TW201351263A - 用於觸控判定程序的有效斷層處理 - Google Patents

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Nicklas Ohlsson
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Flatfrog Lab Ab
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Abstract

觸控感測是使用觸控系統來促成,觸控系統包含面板,面板是配置成橫越一觸控表面沿著偵測線來傳送信號,例如藉由TIR。信號處理器是操作來:產生資料取樣,該等資料取樣表示橫越該觸控表面之多個不同角度處的平行偵測線上的所傳輸信號能量;處理該等資料取樣來產生在一傅立葉域中的一規則格柵中的格柵點處的內插傅立葉係數(□);以及在該等內插傅立葉係數(□)上操作二維的反向傅立葉轉換,以產生該觸控表面的一互動圖案。連續產生格柵點之個別群組的該等內插傅立葉係數(□)。每一個別群組包含的格柵點是具有與該規則格柵中的一原點相同距離的格柵點,例如藉由在該規則格柵中的一或多條對稱線(L1-L4)而映射至彼此上的格柵點。基於群組的處理可改善處理速度及/或減少資料儲存的需求。

Description

用於觸控判定程序的有效斷層處理 【相關申請案之交互參照】
本申請案主張瑞典專利申請案NO.1250220-9(申請於2012年3月9日)與美國先行申請案NO.61/608745(申請於2012年3月9日)的利益,其內容在此藉由參照而併入。
本發明關於觸控感測系統,以及與此系統相關的資料處理技術。
觸控感測系統(「觸控系統」)廣泛使用在各種應用中。通常,觸控系統由觸碰物體所致動,例如手指或尖筆,直接接觸於或透過接近於(亦即沒有接觸)觸控表面。觸控系統例如是使用作為膝上型電腦的觸控墊、使用在控制面板中、及使用作為例如手持裝置(像是行動電話)上的顯示器的覆蓋層。覆蓋在顯示器上或整合在顯示器中的觸控系統亦稱為「觸控螢幕」。許多其他應用是本領域中所熟知的。
為了增加範圍,觸控系統是設計成可以同時偵測二或多個觸碰,此能力通常在本領域中稱為「多點觸控」。有多種熟知的技術是用於提供多點觸控感測,例如藉由使用攝影 機來捕捉面板上的觸碰點所散射的光,或者藉由併入電阻式導線格柵、電容式感測器、應力計量器..等進面板中。
US2004/0252091揭露一種替代技術,其根據受抑全內反射(FTIR,Frustrated Total Internal Reflection)。光片耦合進入面板中,藉由全內反射(FTIR)而在面板中行進。當物體接觸於面板的表面時,二或多個光片將在觸碰的點處局部衰減。光感測器陣列位於面板周邊的周圍,以偵測每一光片之被接收的光。藉由幾何上返回追蹤且三角剖分在所接收的光中所觀察到的所有衰減,之後可以產生橫越面板表面之光場的粗略重建。這提到會產生關於每一接觸區域之大小與位置的資料。
US2009/0153519揭露一種可以傳導信號的面板。「斷層」位於面板旁邊,其中信號流動埠成陣列分佈於面板的邊緣的不同位置處。信號流動埠處所量測的信號是配置在正弦圖(b)中並且斷層地處理來產生面板上的傳導的二維圖示(x),藉此,可以偵測面板表面上的觸碰物體。用於斷層重建的所呈現技術是根據斷層系統的線性模型,Ax=b。系統矩陣A在工廠處計算,且其虛擬倒反A-1是使用縮短的(Truncated)SVD演算法來計算,且虛擬倒反A-1操作在所量測信號的正弦圖b上,以產生傳導的二維(2D)圖示:x=A-1b。所建議的方法對於處理是要求的且缺少高頻分量的抑制,可能導致2D圖示中的很多雜訊。US2009/0153519也大體上參照於電腦斷層(CT,Computer Tomography)。CT方法是熟知的影像方法,其已經發展來用於醫學目的。根據通過物體的大量連續投射測量,CT方法利用數位幾何處理來重建物體內部的影像。
CT方法的一個階段是使用傅立葉轉換來用於影像重建,根據所謂的投射切面理論(Projection-Slice Theorem),其主張來自投射測量的投射值的1D傅立葉轉換會產生通過將被重建之影像的2D傅立葉轉換的切面。因此,在投射值的正弦圖上操作1D傅立葉轉換的方法會產生配置在傅立葉域中的徑向線上(亦即在極性格柵上)的資料點的傅立葉係數。該影像之後可藉由在資料點的傅立葉係數上操作2D傅立葉轉換而重建。為了達到適當的運算速度與重建準確度,所欲的是資料點被配置在傅立葉域中的笛卡兒格柵上,例如來促成反向快速傅立葉轉換(FFT,Fast Fourier Transforms)的使用。各種技術已經發展來轉換資料點至笛卡兒格柵,包含內插技術,例如敘述在:”The Mathematics of Computerized Tomography”,by F Natterer,2001,in Chapter V.2:“Fourier reconstruction”。
內插技術的另一範例是敘述在論文:”Non-Equispaced Fast Fourier Transforms with Applications to Tomography”by K Fourmont,公開於”Journal of Fourier Analysis and Applications”,Volume 9,Number 5,pages 431-450(2003)。此論文提出在相等間距的資料(投射值)上操作1D FFT(稱為1D NER)來產生非相等間距的結果(傅立葉域中的資料點)。具體地,每個1D NER適於產生在傅立葉域中沿著徑向線的此種位置處的資料點,以允許笛卡兒格柵上的傅立葉係數由角度內插來產生。
關於觸控系統中的信號處理,WO 2011/139213揭露一種用於斷層重建的改良技術,其根據來自觸控系統的信 號,觸控系統的操作是藉由將光傳輸於光傳輸面板內。信號(其代表橫越該觸控表面之複數偵測線上的所偵測能量)經過處理來產生一組匹配取樣,該等取樣表示虛擬偵測線的所評估偵測能量,該等虛擬偵測線在觸控表面上所具有的位置是匹配於用於斷層重建的標準幾何形狀。此技術促成觸控系統是設計成具有橫越觸控表面的偵測線的任何配置,同時仍然允許傳統的斷層重建演算法的使用。這些演算法會產生一互動圖案,互動圖案代表觸控表面上的物體的位置。關於現有的基於傅立葉的重建技術,例如如同上面舉例的,該組匹配取樣可形成正弦圖(投射值)來由1D傅立葉轉換加以處理。
關於觸控系統的一個挑戰是互動圖案可能需要即時產生。如果觸控系統在處理速度或儲存容量受到限制,例如因為想要減少成本所帶來的限制、限制功率消耗、提供某種形成因子..等,則此工作會甚至更加嚴峻。
本發明之一目的是至少部分克服先前技術的一或多個限制。
另一目的是提供在觸控系統中用於影像重建的基於傅立葉的技術,其促成改良的處理速度及/或減少資料容量的需求。
一或多個這些目的以及會出現在下面敘述中的另外目的,都藉由下述而至少部分達成:根據申請專利範圍獨立項的一種促成觸控判定的方法、一種電腦程式產品、一種用於促成觸控判定的裝置、與一種觸控裝置,其實施例是由附屬項 來界定。
本發明之一第一態樣是一種促成觸控判定的方法,該觸控判定是根據來自一觸控裝置的一輸出信號。該裝置包含一觸控表面並且配置成橫越該觸控表面來傳送信號。該方法包含:處理該輸出信號來產生資料取樣,該等資料取樣表示橫越該觸控表面之多個不同角度處的平行偵測線上的所傳輸信號能量;處理該等資料取樣來產生在一傅立葉域中的一規則格柵中的格柵點處的內插傅立葉係數;以及在該等內插傅立葉係數上操作一二維的反向傅立葉轉換,以產生一互動圖案,該互動圖案表示在該觸控表面上的觸碰互動。處理該等資料取樣的該步驟包含:連續產生格柵點之個別群組的該等內插傅立葉係數,其中,每一個別群組包含的格柵點是具有與該規則格柵中的一原點相同距離的格柵點。
