CN106484194B - 一种红外触摸屏多点定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外触摸屏多点定位方法，通过对每条边上的红外发射管和红外接收管进行编号；按照编号顺序依次处理红外接收管接收的红外发射管信号以获得信号被阻隔的凹坑；利用单边的红外接收管信号进行凹坑配准及触摸点中心粗定位；利用所述单边的邻边的红外接收管信号凹坑结合粗定位的触摸点中心进行触摸点中心细定位；综合所有单边进行触摸点中心细定位的结果计算得出触摸点最终坐标位置，有效的综合了接收管上所得到的信息，对触摸点识别准确率及定位精度均较高，计算复杂度低，内存占用量少，特别适合单片机实现，不仅适用于传统的发射管与接收管之比为1的结构，同样适用于发射管与接收管之比大于一的结构，结构适用范围广。

Description

一种红外触摸屏多点定位方法

技术领域

本发明涉及红外触摸屏技术领域，尤其涉及一种红外触摸屏多点定位方法。

背景技术

目前，触摸屏作为一种人性化的输入设备，具有广阔的发展前景。随着计算机触摸屏行业的飞速发展，其中红外触摸屏以其生产工艺简单，生产成本低，安装方便，免维护，高抗爆性，高可靠性等优点也逐渐被广泛运用到各个领域。红外触摸屏的基本结构，是在一个适合安装的显示表面四周边缘按照一定的顺序安装若干对红外发射和红外接收元件。这些发射和接收元件按照一一对应的方式组成发射接收对，沿着显示表面的边缘构成一个互相垂直的发射接收阵列，在微型计算机系统的控制下按照一定的顺序分别接通每一对发射和接收元件，检测每对发射和接收元件之间的红外线是否被阻断，以此来判定是否有触摸时间发生。详细的原理在美国专利US5162783以及国内许多专利中都有描述。

现有的红外触摸屏系统，大多采用红外对管，在显示器的对边上分别均匀放置发射管及接收管。当有触摸物体接触显示器时，发射管发出的光线被触摸物体遮挡，通过接收管可获取遮挡的位置信息，通过综合显示器长边和短边的遮挡信息即可计算出触摸点在显示上的坐标。此种红外触摸屏中所用的红外发射管的数量与红外接收管的数量一般是相同的，也就是说红外发射与接收管的数量之比为1。然而，由于红外接收管的结构较发射管复杂，因此红外接收管比发射管更昂贵，另外由于红外信号微弱，特别是当触摸屏较大的时候，红外接收管上的信号更加微弱，因此需要使用较为复杂的信号处理电路来处理红外接收管上产生的信号，因此无疑成本较高。目前有采用发射管与接收管数之比大于1的红外屏。此种结构只使用少量的接收管，而大量使用发射管，从而简化了电路，同时提高了可靠性，而成本也得到了大幅度的降低。亟需一种用于该红外屏的定位方法。

发明内容

鉴于目前红外触摸屏技术领域存在的上述不足，本发明提供一种简单、高效、高精度的红外触摸屏多点定位方法。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种红外触摸屏多点定位方法，所述红外触摸屏多点定位方法包括以下步骤：

