应的相关系数最大值,计算该子区的整像素位移量;反之,则根据相应的相关系数最大值,计算该子区的整像素位移量,然后根据计算得出的整像素位移量,计算该子区的亚像素位移量;
S105、根据所述每个子区求得的像素位移量,计算每个子区的应变值;
S106、对每个子区的应变值进行排序,从而求得最大应变值。
对于上述步骤S104中所述的计算整像素位移量,其需要进行位移点的搜索,而由于三步搜索法在准确度和复杂度上协调性更好,因此,本实施例中采用三步搜索法来实现位移点的搜索。所述三步搜索法的基本实现原理为采用8*8像素的小模板进行匹配运算,一般分为如下三步:
(1)、选择初始步长:在8*8模板中,最大搜索范围为8个像素,即以距离图像中心点4个像素为搜索步长,搜索中心点周围的8个点,结合相应的相关系数最大值,分别与其进行匹配运算,从而求出相关系数最大点;
(2)、以步骤(1)中找出的相关系数最大点作为中心,将步长减为2个像素,按步骤(1)中的方法进行搜索;
(3)、步长减为1个像素,重复上述步骤的操作,然后最终搜索出来的相关系数最大点为位移点。具体原理图如图4所示,其中,实心圆点表示第一步搜索,步长为4个像素;空心圆点表示第二步搜索,步长为2个像素;星号表示第三步搜索,步长为1;其中,箭头所标示的点即为不同步骤搜索中中心点的转移。
另外,在本实施例中,采用二次曲面拟合方法来计算亚像素位移量,假设整像素搜索得到的位移点的坐标为(x,y),则以该点为中心的周围各点的相关系数的表示式如下所示:
C ( x i , y j ) = a 0 + a 1 x + a 2 y j + a 3 x i 2 + a 4 x i y j + a 5 y j 2
通过最小二乘法即可求得6个待定系数,由极值点的偏导数为0,即可求得拟合曲面的极点坐标值,该极点坐标值的具体表达式如下所示:
x = a 2 a 4 - 2 a 1 a 5 4 a 3 a 5 - a 4 2 , y = a 1 a 4 - 2 a 2 a 3 4 a 3 a 5 - a 4 2
其中,x表示为极点坐标的横坐标,y表示为极点坐标的纵坐标。
上述本发明方法实施例中的内容均适用于系统实施例中。
如图5所示,一种基于DIC的触摸定位系统,包括:
光束发射单元,用于发射光束至触摸膜的表面上;
摄像单元,用于获取触摸膜变形前后的散斑图,并将获得的触摸膜变形前后的散斑图发送至处理器;
处理器,用于根据获取到的触摸膜变形前后的散斑图,采用数字图像相关法来计算出触摸点坐标。优选地,所述摄像单元为CCD摄像机。
进一步作为优选的实施方式,所述处理器具体用于根据定义的相关判据,将触摸膜变形前的散斑图中的每个子区与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而得到多个相关系数最大值;根据所述的多个相关系数最大值,计算每个子区的像素位移量;根据所述每个子区的像素位移量,计算每个子区的应变值;对每个子区的应变值进行排序,从而求得最大应变值。
进一步作为优选的实施方式,所述定义的相关判据,其具体表达式为:
C = C 0 2 = ( Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ f ( x i , y j ) - f ‾ ] · [ g ( x i ′ , y j ′ ) - g ‾ ] ) 2 Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ f ( x i , y j ) - f ‾ ] 2 · Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ g ( x i ′ , y j ′ ) - g ‾ ] 2
其中,f(xi,yj)表示为触摸膜变形前的散斑图子区中任一点的灰度值,g(xi',y'j)表示为触摸膜变形后的散斑图子区中任一点的灰度值,分别表示为触摸膜变形前的散斑图中子区的平均灰度值以及触摸膜变形后的散斑图中子区的平均灰度值。
进一步作为优选的实施方式,所述根据定义的相关判据,将触摸膜变形前的散斑图中的每个子区与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而得到多个相关系数最大值,其具体为:
根据定义的相关判据,将触摸膜变形前的散斑图中的一子区与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而得到相应的相关系数最大值。
进一步作为优选的实施方式,所述根据所述的多个相关系数最大值,计算每个子区的像素位移量,其具体为:
判断触摸膜变形后的散斑图中子区的中心点是否落在整像素点上,若是,则根据相应的相关系数最大值,计算该子区的整像素位移量;反之,则根据相应的相关系数最大值,计算该子区的整像素位移量,然后根据计算得出的整像素位移量,计算该子区的亚像素位移量。
进一步作为优选的实施方式,其还包括用于对光束发射单元所发射出的光束进行滤波的滤波镜。由于增加了滤波镜,因此能够提高CCD摄像机的分辨率,从而获取得到高质量的散斑图。
由上述可得,通过本发明来实现的触摸膜的触摸定位,其大大减少制作工艺的难度,易于实现。而且当用户需要将传统的液晶显示屏或其它不带触控功能的输入设备改造为触控装置时,则无需将其拆卸进行相应的改造安装,而仅需将所述的触摸膜设置在相应的位置处,将光束发射至触摸膜上,然后通过摄像单元获取触摸膜变形前后的散斑图从而进行数字图像相关算法处理后便能实现触摸定位。由此可得,通过使用本发明来将不带触控功能的输入设备改造为触控装置,其不仅简单,而且对改造人员的专业知识水平并没有太高的要求。
另外,采用上述的数字图像相关法的处理步骤以及相关判据来实现触摸点的形变量计算,以实现触摸点的定位,其准确性和稳定性都得到极大的提高。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明,但本发明创造并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换,这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种基于DIC的触摸定位方法,其特征在于:包括:
