TW201222365A - Optical screen touch system and method thereof - Google Patents
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Description
201222365 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種觸控系統,特別是關於一種可利用 影像資訊或鏡像資訊等之光學特徵判斷出正確物件座標之 觸控系統。 【先前技術】 觸控螢幕裝置’一種現今受歡迎的電腦系統的輸入方 式,可讓使用者直接在螢幕上進行輸入操作。使用者可利 用觸控筆(stylus)、指尖或其他類似者,碰觸螢幕。觸控螢 幕裝置偵測與計算出產生碰觸的位置後,將座標輸出至電 腦系統,以進行後續的計算處理。至今,被開發以偵測碰 觸位置的觸控技術有很多,包括:電阻式(resistive)、電容 式(capacitive)、光學式(infrared)、表面聲波式(surface acoustic wave)、電磁式(magnetic)、靜電式(加以 fieid imaging)等技術。 偵測單一手指或一觸控筆產生之碰觸事件此 event)及計算碰觸座標之單點觸控(Single T〇uch)技術已被 廣泛地運用在許多電子裝置中。而,另一種可偵測或辨識 第二個觸控事件或稱為手勢事件(gesture event)之多點觸 控技術,則逐漸地擴大使用。使用具備多觸控點偵測能力 的觸控螢幕裝置,使用者可在螢幕上同時移動多個指尖, 以產生控制裝置可轉換成輸入指令之一移動型態(pauern) 。以例言’一種常見的移動型態為:在一圖片上,以兩手 指做捏取(pinch)的動作,讓該圖片縮小。 201222365 然而,在單點觸控(Single Touch)技術的基礎上,所發 展出的多點觸控技術,要能準確地決定出同時在觸控螢幕 上之多個觸控點之座標,仍有許多困難之處。例如,以光 學式觸控螢幕裝置而言,當兩指尖接觸觸控螢幕後,控制 器根據所擷取之感測影像,會計算出四個座標,而無2直 接計算出兩指尖之真正座標,因此現有的光學式觸控榮幕 裝置仍難以輕易地計算出多觸控點之座標。 【發明内容】 根據上述問題,本發明一實施例提供一種光學觸控系 統,其包含-感測單兀以及一處理單元。感測單元具有一 第-感測器以及一第二感測器。第一感測器及第二感測器 刀別操取衫像,其中該等影像包含複數個物件之影像資 λ。處理單元根據該等景彡像巾該等物件之影像資訊產生一 組候選座標,及根據該等影像中該等物件之影像資訊的光 學特徵’從該組候選座標中選擇部份座標作為輸出座標進 行輸出。 本發明另一實施例提供一種光學觸控系統,其包含一 感測單兀以及-處理單元。感測單元具有一鏡面元件以及 一感測器。感測器裸取一影像’其中該影像包含複數個物 件之影像資訊以及由該鏡面元件所反射該等物件之鏡像資 處理單几根據該影像中該等物彳之影像資訊以及鏡像 資訊產生—組候選座標,及根據該等物件之影像資訊的-光學特徵或鏡像資訊的一光學特徵,從該組候選座標中選 擇部份座標作為輸出座標進行輸出。 201222365 只奶捉供 ’玉…子啁徑系統之舛笪 其包含-感測單元偵測複數個物件, 、 ώ複數個候選騎,以及根據各 該物件在該感測單元上產生之光 予特徵,從該些候選座標 中,選擇各該物件之座標等之步驟。 【實施方式】