对每条边上的红外发射管和红外接收管进行编号；

按照编号顺序依次处理红外接收管接收的红外发射管信号以获得信号被阻隔的凹坑；

利用单边的红外接收管信号进行凹坑配准及触摸点中心粗定位；

利用所述单边的邻边的红外接收管信号凹坑结合粗定位的触摸点中心进行触摸点中心细定位；

综合所有单边进行触摸点中心细定位的结果计算得出触摸点最终坐标位置。

依照本发明的一个方面，所述按照编号顺序依次处理红外接收管接收的红外发射管信号以获得信号被阻隔的凹坑包括以下步骤：

按照编号顺序依次处理红外接收管接收的红外发射管信号；

如果信号强度大于某个给定的阈值则标记为1，否者标记为0；

将信号串组织为格式：【总起始管编号，总结束管编号，凹坑数目n，凹坑1起始管编号，凹坑1结束管编号，…，凹坑n起始管编号，凹坑n结束管编号】；

其中，标记为0表示被触摸点遮挡，凹坑指的是信号连续为0的区间。

依照本发明的一个方面，所述凹坑为单个触摸点导致时包括以下性质：凹坑的大小与接收管的位置无关；凹坑的中点与接收管的连线经过触摸点的圆心。

依照本发明的一个方面，所述利用单边的红外接收管信号进行凹坑配准具体实施方式可为：根据凹坑的性质及同一条边上以等差数列分布的接收管编号，将不同接收管的凹坑配准到一起。

依照本发明的一个方面，所述利用单边的红外接收管信号进行触摸点中心粗定位的具体实施方式可为：基于配准后的凹坑，找到编号最大和编号最小的接收管对应的凹坑，计算凹坑中点与对应的接收管连线，计算两条线的交点作为触摸点的粗定位中心坐标O，触摸点半径 r根据凹坑大小估计。

依照本发明的一个方面，所述利用单边的红外接收管信号进行凹坑配准包括以下步骤：

初始化该边所有凹坑为未匹配；

查找对应接收管位置最小且未配准的凹坑a，作为需配准的凹坑；

查找对应接收管位置最大且未配准的凹坑b，判断a和b是否能配准为同一凹坑，判断准则为，a和b的大小(宽度)相当，a的中心位置比b大，且通过a和b在其它接收管上内插出来的凹坑存在；

如果找到了凹坑b，更新凹坑a，b以及内插对应的所有凹坑的配准标志为已配准，否则，仅更新凹坑a的配准标志为已配准；

如果该边所有凹坑都已经匹配完毕则结束，否则返回重新查找配准。

依照本发明的一个方面，所述利用所述单边的邻边的红外接收管信号凹坑结合粗定位的触摸点中心进行触摸点中心细定位具体可包括：

根据单边确定的触摸点粗定位中心坐标O所在的位置(x0,y0)，找到通过O点的单边的垂线x＝x0或y＝y0，计算触摸点在x＝x0上的线段 (y1,y2)或计算触摸点在y＝y0上的线段(x1,x2)；

对单边相邻两边的每个接收管，找到包含O点的凹坑，计算以接收管及对应凹坑所形成的三角形在单边的垂线x＝x0处线段(y1′,y2′) 或单边的垂线y＝y0处线段(x1′,x2′)。计算(y1,y2)与(y1′,y2′) 的交集或(x1,x2)与(x1′,x2′)的交集，更新为(y1,y2)或(x1,x2，计算该交集的中心点更新y0或x0。

依照本发明的一个方面，所述综合所有单边进行触摸点中心细定位的结果计算得出触摸点最终坐标位置具体可包括：

第一步，计算上下两边所得细定位的触摸点之间的距离，若很近则将位置和半径取平均作为综合结果，若任何触摸点之间均没很近的点，则直接将触摸点记为综合结果；

第二步，计算左右两边所得细定位的触摸点之间的距离，若很近则将位置和半径取平均作为综合结果，若任何触摸点之间均没很近的点，则直接将触摸点记为综合结果；

第三步，计算前两步所得的触摸点的距离，如果很近，说明估计的是同一点，将位置更新为第一步结果中的x值，第二步结果中的y 值，半径则取平均，如果某些点，没有任何很近的点，直接将它记入综合结果。