根據該第一態樣,該等內插傅立葉係數是產生來用於格柵點的連續群組。每一群組中的格柵點具有與該傅立葉域中的該規則格柵的該原點相同的距離,其等同於一相等的徑向頻率。藉由聯合評估相等徑向頻率的格柵點,當運算相同群組中的另一格柵點的該內插傅立葉係數時,可以重新使用中間運算資料,中間運算資料是產生來用於運算一格柵點的該內插傅立葉係數。該中間運算資料可包含預運算的參數值,其從電子記憶體以及中間運算結果所取得。例如,可以重新使用權重因子(預運算的或依需求而運算的),其應用於該傅立葉域中的徑向線上的資料點處的傅立葉係數之中的一徑向內插中,及/或重新使用內插係數(預運算的或依需求而運算的),其應用 於該傅立葉域中的不同徑向線上的傅立葉係數之中的一角度內插中,及/或當產生格柵點的該群組的該等內插傅立葉係數時,應用一共同的徑向濾波器值。
因此可了解到,根據該第一態樣之群組方式的處理通常可以減少儲存容量的需求,例如藉由該運算資料(參數值及/或中間運算結果)的智慧型產生與儲存,及/或改善處理速度,例如藉由減少在處理期間的記憶體存取數量或用於產生該運算資料(參數值及/或中間運算結果)之處理操作的該數量。
應了解到,「連續產生」是指為了產生內插傅立葉係數,個別群組是連續地被評估,而每一群組中的該等格柵點可連續地或並行地被評估。也應注意到,「連續產生」不排除超過一個的群組是並行地被評估,只要有群組是連續地被評估。當在此使用時,「格柵點的群組」包含至少兩個格柵點。
該第一態樣促成記憶體使用或處理速度方面的各種具體改善,例如如同下面的實施例所實施的。
在一實施例中,藉由在該規則格柵中的一或多條對稱線,每一個別群組中的該等格柵點映射至彼此上。
在一實施例中,該等資料取樣是產生來對應於延伸通過該規則格柵中之該原點的複數徑向線上的資料點處的傅立葉係數,其中,處理該等資料取樣的該步驟包含:處理該等資料取樣來產生在該等複數徑向線上的該等資料點處的該等傅立葉係數,且藉由內插來處理在該等複數徑向線上的該等資料點的該等傅立葉係數,以產生該等內插傅立葉係數。
在一實施例中,成對的相鄰徑向線界定了該規則格柵中的區段,且處理該等資料取樣的該步驟包含處理在一預定順序中的該等區段,其中,藉由識別一目前區段內的目前格柵點,處理該目前區段,且根據該等目前格柵點來連續產生格柵點之個別群組的該等內插傅立葉係數。
在一實施例中,該預定順序中的該等區段是配置成使得在連續的區段之間有一共同的徑向線。
在一實施例中,處理該等區段的該步驟導致沿著延伸於該規則格柵的一第一維度中的複數格柵線步階式地產生該等內插傅立葉係數,其中,每一格柵線包含一最近產生的傅立葉係數,其界定一即將來臨的格柵點,且識別該等目前格柵點的該步驟包含:追蹤該等複數格柵線的該等即將來臨的格柵點;決定在該預定順序中的該目前區段與一即將來臨的區段之間的該共同徑向線的一方向向量;決定從該規則格柵中的該原點至該等每一即將來臨的格柵點的徑向格柵點線的方向向量;以及藉由比較該共同徑向線的該方向向量與該等徑向格柵點線的該等方向向量,來識別該等即將來臨的格柵點之中的該等目前格柵點。
在一實施例中,比較該共同徑向線的該方向向量與該等徑向格柵點線的該等方向向量的該步驟包含:計算該共同徑向線的該方向向量與該等徑向格柵點線的該等每一方向向量之間的一乘積,其中,該等目前格柵點是根據該等所產生的乘積來加以識別。
在一實施例中,該共同徑向線的該方向向量與該 等徑向格柵點線的該等每一方向向量之至少一者是一法線向量,且其中,該乘積是一內積與一向量外積之一者。
在一實施例中,格柵點的該群組中的每一格柵點的該內插傅立葉係數是藉由下述來產生:獲得一成對的相鄰徑向線上的該等資料點的該等傅立葉係數;執行一第一內插來產生在該成對的相鄰徑向線上與該原點具有該相等距離的位置處的暫時傅立葉係數;以及在該成對的相鄰徑向線上的該等暫時傅立葉係數之間執行一第二內插,來產生該格柵點的該內插傅立葉係數。
在一實施例中,在該成對的相鄰徑向線中的每一徑向線上的該等暫時傅立葉係數是藉由下述來產生:總計在該徑向線上的該等資料點的該等傅立葉係數,同時應用一組權重因子來產生該暫時傅立葉係數,其中,應用該相同組的權重因子來產生相關於格柵點的該群組中的每一格柵點的該等暫時傅立葉係數。
在一實施例中,處理該輸出信號的該步驟產生該等資料取樣,使得藉由在該規則格柵中的該等一或多條對稱線,至少某些該等徑向線是映射至彼此上。
在一實施例中,映射至彼此上的該等至少某些徑向線包含成對的相鄰徑向線。
在一實施例中,執行該第二內插的該步驟包含:應用一組內插係數至在該成對的相鄰徑向線上的該等暫時傅立葉係數,以產生該格柵點的該內插傅立葉係數,其中,當產生格柵點的該群組中的每一格柵點的該內插傅立葉係數時,應 用該相同組的內插係數。
在一實施例中,執行該第二內插的該步驟包含:決定該成對的相鄰徑向線的方向向量;以及產生該格柵點的該內插傅立葉係數,以作為該等暫時傅立葉係數以及該成對的相鄰徑向線的每一方向向量與一徑向格柵點線的一方向向量之間的乘積的一函數,該徑向格柵點線從該規則格柵中的該原點延伸至該格柵點。
在一實施例中,該方法另包含一步驟:當產生每一個別群組中的該等格柵點的該等內插傅立葉係數時,應用一群組特定的濾波器值,該群組特定的濾波器值是相關於一徑向濾波器函數的一給定徑向頻率。
在一實施例中,該等格柵點位於該傅立葉域的一半平面中。
在一實施例中,該組資料取樣是產生作為已經藉由一前表面與一後表面之間的內部反射而沿著一光傳輸面板內的光路徑行進的光的一函數,其中,該前表面界定該觸控表面且允許該行進光藉由與觸碰物體的互動而衰減。
在一實施例中,處理該輸出信號的該步驟包含:取得延伸橫越該觸控表面的一組實際偵測線的測量值,且處理該等測量值來產生匹配於該等平行偵測線之虛擬偵測線的該等資料取樣。
本發明之一第二態樣是一種電腦程式產品,包含電腦程式碼,當電腦程式碼在一資料處理系統上執行時,該電腦程式碼適於實行該第一態樣的該方法。
本發明之一第三態樣是一種用於促成觸控判定的裝置,該觸控判定是根據一觸控裝置的一輸出信號。該觸控裝置包含一觸控表面並且配置成橫越該觸控表面來傳送信號。該裝置包含:機構,用於處理該輸出信號來產生資料取樣,該等資料取樣表示橫越該觸控表面之多個不同角度處的平行偵測線上的所傳輸信號能量;機構,用於處理該等資料取樣來產生在一傅立葉域中的一規則格柵中的格柵點處的內插傅立葉係數;以及機構,用於在該等內插傅立葉係數上操作一二維的反向傅立葉轉換,以產生一互動圖案,該互動圖案表示在該觸控表面上的觸碰互動。用於處理該等資料取樣的該機構包含用於連續產生格柵點之個別群組的該等內插傅立葉係數的機構,其中,每一個別群組包含的格柵點是具有與該規則格柵中的一原點相等距離的格柵點。
本發明之一第四態樣是一種觸控裝置,包含:一面板,配置來將信號從複數周圍輸入耦合點傳導至複數周圍輸出耦合點,並且界定一觸控表面;機構,用於產生該等輸入耦合點處的該等信號;機構,用於根據在該等輸出耦合點處的所偵測信號,來產生一輸出信號;以及該第三態樣的該裝置。
第一態樣的上述任一實施例可調適成且實施作為第二至第四態樣的一實施例,以獲得對應的技術功效與優點。
本發明之另外其他目的、特徵、態樣與優點可從下面詳細敘述、從所附申請專利範圍、以及從圖式中清楚得知。
1‧‧‧觸控表面
2‧‧‧發射器
3‧‧‧感測器
4‧‧‧面板
10‧‧‧信號處理器(資料處理裝置)
10’‧‧‧裝置
10A‧‧‧輸入
10B‧‧‧輸出