圖1為本發明-實施例之光學觸控系⑹之示意圖。光 學觸控系統i為一多點觸控系統,其可利用物件14和15在影 像中所呈現之光學特徵,從計算所得的物件14和15座標中 ’選擇出正確的座標。光學觸控系統i包含一感測單元10 :-處理單元u,#中處理單元u輕接感測單元1〇。感測 單元10係用於提供分析物件14和15座標之影像,而處理單 元11根據感測單元10所提供之影像,計算出物件14和15之 座標。 在一實施例中,感測單元10包含一鏡面元件12及一感 測器13。鏡面元件12可與兩長條元件16和17共同圍繞出一 感測區域’其中長條元件16和17可為發光元件或反光元件 。鏡面元件12包含一鏡面,該鏡面面向該感測區域,以產 生進入感測區域之物件14和15之鏡像。感測器13置放於與 鏡面元件12相對之長條元件17之一端旁,其感測面(sensing surface)朝向感測區域。 圖2為本發明一實施例之感測器1 3所擷取之一影像2之 示意圖。圖3例示物件14和15之座標計算。參照圖1至3所示 ,當物件14和15同時進入感測區域時,鏡面元件12會分別 -6 - 201222365 產生物件14和15之虛像(virtual images)14·及15,。同時,物 件14和15和其虛像改變感測器13之感測面上的明暗分佈。 於此刻’感測器1 3可擷取到呈現明暗分佈之一影像2,其中 影像2包含由物件14形成之影像資訊21 ;由物件15形成之影 像資訊22 ;由物件14之虛像14,形成之鏡像資訊23 ;以及由 物件15之虛像151形成之鏡像資訊24。 在一實施例中,光學觸控系統1被設計以使物件14與15 遮蔽投向感測器13之光線,以在感測器13上形成較影像2 之背景亮度低之遮蔽資訊。在此類光學觸控系統1中,物件 14和15之虛像14’和15’產生之鏡像資訊23和24亦會較影像2 之背景亮度低之遮蔽資訊。 在另一實施例中,光學觸控系統1被設計成將光投射至 物件14與15上’使物件14與15反射投射光,以讓感測器13 接收物件14與15之反射光線,如此物件14與15將會在感測 器13產生較影像2之背景亮度高之反射資訊。 參照圖3所示’關於物件丨4和15之座標Pj〇P2計算,以 下以物件1 5為例來說明,而同樣的計算步驟,可運用在物 件14上。在感測器13擷取到影像2後,處理單元丨丨可根據影 像2上物件15產生之影像資訊22計算出以感測器13為原點 並延伸通過物件15之觀測線(viewing line)31。之後,處理 單元11可計算出觀測線31與長條元件17間之夾角0 ι。此外 ,處理單元11可根據影像2上物件丨5產生虛像15,之影像資訊 24計算出以感測器13為原點並延伸至虛像15,之觀測線32, 及觀測線32與長條元件17間之夾角02。最後,處理單元u 201222365 再根據下列公式(1)和(2),古+董山& ;^冲异出物件15之座標P2 (x y) 2x£>, v 5 (tan^, +tan^2) (【) 其中,Dl為鏡面元件12與長條元件17間之距離。 光學觸控系統1之感測區域雖為四邊形,但本發明不以 此為限。有關此實施例之物件14和15之座標計#,更詳盡 # ㈤°十算方法,可參考中華民國公開號第201003477號專利申 請案及中華民國公開號第2〇1〇3〇581號專利申請案。 關於觀測線31或32之建立方法,若以觀測線31為例, 可先計算出通過物件15兩側邊緣之觀測線37和38,然後將 兩觀測線37和38平均。詳細的計算方法,可參考美國公告 號第4,782,328號專利。 參照圖2與圖3所示,實際上,處理單元u在計算物件 14和15的座標時,無從事先判斷影像資訊21和22與鏡像資 ® 訊23和24間之對應關係,而需先計算物件14和15之座標p, 和P2。因此,處理單元11根據影像資訊21和22與鏡像資訊 23和24間可能之排列組合,計算出複數個候選座標Pi、h 、P3和P4。複數個候選座標P!、P2、?3和!