依照本发明的一个方面，所述红外发射管数与红外接收管数之比大于1。

本发明实施的优点：本发明所述的红外触摸屏多点定位方法，通过对每条边上的红外发射管和红外接收管进行编号；按照编号顺序依次处理红外接收管接收的红外发射管信号以获得信号被阻隔的凹坑；利用单边的红外接收管信号进行凹坑配准及触摸点中心粗定位；利用所述单边的邻边的红外接收管信号凹坑结合粗定位的触摸点中心进行触摸点中心细定位；综合所有单边进行触摸点中心细定位的结果计算得出触摸点最终坐标位置，有效的综合了接收管上所得到的信息，对触摸点识别准确率及定位精度均较高，计算复杂度低，内存占用量少，特别适合单片机实现，不仅适用于传统的发射管与接收管之比为1的结构，同样适用于发射管与接收管之比大于一的结构，结构适用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的一种红外触摸屏多点定位方法示意图；

图2为本发明所述的红外触摸框红外灯分布及扫描信息的获取示意图；

图3为本发明所述的凹坑配准示意图；

图4为本发明所述的使用邻边进行细定位的示意图；

图5为本发明所述的上下边综合定位示意图；

图6为本发明所述的最终综合计算示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种红外触摸屏多点定位方法，所述红外触摸屏多点定位方法包括以下步骤：

步骤S1：对每条边上的红外发射管和红外接收管进行编号；

所述步骤S1对每条边上的红外发射管和红外接收管进行编号的具体实施方式可为：对每个管(接收和发射一起)进行编号，上下两边的从最左边编号为1，往右递增；左右两边的从最上边编号为1，往下递增。获得接收管的接收范围内起始发射管与结束发射管的编号。

步骤S2：按照编号顺序依次处理红外接收管接收的红外发射管信号以获得信号被阻隔的凹坑；

所述步骤S2按照编号顺序依次处理红外接收管接收的红外发射管信号以获得信号被阻隔的凹坑的具体实施方式可包括以下步骤：

按照编号顺序依次处理红外接收管接收的红外发射管信号；

如果信号强度大于某个给定的阈值则标记为1，否者标记为0；

将信号串组织为格式：【总起始管编号，总结束管编号，凹坑数目n，凹坑1起始管编号，凹坑1结束管编号，…，凹坑n起始管编号，凹坑n结束管编号】；

其中，标记为0表示被触摸点遮挡，凹坑指的是信号连续为0的区间。

容易看出，相对同一颗接收管而言每个触摸点至多导致一个凹坑，故每个接收管的所形成的凹坑数目n不大于触摸点的数目。两个离得近的触摸点可能导致一个比较大的凹坑。

在实际应用时，只考虑屏幕一条边上接收管产生的那些凹坑，通过计算可以知道，如果凹坑是由单个触摸点导致的，那么具有如下性质:

1)凹坑的大小与接收管的位置几乎无关

2)凹坑的中点与接收管的连线经过触摸点的圆心，故凹坑中点随接收管编号增大而减小。

步骤S3：利用单边的红外接收管信号进行凹坑配准及触摸点中心粗定位；

所述步骤S3利用单边的红外接收管信号进行凹坑配准及触摸点中心粗定位的具体实施方式可为：根据凹坑的性质及同一条边上以等差数列分布的接收管编号，将不同接收管的凹坑配准到一起。根据性质1) 和2)，以及同一条边上的接收管编号以等差数列分布，将不同接收管的凹坑(每个接收管至多一个凹坑，因为不能保证每个接收管的每个凹坑都是单个触摸点导致的，或者触摸点位于所有接收管的接收范围内)配准到一起，这些凹坑大小相当，并且凹坑中点也基本呈等差数列分布。

在实际应用中，可包括以下步骤：

1)初始化该边所有凹坑为未匹配；

2)查找对应接收管位置最小且未配准的凹坑a，作为需配准的凹坑；

3)查找对应接收管位置最大且未配准的凹坑b，判断a和b是否能配准为同一凹坑，判断准则为，a和b的大小(宽度)相当，a的中心位置比b大，且通过a和b在其它接收管上内插出来的凹坑存在；

