CN1262909C - 触控面板的坐标预估与估测滤波方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种触控面板的坐标预估与估测滤波方法，它是在一触控面板中利用一具有预估与估测滤波的滤波器，对X、Y坐标信号作预估与估测滤波处理，其中包括下列步骤：以滤波器先对前一个X、Y坐标作预估，以预估技术计算一取样周期最佳预估值，再由现在所量测的X、Y坐标与前所预估的X、Y坐标以正交原则估测出最佳的X、Y坐标，使得到的估测X、Y坐标更精确且与前后坐标位置相关性更佳。

Description

触控面板的坐标预估与估测滤波方法

技术领域

本发明涉及一种触控面板的坐标预估与估测滤波方法，尤指一种经一预估与估测滤波器，对X、Y坐标信号作预估与估测滤波处理，使所得到的X、Y坐标更精确与前后坐标位置相关性更好的方法。

背景技术

触控面板(Touch Panel)是一种人性化输入装置。由于以往的输入装置，例如键盘、鼠标、轨迹球等皆无法满足使用者输入便利的需求，因此业界为求输入便利而把多种输入装置整合在一起，以提高输入效率及便利性，但随着电子产品设计皆以轻、薄、短、小、功能强悍为发展方向，传统键盘等输入装置已无法满足此需求，产品上也无空间容纳多种输入装置。而，触控面板除了符合可多层次选项设计要求外，还同时拥有键盘、鼠标的功能以及手写输入等人性化的操作功能，使触控面板成为人机接口的最佳选择。

触控面板主要由透明导电玻璃及透明导电薄膜构成的玻璃面板构成，它是通过由集成电路控制芯片组成的控制电路板控制，以触控方式显示所需图像于屏幕上。而触控面板依感应方式不同，可分为电阻式、电容式、电感应式等，其中又以电阻式最被广泛运用。而该电阻式的触控面板依配线方式不同又可分为四线式与五线式等，其技术原理是以透明导电玻璃及透明导电薄膜各依X、Y轴布线，且在上层的导电薄膜与下层的导电玻璃间设有撑开空间得点隔片。当手指、触控笔或其它介质对上层的导电薄膜施加压力，使上下层电极相通并产生电位差，即形成一开关，按压即产生ON/OFF作用，以提供一信号，该信号再经排线传给微处理控制器处理，进一步计算施压处的坐标位置并显示于屏幕上。

然而，该触控面板的感应方式不论是电阻式或电容式或电感应式，其目的皆为侦测触控面板上的X、Y坐标，其所得的X、Y坐标值多少都具有噪声，而使侦测的X、Y坐标与实际的X、Y坐标产生误差。

故，如何改善传统触控面板因噪声而产生误差的缺失，为本发明的重点。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种触控面板的坐标预估与估测滤波方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种触控面板的坐标预估与估测滤波方法，它是在一触控面板中利用一具有预估与估测滤波的卡尔曼滤波器，对X、Y坐标信号作预估与估测滤波处理，其中包括下列步骤：

(1)接触触控面板，触控面板将接触点的X、Y坐标模拟电压信号输出给模拟/数字转换器；

(2)模拟/数字转换器将该模拟电压信号转换成数字信号，传输给微处理器；微处理器将接收到的数字信号转换成表示触摸点位置的X、Y坐标位置；

(3)由卡尔曼滤波器先对微处理器得到的前一个X、Y坐标作预估，以预估技术计算一取样周期最佳预估值，再对现在微处理器所测量的X、Y坐标与前所预估的X、Y坐标估测出最佳的X、Y坐标。

所述触控面板的坐标预估与估测滤波方法，系以正交原则估测出最佳的X、Y坐标。

附图说明

图1为本发明的动作流程图

图2为本发明经卡尔曼滤波器所得到的X、Y坐标更精确且与前后坐标位置相关性更佳的示意图

具体实施方式

请参阅图1及图2所示，本发明为一种触控面板的坐标预估与估测滤波方法。在本实施例中，该触控面板为一电阻式五线触控面板1，该触控面板1更包含有一模拟数字转换器2、一微处理器3及一具有预估与估测滤波的卡尔曼滤波器4(Kalman Filter)。当接触该触控面板1时，该接触点于该触控面板1的X、Y坐标各传出一模拟电压信号，此信号经模拟数字转换器2转换成12位的数字信号，再传入微处理器3解释成触控面板1上X、Y坐标位置，所得的X、Y坐标位置，再由卡尔曼滤波器4，先对前一个X、Y坐标作预估，以预估技术计算一取样周期最佳预估值，再由现在所量测的X、Y坐标与前所预估的X、Y坐标以正交原则(Orthogonal Principle)估测出最佳的X、Y坐标，以供得到的估测X、Y坐标更精确且与前后坐标位置相关性更佳。

其表达式如下：

假设X、Y坐标所得的信号为Xdata、Ydata，其线性方程式为

Z(k)＝θm(k)+vm(k)，令 $\mathrm{\θm}\left(k\right)=\left[\begin{array}{c}\mathrm{Xdata}\left(k\right)\\ \mathrm{Ydata}\left(k\right)\end{array}\right]$

Z(k)为现阶段测量的Xdata(k)、Ydata(k)，Vm(k)为具平均值ε_m，与自变异数δ_m的白色高斯噪声。

(1)、预估计算式

$\widehat{\mathrm{\θ}}m\left(k\right|k-1)=A*\widehat{\mathrm{\θ}}m(k-1|k-1)$

P(k|k-1)＝A^TP(k-1|k-1)A+ωm(k-1)