12‧‧‧控制器
13‧‧‧處理單元
14‧‧‧記憶體
50‧‧‧實線
55‧‧‧線
60‧‧‧圓形
65‧‧‧方形
70‧‧‧區域
75‧‧‧資料結構
100‧‧‧觸控裝置
102-110‧‧‧步驟
121-133‧‧‧步驟
202‧‧‧資料收集元件(或機構)
204‧‧‧轉化元件(或機構)
206‧‧‧轉換元件(或機構)
220‧‧‧元件(或機構)
221‧‧‧區段處理元件(或機構)
222‧‧‧格柵點評估元件(或機構)
D‧‧‧偵測線
L1-L4‧‧‧對稱線
M‧‧‧記憶體
本發明之實施例現在將參照所附示意圖式來更詳 細敘述。
第1A圖為觸控裝置的頂部平面視圖,且第1B圖為基於FTIR的觸控裝置的頂部平面視圖,其具有發射器與感測器的交錯配置。
第2圖例示該投射切面理論的基本原理。
第3圖例示一量測系統,其用於傳統的斷層分析。
第4A圖為第3圖的量測系統利用一致的取樣所獲得的正弦圖,且第4B圖為第4A圖中的取樣點在傅立葉域中的2D圖示。
第5圖為正弦圖,其由第1B圖中的交錯配置所界定。
第6圖例示一程序,用於從投射值的正弦圖來基於傅立葉重建一互動圖案。
第7A圖為一圖示,用以例示徑向與角度內插;第7B-7C圖為投射值的圖示,其不具有及具有過度取樣與補上適當數目的零;第7D圖為徑向向量的一圖示,其藉由第7C圖中的資料的傅立葉轉換而產生;第7E圖為覆蓋於徑向向量上的內插函數的一圖示;第7F圖為第7E圖的放大視圖;且第7G圖顯示一資料結構,用以儲存徑向內插的權重因子。
第8A-8B圖為傅立葉域中的笛卡兒格柵,且分別例示對稱格柵點與對稱徑向線。
第9圖例示徑向與角度內插,用於評估笛卡兒格柵中的對稱格柵點。
第10圖例示推掃式技術,用於評估對稱格柵點。
第11圖例示一技術,用於識別在第10圖的推掃式技術中 將被評估的格柵點。
第12A-12B圖為觸控判定方法的流程圖,且第12C圖為硬體的方塊圖,該硬體實施第12A-12B圖的該方法。
下面的範例實施例是關於可以改善處理速度及/或減少資料儲存需求的技術,其關聯於觸控裝置中基於傅立葉的影像重建。整個敘述中,相同參考號碼是用於識別對應的元件。
1.觸控裝置
第1A圖例示觸控裝置100,其根據的概念是傳輸某種形式的能量橫越觸控表面1,使得很靠近或接觸於觸控表面1的物體會導致所傳輸能量中的局部減低。觸控裝置100包含發射器與感測器的配置,它們沿著觸控表面的周邊分佈。每一對的發射器與感測器界定一條偵測線,偵測線對應於所發射信號從發射器至感測器的傳送路徑。在第1A圖中,只例示一條此種偵測線D,其從發射器2延伸至感測器3,但是應了解到,該配置通常界定了相交偵測線的較密或較不密的格柵,每一格柵對應於由發射器所發射且由感測器所偵測的信號。沿著偵測線D的範圍觸碰該觸控表面的任何物體將因此減少其能量,當由感測器3所量測時。
感測器(偵測器)的配置是電性連接至信號處理器10,信號處理器10取樣且處理來自該配置的輸出信號。輸出信號表示每一感測器3處的所接收能量(或相等參數,例如功率或強度)。如同下面將解釋的,信號處理器10是配置成藉由斷層技術來處理該輸出信號,以重新產生橫越觸控表面1的 互動相關參數的分佈的二維圖示(為了簡化,下面是稱為「互動圖案」)。互動圖案代表與傳輸橫越觸控表面的信號的局部互動,其可由信號處理器10或者由分離的裝置(未示)進一步處理來用於觸控判定,這會涉及到觸碰資料的擷取,例如每一觸碰物體的位置(例如x,y座標)、形狀或面積。
在第1A圖的範例中,觸控裝置100也包含控制器12,控制器12連接來選擇性地控制發射器2的啟動與(可能地)來自感測器3的資料的讀取。信號處理器10與控制器12可配置成分開的單元,或者它們可整併在單一單元中。如同所示,信號處理器10可包含處理單元13,處理單元13相關於電子記憶體14來操作。
從斷層重建的觀點來看,觸控表面1具有理想的圓形。但是,在實際應用中,觸控表面通常為非圓形,例如所示的矩形。例如,觸控表面1的形狀可藉由考慮成本、製造與安裝的簡易度、設計、形成因子..等來給定。另外,如果觸控表面1覆蓋在矩形顯示裝置上或整合在矩形顯示裝置中,觸控表面1可能也設計成具有矩形。但是,本發明之實施例不管觸控表面1的形狀為何都可應用。
觸控裝置100可配置成允許能量以一或多種不同形式來傳輸。發射的信號可因此為可以行進於觸控表面1中或橫越觸控表面1的任何輻射或波能量,包含(但不限於)可見光或紅外光或紫外光光譜範圍的光波、電能、電磁或磁能、或音波與超音波能量或振動能量。
本發明之實施例可例如應用在觸控裝置100中, 觸控裝置100藉由受抑全內反射(FTIR)來操作,如同先前技術所述。第1B圖例示此種「FTIR系統」的範例,其具有發射器2與感測器3的「交錯配置」,亦即,發射器2與感測器3是一個接著另一個地沿著光傳輸面板4的周邊來設置,光傳輸面板4界定了表面1。發射器2所產生的光在複數輸入耦合點(埠)被耦合進入面板4,藉由TIR而在面板4中傳輸,且在複數輸出耦合點(埠)被感測器3偵測。光是以在觸控表面1的平面中發散的光束或波的形狀耦合進入面板4,且感測器3是配置成透過廣範圍的角度(視野)來接收光。藉此,每一發射器2傳輸光至複數感測器3,且每一感測器3從複數發射器2接收光。
可了解到,第1B圖只例示FTIR系統的一個範例。FTIR系統的另外範例是例如揭露在US6972753、US7432893、US2006/0114237、US2007/0075648、WO2009/048365、WO2010/006882、WO2010/006883、WO2010/006884、WO2010/006885、WO2010/006886、WO2010/064983、與WO2010/134865中,其內容在此皆藉由參照而全部併入。該發明概念也可有利地應用至此種替代的FTIR系統。
2.在觸控裝置中基於傅立葉的重建
基於傅立葉的重建技術利用數學理論,其稱為投射切面理論(Projection-Slice Theorem)。此理論主張:給定二維函數f(x,y)、一與二維傅立葉轉換F 1F 2、將二維(2D)函數投射至一維(1D)線的投射操作元R、以及擷取函數之中心切面的切面操作元S1,下面的計算是相等的: F 1 Rf(x,y)=S 1 F 2 f(x,y)
此關聯是例示在第2圖中。上面方程式的右手邊實質上擷取函數f(x,y)的2D傅立葉轉換的1D線(切面)。該線通過傅立葉域的原點,如同第2圖的右手邊部分所示。方程式的左手邊開始於將2D函數投射(亦即,在投射方向中沿著1D線積分)至1D線(正交於投射方向)上,這形成「投射」,該「投射」是由延伸在投射方向中的所有不同偵測線的投射值所構成。因此,取該投射的1D傅立葉轉換會給出與從函數f(x,y)的2D傅立葉轉換取切面相同的結果。在下面揭露的內文中,函數f(x,y)對應於互動圖案α(x,y),其將被重建。
在斷層處理中,重建演算法假設該等偵測線的特定幾何配置。在傳統的斷層術中,例如如同使用在醫學成像領域中使用的,量測系統(亦即,輸入耦合點及/或輸出耦合點的位置)受到控制或設定,以產生偵測線的所欲幾何配置。此種量測系統示範在第3圖中。在此,該系統會量測給定角度φk的一組偵測線的投射值。在第3圖中,該組偵測線D是由虛線箭頭來表示,且產生的投射值是由函數g(φk,s)來表示。量測系統之後稍微繞著第3圖中的x,y座標系統的原點來旋轉,以收集在此新旋轉角度處之一組新的偵測線的投射值。如同虛線箭頭所示,所有偵測線針對每一旋轉角度φ是平行於彼此。
