TW201423609A - 觸控面板的觸控點判斷方法與裝置 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種觸控面板的觸控點判斷方法，包括：於開始觸控操作前觸控面板每一個感測器的量測值，作前置濾波，作為未觸控時的參考值；於偵測到一感測器的量測值與該參考值的差值大於一預設臨界值時，判斷已經發生觸控操作；於判斷已經發生觸控操作時，找到差值最大的第一觸控候選點；於第二時間偵測最大差值的感測器時，將其座標作為第二觸控候選點；於第一觸控候選點與第二觸控候選點的距離小於預定範圍時，判斷有效觸控點。本發明另可包括在多數預定範圍內找尋該預定範圍內的第一及第二觸控點的步驟。

Description

觸控面板的觸控點判斷方法與裝置

本發明係關於一種應用於觸控面板上，判斷觸控點的方法與裝置，特別是關於一種降低雜訊影響，以正確判斷觸控面板上之一個或一個以上觸控點座標的方法與裝置。

已知技術之觸控面板上判斷觸控點的方法，係各別判斷觸控點的X軸座標與Y軸座標的量測值，最後再利用X與Y坐標所對應的量測值決定觸控點座標。例如1998年10月20日公告之美國專利公報第5,825,352號，即披露一種觸控點判斷方法。其判斷方法如圖1所示，係量測取得X軸上第一個最大量測值(105)，以及Y軸上第一個最大量測值(108)，依據該最大值在X軸與Y軸分別之座標值，判斷出第一個手指(101)觸控點的位置。找到相對X軸上最小量測值(106)，以及Y軸上最小量測值(109)後，再找到X軸上第二個最大量測值(107)，以及Y軸上第二個最大量測值(110)，依據該第二最大值在X軸與Y軸分別之座標值，判斷出第二個手指(102)觸控點的位置。該專利方法的缺點是會產生103、104兩點鬼點(Ghost points)。當再判斷X軸的最大值時，因外在因素影響，會誤判出第二X軸上的最大量測值(107)。此時因Y軸上的最大值判斷正確，故而造成誤判觸控點為103、104的結果。

除上述專利外，尚有許多文獻，如TW 2012/24900 A1、US 2011/0279386 A1、US 2011/0216038 A1、US 2010/0073318 A1、TW 2012/11864 A1等專利公開案，都試圖提供改進的觸控點判斷方法，以克服此問題。但這些文獻 並無考慮雜訊對判斷所產生的影響，因此在雜訊過大時，將造成觸控點誤判的結果。

此外，TW 2012-29841 A1中雖提及在數位類比轉換器端濾除雜訊，TW 2011/18696 A1中則利用數位電路端濾除雜訊，其方法是累積鄰近訊號的強度來分辨觸控訊號與雜訊。但此等方式對於濾除瞬間的大功率雜訊，效果不佳。

因此目前實有必要提供一種新穎的觸控面板的觸控點判斷方法與裝置，能夠有效去除觸控點偵測信號中的雜訊，並得到正確的判斷結果。

本發明的目的即是在提供一種改良的觸控面板的觸控點判斷方法與裝置，能夠有效降低因為雜訊而造成的觸控點誤判，得到正確的判斷結果。

本發明所揭示的觸控面板的觸控點判斷方法，可以降低雜訊影響，並同時判斷一個或一個以上的觸控點位置。本發明可克服已知觸控面板的觸控點判斷方法因受雜訊影響，或因演算法產生鬼點而造成的誤判。

為達上述功效，本發明之觸控面板的觸控點判斷方法包括以下步驟：前置濾波步驟：啟動觸控面板時，先取得觸控面板每一個感測器的量測值。將所取得的量測值作前置濾波後，儲存其結果，作為未觸控時的參考值。其中，該前置濾波可包括以低通濾波結合銳化濾波之處理。

判斷觸控操作步驟：以一定時間間隔取得每一個感測器的量測值。並計算與該參考值的差值。發現差值大於臨界值時，判斷已經發生觸控操作。其中該預設臨界值包括由一區域內之差值取絕對值後，計算一平均值，並將該平均值乘上一比例而得。