式中 $A=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right],$ 假设 $P\left(0\right|0)=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right],\mathrm{\ωm}\left(0\right)=\left[\begin{array}{cc}\mathrm{qm}& 0\\ 0& \mathrm{qm}\end{array}\right],$ P(k)为预估因子，wm(k)为预估噪声变异数

(2)估测计算式：

K(k)＝P(k|k-1)C^T[CP(k|k-1)C^T+vm(k)]^-1

$\widehat{\mathrm{\θ}}m\left(k\right|k)=A\widehat{\mathrm{\θ}}\left(k\right|k-1)+K\left(k\right)[Z\left(k\right)-C\widehat{\mathrm{\θ}}m\left(k\right|k-1)]$

P(k|k)＝[I-K(k)C]P(k|k-1)

式中 $\mathrm{vm}\left(k\right)=\left[\begin{array}{cc}\mathrm{\δm}& 0\\ 0& \mathrm{\δm}\end{array}\right],$ C＝1， $I=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right],$ K(k)为估测因子

以上计算式完成Z与

的信号融合，估算出最佳X、Y坐标值 $\hat{Z}\left(k\right)=\widehat{\mathrm{\θ}}m\left(k\right|k).$

本实施例在实际实施时，如图2所示，利用了Matlab软件仿真，设计在触控面板上划一sin波，设定sin波的X、Y坐标x、y方程式如下：

X由0到6.28，每次间隔0.1；X，Y坐标共62笔

  x＝0:0.1:2*3.14；

  y＝sin(x)；

参数设定Pk(1)＝1；wm＝0.1；vm＝0.1；Pk代表预估因子；wm代表估测误差；vm代表噪声自变异数

假设触控面板所侦测的X、Y坐标，经模拟数字转换器2转成 数字信号，再传入微处理器3解译成触控面板1上X、Y坐标位置Xdata、Ydata，已经具有噪声，vx为X坐标噪声，vy为Y坐标的噪声，表示是如下：

因X、Y坐标共62笔

当i＝1:1:62

假设X坐标的噪声为±0.2；Y坐标的噪声为±0.2

vx(i)＝(-1)^i*rand(1)/5；

vy(i)＝(-1)^i*rand(1)/5；

Xdata(i)＝x(i)+vx(i)；

Ydata(i)＝y(i)+vy(i)；

再利用卡尔曼滤波器4来作Xdata、Ydata预估，首先进行预估技术计算一取样周期最佳预估值Xt、Yt，继而读入新测量值以正交原则更新Xdata、Ydata估测值为Xtt、Ytt，以SNR_m为表示Xdata，Ydata与x、y的误差量，SNR_p为表示Xtt，Ytt与x、y的误差量，程序如下：(其中Kk为估测因子)

X起始资料等于测量资料

Xtt(1)＝Xdata(1)；

Y起始资料等于测量资料

Ytt(1)＝Ydata(1)；

设测量资料与实际资料起始误差值为0

SNR_m＝0；

设估测资料与实际资料起始误差值为0

SNR_p＝0；

由第二笔资料开始预估

当i＝2:1:62

Xt由Xdata预估

Xt(i)＝Xdata(i-1)；

Yt由Ydata预估

Yt(i)＝Ydata(i-1)；

预估因子由前一笔预估因子与wm计算而得

  Pk(i)＝Pk(i-1)+wm；

估测因子计算式

Kk(i)＝Pk(i)/(Pk(i)+vm)；

X坐标估测因子计算式

Xtt(i)＝Xt(i)+Kk(i)*(Xdata(i)-Xt(i))；

Y坐标估测因子计算式

Ytt(i)＝Yt(i)+Kk(i)*(Ydata(i)-Yt(i))；

更新Pk(i)值

Pk(i)＝(1-Kk(i))*Pk(i)；

计算量测资料与实际资料的误差值

SNR1＝(Xdata(i)-x(i))^2+(Ydata(i)-y(i))^2；

计算估测资料与实际资料的误差值

SNR2＝(Xtt(i)-x(i))^2+(Ytt(i)-y(i))^2；

所有的测量误差值

SNR_m＝SNR_m+SNR1；

所有的估测误差值

SNR_p＝SNR_p+SNR2；

仿真结果如图2所示，Xtt、Ytt为经卡尔曼滤波器4估测后的资料较接近sin波，且SNR_p＝0.3645＜SNR_m＝1.5687，表示Xtt、Ytt具有较小的误差量。

综上所述，本发明是以一具有预估与估测滤波的卡尔曼滤波器，对X、Y坐标信号作预估与估测滤波处理，使得X、Y坐标更精确且与前后坐标位置相关性更佳。

Claims (2)

1.一种触控面板的坐标预估与估测滤波方法，它是在一触控面板中利用一具有预估与估测滤波的卡尔曼滤波器，对X、Y坐标信号作预估与估测滤波处理，其中包括下列步骤：

(1)接触触控面板，触控面板将接触点的X、Y坐标模拟电压信号输出给模拟/数字转换器；

(2)模拟/数字转换器将该模拟电压信号转换成数字信号，传输给微处理器；微处理器将接收到的数字信号转换成表示触摸点位置的X、Y坐标位置；

(3)由卡尔曼滤波器先对微处理器得到的前一个X、Y坐标作预估，以预估技术计算一取样周期最佳预估值，再对现在微处理器所测量的X、Y坐标与前所预估的X、Y坐标估测出最佳的X、Y坐标。

2、根据权利要求1所述的触控面板的坐标预估与估测滤波方法，其特征在于：是以正交原则估测出最佳的X、Y坐标。

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