針對不同角度與距離所收集的該組投射值可堆疊在一起來形成「正弦圖」。正弦圖通常是給定在2D取樣空間中,2D取樣空間是由獨特地分配每一投射值至一特定偵測線的多個維度所界定。例如,取樣空間可由上述的角度與距離參 數φ、s來界定。在一具體實施中,正弦圖是由g(φk,s l )來給定,其中0≦k<p且-q≦l≦q。角度參數可由φk=k.π/p來給定,且距離參數可由s l =l.r/q來給定,這表示投射值在角度與距離維度φ、s中是用相同間距來取樣。
為了進一步例示該斷層處理,正弦圖是顯示在第4A圖中。正弦圖代表函數g(φ,s),且第4A圖中的每一交叉是對應於一偵測線並且相關於所量測的投射值。可了解到,在此具體範例中,投射值在角度與距離參數φ、s中是用相同間距來取樣。
根據投射切面理論,第4A圖的正弦圖中的每一行的1D傅立葉轉換會產生在傅立葉域中的資料點的切面。理論上,f(x,y)的2D傅立葉轉換是給定為:
其中,uv是分別代表在x方向與y方向中之頻率的維度參數。因為f(x,y)是由離散的資料取樣所表示,F(u,v)反而是由對應的離散2D傅立葉轉換來給定,如同本領域中熟習技藝者所熟知的。
資料點的此種切面中的每一資料點具有由維度參數u、v的特定頻率值所給定的位置,並且是與對應於此特定位置之傅立葉係數的複數值有關。所有切面延伸通過傅立葉域的原點,且每一切面上的資料點(在原點之外)的數量會等於正弦圖的個別行中的取樣點(投射值)的數量。藉由使用過度 取樣與補上適當數目的零(zero-padding),資料點的數量會不同於取樣點的數量,如同本領域中熟習技藝者所熟知的。第4B圖是藉由第4A圖中的該等行的離散1D傅立葉轉換所產生的資料點的圖示,其中由實線40表示一個切面。根據投射切面理論,第4B圖中的頻率資料代表函數f(x,y)的2D傅立葉轉換F(u,v)。如同第4B圖中所見,從第4A圖的正弦圖中的資料點所獲得的頻率資料F(u,v)匹配於傅立葉域(傅立葉空間)中的極性格柵,亦即,F(u,v)中的資料點是繞著該原點配置在共中心的圓中,且每一圓包含相同數量的等角度間隔之資料點。
可了解到,函數f(x,y)可藉由應用傅立葉反轉處理至頻率資料F(u,v)而重建,例如反向2D FFT。但是,因為互動圖案是界定在規則格柵中(x,y座標系統),F(u,v)中的離散資料點的極性分佈會需要轉換成傅立葉域中的規則格柵。在此使用時,「規則格柵」表示二維格柵,其由個別維度中具有相同間距的相互正交格柵線來界定,且其中頂點(格柵點)是由兩個維度參數值來定址。格柵線因此界定矩形格柵單元。規則格柵的具體實例是笛卡兒格柵,其中格柵單元為單元方形,且頂點是由整數值來界定。轉換成規則格柵可用多種不同方式來達成,例如Natterer與Fourmont的上述參考出版物所敘述的。用於產生規則格柵中的頻率資料F(u,v)的另外技術可在下述中找到:”Mathematical Methods in Image Reconstruction”,by F Natterer and F Wubbeling,2001,in Chapter 5.2:“Fourier reconstruction”。所有這些出版物在此皆藉由參照而全部併 入。下面的第3章節是敘述用於產生規則格柵上的頻率資料的各種處理最佳化。
現在返回至觸控裝置100,如同第1B圖中的交錯配置所例示的,可了解到,偵測線不全部對應於第3圖中的傳統量測系統的投射量測。第5圖為第1B圖中的交錯系統的正弦圖。如同所見,取樣點(對應於偵測線,且因此對應於量測的投射值)不規則地配置在取樣空間(φ、s座標系統)中。另外,取樣點只在部分的取樣空間中可利用。實線50表示觸控表面的實體限制,且這些線之外沒有取樣點。
不規則取樣點難以產生正弦圖的2D傅立葉轉換。這可如此克服:藉由根據上述WO 2011/139213所述的匹配技術來處理第5圖中的取樣點的投射值,以產生投射值來用於在取樣空間中的規則配置中的一組匹配取樣,例如如同第4A圖所示。匹配取樣因此是產生作為虛擬偵測線的投射值,該等虛擬偵測線具有橫越觸控表面的所欲範圍。第5圖中的實線50之外通常沒有投射值,但是可以設計出匹配技術來實線50之外也提供匹配取樣,例如藉由WO 2011/139213所述的推斷。
第6圖給定前面所述的重建程序的概要。例示的程序開始於正弦圖g(φ,s),其中投射值相對於s變數形成行(由垂直線表示)。正弦圖中的投射值是藉由傅立葉轉換(第6圖中用FFT表示)以及可能的額外量測來處理,以產生頻率資料F(u,v),頻率資料F(u,v)包含在規則格柵(由圖案化區域表示)中配置的資料點處的傅立葉係數(每一傅立葉係數具有虛部與實部)。圓形60表示頻率資料F(u,v)的子集合,其對應 於取樣點的完整集合,亦即,線55所包圍的完整正弦圖。本領域中熟習技藝者可了解到,如果根據投射切面理論的根本理論(其假設該量測系統沿著圓形路徑旋轉完全的旋轉)來設計,圓形60包圍實際的觸控表面並且界定觸控表面的理論範圍。方形65表示當藉由反向傅立葉轉換來產生互動圖案a(x,y)時,頻率資料F(u,v)的所需要最小限制。這表示圓形60之外的資料點的傅立葉係數是設定為零,以允許反向傅立葉轉換分別在規則格柵中的行與列中相同數量的資料點上操作。頻率資料F(u,v)之後由反向傅立葉轉換(第6圖中用IFFT表示)來處理,以產生互動圖案a(x,y)。反向傅立葉轉換是熟習技藝者所熟知。如同所示,產生的圖案a(x,y)的外側限制是對應於頻率資料F(u,v)的外側限制,由方形65表示,其包圍圓形60,亦即觸控表面的理論範圍。互動圖案中對應於實際的觸控表面1的區域是用70表示。可了解到,重建程序可經修改來僅重建所欲區域70內的互動圖案a(x,y),藉此減少重建處理中的處理操作的數量。區域70與圓形60之間的間隔(由虛線表示)是由當產生頻率資料F(u,v)時所引致的過度取樣的程度來給定,例如為了達到互動圖案a(x,y)的所欲空間解析度,如同本領域中所熟知的。
3.基於傅立葉的重建的最佳化
此章節呈現可相關於規則格柵上的頻率資料(比較第6圖中的F(u,v))的產生來做出的各種最佳化。下面範例假設該規則格柵是笛卡兒格柵,但是最佳化也適用於其他類型的規則格柵。下面範例也假設該等取樣點在φ維度與s維度 兩者中是相等間距的,例如如同第4A圖的正弦圖所示。但是,熟習技藝者可了解到,對應的最佳化也可應用,只要取樣點對準於角度參數φ的離散值來形成取樣空間中的行。例如,行的間距(△φ)在不同行之間可為不同,且取樣點之間的間距(△s)在不同行中可為不同。
在詳細敘述最佳化之前,將參見第7A圖來敘述簡化的且一般性的逐步演算法,其用於運算在笛卡兒格柵中的特定格柵點處的傅立葉係數。該演算法在正弦圖(比較第6圖)的個別行中的投射值上操作一維傅立葉轉換(例如1D FFT),以產生傅立葉域中的相等距離資料點的切面。第7A圖例示兩切面(或「徑向線」)γk與γk+1,其分別針對相關於角度φk與φk+1的投射值而產生。兩切面在傅立葉域中最靠近,且因此形成在傅立葉域中的一對「相鄰徑向線」。該工作是計算格柵點的傅立葉係數(u,v),該格柵點具有相對於笛卡兒格柵之原點的距離ω n ,給定ω n =|(u,v)|。(u,v)的計算牽涉到兩個內插步驟。在第一(徑向)內插步驟中,在個別切面γk、γk+1上的相等距離資料點的傅立葉係數經過處理,來產生一內插資料點處的傅立葉係數,該內插資料點位於該切面上距離笛卡兒格柵之原點的距離ω n 處(「徑向頻率」)。內插資料點可稱為「頻率匹配資料點」,因為它們匹配於(u,v)的徑向頻率。在相鄰徑向線上的個別頻率匹配資料點處的傅立葉係數k n )、k+1 n )可視為「暫時傅立葉係數」,因為它是(下面的第二內插步驟中)用於運算格柵點之傅立葉係數(u,v)的中間運算結果。在圖式上,頻率匹配資料點是用黑點表示。在第二(角度)內插步驟 中,藉由傅立葉域中的角度內插,頻率匹配資料點的暫時傅立葉係數k n )、k+1 n )可經過處理,來藉由傅立葉域中的角度內插來產生格柵點處的傅立葉係數(u,v)。格柵點處的傅立葉係數(u,v)因此可稱為「內插傅立葉係數」。角度內插步驟可包含k n )與k+1 n )之間的任何合適內插。在一範例中,角度內插是線性內插:(u,v)=ak n )+bk+1 n ),其中,ab是內插係數。在另一範例中,角度內插是最相鄰的內插,其中根據格柵點與個別頻率匹配資料點之間的角度距離,(u,v)是設定成等於k n )或k+1 n )。最相鄰內插可視為線性內插,其中內插係數ab之一者是設定成0,且另一者是設定成1。可想到角度內插的更多進一步實施,例如使用非線性內插函數。
