TW201310308A - 光學影像式觸控裝置與觸控影像處理方法 - Google Patents

光學影像式觸控裝置與觸控影像處理方法 Download PDF

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Abstract

本發明係揭露一種光學影像式觸控裝置，其包含有一顯示面板，其上係形成有一座標偵測區、至少一光源，其設置於該顯示面板外側，該至少一光源係用來發射光線，藉以照明一物體、一深度感測器，其係安裝於該顯示面板之一側，該深度感測器係用來擷取該物體之影像資料，其中該影像資料包含相對應該物體與該深度感測器分別於一第一方向與一第二方向距離之一寬度資訊與一深度資訊，以及一控制模組，其係耦合於該深度感測器，該控制模組係用來接收該深度感測器所擷取之該影像資料，並依據該寬度資訊與該深度資訊判斷該物體是否落於該座標偵測區內。

Description

光學影像式觸控裝置與觸控影像處理方法
本發明係提供一種利用深度感測器之光學影像式觸控裝置與觸控影像處理方法，尤指一種無須使用反光邊框且可形成任意形狀之感測區域之光學影像式觸控裝置與觸控影像處理方法。
在現今各式消費性電子產品市場中，個人數位助理、行動電話，以及手機等可攜式電子產品皆已廣泛使用具有觸控裝置作為其資料溝通的界面工具。由於目前電子產品的設計皆以輕、薄、短、小為方向，因此在產品上無足夠空間容納如鍵盤、滑鼠等傳統輸入裝置，尤其在講求人性化設計的平板電腦需求的帶動下，搭配觸控裝置的顯示器已逐漸成為各式電子產品的關鍵零組件之一。然而現今所發展出之觸控技術眾多，例如電阻式、電容式、超音波式、紅外線感測式、光學影像式等觸控技術，且由於技術層面與成本有所差異，因此這諸多種類之觸控技術便運用在各種不同領域。舉例來說，光學影像式觸控技術之作用原理為透過位於顯示器兩個角落的攝影機，偵測觸控物體所形成的陰影，經由三角定位找出觸控之位置，故與傳統電阻式或電容式觸控技術比較起來，其具有準確、穿透率高、可靠度佳、損壞率低、成本低以及支援多點觸控手勢等優點，在中大尺寸顯示器方面很容易切入市場。然而為了定位二維空間上之座標，現有的光學影像式觸控裝置大多需要兩台以上的一維攝影機(感測器)以偵測觸控物體所形成的陰影，且必須考量到多台攝影機擷取影像時需同步之問題，而造成成本之增加；此外為了達到靈敏的觸控效果，通常攝影機更新畫面的速度相當快，故也必須搭配高運算效能之處理器，而造成零件成本增加。再者，現有的光學影像式觸控裝置需要反光邊框以提供物體於座標偵測區時之拍攝背景，藉以隔離座標偵測區以外之干擾源，而若座標偵測區上有觸控物則會阻擋邊框反光而使得感測器偵測到黑影，進而利用黑影位置來推得觸控位置。換言之，反光邊框係提供了阻擋外界干擾源與作為觸控物與背景差異之功能。然而由於反光邊框需與感測器共平面，而造成了組裝上之困難，且也增加了製造成本；且於此架構下反光邊框之結構必須設計為方形或是矩形，而無法形成其他形狀之感測區域，故大大限制其應用範圍。但沒有反光邊框之光學影像式觸控裝置則會因為座標偵測區以外之干擾源造成觸控點受外界干擾而判斷不易，故如何設計出一種可有效降低組裝困難度與成本且可同時提升觸控點之判斷準確度之光學影像式觸控裝置，便為現今觸控技術所需努力的重要課題之一。
本發明係提供一種無須使用反光邊框且可形成任意形狀之感測區域之光學影像式觸控裝置與觸控影像處理方法，以解決上述之問題。
本發明之申請專利範圍係揭露一種光學影像式觸控裝置，其包含有一顯示面板，其上係形成有一座標偵測區、至少一光源，其係設置於該顯示面板外側，該至少一光源係用來發射光線，藉以照明一物體、一深度感測器，其係安裝於該顯示面板之一側，該深度感測器係用來擷取該物體之影像資料，其中該影像資料包含相對應該物體與該深度感測器分別於一第一方向與一第二方向距離之一寬度資訊與一深度資訊，以及一控制模組，其係耦合於該深度感測器，該控制模組係用來接收該深度感測器所擷取之該影像資料，並依據該寬度資訊與該深度資訊判斷該物體是否落於該座標偵測區內。