4)如果找到了凹坑b，更新凹坑a，b以及内插对应的所有凹坑的配准标志为已配准，否则，仅更新凹坑a的配准标志为已配准；

5)如果该边所有凹坑都已经匹配完毕则结束，否则返回重新查找配准也就是步骤2)。

所述利用单边的红外接收管信号进行触摸点中心粗定位的具体实施方式可为：基于配准后的凹坑，对于配准到一起的那些凹坑，找到编号最大和编号最小的接收管对应的凹坑，计算凹坑中点与对应的接收管连线，计算两条线的交点作为触摸点的粗定位中心坐标O，触摸点半径r根据凹坑大小估计。

步骤S4：利用所述单边的邻边的红外接收管信号凹坑结合粗定位的触摸点中心进行触摸点中心细定位；

所述步骤S4利用所述单边的邻边的红外接收管信号凹坑结合粗定位的触摸点中心进行触摸点中心细定位的具体实施方式可包括：

根据单边确定的触摸点粗定位中心坐标O所在的位置(x0,y0)，找到通过O点的单边的垂线x＝x0或y＝y0，计算触摸点在x＝x0上的线段 (y1,y2)或计算触摸点在y＝y0上的线段(x1,x2)；

对单边相邻两边的每个接收管，找到包含O点的凹坑，计算以接收管及对应凹坑所形成的三角形在单边的垂线x＝x0处线段(y1′,y2′) 或单边的垂线y＝y0处线段(x1′,x2′)。计算(y1,y2)与(y1′,y2′) 的交集或(x1,x2)与(x1′,x2′)的交集，更新为(y1,y2)或(x1,x2，计算该交集的中心点更新y0或x0。

在实际应用中，以上边凹坑粗定位为例，则对应邻边为左边及右边，细定位步骤如下：

1.根据触摸点粗定位中心坐标O所在的位置(x0，y0)，找到通过O 点的竖线x＝x0，计算触摸点在x＝x0上的线段(y1,y2)。

2.对左右两边的每个接收灯，找到包含O点的凹坑，计算以接收灯及对应凹坑所形成的三角形在竖线x＝x0处线段(y1′,y2′)。计算 (y1,y2)及(y1′,y2′)的交集，更新为(y1,y2)，计算该交集的中心点更新y0。

步骤S5：综合所有单边进行触摸点中心细定位的结果计算得出触摸点最终坐标位置。

所述步骤S5综合所有单边进行触摸点中心细定位的结果计算得出触摸点最终坐标位置具体可包括：

第一步，计算上下两边所得细定位的触摸点之间的距离，若很近则将位置和半径取平均作为综合结果，若任何触摸点之间均没很近的点，则直接将触摸点记为综合结果；

第二步，计算左右两边所得细定位的触摸点之间的距离，若很近则将位置和半径取平均作为综合结果，若任何触摸点之间均没很近的点，则直接将触摸点记为综合结果

第三步，计算前两步所得的触摸点的距离，如果很近，说明估计的是同一点，将位置更新为第一步结果中的x值，第二步结果中的y 值，半径则取平均，如果某些点，没有任何很近的点，直接将它记入综合结果。

在实际应用中，本发明所述的红外触摸屏多点定位方法应用在红外发射管数与红外接收管数之比大于1的红外触摸屏时，效果同样明显，定位精确。

在实际应用中，可有以下具体实施例：

如图2所示，典型的发射灯与接收灯之比大于1的红外触摸框红外灯分布及扫描信息的获取示意图。图中101是安装在屏幕四周的红外发射灯，102是安装在屏幕四周的红外接收灯。103是触摸区域。121 为触摸点。110为单个接收灯接收角度范围内的发射灯所产生的扫描光线，其中111为通过触摸点边缘的扫描光线，而112为被触摸点阻断的扫描光线。