尋找第一觸控點之步驟：從差值大於臨界值的感測器中，找到差值(絕對值)最大的感測器座標，作為第一觸控候選點。

尋找第二觸控點之步驟：於預定時間後，又從差值大於臨界值的感測器中，找到差值(絕對值)最大的感測器座標，作為第二觸控候選點。

判斷有效觸控點之步驟：計算第一觸控候選點與第二觸控候選點在座標平面上的距離，如該距離落在預定範圍內，則將該第二觸控候選點做為有效觸控點。該有效觸控點可包括被觸控的感測器的位置。在本發明某些實例中，該預定範圍可為為觸控面板中，2個或2個以上之感測器單位距離。

本發明的方法尚可包括根據該有效觸控點座標，計算出實際觸控點座標值的步驟。該實際觸控點的計算，可以包括利用由該有效觸控點及其周圍點所取得差值，得到近似二階曲面，並尋找該近似曲面最大值，作為實際觸控座標。在本發明的某些實例中，該座標計算係利用有效觸控點及其周圍一定數量點的橫軸與縱軸座標，以二階曲面近似其對應的差值，實際觸控座標系為該二階近似曲面之最大值位置。

本發明的方法尚可包括：在尋找第一及第二觸控點之步驟中，是在一預定範圍內找尋該預定範圍內的第一及第二觸控點。該預定範圍包括該第一觸控點周圍預定範圍內之所有偵測器。如此可以在多數預定範圍同時找到多數個有效觸控點。

本發明的裝置則是供使用在觸控面板的觸控點判斷裝置。該裝置建置成以上述方法取得該觸控面板的偵測器偵測結果，並據以判斷有效觸控點。

藉由本發明的實施，至少可達到下列進步功效：

1.可以同時取得一個以上之觸控點位置，並得到實際的觸控點座標；

2.可降低雜訊影響，提升觸控點判斷準確度。

以下依據圖式說明本發明觸控面板的觸控點判斷方法與裝置。首先說明本發明之觸控面板的觸控點判斷裝置。

圖3表示本發明觸控面板的觸控點判斷裝置之方塊圖。如圖3所示，一個應用於觸控面板的系統，包括觸控面板301，類比多工器302，電容數位轉換器303以及觸控點判斷裝置304。該觸控面板301上裝置多數的偵測器31、31。當使用者觸摸時，會改變觸摸點的偵測器電容值，該電容值透過類比多工器302以及電容數位轉換器303，可由觸控點判斷裝置304取得，作為觸控面板301上每一個感測器的量測值。所取得的資料除該量測值外，尚包括各感測器的座標值。

圖2為本發明的觸控面板的觸控點判斷方法流程圖。圖3中的觸控點判斷裝置304即是使用圖2所表示的方法，判斷該觸控面板301的觸控點。如圖2所示，本發明的觸控面板的觸控點判斷方法是包括如下步驟：

於步驟201，啟動觸控面板301時，取得每一個感測器31、31的量測值。於步驟202對所取得的量測值作濾波處理。在此步驟中，是以各感測器與其周圍預定範圍或預定數量的感測器量測值來進行濾波。於此所使用的濾波方法，並無任何限制。但在本發明的較佳實例中，可以使用以低通濾波結合銳化濾波的方式，以有效率除雜訊。這種方式可以過濾高斯雜訊，但又不至於破壞偵測器量測強度。

在已知的濾波器中，溫納濾波器(Weiner filter)是一種適合使用在本發明的濾波方式，其數學表示式為： 其中I _ori (x,y)是位於(x,y)位置的感測器所得到的量測值，μ _cur 與σ _cur 分別是(x,y)鄰近預定範圍內的量測平均值及標準差，而v _Notouch 是未觸控時此一區域的標準差，此標準差可在開機時計算求得並儲存起來。

如果使用上述濾波方式，則在啟動觸控面板301時，較好包括計算，取得該標準差的步驟。

於步驟203，將濾波處理後的結果儲存，作為未觸控時的參考值，以B(x,y)表示。此時因甫啟動，通常使用者並無觸控操作。但如特定範圍的偵測器31、31量測值偏高，例如超出預定的臨界值，可以判斷已經偵測到觸控操作。此時需以適合的方法校正，以免在後來的步驟中，產生誤判。