上面的演算法進一步例示在第7B-7F圖中。第7B圖顯示針對給定角度φk所獲得的投射值g。如同第7C圖所示,過度取樣因子c可應用至投射值,可使用補上適當數目的零,且補償函數可應用至產生的投射值,如同熟習技藝者所熟知的。所有這些是選擇性的,但是可以改善重建的圖案。該結果是輸入向量u k ,給定為:
之後,計算該輸入向量u k 的傅立葉轉換,例如藉由1D FFT。這產生徑向向量û k ,其包含傅立葉域中的一切面上的資料點的傅立葉係數û k,i (比較第7A圖的r k )。第7D圖例示傅立葉係數û k,i 的大小,其作為徑向頻率ω的函數。
在徑向內插步驟中,例示在第7E圖中,應用徑向內插函數(ω),以藉由傅立葉係數û k,i 的加權總和,來產生所選擇的徑向頻率ω n 處(亦即,頻率匹配資料點)的傅立葉係數:
其中,函數「round(c‧ω n )」產生c‧ω n 的最接近整數值。round函數可用任何其他產生對應整數值的函數來取代,例如floor函數(截除)。可了解到,在此範例中,藉由將c‧ωn周圍的2M+1傅立葉係數û k,i 的加權因子加以總和,可計算(φ k ,ω n )。
徑向內插函數(ω)可例如是根據(窗型)sinc函數、高斯函數、Kaiser-Bessel窗型函數、或任何其他具有壓縮支援的合適函數,亦即其遠離ω n 時為0,以減少運算(φ k ,ω n )時的總和次數。在另一替代例中,徑向內插函數(ω)可在傅立葉域中的個別徑向線r k 上的資料點的傅立葉係數û k,i 之中實施立方曲線(cubic spline)內插。
第7F圖為第7E圖中的內插區域的放大視圖,且例示徑向向量û k 中的個別相等距離資料點û k,i (空方形)。可了解到,徑向內插函數(ω)可界定徑向向量û k 中的一組資料點(傅立葉係數)的個別權重值。在此使用時,該組權重值包含個別權重值[w- M ,w M ],且用W表示。通常,任何數量的個別權重值都可使用,例如2-10。應了解到,權重值W在每一徑向頻率ω n 處將為不同。權重值W可預先計算且儲存在記憶體中,以在計算傅立葉域中的相關部分(比較第6圖的圓形60)內的 所有格柵點的(u,v)期間加以擷取。因為格柵點的數量可能是10000-100000的級數,可了解到,權重值的數量可為實質的。在一實施中,權重值W是儲存來用於將被計算的每一頻率匹配資料點。在另一實施中,其可減少記憶體使用,權重值W是儲存來用於當計算頻率匹配資料點時所將使用的每一個別徑向頻率ω n 。在一變化例中,權重值W是儲存來用於個別頻率間隔△ω n ,其中,個別頻率間隔△ω n 包含複數徑向頻率ω n 。在一替代實施中,權重值W並非預先計算,且視需要而在計算(u,v)的期間,根據(ω)而產生。
在又另一實施中,其可更進一步減少記憶體使用,權重值W是儲存來用於c‧ω n -round(c‧ω n )的剩餘數的不同值,亦即,針對û k 中的相等距離間隔的資料點內的不同位移。熟習技藝者可了解到,權重值W是由c‧ω n -round(c‧ω n )來界定,其產生相同結果,不論c‧ω n 是否增加一整數值。因此,儲存用於不同部分位移(例如由第7F圖的d所給定)的權重值W就已足夠。第7G圖例示資料結構75,其儲存關於d之不同值的個別權重值[w- M ,w M ]的獨特組合。任何種類的合適資料結構都可使用,包含表、雜湊表、平衡樹、連結列表、Iliffe向量..等。部分位移d的數量可由徑向內插的要求準確度來設定。當計算(φ k ,ω n )時,徑向內插步驟計算c‧ω n -round(c‧ω n )的剩餘數,將該剩餘數匹配於資料結構75中的部分位移d,以識別最近的匹配,且取得關於該最近匹配的權重值W。例如,如果資料結構包含100個d的不同值,則徑向頻率的誤差不會超過0.005。
下面要敘述對稱考量,其可應用來當產生(u,v)時,改善處理速度及/或減少記憶體使用量。第8A圖例示傅立葉域中的笛卡兒格柵,其由維度參數u,v所界定。如同前面所解釋的,(u,v)的計算牽涉到兩個內插步驟,兩個內插步驟都操作在由ω n =|(u,v)|所給定的徑向頻率上。笛卡兒格柵已知是具有四條對稱線,如同第8A圖的L1-L4所表示。二維物體的對稱線允許該物體在其自身上折疊成相同的兩半。因此可了解到,藉由對稱線L1-L4的反射,每一格柵點將映射至七個其他格柵點上。這表示有八個格柵點的群組,八個格柵點對於原點具有相等距離,如同第8A圖的空圓形所表示。格柵點的每一此種群組在下面中稱為「對稱格柵點」。也可注意到,在兩維度u,v中具有不同格柵間距(解析度)的規則格柵將具有兩條對稱線(其對應於第8A圖的L1與L2),且將包含四個對稱格柵點的群組。
第8B圖例示每一對稱格柵點周圍的成對相鄰徑向線。在此範例中,徑向線是配置成使得格柵點周圍的每一對相鄰徑向線藉由對稱線L1-L4的反射而被映射至七個其他對的相鄰徑向線上。此種成對相鄰徑向線在下面中稱為「對稱徑向線」。請記得,傅立葉域中的徑向線的角度對應於正弦圖中的角度(行)(比較第6圖),可了解到,第8B圖中的徑向線的配置可藉由橫越該觸控表面1之多條偵測線D的適當配置而達成,或者藉由匹配步驟的適當設計而達成,該匹配步驟用於產生在取樣空間中的投射值的行,如同相關於第5圖所敘述的。
在一替代例中(未示),每一對稱格柵點周圍的成 對相鄰徑向線並未映射至彼此上,或者藉由對稱線L1-L4的反射而只部分映射至彼此上。此種成對相鄰徑向線在下面中稱為「相關徑向線」。
第9圖將用於解釋各種最佳化,其可根據前面的對稱考量來實施。
關於資料儲存與資料處理的一個最佳化是利用傅立葉轉換的對稱特性,且只評估與儲存在傅立葉域中的半平面中的格柵點的(u,v)。此最佳化是根據了解到,正弦圖g(φ,s)與互動圖案a(x,y)兩者都是實數值函數。在第9圖的範例中,(u,v)是針對左半平面中的格柵點來評估,但是可使用任何的半平面。
另一最佳化可相關於第一內插步驟來實施,亦即徑向內插。第9圖例示頻率匹配資料點(黑點),其可相關於對稱格柵點的群組(具有實線的空圓形)而評估。如同圓弧(虛線)所示,所有頻率匹配資料點都針對徑向頻率ω n 而計算,這表示在用於產生頻率匹配資料點之傅立葉係數的第一內插步驟中是應用相同的權重值W。因此,藉由一起評估對稱點的群組周圍的所有成對相鄰徑向線(對稱或相關的)的頻率匹配資料點,可達成技術優勢。該技術優勢取決於如何獲得權重值W而可能不同。如果權重值W是儲存作為徑向頻率的函數,此最佳化可促成權重值W的儲存數量的減少,以及用於取得權重值W的記憶體存取數量的減少。如果權重值W視需要而計算,則可減少計算的數量。如果權重值W是儲存作為部分位移d的函數,此最佳化可促成評估上述剩餘數之處理操作 的數量的減少,以及在資料結構中之搜尋與權重值W之擷取的數量的減少。
