CN105912173A - 一种适用于光学触摸板的自适应三点识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种适用于光学触摸板的自适应三点识别方法，包括以下步骤：步骤1，在无触点时，获取触摸板表面的背景序列；步骤2，在有触点按下时，识别触点的数量、位置坐标及半径；步骤3，三点触控模式下，去除假点；步骤4，将触点的位置坐标转为直角坐标，得到触摸坐标。该方法可根据周围环境的变化自动调整照明LED亮度并自动保存背景序列，实现自适应控制。运行此方法的触摸板可支持三点触摸以及单击、双击、平移、按压、滚动以及旋转等不同手势，实现友好的人机交互。

Description

一种适用于光学触摸板的自适应三点识别方法

技术领域

本发明涉及一种人机交互技术领域，特别是一种适用于光学触摸板的自适应三点识别方法。

背景技术

随着计算机的普及，使用电脑收集信息，展示成果已成为一种时尚。光学触摸板作为一种不同于现有的电容、电阻和红外等触摸技术的最新方案，以其易于使用、大尺寸应用、反应速度快、节省空间等优点，使其越来越受欢迎。

三点触控方式是指在单一显示界面上进行单点、双点或三点的多用户的交互操作，摒弃了键盘、鼠标的单点操作方式。用户可通过双手进行三点触摸和单击、双击、平移、滚动以及旋转等不同手势触摸板幕，实现随心所欲操控。

由于触摸技术的不断发展，光学触摸板的劣势也逐渐变得突出，其最明显的缺陷便是存在假点，所以方法上必须考虑加入假点的抑制，以提高触点识别的准确率。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种可有效去除假点，具有更高精确度的适用于光学触摸板的自适应三点识别方法。

本发明是适用于光学触摸板的自适应三点识别方法，包括以下步骤：

步骤1，在无触点时，获取触摸板表面的背景序列；

步骤2，在有触点按下时，识别触点的数量、位置坐标及半径；

步骤3，三点触控模式下，去除假点；

步骤4，将触点的位置坐标转为直角坐标，得到触摸坐标。

其中，步骤1包括如下步骤：

步骤1-1，获取触摸板表面的背景序列并调整触摸板LED照明灯的亮度；

步骤1-2，重新获取触摸板表面的背景序列并保存，记为参考序列。

步骤1-1包括如下步骤：

步骤1-1-1，将触摸板LED照明灯亮度设定为最低，LED照明灯亮度分为8级；

步骤1-1-2，从触摸板摄像头获取此时触摸板表面的背景序列，计算背景序列的灰度均值，若此灰度均值低于预设的阈值(灰度取值范围为0-255，阈值通常设为50)，则提高1级LED亮度；

步骤1-1-3，重复执行步骤1-1-2，直至背景序列的灰度均值高于阈值，则LED照明灯亮度调整完毕，此后LED照明灯亮度不再改变。

步骤2包括如下步骤：

步骤2-1，当有触点按下时，通过触摸板背景传感器获取触摸板表面的背景序列记为触摸序列，用触摸序列减去步骤1-4获取的参考序列，得到背景变化的部分，记为变化序列；

步骤2-2，采用高斯滤波处理变化序列；

步骤2-3，通过高斯滤波后的变换序列计算触点的数量、位置坐标及半径，触点的半径即触点在变换序列中的像素数；若触点数量为1、2、3，则分别进入单点、双点、三点触控模式。

步骤3包括如下步骤：

步骤3-1，三点触控模式下，对步骤2-3中得到的触点半径按由大到小排序；

步骤3-2，触摸板左侧摄像头识别到的半径较大的点对应于右侧摄像头识别到的坐标值较小的点，右侧摄像头识别到的半径较大的点对应于左侧摄像头识别到的坐标值较小的点，中间摄像头对屏幕按角度进行精细划分，提供关于触摸点的角度信息；根据触摸点的角度信息去除假点，并确定真实触点的位置坐标。

步骤4包括：

单点触控模式下，设步骤2-3得到的触点位置坐标(m_L,m_R)，其中m_L,m_R分别指此触点在左摄像头采集序列中的位置和在右摄像头采集序列中的位置，将此触点位置坐标按照以下公式转化为极坐标(α,β)：

$\mathrm{\α}=\frac{m_L}{N_L}\·\frac{2}{\mathrm{\π}},\mathrm{\β}=\frac{m_R}{N_R}\·\frac{2}{\mathrm{\π}};$