>4位於觀測線31、 32、33和34的交點處,而觀測線3丨、32、33和μ可以視為 物件15、虛像1 5’、物件14和虛像14'在感測器13上產生影像 M sfl 22、鏡像資訊24、影像資訊2 1和鏡像資訊23所有可能 位置所形成的假想線。而由於鏡面元件丨2為反射元件之緣 故’故觀測線32和34延伸到鏡面元件12之鏡面時,會以類 201222365 似光線反射方式被轉向延伸。 當物件14或15越靠近感測器13時,其產生之影像資訊 21或22之面積A3或A4會越大,且若影像資訊21或22為遮蔽 資訊時’影像資訊21或22上最低亮度值25或26會越低;若 是光投射至物件14與15上’而物件14與15反射投射光至感 測器13上的情形時,影像資訊21或22為反射資訊時,影像 資訊21或22上最高亮度值25或26會越高。基於此原理,若 ^ 再次利用影像2之影像資訊21或22之前述光學特徵,應可進 一步判斷出正確的物件14和15的座標Ρ!和ρ2。參照圖2與圖 3所示’在完成候選座標p1、Ρ2、?3和ρ4的計算後,處理單 元11會根據物件14和15之影像資訊21和22之光學特徵及虛 像14'及15'之鏡像資訊23和24之光學特徵,選擇出正確的物 件14和15的座標Pi和?2,其中該光學特徵可為影像資訊(2 i 或22)或鏡像 > 訊(23或24)之面積Al、A2、A3或A4 ;或者 該光學特徵可為影像資訊(21或22)或鏡像資訊(23或24)之 φ 最低亮度值25、26、27或28。 在一實施例中,處理單元11比較影像資訊21之面積A3 和影像資訊22之面積A4 ’可發現影像資訊21之面積A3較影 像資訊22之面積A4為大,因此’可確認在觀測線33上之物 件14較在觀測線31上之物件15更為靠近感測器13,所以處 理單元11會依據比較結果會選擇在觀測線33上靠近感測器 13之座標Pi,並選擇在觀測線34上遠離感測器13之座標P2 。類似地’處理單元11可比較鏡像資訊23和24之面積A1和 A2,確認出虛像14,和15·之遠近,做出最後選擇。 -9- 201222365 在另一實施例中,處理單元11比較影像資訊2 i之最低 9C度值25和影像資訊22之最低亮度值26,可發現影像資訊 21之最低亮度值25較影像資訊22之最低亮度值26為低,因 此可確認出在觀測線33上之物件14應較在觀測線3丨之物件 15更為靠近感測器丨3。因此,處理單元丨丨會選擇出在觀測 線33上較靠近感測器13之座標Ρι,且選擇出在觀測線31上 較逛離處理單元11之座標P2。處理單元丨丨亦可比較鏡像資 讯23和24中之最低亮度值27和28,並以同樣的判斷方式選 擇出正確的輸出座標卩丨和!^。 圖4顯不本發明另一實施例之光學觸控系統4之示意圖 。參照圖2所示,本案另一實施例之光學觸控系統4包含一 感測單元41及一處理單元42,其中感測單元w耦接處理單 元42。感測單元41包含一第一感測器411以及一第二感測器 412 ’其中第一感測器41丨以及第二感測器412分別設置於以 長條兀件46在一基板43上所圍繞出之感測區域之兩相鄰角 落上。在一實施例中,長條元件46可為反光元件。在另一 實施例中’長條元件46可為發光元件。 參照圖4至圖6所示,當兩物件44與45觸及基板43時, 物件44與45會分別改變第一感測器411與第二感測器412之 感測面上的明暗分佈狀況。此時,第一感測器411所擷取的 影像5上,會顯示由物件44與45所產生之影像資訊51和52 ,而第二感測器412所擷取的影像6上,會顯示由物件料與 45所產生之影像資訊61和62。 在實施例中,光學觸控系統4被設計以使物件44與45 201222365 遮蔽投向第一感測器411與第二感測器412之光線,以在第 一感測器411與第二感測器412上形成的影像資訊51 ' 52、 61和62為較影像5或6之背景亮度低之遮蔽資訊。 