如图3所示，凹坑配准示意图，其中200为触摸点，241为通过触摸点边缘的扫描光线。凹坑230、231、232分别由接收灯220、221及 222所产生。凹坑230、231及232大小相当而凹坑中心近似成等差数列分别，因此为一组配准的凹坑。配准过程简述如下，首先将凹坑230、 231、232初始化为未配准凹坑，选中接收灯编号最小(接收灯220) 的对应凹坑230最为待配准凹坑，查找编号最大的接收灯(接收灯222) 对应凹坑232，经过计算凹坑230与232大小相当，凹坑232的中心点大于凹坑230，且内插凹坑(接收灯221对应的凹坑231)存在，大小与凹坑230及232相当，且凹坑230、231及232近似成等差数列分布，因此凹坑230、231及232为一组配准的凹坑，标记凹坑230、231及 232为已配准凹坑。图 3 中所示240为已配准凹坑组中最大编号接收灯 222与对应凹坑232中点的连线，而241即为已配准凹坑组中最小编号接收灯220与对应凹坑230中点的连线。240与241的交点即为触摸点200的粗定位中心点。触摸点的半径可通过凹坑230、231、232的大小及其中心坐标计算得出。

如图4所示，使用邻边进行细定位的示意图。图中310与311为通过触摸点边缘的光线。触摸点301为粗定位得到的结果，320为通过 301中心的竖线。330与331为301与320的交点，340与341为接收灯350与凹坑351形成的三角形与320所产生的交点。通过计算交点 330与331之间的线段与交点340和341之间线段的交集，可以得到更为精确的触摸点301的中心位置，更新301的中心位置，从而得到触摸点300。

如图5所示，上下边综合定位示意图，其中触摸点400为上边计算结果，触摸点401为下边计算结果。经过综合计算400及401相距很近为同一触摸点，因此合并为1点。402为综合结果，其半径和中心坐标为400和401的平均值。而触点403附加没有其他触摸点，因此将直接作为综合结果输出。左右边的计算结果综合与上下边相同。

如图6所示，最终综合计算示意图。其中触摸点500及502为上下边综合计算结果，触摸点501为左右边综合计算结果。经过计算500 与501相距较近因此合并为一点，合并结果为触摸点503,503的半径为500和501的半径平均值，其中心点x坐标为500的x坐标而y坐标为501的y坐标。至此得到最终的触摸点为503及502。

本发明实施的优点：本发明所述的红外触摸屏多点定位方法，通过对每条边上的红外发射管和红外接收管进行编号；按照编号顺序依次处理红外接收管接收的红外发射管信号以获得信号被阻隔的凹坑；利用单边的红外接收管信号进行凹坑配准及触摸点中心粗定位；利用所述单边的邻边的红外接收管信号凹坑结合粗定位的触摸点中心进行触摸点中心细定位；综合所有单边进行触摸点中心细定位的结果计算得出触摸点最终坐标位置，有效的综合了接收管上所得到的信息，对触摸点识别准确率及定位精度均较高，计算复杂度低，内存占用量少，特别适合单片机实现，不仅适用于传统的发射管与接收管之比为1的结构，同样适用于发射管与接收管之比大于一的结构，结构适用范围广。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种红外触摸屏多点定位方法，其特征在于，所述红外触摸屏多点定位方法包括以下步骤：

对每条边上的红外发射管和红外接收管进行编号；

按照编号顺序依次处理红外接收管接收的红外发射管信号以获得信号被阻隔的凹坑；

所述按照编号顺序依次处理红外接收管接收的红外发射管信号以获得信号被阻隔的凹坑包括以下步骤：

按照编号顺序依次处理红外接收管接收的红外发射管信号；

如果信号强度大于某个给定的阈值则标记为1，否者标记为0；

将信号串组织为格式：【总起始管编号，总结束管编号，凹坑数目n，凹坑1起始管编号，凹坑1结束管编号，…，凹坑n起始管编号，凹坑n结束管编号】；

其中，标记为0表示被触摸点遮挡，凹坑指的是信号连续为0的区间；

利用单边的红外接收管信号进行凹坑配准及触摸点中心粗定位；

利用所述单边的邻边的红外接收管信号凹坑结合粗定位的触摸点中心进行触摸点中心细定位；

综合所有单边进行触摸点中心细定位的结果计算得出触摸点最终坐标位置。

2.根据权利要求1所述的红外触摸屏多点定位方法，其特征在于，所述凹坑为单个触摸点导致时包括以下性质：凹坑的大小与接收管的位置无关；凹坑的中点与接收管的连线经过触摸点的圆心。