按照公式将极坐标(α,β)转化为直角坐标(x,y)，N_L和N_R分别指左摄像头采集序列的长度和右摄像头采集序列的长度。

双点及三点触控模式的坐标计算与单点触控类似，区别仅在于双点和三点触控分别需要计算两个和三个触点的坐标。以双点为例，设左序列得到的两个触点位置分别为m_L1和m_L2，右序列得到的触点位置分别为m_R1和m_R2。经步骤3-2中方法判别，可得到双点的触点位置坐标，分别设为(m_L1，m_R1)和(m_L2，m_R2)，再分别代入单点位置坐标转直角坐标过程，得到双点的直角坐标。

有益效果：

本发明具有如下有益效果：

本发明提出了一种适用于光学触摸板的自适应三点识别方法，其具有如下优点：

1、由于采用差值的方法来获取触摸序列信息，所以能够自动适应不同亮度的环境。

2、每次开机运行时均保存初始背景序列，能够自适应触摸板外框形变与触摸板附近环境的变化。

3、采用半径排序法消除假点，不需添加额外硬件，具有成本低优势。

附图说明

图1为光学触摸板的结构。

图2为光学触摸板上三点识别方法流程图。

图3为光学触摸板三点触摸示意图。

图4为计算坐标点所在的坐标系。

图5为三点触摸且存在假点时左侧、右侧摄像头获取的变化序列。

图6为三点触摸且存在假点时中间摄像头获取的变化序列。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，下面结合附图来对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明技术方案的具体实施方式，而不用于限制本发明的范围。在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改和替换均落于本申请权利要求所限定的保护范围。

本发明公开了一种适用于光学触摸板的自适应三点识别方法，包括以下步骤：

步骤1，在无触点时，获取触摸板表面的背景序列；

步骤2，在有触点按下时，识别触点的数量、位置坐标及半径；

步骤3，三点触控模式下，去除假点；

步骤4，将触点的位置坐标转为直角坐标，得到触摸坐标。

其中，步骤1包括如下步骤：

步骤1-1，获取触摸板表面的背景序列并调整触摸板LED照明灯的亮度；

步骤1-2，重新获取触摸板表面的背景序列并保存，记为参考序列。

步骤1-1包括如下步骤：

步骤1-1-1，将触摸板LED照明灯亮度设定为最低，LED照明灯亮度分为8级；

步骤1-1-2，从触摸板摄像头获取此时触摸板表面的背景序列，计算背景序列的灰度均值，若此灰度均值低于预设的阈值(通常设为50)，则提高1级LED亮度；

步骤1-1-3，重复执行步骤1-1-2，直至背景序列的灰度均值高于阈值，则LED照明灯亮度调整完毕，此后LED照明灯亮度不再改变。

步骤2包括如下步骤：

步骤2-1，当有触点按下时，通过触摸板背景传感器获取触摸板表面的背景序列记为触摸序列，用触摸序列减去步骤1-4获取的参考序列，得到背景变化的部分，记为变化序列；

步骤2-2，采用高斯滤波处理变化序列；

步骤2-3，通过高斯滤波后的变换序列计算触点的数量、位置坐标及半径；若触点数量为1、2、3，则分别进入单点、双点、三点触控模式。

步骤3包括如下步骤：

步骤3-1，三点触控模式下，对步骤2-3中得到的触点半径按由大到小排序；

步骤3-2，触摸板左侧摄像头识别到的半径较大的点对应于右侧摄像头识别到的坐标值较小的点，右侧摄像头识别到的半径较大的点对应于左侧摄像头识别到的坐标值较小的点，中间摄像头对屏幕按角度进行精细划分，提供关于触摸点的角度信息；根据触摸点的角度信息去除假点，并确定真实触点的位置坐标。

步骤4包括：

单点触控模式下，设步骤2-3得到的触点位置坐标为(m_L,m_R)，其中m_L,m_R分别指此触点在左摄像头采集序列中的位置和在右摄像头采集序列中的位置，将此触点位置坐标按照以下公式转化为极坐标(α,β)：

$\mathrm{\α}=\frac{m_L}{N_L}\·\frac{2}{\mathrm{\π}},\mathrm{\β}=\frac{m_R}{N_R}\·\frac{2}{\mathrm{\π}},$