本發明之申請專利範圍係另揭露該座標偵測區係實質上為一扇形區域，且該控制模組係依據該寬度資訊與該深度資訊以及該扇形區域之外緣與該深度感測器之夾角與距離判斷該物體是否落於該座標偵測區內。
本發明之申請專利範圍係另揭露該深度感測器係安裝於該顯示面板之該側之中央位置。
本發明之申請專利範圍係另揭露該控制模組係依據該寬度資訊與該深度資訊以及該座標偵測區之寬度與深度判斷該物體是否落於該座標偵測區內。
本發明之申請專利範圍係另揭露該控制模組係另用來依據判斷該物體是否落於該座標偵測區內之判斷結果決定是否計算該物體於該座標偵測區之一座標值。
本發明之申請專利範圍係另揭露當該控制模組判斷該物體落於該座標偵測區內時，該控制模組係依據該影像資料計算出該物體於該座標偵測區之該座標值。
本發明之申請專利範圍係另揭露當該控制模組判斷該物體未落於該座標偵測區內時，該控制模組不計算該物體之該座標值。
本發明之申請專利範圍係另揭露該至少一光源係為一雷射發光二極體或一紅外線發光二極體。
本發明之申請專利範圍係另揭露一種適用於一光學影像式觸控裝置之觸控影像處理方法，其包含有該光學影像式觸控裝置之至少一光源發射光線以照明一物體；該光學影像式觸控裝置之一深度感測器擷取該物體之影像資料，其中該影像資料包含相對應該物體與該深度感測器分別於一第一方向與一第二方向距離之一寬度資訊與一深度資訊；以及該光學影像式觸控裝置之一控制模組依據該寬度資訊與該深度資訊判斷該物體是否落於一座標偵測區內。
本發明係提供無須使用反光邊框且可形成任意形狀之感測區域之光學影像式觸控裝置與觸控影像處理方法，且可有效地減少感測元件之使用數量與無須搭配高運算效能之處理器，故其可克服組裝上之困難且降低製造成本，並同時兼具觸控物之影像處理之判斷精準性。
請參閱第1圖至第3圖，第1圖為本發明一實施例一光學影像式觸控裝置50之功能方塊示意圖，第2圖與第3圖分別為本發明實施例光學影像式觸控裝置50之正視示意圖與側視示意圖，光學影像式觸控裝置50包含有一顯示面板52、兩光源54a、54b、一深度感測器56(depth sensor)，以及一控制模組58。顯示面板52係可為一觸控面板，且其上係形成有一座標偵測區521；兩光源54a、54b係分別設置於顯示面板52外側之兩角落，兩光源54a、54b係用來發射光線，藉以照明一物體60，其中兩光源54a、54b係可分別為一雷射發光二極體或一紅外線發光二極體，而光源之設置位置與數量可不侷限於此實施例所述，端視實際設計需求而定。深度感測器56係安裝於顯示面板52之一側，如可安裝於顯示面板52之該側之中央位置，深度感測器56係用來擷取物體60(如使用者之手指)之影像資料，其中該影像資料包含相對應物體60與深度感測器56分別於一第一方向(X方向)與一第二方向(Y方向)距離之一寬度資訊與一深度資訊，也就是說深度感測器56可感測出物體60於該第一方向(X方向)與該第二方向(Y方向)與深度感測器56所相距距離之相關資訊。控制模組58係耦合於深度感測器56，控制模組58係用來接收深度感測器56所擷取之該影像資料，並依據該寬度資訊與該深度資訊判斷物體60是否落於座標偵測區521內，且依據判斷物體60是否落於座標偵測區521內之判斷結果決定是否計算物體60於座標偵測區521之一座標值，其中控制模組58係可以硬體、軟體或韌體等方式所呈現。此外，本發明之顯示面板52、光源54a、54b、深度感測器56與控制模組58係可整合於同一顯示器內，例如於顯示螢幕或一體式桌上型電腦(All In One PC)之內等；或是光源54a、54b、深度感測器56與控制模組58係可單獨模組化，例如設置於用來外掛於顯示面板52之一框架內，且座標偵測區521係可為該框架上之透明面板，故可拆卸安裝於不同之顯示面板52上。