3.根据权利要求2所述的红外触摸屏多点定位方法，其特征在于，所述利用单边的红外接收管信号进行凹坑配准具体实施方式可为：根据凹坑的性质及同一条边上以等差数列分布的接收管编号，将不同接收管的凹坑配准到一起。

4.根据权利要求3所述的红外触摸屏多点定位方法，其特征在于，所述利用单边的红外接收管信号进行触摸点中心粗定位的具体实施方式可为：基于配准后的凹坑，找到编号最大和编号最小的接收管对应的凹坑，计算凹坑中点与对应的接收管连线，计算两条线的交点作为触摸点的粗定位中心坐标O，触摸点半径r根据凹坑大小估计。

5.根据权利要求3所述的红外触摸屏多点定位方法，其特征在于，所述利用单边的红外接收管信号进行凹坑配准包括以下步骤：

初始化该边所有凹坑为未匹配；

查找对应接收管位置最小且未配准的凹坑a，作为需配准的凹坑；

查找对应接收管位置最大且未配准的凹坑b，判断a和b是否能配准为同一凹坑，判断准则为，a和b的大小(宽度)相当，a的中心位置比b大，且通过a和b在其它接收管上内插出来的凹坑存在；

如果找到了凹坑b，更新凹坑a，b以及内插对应的所有凹坑的配准标志为已配准，否则，仅更新凹坑a的配准标志为已配准；

如果该边所有凹坑都已经匹配完毕则结束，否则返回重新查找配准。

6.根据权利要求1至5之一所述的红外触摸屏多点定位方法，其特征在于，所述利用所述单边的邻边的红外接收管信号凹坑结合粗定位的触摸点中心进行触摸点中心细定位具体可包括：

根据单边确定的触摸点粗定位中心坐标O所在的位置(x0,y0)，找到通过O点的单边的垂线x＝x0或y＝y0，计算触摸点在x＝x0上的线段(y1,y2)或计算触摸点在y＝y0上的线段(x1,x2)；

对单边相邻两边的每个接收管，找到包含O点的凹坑，计算以接收管及对应凹坑所形成的三角形在单边的垂线x＝x0处线段(y1′,y2′)或单边的垂线y＝y0处线段(x1′,x2′)； 计算(y1,y2)与(y1,y2′)的交集或(x1,x2)与(x1,x2′)的交集，

更新为(y1,y2)或(x1,x2)，计算该交集的中心点更新y0或x0。

7.根据权利要求6所述的红外触摸屏多点定位方法，其特征在于，所述综合所有单边进行触摸点中心细定位的结果计算得出触摸点最终坐标位置具体可包括：

第一步，计算上下两边所得细定位的触摸点之间的距离，若很近则将位置和半径取平均作为综合结果，若任何触摸点之间均没很近的点，则直接将触摸点记为综合结果；

第二步，计算左右两边所得细定位的触摸点之间的距离，若很近则将位置和半径取平均作为综合结果，若任何触摸点之间均没很近的点，则直接将触摸点记为综合结果；

第三步，计算前两步所得的触摸点的距离，如果很近，说明估计的是同一点，将位置更新为第一步结果中的x值，第二步结果中的y值，半径则取平均，如果某些点，没有任何很近的点，直接将它记入综合结果。

8.根据权利要求7所述的红外触摸屏多点定位方法，其特征在于，所述红外发射管数与红外接收管数之比大于1。