发射光束至触摸膜的表面上;
获取触摸膜变形前后的散斑图;
根据获取到的触摸膜变形前后的散斑图,采用数字图像相关法来计算出触摸点坐标。
2.根据权利要求1所述一种基于DIC的触摸定位方法,其特征在于:所述根据获取到的触摸膜变形前后的散斑图,采用数字图像相关法来计算出触摸点坐标这一步骤,其包括:
根据定义的相关判据,将触摸膜变形前的散斑图中的每个子区与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而得到多个相关系数最大值;
根据所述的多个相关系数最大值,计算每个子区的像素位移量;
根据所述每个子区的像素位移量,计算每个子区的应变值;
对每个子区的应变值进行排序,从而求得最大应变值。
3.根据权利要求2所述一种基于DIC的触摸定位方法,其特征在于:所述定义的相关判据,其具体表达式为:
C = C 0 2 = ( Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ f ( x i , y j ) - f ‾ ] · [ g ( x i ′ , y j ′ ) - g ‾ ] ) 2 Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ f ( x i , y j ) - f ‾ ] 2 · Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ g ( x i ′ , y j ′ ) - g ‾ ] 2
其中,f(xi,yj)表示为触摸膜变形前的散斑图子区中任一点的灰度值,g(xi',y'j)表示为触摸膜变形后的散斑图子区中任一点的灰度值,分别表示为触摸膜变形前的散斑图中子区的平均灰度值以及触摸膜变形后的散斑图中子区的平均灰度值。
4.根据权利要求2或3所述一种基于DIC的触摸定位方法,其特征在于:所述根据定义的相关判据,将触摸膜变形前的散斑图中的每个子区与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而得到多个相关系数最大值这一步骤,其具体为:
根据定义的相关判据,将触摸膜变形前的散斑图中的一子区与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而得到相应的相关系数最大值。
5.根据权利要求2或3所述一种基于DIC的触摸定位方法,其特征在于:所述根据所述的多个相关系数最大值,计算每个子区的像素位移量这一步骤,其具体为:
判断触摸膜变形后的散斑图中子区的中心点是否落在整像素点上,若是,则根据相应的相关系数最大值,计算该子区的整像素位移量;反之,则根据相应的相关系数最大值,计算该子区的整像素位移量,然后根据计算得出的整像素位移量,计算该子区的亚像素位移量。
6.一种基于DIC的触摸定位系统,其特征在于:包括:
光束发射单元,用于发射光束至触摸膜的表面上;
摄像单元,用于获取触摸膜变形前后的散斑图,并将获得的触摸膜变形前后的散斑图发送至处理器;
处理器,用于根据获取到的触摸膜变形前后的散斑图,采用数字图像相关法来计算出触摸点坐标。
7.根据权利要求6所述一种基于DIC的触摸定位系统,其特征在于:所述处理器具体用于根据定义的相关判据,将触摸膜变形前的散斑图中的每个子区与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而得到多个相关系数最大值;根据所述的多个相关系数最大值,计算每个子区的像素位移量;根据所述每个子区的像素位移量,计算每个子区的应变值;对每个子区的应变值进行排序,从而求得最大应变值。
8.根据权利要求7所述一种基于DIC的触摸定位系统,其特征在于:所述定义的相关判据,其具体表达式为:
C = C 0 2 = ( Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ f ( x i , y j ) - f ‾ ] · [ g ( x i ′ , y j ′ ) - g ‾ ] ) 2 Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ f ( x i , y j ) - f ‾ ] 2 · Σ i = 1 m Σ j = 1 n [ g ( x i ′ , y j ′ ) - g ‾ ] 2
其中,f(xi,yj)表示为触摸膜变形前的散斑图子区中任一点的灰度值,g(xi',y'j)表示为触摸膜变形后的散斑图子区中任一点的灰度值,分别表示为触摸膜变形前的散斑图中子区的平均灰度值以及触摸膜变形后的散斑图中子区的平均灰度值。
9.根据权利要求7或8所述一种基于DIC的触摸定位系统,其特征在于:所述根据定义的相关判据,将触摸膜变形前的散斑图中的每个子区与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而得到多个相关系数最大值,其具体为:
根据定义的相关判据,将触摸膜变形前的散斑图中的一子区与触摸膜变形后的散斑图中的每个子区进行比较判断,从而得到相应的相关系数最大值。
10.根据权利要求7或8所述一种基于DIC的触摸定位系统,其特征在于:所述根据所述的多个相关系数最大值,计算每个子区的像素位移量,其具体为:
判断触摸膜变形后的散斑图中子区的中心点是否落在整像素点上,若是,则根据相应的相关系数最大值,计算该子区的整像素位移量;反之,则根据相应的相关系数最大值,计算该子区的整像素位移量,然后根据计算得出的整像素位移量,计算该子区的亚像素位移量。
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