按照公式将极坐标(α,β)转化为直角坐标(x,y)，N_L和N_R分别指左摄像头采集序列的长度和右摄像头采集序列的长度。

双点及三点触控模式的坐标计算与单点触控极为类似，区别仅在于双点和三点触控分别需要计算两个和三个触点的坐标。以双点为例，设左序列得到的两个触点位置分别为m_L1和m_L2，右序列得到的触点位置分别为m_R1和m_R2。经步骤3-2中方法判别，可得到双点的触点位置坐标，分别设为(m_L1，m_R1)和(m_L2，m_R2)，再分别代入单点位置坐标转直角坐标过程，得到双点的直角坐标。

实施例

1、光学触摸板架构

图1即为光学触摸板的主要结构，1为反射条，2为摄像头，3为显示器外框，4为控制单元线路板，3个摄像头分别安装在左上角、右上角、中间位置，分别记为左侧摄像头、右侧摄像头和中间摄像头。左侧及右侧摄像头与竖直方向成45°指向反射条方向，中间摄像头则与竖直方向同向，反射条将LED发出的光线反射回摄像头。当存在触摸时，会遮挡部分反射回摄像头的光线，形成触摸序列，经过处理此序列即可识别触摸的位置。

2、三点识别方法流程

光学触摸板的双触点识别方法，主要分为以下4个部分：(1)获取背景序列；(2)触点位置识别；(3)三点模式下去除假点；(4)极坐标转直角坐标。流程图如图2所示。

3、背景序列获取

在无触点的情况下，从摄像头获取的序列即为背景序列。为了给下面的识别方法提供清晰的背景序列与触摸序列，必须调整LED的亮度。LED亮度分为8级。首先将LED亮度设定为最低，从摄像头获取此时的背景序列，计算背景序列的灰度均值，若此灰度均值低于预设的阈值，则提高1级LED亮度，重复从获取背景图像到提高1级LED亮度的步骤，直至背景图像灰度均值高于阈值。此时LED亮度调整完毕，这时从摄像头获取的图像即为最终的背景图像，保存此背景图像供后续使用。此后照明LED亮度不必再改变。

4、触点位置识别

当有触点按下时，触摸板的触点情况如图3所示，以触点在A处为例。此时，从摄像头获取的序列即为触摸序列。用背景序列减去触摸序列即可得图像变化的部分，称作变化序列，三点模式下变化序列如图5所示。由于手指的遮挡出现了黑斑，黑斑中心的位置即为触摸的位置。记黑斑中心距图像最左侧为m像素，记图像长N像素，则根据如下公式计算得到A点处距左边框的角度值α：

$\mathrm{\α}=\frac{m_L}{N_L}\·\frac{2}{\mathrm{\π}},\mathrm{\β}=\frac{m_R}{N_R}\·\frac{2}{\mathrm{\π}}---\left(1\right)$

由右侧摄像头图像按照计算α的方法计算得A点距上边框的角度值β。

黑斑的半径r为黑斑右边界坐标e_r减去黑斑左边接坐标e_l，即：

r＝e_r-e_l (2)

4、去除假点

以有两个点相互遮挡为例，论述假点去除过程。当三个触点时，设为A点、B点与D点。由于触摸点相互遮挡，左侧摄像头与右侧摄像头均产生如图5所示的两个黑斑，中间摄像头则有三个黑斑，如图6所示。通过上述触点位置识别方法，可计算出三个触点距左边框的角度α₁,α₂,α₃，其中α₂＝α₃；距右边框的角度β₁,β₂,β₃，其中β₁＝β₂。此种情况下，产生4个触点坐标点组合P(α₁,β₁)，P(α₁,β₃)，P(α₂,β₁)，P(α₂,β₃)。实际触摸点为3个，需要去除假点。

根据中间摄像头获得的黑斑序列，对三个触点的角度关系进行更明确的划分。假若真点从左至右为C、B、D，则C点和B点的角度和B与D的角度相当，但从黑斑序列可看出，第1点距离第2点角度更大，因而排除C点，最终确定真点为A、B、D，极坐标分别为(α₁,β₁)，(α₂,β₁)，(α₂,β₂)。