在另一實施例中,光學觸控系統4被設計成讓第一感測 器411與第二感測器412接收物件44與45之反射光線,如此 物件44與45將分別在第一感測器411與第二感測器412上產 生的影像資訊51、52、61和62,其亮度會較影像5或6之背 | 景亮度為高之反射資訊。 參照圖7所示,處理單元42根據第一感測器411產生之 影像5中之影像資訊51、52建立出以第一感測器411為原點 之觀測線71和72,其中觀測線71和72之建立可參考美國第 4,7S2,328號專利。處理單元42另可根據第二感測器412產生 之影像6中之影像資訊61、62建立出以第二感測器412為原 點之觀測線73和74。接著,處理單元π利用複數條觀測線 71、72、73和74計鼻出複數個候選座標p5、&、和&。最 • 後,處理單元42比較影像資訊(51和52)或(61和62)之光學特 徵,從而選擇出輸出座標1>5和p6。 在一實施例中,經處理單元42比較後,由於影像資訊 51之面積A5較影像資訊52之面積A6為大,因此選擇及輸出 在觀測線71上較靠近第一感測器411的座標6,並選擇及輸 出在觀測線72上離第一感測器411較遠之座標。或者,處 理單元42可比較影像資訊6丨和影像資訊62,由於影像資訊 62之面積A8較影像資訊61之面積A7為大,因此選擇及輸出 在觀測線73上離第二感測器4丨2較遠的座標P5,並選擇及輸 -II - 201222365 出在觀測線74上離第二感測器412較近之座標p6。 •在另-實施例中,處理單元42比較影像資訊5ι和影像 資訊52中最低亮度值53和54,藉此確認出產生影像資訊^ 之物件44較產生影像資訊52之物件45靠近第一感測器川 之後,處理單兀42選擇及輸出在觀測線71上較靠近第一 感測器411的座標ρ5 ’及在觀測線72上離第—感測器川較 遂之座標?6。或者,處理單元42可選擇比較影像資訊㈣ 影像貧訊62之最低亮度值63和64,以選擇出輸出座標^和 Ρ6。 參照圖4與® 8所示,在—實施财,物件44與45在基 板43之座標亦可同時以物件44與45在第一感測器4ιι上產 生之複數個影像資訊之面積A11和Α12,以及在第二感測器 412產生之複數個影像資訊之面積A21和Α22決定,其中影 像資訊可為遮蔽資訊或反射資訊。處理單元42利用第一感 測器4U及第二感測器412上產生之影像資訊,可得出觀測 線81、82、83和84,藉此計算出候選座標Pa、匕、pc、匕 。而關於物件44與45之真實座標,可以表以斤列之任一關係 式決定。 表1 關係式 選擇座標 A11<A12且 A21>A22 (Pa,Pb) A11>A12且 A2KA22 (Pc,Pd) A1KA12且 A21=A22 (Pa,Pb) A11=A12且 A21>A22 (Pa,Pb) 201222365 (Pc,Pd) (Pc,Pd) A11>A12 且 A21=A22 A11=A12且 A2KA22 在另一實施例中,物件44與45在基板43上之座標可同 時以物件44與45在第一感測器411上產生之複數影像資訊 之最低亮度值(當該影像資訊為遮蔽資訊時)或最高亮度值( 當該影像> 訊為反射資訊時)111和112,以及在第二感測号 412上產生之影像資訊之最低或最高亮度值121和122來決定 ^ ,如此可確保所得之物件44與45之座標之正確性。而關於 物件44與45之座標,可以表2所列之任一關係式決定。 表2 關係式 選擇座標 I1KI12 且 I21>122 (Pc,Pd) 111>112且 I2KI22 (Pa,Pb) I1KI12 且 121=122 (Pc,Pd) 111=112且121>122 (Pc,Pd) 111>112且121=122 (Pa,Pb) 111=112且 I2KI22 (Pa,Pb) 本發明揭示之光學觸控系統,可利用擷取影像中之影 像/鏡像資訊之光學特徵,從候選座標中,選擇出多個物件 之真正座標。