為了達到於光學影像式觸控裝置50實施觸控之目的，使用者可於座標偵測區521內進行觸控操作，例如以手指(物體60)於座標偵測區521內移動，當物體60於座標偵測區521內移動時，光源54a、54b照射於物體60之光線可被物體60反射，故深度感測器56可感測到由物體60所反射之光線。請參閱第4圖，第4圖為本發明實施例光學影像式觸控裝置50執行觸控影像處理方法之流程圖，該方法包含有下列步驟：步驟100：兩光源54a、54b發射光線以照明物體60。
步驟102：深度感測器56接收物體60所反射之光線，藉以擷取物體60之影像資料，其中該影像資料包含相對應物體60與深度感測器56分別於該第一方向(X方向)與該第二方向(Y方向)距離之該寬度資訊與該深度資訊。
步驟104：控制模組58依據該寬度資訊與該深度資訊判斷物體60是否落於座標偵測區521內，若是執行步驟106；若否則跳到步驟108。
步驟106：當控制模組58判斷物體60落於座標偵測區521內時，控制模組58依據該影像資料計算出物體60於座標偵測區521之一座標值。
步驟108：當控制模組58判斷物體60未落於座標偵測區521內時，控制模組58不計算物體60之該座標值。
步驟110：結束。
於此對上述步驟作更進一步說明，首先兩光源54a、54b係可分別發射光線以照明物體60，例如可發射線性平面光束至座標偵測區521。接下來深度感測器56便可接收物體60所反射之光線，藉以擷取物體60之影像資料，由於深度感測器56除了能提供一般感測器之二維位置資訊外，另外還能提供感測物之深度資訊，也就是說除了可提供物體60於該第一方向(X方向)與深度感測器56所相距距離之該寬度資訊，亦可提供物體60於該第二方向(Y方向)與深度感測器56所相距距離之該深度資訊。之後，控制模組58便可接收深度感測器56所擷取之該影像資料，並依據該寬度資訊與該深度資訊判斷物體60是否落於座標偵測區521內。舉例來說，以本實施例之方形或矩形之座標偵測區521為例，可先於控制模組58定義座標偵測區521之有效範圍，意即定義座標偵測區521於該第一方向(X方向)與該第二方向(Y方向)之寬度範圍與深度範圍，故控制模組58係可依據深度感測器56所提供之被感測物體60之該寬度資訊與該深度資訊以及座標偵測區521之有效寬度範圍與有效深度範圍之比對結果，判斷物體60是否落於座標偵測區521內，也就是說當被感測物體60之該寬度資訊與該深度資訊皆落於座標偵測區521之有效寬度範圍與有效深度範圍之內時，則代表物體60落於座標偵測區521內；反之，當被感測物體60之該寬度資訊或該深度資訊並未落於座標偵測區521之有效寬度範圍或有效深度範圍之內時，則代表物體60並未落於座標偵測區521內。
再者，控制模組58係可依據判斷物體60是否落於座標偵測區521內之判斷結果決定是否計算物體60於座標偵測區521之該座標值。意即當控制模組58判斷物體60落於座標偵測區521內時，控制模組58係可依據該影像資料計算出物體60於座標偵測區521之該座標值，舉例來說控制模組58可先對物體60之影像資料進行影像處理分析，例如去除雜訊等，之後再對經影像處理過後之影像資料進行座標轉換計算，例如直接以該寬度資訊與該深度資訊映射至座標偵測區521內之位置，最後再轉換成相對應之座標值，由於物體60所計算出之座標值係位於座標偵測區521內，故控制模組58便會判斷物體60為有效觸控物並提供電腦主機執行相關觸控操作之依據。相反地，當控制模組58判斷物體60未落於座標偵測區521內時，控制模組58便不計算物體60之該座標值，意即控制模組58判斷物體60非為有效觸控物且並不執行相關觸控操作，藉以過濾篩選掉不必要計算之物體位置而有效地節省系統資源。