如果投射值界定了在傅立葉域中的對稱徑向線,另一最佳化可相關於第二內插步驟來實施,亦即角度內插。在此狀況中,當評估對稱格柵點的群組內的所有格柵點時,可使用相同的內插係數a,b。可了解到,可減少不同的內插係數a,b的數量。這可用以減少記憶體使用量,如果內插係數a,b是儲存在記憶體中。如同下面將敘述的,內插係數a,b替代地可視需要而產生,亦即動態地。在此實施中,此最佳化可用以減少處理操作的數量。
又另一最佳化可包含在前進至評估另一對相鄰徑向線之間的對稱格柵點之前,連續評估在傅立葉域中的相同成對相鄰徑向線之間的所有對稱格柵點。應記得,每一徑向線的徑向向量û k (比較第7D圖)是藉由輸入向量u k 的一維傅立葉轉換而計算。第9圖例示額外的格柵點(具有虛線的空圓形)是落在對稱徑向線之間,且可了解到,所有這些額外的格柵點可根據8個徑向向量û k 而評估。取決於實施,徑向向量û k 可視需要而產生,亦即動態地,或者所有徑向向量û k 可以預備步驟來產生,且儲存在記憶體中。技術優勢可藉由評估一對相鄰徑向線之間的所有格柵點而達成,但是技術優勢可取決於如何獲得徑向向量û k 而不同。如果所有徑向向量û k 是一批次產生且儲存在記憶體中,可減少徑向向量û k 之擷取與記憶體存取的數量。如果徑向向量û k 是動態地產生,則落在成對相鄰徑向線之間的所有格柵點可藉由只產生兩個徑向向量而評估,藉此減少 所需的記憶體數量。因此,如果格柵點是以對稱格柵點的群組而評估,首先動態地產生八個徑向向量,且在評估該等對稱格柵點的期間保持在記憶體中。
另一最佳化可藉由使用「推掃式(Push-broom)」技術而達成,推掃式技術用於選擇將被評估的格柵點,如同將參見第10圖所述。在例示的範例中,假設格柵點的評估是從垂直座標軸v開始。每一對相鄰徑向線導致落在該對相鄰徑向線之間的格柵點的評估,其可視為界定它們之間的圓形區段(「區段」)。一個最佳化可藉由評估傅立葉域的角度方向中的連續區段的格柵點而達成。在第10圖的範例中,該評估前進,以評估逆時鐘方向中的下個區段內的格柵點。藉此,新的區段與先前區段共享一條徑向線,這等同於重新使用一個徑向向量û k 。可了解到,如果動態地計算,這可以另外減少計算徑向向量û k 的需求,或者如果徑向向量已經計算且儲存在記憶體中,可減少記憶體存取與擷取的數量。如果徑向向量û k 是動態地計算,記憶體使用的另外最佳化可藉由每一新的計算徑向線的取代記憶體儲存而達成,亦即,藉由覆寫在記憶體中的兩個最舊的徑向向量。
如果結合上述對稱格柵點的群組的評估,以及由一對徑向線所界定的區段內的所有格柵點的連續評估,則該推掃式技術將產生四個區段內的評估,其步階式地掃描傅立葉域,如同第10圖的箭頭所指示。
也可以使用推掃式技術減少儲存關於格柵點(其落在傅立葉域中的每一對相鄰徑向線之間)之資訊的需求。對 於已經評估的每一區段,該評估程序儲存笛卡兒格柵的每一列中的最新已評估格柵點,或者最後將被評估的新格柵點。第11圖例示一目前區段,其界定於徑向線γ k 與γ k+1之間,且十字是表示每一列中的最新已評估格柵點。針對目前區段將被評估的格柵點是用空圓形來表示。這些格柵點是根據內積(「純量乘積」)使用新徑向線γ k+1之法線向量來識別。其法線向量是給定為,其中φk可針對每一徑向線而儲存。該評估程序針對每一列來識別將被評估的下個格柵點的座標(u,v),且計算,其中(u,v)是從笛卡兒格柵中的原點到將被評估之下個格柵點的方向向量(「座標向量」)。 如果d l 是負的,則下個格柵點落在目前區段內,且被處理來用於評估,其對稱格柵點一起被處理來用於評估。該評估程序之後前進至下個列,直到第11圖中的所有列都已經處理,此時該評估程序定義一新的目前區段。
在另一最佳化中,計算目前區段的兩徑向線的內積,且將其用於產生角度內插的內插係數a,b。根據第11圖,該評估程序針對每一列來識別將被評估的下個格柵點的座標(u,v),且不只計算,也使用徑向線γ k 的法線向量來計算。可了解到,d l d γ是座標向量(u,v)到法線向量上的投射。藉此,內插係數a,b可藉由計算下述而近似:a=-d l /(d γ -d l )與b=1-a
對於熟習技藝者是顯而易見的,如果法線向量換成固定代表不同徑向線之方向的任何其他方向向量,則前述最佳化同等適用,雖然這可能需要修改用於識別將被評估之格柵 點的標準,且修改內插係數被動態產生的方式。關於內積的替代,向量外積(外積)可在座標向量的方向向量與目前徑向線γ k 及/或下一徑向線γ k+1 的方向向量之間計算。例如,d l 可計算為×,其中是座標向量的法線。不同的方向向量的許多均等定義都可設想到。
在另一最佳化中,推掃式技術可促成簡單地檢查下個格柵點不落在限制圓形60之外(比較第6圖)。
本領域中熟知的,在頻率資料上操作反向2D傅立葉轉換(IFFT)之前,應用濾波器至傅立葉域中的資料。例如,濾波器可為低通、帶通、或高通濾波器。在一實施中,濾波器可例如應用於產生徑向向量û k 的步驟中,這可藉由將個別û k,i 值乘以個別徑向濾波器值H i 而達成,H i 由徑向濾波器函數H(ω)給定。在另一實施中,濾波器可與權重W同時應用。也可思及,徑向濾波器值是嵌入於權重W中,例如如果這些是儲存作為徑向頻率的函數。在另一實施中,濾波器可應用在角度內插中,這可藉由乘以每一徑向頻率ω n 的徑向濾波器值而達成:。因此,在所有這些實施中,個別徑向濾波器值H n )可在對稱格柵點的每一群組的評估期間應用。因此,個別徑向濾波器值H n )可應用作為「群組特定濾波器值」。如果徑向濾波器值儲存在記憶體中,這可減少徑向濾波器值的儲存數量與用於取得濾波器值之記憶體存取的數量。如果徑向濾波器值是視需要而計算,則可減少計算的數量。
熟習技藝者承認,許多上述最佳化會影響該評估 程序的內部迴圈,亦即,當投射值轉換成傅立葉域中的規則格柵上的傅立葉係數時,操作被執行許多次,例如針對規則格柵中的每一格柵點的一或多次。這也表示甚至如果最佳化在處理效能與記憶體使用量方面導致個別處理步驟的較小改善,但該評估程序的改善整體來說仍是顯著的。
可注意到,該評估程序可實施上述最佳化的任何組合或這些最佳化的單一個最佳化。
4.操作與硬體
第12A圖例示一方法的實施例,該方法用以在第1A圖的觸控裝置100中擷取觸控資料。該方法包含一序列的步驟102-110,其重覆由資料處理裝置10執行。每一序列的步驟102-110形成「框」。
每一框開始於資料收集步驟102,其中量測值是從感測器3取樣。步驟102產生每一偵測線的一投射值。可注意到,量測值是可(但不需要)針對裝置100中的所有可用的偵測線來取得。步驟102也可包含量測值的預先處理,例如為了減少雜訊的濾波、將量測值轉換成傳輸值(或相等的,衰減值)、轉換成對數值..等。步驟102也可包含處理,以獲得虛擬偵測線之以匹配取樣形式的投射值,例如如同上面參考WO2011/139213所敘述的。
在轉化步驟104中,投射值經過處理,以產生頻率資料,頻率資料包含傅立葉域中的規則格柵上的資料點的傅立葉係數。如同上述,步驟104可僅針對傅立葉域中的一半平面來產生頻率資料。
在轉換步驟106中,在頻率資料上執行2D反向傅立葉轉換。如同本領域中熟知的,步驟106可實施為1D反向傅立葉轉換的兩個連續運行:關於一方向(uv)的第一運行(通過),以產生部分已轉換資料,以及關於另一方向(vu)在該部分已轉換資料上的第二運行(通過),以產生觸控表面的範圍內的互動圖案。
在擷取步驟108中,互動圖案經過處理,以識別觸控相關特徵且擷取觸控資料。任何已知技術都可用於隔離互動圖案內的真正(實際)觸碰。例如,一般汙點偵測與追蹤技術可用於找出實際觸碰,包含臨界、叢集、邊緣偵測、形狀匹配..等。任何可用的觸控資料都可擷取,包含(但不限於)該等觸碰的x,y座標、面積與形狀。