以上对于有两个点相互遮挡的假点去除分析，可推广至更多遮挡和无遮挡情况。当触摸点没有相互遮挡时，最多会出现9种可能的情况，此时需先通过左侧和右侧摄像头的黑斑半径大小来去除部分假点。记左侧摄像头三黑斑的大小为r₁,r₂,r₃。将触点的半径进行由大到小的排序，得r₁>r₂>r₃，左侧摄像头识别到的半径较大的点对应于右侧摄像头识别到的坐标值较小的点，根据上述规律可排除5个假点坐标，剩余的1个假点坐标采用中间摄像头进行精确角度分析来排除。

5、极坐标转直角坐标

极坐标(α,β)不可直接使用，需转换为直角坐标。将极坐标带入公式：

$\begin{array}{c}x=-0.5\frac{\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}{\cos (\mathrm{\α}-\mathrm{\β})}\\ y=\frac{\cos \mathrm{\α}\·\sin \mathrm{\β}}{\cos (\mathrm{\α}-\mathrm{\β})}\end{array}---\left(3\right)$

即可得到归一化的直角坐标(x,y)，以两摄像头之间的直线距离L为单位1，如图3中所示。以两摄像头所确定的直线为x轴，以垂直于x轴，过两摄像头连线中点的直线为y轴构成坐标系，如图4所示。

本发明提供了一种适用于光学触摸板的自适应三点识别方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种适用于光学触摸板的自适应三点识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在无触点时，获取触摸板表面的背景序列；

步骤2，在有触点按下时，识别触点的数量、位置坐标及半径；

步骤3，三点触控模式下，去除假点；

步骤4，将触点的位置坐标转为直角坐标，得到触摸坐标。

2.根据权利要求1所述的一种适用于光学触摸板的自适应三点识别方法，其特征在于，步骤1包括如下步骤：

步骤1-1，获取触摸板表面的背景序列并调整触摸板照明灯的亮度；

步骤1-2，重新获取触摸板表面的背景序列并保存，记为参考序列。

3.根据权利要求2所述的一种适用于光学触摸板的自适应三点识别方法，其特征在于，步骤1-1包括如下步骤：

步骤1-1-1，将触摸板LED照明灯亮度设定为最低，LED照明灯亮度分为8级；

步骤1-1-2，从触摸板摄像头获取此时触摸板表面的背景序列，计算背景序列的灰度均值，若此灰度均值低于预设的阈值，则提高1级LED亮度；

步骤1-1-3，重复执行步骤1-1-2，直至背景序列的灰度均值高于阈值，则照明灯亮度调整完毕，此后LED照明灯亮度不再改变。

4.根据权利要求3所述的一种适用于光学触摸板的自适应三点识别方法，其特征在于，步骤2包括如下步骤：

步骤2-1，当有触点按下时，通过触摸板背景传感器获取触摸板表面的背景序列记为触摸序列，用触摸序列减去步骤1-4获取的参考序列，得到背景变化的部分，记为变化序列；

步骤2-2，采用高斯滤波处理变化序列；

步骤2-3，通过高斯滤波后的变换序列计算触点的数量、位置坐标及半径，触点的半径即触点在变换序列中的像素数；若触点数量为1、2、3，则分别进入单点、双点、三点触控模式。

5.根据权利要求4所述的一种适用于光学触摸板的自适应三点识别方法，其特征在于，步骤3包括如下步骤：

步骤3-1，三点触控模式下，对步骤2-3中得到的触点半径按由大到小排序；

步骤3-2，触摸板左侧摄像头识别到的半径较大的点对应于右侧摄像头识别到的坐标值较小的点，右侧摄像头识别到的半径较大的点对应于左侧摄像头识别到的坐标值较小的点，中间摄像头对屏幕按角度进行精细划分，提供关于触摸点的角度信息；根据触摸点的角度信息去除假点，并确定真实触点的位置坐标。

6.根据权利要求5所述的一种适用于光学触摸板的自适应三点识别方法，其特征在于，步骤4包括：

单点触控模式下，设步骤2-3得到的触点位置坐标为(m_L,m_R)，其中m_L,m_R分别指此触点在左摄像头采集序列中的位置和在右摄像头采集序列中的位置，将此触点位置坐标按照以下公式转化为极坐标(α,β)：

$\mathrm{\α}=\frac{m_L}{N_L}\·\frac{2}{\mathrm{\π}},\mathrm{\β}=\frac{m_R}{N_R}\·\frac{2}{\mathrm{\π}},$

按照公式将极坐标(α,β)转化为直角坐标(x,y)，N_L和N_R分别指左摄像头采集序列的长度和右摄像头采集序列的长度。