本發明揭示之座標計算方法可直接運用在單 點觸控技術上,因此可避免開發複雜多點觸控系統。再者 ’本發明揭示之座標計算方法簡單,因此可快速、有效率 地計算出多觸控點的座標。 本揭露之技術内容及技術特點已揭示如上,然而熟悉 -13- 201222365 本項技術之人士仍可能基於本揭露之教示及揭示而作種種 不背離本揭露精神之替換及修飾。因此,本揭露之保護範 圍應不限於實施例所揭示者,而應包括各種不背離本揭露 之替換及修飾,並為以下之申請專利範圍所涵蓋。 【圖式簡單說明】 圖1為本發明一實施例之光學觸控系統之示意圖,· 圖2為本發明一實施例之感測器所擷取之一影像之示 $ 意圖; “ 圖3例示物件之座標計算; 圖4顯示本發明另一實施例之光學觸控系統之示意圖; 圖5為本發明一實施例之第一感測器所擷取之—影像 之示意圖; 圖6為本發明一實施例之第二感測器所擷取之一影像 之示意圖; / 圖7例示物件之座標計算;及 鲁 圖8例示觀測線及物件之候選座標。 【主要元件符號說明】 1 光學觸控系統 2 影像 4 光學觸控系統 5、6 影像 10 感測單元 11 處理單元 12 鏡面元件 201222365
13 感測器 14、 15 物件 14', >15, 虛像 16 長條元件 17 長條元件 21、 22 影像資訊 23、 24 鏡像貢訊 25、 26、 27、28 最低亮 度值 31 > 32、 33、34 觀測線 37、 38 觀測線 41 感測單元 42 處理單元 43 基板 44 ' 45 物件 46 長條元件 51、 52、 61、62 影像資 訊 53 ' 54、 63、64 最低亮 度值 71、 72、 73、74 觀測線 81 ' 82、 83、84 觀測線 411 第一感測器 412 第二感測器 D1 距離 A1、A2、A3、A4 面積 A5 ' A6 ' A7 ' A8 面積
All、A12、A21、A22 影像資訊 -15- 201222365 111、112、121、122 亮度值 Pi ' p2 ' p3 ' P4 座標 P5、P6、P7、P8 座標 Pa ' Pb ' Pc ' Pd 候選座標 x、y 座標值 0 1、0 2夾角 「引用參考文獻」 中華民國公開號第201003477號專利申請案; 胃 中華民國公開號第201030581號專利申請案;及 美國第4,782,328號專利。
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Claims (1)
- 201222365 七、申請專利範圍: 1. 一種光學觸控系統,包括: 一感測單元,具有一第— /V RlI ^ ^ 埶利姦以及第二感測器, d—影像’其中該等影像包含複數個物件之影像資 :理單元’根據該等影像中該等物件之影像資訊產 生:组候選座標,及根據該等影像中該等物件之影像資訊 的光予特徵’從該組候選座標中撰楼邦於由4®標進行輸出。 ^中選擇-座標作為輪出座 2·根據請求項i所述之光學觸控系統,其中該影像資訊是該 等物件遮蔽光線在該感測器中所形成之遮蔽資訊’或是該 等物件反射光線在該影像中所形成之反射資訊。 人 3. 根據請求们所述之光學觸控系統,其中該影像資訊的該 光學特徵是面積或亮度。 4. 根據請求項丨所述之光學觸控系統,其中該處理單元利用 該影像之影像資訊建立出分別由該第一感測器與該第二 感測器為原點的複數個影像觀測線,計算出該等影像觀測 線之交點’以產生該組候選座標。 5. 根據請求項4所述之光學觸控系統,其中該處理單元根據 產生各該影像觀測線之該影像資訊之光學特徵,在各該影 像觀測線所產生的該等交點中,取出一輸出座標。 