在步驟110中,輸出已擷取的觸控資料,且程序回到資料收集步驟102。
可了解到,步驟102-110的一或多個步驟可同時實施。例如,後續框的資料收集步驟102可與步驟104-110的任何步驟同時初始。
第12B圖例示一範例程序,其實施該轉化步驟104,且包含章節3所述的至少某些最佳化。該程序開始於步驟121,其處理投射值(由第12A圖的步驟102所獲得),以產生所有徑向向量,這是藉由在投射值(匹配取樣)上相關於s變數操作1D FFT而達成。步驟121將徑向向量儲存在記憶體M中。步驟122啟始角度計數器(k),且步驟123檢查角度計數器的目前值尚未到達最大值(k max )。步驟124從記憶體M 擷取由角度計數器的目前值所給定之一目前組的成對相鄰徑向線(對稱徑向線)的徑向向量û k 。在第10圖的範例中,這對應於擷取四對的徑向向量,其界定傅立葉域中的一個目前區段與三個對稱區段。步驟125啟始列計數器(v),且在一系列的步驟126-133之上重覆,以評估四個區段內的所有格柵點。步驟126檢查列計數器的目前值尚未到達最大值(v max ),且前進至步驟127,步驟127檢查在目前區段中是否有格柵點,例如藉由如同參見第11圖所述的計算與評估d l 。如果沒有格柵點被識別,則程序前進至步驟133,步驟133將列計數器加1且返回步驟126。如果有格柵點,則程序前進至步驟128,步驟128計算該格柵點的目前徑向頻率ω n 。步驟129之後從記憶體M擷取目前權重因子W,例如藉由搜尋資料結構75(第7G圖)。在步驟130中,應用目前權重因子W至四對的徑向向量û k ,以藉由徑向內插來評估該目前組的成對相鄰徑向線上的八對頻率匹配資料點。在步驟131中,獲得目前內插係數,例如作為d l d γ 的函數。在步驟132中,應用內插係數至該等八對頻率匹配資料點,以藉由角度內插來產生在四個對稱格柵點處的傅立葉係數。在四個對稱格柵點處的傅立葉係數儲存在記憶體M中(以供第12A圖的步驟106的後續擷取)。在步驟133中,將列計數器加1且程序返回至步驟126。當步驟126判定列計數器v超過v max 時,亦即當所有列都已評估時(比較第11圖),程序前進至步驟134,步驟134將角度計數器k加1且返回至步驟123,以用逆時鐘方向針對下個區段以及其對稱區段(比較第10圖)重覆該處理。這表示,步驟124 保留四個徑向向量,且從記憶體M擷取四個新的徑向向量。當步驟124判定角度計數器k超過k max 時,亦即當所有區段都已評估時,則所有格柵點都已評估,且該程序結束。
第12C圖顯示裝置10的範例,其配置成實施第12A-12B圖中的程序。裝置10包含輸入10A,用於接收該輸出信號。裝置10另外包含資料收集元件(或機構)202,用於產生目前投射值;轉化元件(或機構)204,用於產生在規則格柵上的頻率資料;轉換元件(或機構)206,用於藉由該頻率資料的2D傅立葉轉換來產生互動圖案;以及輸出10B,用於輸出該等互動值。在第12C圖的範例中,觸碰資料的擷取是由分離的裝置10’來實施,裝置10’是連接來從裝置10接收該等互動值。在第12C圖的範例中,轉化元件204包含元件(或機構)220,用於計算與儲存所有徑向向量;區段處理元件(或機構)221,用於根據預定的順序藉由格柵點評估元件(或機構)222,來連續擷取與處理成對的徑向向量,格柵點評估元件(或機構)222配置成藉由一對徑向向量之間的每一格柵點的徑向內插與角度內插,來評估一組對稱格柵點。
裝置10可用一或多個一般目的或專用目的運算裝置上運行的專用目的軟體(或韌體)來實施。在此內文中,可了解到,此種運算裝置的每一「元件」或「機構」是指方法步驟的概念均等物;元件/機構與硬體或軟體程序的特定物件之間並非總是有一對一的對應。硬體的一物件有時包含不同的機構/元件。例如,處理單元在執行一指令時可作為一元件/機構,但是在執行另一指令時可作為另一元件/機構。另外,一元件/ 機構在某些狀況中可用一指令來實施,但是在某些其他狀況中可用複數指令來實施。自然地,可設想到,一或多個元件(機構)是整體用類比硬體組件來實施。
軟體控制的裝置10可包含一或多個處理單元(比較第1A圖的13),例如中央處理單元(CPU,Central Processing Unit)、數位訊號處理器(DSP,Digital Signal Processor)、特定應用積體電路(ASIC,Application-specific Integrated Circuit)、離散類比及/或數位組件、或一些其他可程式邏輯裝置,例如現場可編程閘陣列(FPGA,Field-Programmable Gate Array)。裝置10可另外包含系統記憶體(比較第1A圖的14)與系統匯流排,其連接各種系統組件(包含系統記憶體)至處理單元。系統匯流排可為數種匯流排結構的任一種,包含記憶體匯流排或記憶體控制器、周邊匯流排、與使用多種匯流排架構的任一種架構的本地匯流排。系統記憶體可包含電腦儲存媒體,以揮發及/或非揮發記憶體的形式,例如唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)與快閃記憶體。專用目的軟體與任何在執行期間需要的預先界定資料都可儲存在系統記憶體中,或者其他可移除/不可移除、揮發/非揮發性電腦儲存媒體上(其包含於運算裝置中或可由運算裝置存取),例如磁性媒體、光學媒體、快閃記憶體卡、數位卡帶、固態RAM、固態ROM..等。裝置10可包含一或多個通訊介面,例如串列介面、並列介面、USB介面、無線介面、網路轉接器..等,以及一或多個資料獲取裝置,例如A/D轉換器。專用目的軟體可在任何合適的電腦可讀取媒體(包含記錄媒體)與唯讀記憶體 上被提供給裝置10。
雖然本發明已經連結目前被視為最具體且最佳的實施例來敘述,可了解到,本發明並不限於所揭露的實施例,但相反的,是打算涵蓋包括在所附申請專利範圍之精神與範圍內的多種修改與均等配置。
例如,觸控裝置可具有偵測線的任何可思及的配置。另外,匹配取樣的產生可省略,例如如果裝置100是設計成具有偵測線的匹配配置,或者匹配取樣可藉由簡單地分配每一投射值給最接近的匹配取樣而產生。雖然匹配取樣通常界定相對於角度參數φ的取樣點的線,每一線內的匹配取樣可具有任何間隔(一致或非一致的),且取樣點的線可具有任何角度間隔(一致或非一致的)。
雖然所有範例是參考笛卡兒格柵來給定,熟習技藝者可了解到,當傅立葉係數是產生在其他類型的規則格柵中的格柵點處時,上述的最佳化同樣適用。
應了解到,對稱格柵點的群組不需要包含所有對稱格柵點。可達成效能的增益,只要群組包含至少兩個對稱格柵點,且較佳地在傅立葉域的一半平面中的至少兩個對稱格柵點。
另外,效能的對應增益可藉由連續處理格柵點的群組(其包含非對稱格柵點)而達成,亦即,並未藉由對稱線中的反射而映射於彼此上的格柵點,只要個別群組中的所有格柵點都具有相同的徑向頻率,亦即,距離規則格柵中的原點相同距離。此種格柵點的群組也可包含具有相同徑向頻率的對稱 與非對稱格柵點的組合。使用對稱格柵點的群組的一個優點在於所有群組內的所有格柵點都可藉由簡單的計算操作來識別,例如反射操作。藉此,根據較少的預先儲存資訊及/或較少的記憶體存取及/或較少的處理操作,可識別該等群組。
L1-L4‧‧‧對稱線

Claims (21)