請參閱第5圖，第5圖為本發明另一實施例一光學影像式觸控裝置100之正視示意圖。於前述實施例不同之處在於本實施例可定義出其他形狀之座標偵測區，而不侷限於方形或矩形，只要是能先定義出座標偵測區之有效範圍即可。如第5圖所示，光學影像式觸控裝置100之一座標偵測區1021係實質上可定義為一扇形區域，或可為其他形狀(如三角形、圓形、星形)等偵測區域，其端視實際設計需求而定，至於其作用原理則相同於前述實施例。舉例來說，當座標偵測區1021實質上定義為一扇形區域時，可先於控制模組58定義座標偵測區1021之有效範圍，至於其定義方式則可以極座標系統(polar coordinate system)定義座標偵測區1021之有效夾角θ範圍與有效半徑R範圍，故控制模組58係可依據被感測物體60之該寬度資訊與該深度資訊以及該扇形區域之外緣與深度感測器56之夾角θ與距離R判斷物體60是否落於座標偵測區1021內。而在比對被感測物體60之該寬度資訊與該深度資訊以及座標偵測區1021之有效範圍時，可利用極座標系統與卡氏(Cartesian)座標系統之座標轉換關係來一致化兩者之位置資訊，意即可將座標偵測區1021之有效夾角θ範圍與有效半徑R範圍轉換成卡氏座標系統之有效寬度範圍與有效深度範圍，再與深度感測器56所提供之被感測物體60之該寬度資訊與該深度資訊進行比對；或是將深度感測器56所提供之被感測物體60之該寬度資訊與該深度資訊轉換成極座標系統之夾角θ資訊與半徑R資訊，再與座標偵測區1021之有效夾角θ範圍與有效半徑R範圍進行比對。至於極座標系統與卡氏座標系統之座標轉換關係可參考下列關係式：
X=R*cos(θ),Y=R*sin(θ)；
R=√(X2+Y2),θ=tan-1(Y/X),X≠0
之後，控制模組58係可依據判斷物體60是否落於座標偵測區1021內之判斷結果決定是否計算物體60於座標偵測區1021之該座標值，至於其他作用原理則相同於前述實施例，故於此不再詳述。故於此實施例中光學影像式觸控裝置之座標偵測區可不侷限於方形或矩形等形狀，而大幅擴充其應用範圍。再者，若是採用先前技術之三角定位機制找出觸控位置，若要定義出其他形狀之感測區域(如扇形區域)，則必須要浪費掉許多無法使用之空間，如浪費矩形外框與扇形感測區域間之面板區塊，因而增加製造成本且佔用機構空間；而本發明可直接使用相符於座標偵測區所定義形狀之顯示面板，故可節省製造成本且減少所佔用之機構空間。
相較於先前技術，本發明係提供無須使用反光邊框且可形成任意形狀之感測區域之光學影像式觸控裝置與觸控影像處理方法，且可有效地減少感測元件之使用數量與無須搭配高運算效能之處理器，故其可克服組裝上之困難且降低製造成本，並同時兼具觸控物之影像處理之判斷精準性。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
50、100．．．光學影像式觸控裝置
52．．．顯示面板
521、1021．．．座標偵測區
54a、54b．．．光源
56．．．深度感測器
58．．．控制模組
60．．．物體
步驟100、102、104、106、108、110
第1圖為本發明實施例光學影像式觸控裝置之功能方塊示意圖。
第2圖與第3圖分別為本發明實施例光學影像式觸控裝置之正視示意圖與側視示意圖。
第4圖為本發明實施例光學影像式觸控裝置執行觸控影像處理方法之流程圖。
第5圖為本發明另一實施例光學影像式觸控裝置之正視示意圖。
50．．．光學影像式觸控裝置
52．．．顯示面板
521．．．座標偵測區
54a、54b．．．光源
56．．．深度感測器
60．．．物體