6. —種光學觸控系統,包含: 器 -感測單元,具有一鏡面元件以及一感測器,該感 操取-影像,其中該影像包含複數個物件之影像資訊 -17- 201222365 及㈣鏡面元件所反射該等物件之鏡像資訊;以及 =理單疋’根據該影像中該等物件之影像資訊以及 鏡像貝訊產生-組候選座標,及根據該等物件之影像資訊 的一光學特徵或鏡像資訊的一光學特徵,從該組候選座標 中選擇。Ρ伤座標作為輸出座標進行輸出。 7.根據請求項6所述之光學觸控系統,其中該影像資訊是該 等物件遮蔽光線在該感測器中所形成之遮蔽資訊,或是該 等物件反射光線在該影像中所形成之反射資訊。 8_根據請求項6所述之光學觸控系統,其中該鏡像資訊是該 等物件遮蔽光線在該鏡面元件中所形成之鏡像遮蔽資 況,或是該等物件反射光線在該鏡面元件中所形成之鏡像 反射資訊。 9. 根據請求項6所述之光學觸控系統,其中該影像資訊的該 光學特徵是面積或亮度;而該鏡像資訊的該光學特徵是面 積或亮度。 10. 根據請求項6所述之光學觸控系統,其中該處理單元利用 該影像之影像資訊建立出由該感測器為原點的複數個影 像觀測線,且利用該影像之鏡像資訊建立出在該鏡面元件 上該感測器所形成鏡像為原點之複數個鏡像觀測線,並計 算出該等影像觀測線與該等鏡像觀測線之交點,以產生該 組候選座標。 11.根據請求項10所述之光學觸控系統,其中該處理單元根據 產生各該影像觀測線之該影像資訊之光學特徵,在各該影 像觀測線所產生的該等交點中,取出一輸出座標。 201222365 12.- 種光學觸控系統之計算方法, 一感測單元偵測複數個物件; 其包含下列步驟: 一計算單元根據該感 個候選座標;以及 測單元之偵測結果,計算 出複數根據各該物件在該感測單元上產生之光學特 些候選座標中,選擇部份座標作為輸出座標進行輪出-Π.根據請求項12所述之計算枝,其巾該感料元包含1 面元件以及1測器,而該計算方法更包含下列步驟/ 該感測器縣-影像,其中該影像包含複數個物件之 影像資訊以及由該鏡面元件所反㈣等物件之鏡像資^。 U.根據請求項13所述之計算方法,其更包含下列步驟.° 利用該影像之影像資訊建立出由該感測器為原點的複 數個影像觀測線; 利用該影像之鏡像資訊建立出在該鏡面元件上該感測 器所形成鏡像為原點之複數個鏡像觀測線;以及 • 言十算出該等影像觀測線與該等鏡像觀測線之交點,以 產生該組候選座標。 15. 根據請求項14所述之計算方法,其更包含:根據產生各該 影像觀測線之該影像資訊之光學特徵,在各該影像觀測線 所產生的該等交點中,取出一輸出座標之步驟。 16. 根據請求項12所述之計算方法,其中該感測單元具有一第 一感測器以及一第二感測器,而該計算方法更包含下列步 該第一感測器與該第二感測器分別擷取一影像,其中 201222365 該等影像包含複數個物件之影像資訊。 17. 根據請求項16所述之計算方法,其更包含下列步驟: 利用該影像之影像資訊建立出分別由該第一感測器與 該第二感測器為原點的複數個影像觀測線;以及 计算出該等影像觀測線之交點即,以產生該組候選座 標。 18. 根據請求項12所述之計算方法,其更包含該感測單元擷取 φ 該等物件之遮蔽資訊之步驟。 19·根據請求項12所述之計算方法,其更包含該感測單元擷取 該等物件之反射資訊之步驛。 20‘根據請求項12所述之计算方法,其更包含該感測單元擷取 該等物件之鏡像遮蔽資訊之步驟。 2 1 ·根據請求項12所述之計算方法,其更包含該感測單元擷取 該等物件之鏡像反射資訊之步驟。 22.根據請求項12所述之計算方法,其中該光學特徵是面積或 _ 觉度。 -20-
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