  1. 一種促成觸控判定的方法,該觸控判定是根據來自一觸控裝置(100)的一輸出信號,該觸控裝置(100)包含一觸控表面(1)並且配置成橫越該觸控表面(1)來傳送信號,該方法包含:處理(102)該輸出信號來產生資料取樣,該等資料取樣表示橫越該觸控表面之多個不同角度處的平行偵測線上的所傳輸信號能量;處理(104)該等資料取樣來產生在一傅立葉域中的一規則格柵中的格柵點處的內插傅立葉係數;以及在該等內插傅立葉係數上操作(106)一二維的反向傅立葉轉換,以產生一互動圖案,該互動圖案表示在該觸控表面(1)上的觸碰互動;其中,處理(104)該等資料取樣的該步驟包含:連續產生格柵點之個別群組的該等內插傅立葉係數,其中,每一個別群組包含的格柵點是具有與該規則格柵中的一原點相同距離的格柵點。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之方法,其中,藉由在該規則格柵中的一或多條對稱線(L1-L4),每一個別群組中的該等格柵點映射至彼此上。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項所述之方法,其中,該等資料取樣是產生來對應於延伸通過該規則格柵中之該原點的複數徑向線上的資料點處的傅立葉係數,且其中,處理(104)該等資料取樣的該步驟包含:處理該等資料取樣來 產生在該等複數徑向線上的該等資料點處的該等傅立葉係數,且藉由內插來處理在該等複數徑向線上的該等資料點的該等傅立葉係數,以產生該等內插傅立葉係數。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述之方法,其中,成對的相鄰徑向線界定了該規則格柵中的區段,且其中,處理(104)該等資料取樣的該步驟包含處理在一預定順序中的該等區段,其中,藉由識別一目前區段內的目前格柵點,處理該目前區段,且根據該等目前格柵點來連續產生格柵點之個別群組的該等內插傅立葉係數。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述之方法,其中,該預定順序中的該等區段是配置成使得在連續的區段之間有一共同的徑向線。
  6. 根據申請專利範圍第4或5項所述之方法,其中,處理該等區段的該步驟導致沿著延伸於該規則格柵的一第一維度中的複數格柵線步階式地產生該等內插傅立葉係數,其中,每一格柵線包含一最近產生的傅立葉係數,其界定一即將來臨的格柵點,且其中,識別該等目前格柵點的該步驟包含:追蹤該等複數格柵線的該等即將來臨的格柵點;決定在該預定順序中的該目前區段與一即將來臨的區段之間的該共同徑向線的一方向向量;決定從該規則格柵中的該原點至該等每一即將來臨的格柵點的徑向格柵點線的方向向量;以及藉由比較該共同徑向線的該方向向量與該等徑向格柵點線的該等方向向量,來識別該等即將來臨的格柵點之中的該等目前格柵點。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述之方法,其中,比較該共同徑向線的該方向向量與該等徑向格柵點線的該等方向向量的該步驟包含:計算該共同徑向線的該方向向量與該等徑向格柵點線的該等每一方向向量之間的一乘積,其中,該等目前格柵點是根據該等所產生的乘積來加以識別。
  8. 根據申請專利範圍第6或7項所述之方法,其中,該共同徑向線的該方向向量與該等徑向格柵點線的該等每一方向向量之至少一者是一法線向量,且其中,該乘積是一內積與一向量外積之一者。
  9. 根據申請專利範圍第3至8項中任一項所述之方法,其中,格柵點的該群組中的每一格柵點的該內插傅立葉係數是藉由下述來產生:獲得一成對的相鄰徑向線上的該等資料點的該等傅立葉係數;執行一第一內插來產生在該成對的相鄰徑向線上與該原點具有該相等距離的位置處的暫時傅立葉係數;以及在該成對的相鄰徑向線上的該等暫時傅立葉係數之間執行一第二內插,來產生該格柵點的該內插傅立葉係數。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述之方法,其中,在該成對的相鄰徑向線中的每一徑向線上的該等暫時傅立葉係數是藉由下述來產生:總計在該徑向線上的該等資料點的該等傅立葉係數,同時應用一組權重因子來產生該暫時傅立葉係數,其中,應用該相同組的權重因子來產生相關於格柵點的該群組中的每一格柵點的該等暫時傅立葉係數。
  11. 根據申請專利範圍第9或10項所述之方法,其中,處理 (102)該輸出信號的該步驟產生該等資料取樣,使得藉由在該規則格柵中的該等一或多條對稱線(L1-L4),至少某些該等徑向線是映射至彼此上。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述之方法,其中,映射至彼此上的該等至少某些徑向線包含成對的相鄰徑向線。
  13. 根據申請專利範圍第12項所述之方法,其中,執行該第二內插的該步驟包含:應用一組內插係數至在該成對的相鄰徑向線上的該等暫時傅立葉係數,以產生該格柵點的該內插傅立葉係數,其中,當產生格柵點的該群組中的每一格柵點的該內插傅立葉係數時,應用該相同組的內插係數。
  14. 根據申請專利範圍第9至13項中任一項所述之方法,其中,執行該第二內插的該步驟包含:決定該成對的相鄰徑向線的方向向量;以及產生該格柵點的該內插傅立葉係數,以作為該等暫時傅立葉係數以及該等成對的相鄰徑向線的該等每一方向向量與一徑向格柵點線的一方向向量之間的乘積的一函數,該徑向格柵點線從該規則格柵中的原點延伸至該格柵點。
  15. 根據申請專利範圍第9至14項中任一項所述之方法,另包含一步驟:當產生每一個別群組中的該等格柵點的該等內插傅立葉係數時,應用一群組特定的濾波器值,該群組特定的濾波器值是相關於一徑向濾波器函數的一給定徑向頻率。
  16. 根據申請專利範圍第1至15項中任一項所述之方法,其中,該等格柵點位於該傅立葉域的一半平面中。
  17. 根據申請專利範圍第1至16項中任一項所述之方法,其中該組資料取樣是產生作為已經藉由一前表面與一後表面之間的內部反射而沿著一光傳輸面板(4)內的光路徑行進的光的一函數,其中,該前表面界定該觸控表面(1)且允許該行進光藉由與觸碰物體的互動而衰減。
  18. 根據申請專利範圍第1至17項中任一項所述之方法,其中,處理(102)該輸出信號的該步驟包含:取得延伸橫越該觸控表面(1)的一組實際偵測線的測量值,且處理該等測量值來產生匹配於該等平行偵測線之虛擬偵測線的該等資料取樣。
  19. 一種電腦程式產品,包含電腦程式碼,當電腦程式碼在一資料處理系統上執行時,該電腦程式碼適於實行申請專利範圍第1-18項之任一項之該方法。
  20. 一種用於促成觸控判定的裝置,該觸控判定是根據一觸控裝置(100)的一輸出信號,該觸控裝置(100)包含一觸控表面(1)並且配置成橫越該觸控表面(1)來傳送信號,該裝置包含:機構(202),用於處理該輸出信號來產生資料取樣,該等資料取樣表示橫越該觸控表面之多個不同角度處的平行偵測線上的所傳輸信號能量;機構(204),用於處理該等資料取樣來產生在一傅立葉域中的一規則格柵中的格柵點處的內插傅立葉係數;以及機構(206),用於在該等內插傅立葉係數上操作一二維的反向傅立葉轉換,以產生一互動圖案,該互動圖案表示在 該觸控表面(1)上的觸碰互動;其中,用於處理該等資料取樣的該機構(204)包含機構(222),機構(222)用於連續產生格柵點之個別群組的該等內插傅立葉係數,其中,每一個別群組包含的格柵點是具有與該規則格柵中的一原點相同距離的格柵點。
  21. 一種觸控裝置,包含:一面板,配置來將信號從複數周圍輸入耦合點傳導至複數周圍輸出耦合點,並且界定一觸控表面(1);機構(2),用於產生該等輸入耦合點處的該等信號;機構(3),用於根據在該等輸出耦合點處的所偵測信號,來產生一輸出信號;及根據申請專利範圍第20項之用於促成觸控判定的該裝置。
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