Claims (15)

  1. 一種光學影像式觸控裝置，其包含有：一顯示面板，其上係形成有一座標偵測區；至少一光源，其係設置於該顯示面板外側，該至少一光源係用來發射光線，藉以照明一物體；一深度感測器(depth sensor)，其係安裝於該顯示面板之一側，該深度感測器係用來擷取該物體之影像資料，其中該影像資料包含相對應該物體與該深度感測器分別於一第一方向與一第二方向距離之一寬度資訊與一深度資訊；以及一控制模組，其係耦合於該深度感測器，該控制模組係用來接收該深度感測器所擷取之該影像資料，並依據該寬度資訊與該深度資訊判斷該物體是否落於該座標偵測區內。
  2. 如請求項1所述之光學影像式觸控裝置，其中該座標偵測區係實質上為一扇形區域，且該控制模組係依據該寬度資訊與該深度資訊以及該扇形區域之外緣與該深度感測器之夾角與距離判斷該物體是否落於該座標偵測區內。
  3. 如請求項1或2所述之光學影像式觸控裝置，其中該深度感測器係安裝於該顯示面板之該側之中央位置。
  4. 如請求項1所述之光學影像式觸控裝置，其中該控制模組係依據該寬度資訊與該深度資訊以及該座標偵測區之寬度與深度判斷該物體是否落於該座標偵測區內。
  5. 如請求項1、2或4所述之光學影像式觸控裝置，其中該控制模組係另用來依據判斷該物體是否落於該座標偵測區內之判斷結果決定是否計算該物體於該座標偵測區之一座標值。
  6. 如請求項5所述之光學影像式觸控裝置，其中當該控制模組判斷該物體落於該座標偵測區內時，該控制模組係依據該影像資料計算出該物體於該座標偵測區之該座標值。
  7. 如請求項5所述之光學影像式觸控裝置，其中當該控制模組判斷該物體未落於該座標偵測區內時，該控制模組不計算該物體之該座標值。
  8. 如請求項1所述之光學影像式觸控裝置，其中該至少一光源係為一雷射發光二極體或一紅外線發光二極體。
  9. 一種適用於一光學影像式觸控裝置之觸控影像處理方法，其包含有：該光學影像式觸控裝置之至少一光源發射光線以照明一物體；該光學影像式觸控裝置之一深度感測器擷取該物體之影像資料，其中該影像資料包含相對應該物體與該深度感測器分別於一第一方向與一第二方向距離之一寬度資訊與一深度資訊；以及該光學影像式觸控裝置之一控制模組依據該寬度資訊與該深度資訊判斷該物體是否落於一座標偵測區內。
  10. 如請求項9所述之觸控影像處理方法，其中該座標偵測區係實質上為一扇形區域，且該光學影像式觸控裝置之該控制模組依據該寬度資訊與該深度資訊判斷該物體是否落於該座標偵測區內包含該控制模組係依據該寬度資訊與該深度資訊以及該扇形區域之外緣與該深度感測器之夾角與距離判斷該物體是否落於該座標偵測區內。
  11. 如請求項9或10所述之觸控影像處理方法，其另包含將該深度感測器安裝於該顯示面板之一側之中央位置。
  12. 如請求項9所述之觸控影像處理方法，其中該光學影像式觸控裝置之該控制模組依據該寬度資訊與該深度資訊判斷該物體是否落於該座標偵測區內包含該控制模組係依據該寬度資訊與該深度資訊以及該座標偵測區之寬度與深度判斷該物體是否落於該座標偵測區內。
  13. 如請求項9、10或12所述之觸控影像處理方法，其另包含該控制模組依據判斷該物體是否落於該座標偵測區內之判斷結果決定是否計算該物體於該座標偵測區之一座標值。
  14. 如請求項13所述之觸控影像處理方法，其另包含當該控制模組判斷該物體落於該座標偵測區內時，該控制模組依據該影像資料計算出該物體於該座標偵測區之該座標值。
  15. 如請求項13所述之觸控影像處理方法，其另包含當該控制模組判斷該物體未落於該座標偵測區內時，該控制模組不計算該物體之該座標值。
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