於步驟204定時取得該觸控面板301各偵測器31、31的量測值。於步驟205計算各偵測器31、31之量測值與該參考值的差值，以d(x,y)表示：d(x,y)=I _filter (x,y)-B(x,y)

於步驟206將該差值與一預設臨界值T比較。該臨界值可為任何適用的數值，可以根據實驗結果設定。在本發明的較佳實例中，該臨界值可以下式計算得出： 其中k是一事先選取的值，M與N為選取區域的大小，臨界值亦可利用d(x,y)的平均值與標準差的資訊來決定。

步驟206的判斷結果，如果該差值大於該臨界值，則判斷已發生觸控 操作。進入步驟207，找出差值最大的偵測器座標，選為第一觸控候選點。如步驟206的判斷結果為否，則回到步驟204，繼續定時取得該觸控面板301各偵測器31、31的偵測值。

在本發明的較佳實例中，步驟207的判斷也可為判斷大於臨界值的差值d(x,y)是否為鄰近預定區域內，各偵測器的的最大差值。此時，該預定區域範圍，可以依據應用上需要設定。通常而言，可以把該預定範圍定為觸控面板中，2個或2個以上之感測器單位距離。例如，將距離設定為2個感測器單位時，該範圍即包括包圍一感測器的第一層(距離為1單位)8個感測器，以及包圍該9個感測器的16個感測器。將例如，將距離設定為3個感測器單位時，該範圍即包括上述25個感測器，以及包圍該25個感測器的24個感測器。餘此類推。當然，大於或小於該設定的數值，也可應用在本發明。選出預定區域內最大差值的方法，可以達到同時得到多數觸控點的效果。所得到的最大差值所對應的偵測器，及判斷為第一觸控候選點。例如，觸控面板在t時間點時，找到3個第一候選候選點(3,8)、(8,3)、(15,7)。

圖4表示本發明控面板的觸控點判斷方法與裝置的原理示意圖。如圖所示，當觸控面板有物體接觸時，感測器之量測值會有較大的改變。同時，該物體越接近觸控點，量測值的變化量越大。因此，最接近觸控點的感測器，稱為被觸感測器，所量測到的觸控值(401)，應為周邊某一區域內的最大值。

在步驟208，該觸控點判斷裝置304再度偵測到一觸控候選點。在本發明的較佳實例中，該觸控點判斷裝置304在步驟208可能偵測到多數的觸控候選點，稱為第二觸控候選點。於步驟209，比較該第二觸控候選點與相 對應的第一觸控候選點的座標，計算其在座標平面上的距離。如果相對應的一對第二觸控候選點與第一觸控候選點距離在預定範圍之內，即判斷該點為有效觸控點。在上述例子中，於t+1時間判斷的到有效觸控點位置為(3,8)、(8,3)。此時即可判斷在t時間所得到的觸控候選點(15,7)為雜訊所造成的誤偵測，並非有效觸控點。

在應用上，上述距離的預定範圍可取決於人類手指在連續兩次量測時間所能移動的最大距離。該距離值也可以在應用時根據實驗結果，並參考觸控面板301的尺寸與解析度決定。通常而言，連續兩個量測時間於該範圍內判斷到觸控候選點時，應可將該範圍視為一有效觸控點。在此步驟中，可以該第二觸控候選點或該第一觸控候選點中任一點做為有效觸控點。如此即可正確判斷出有效的觸控點。

於本發明的較佳實例中，尚可在步驟210進一步判斷實際的觸控點座標。在本發明的較佳實例中，可以利用有效觸控點及其周圍點的座標，以及相對應的差值，來計算實際觸控點座標。在此種實例中，座標的計算方式是將觸控點及其周圍點的座標，以二階曲面近似其對應的差值，再求出二階曲面的極值位置。此位置即為實際觸控座標。

例如，為有效之觸控點所對應之差值，其周圍8個點中的最大5個差值分別表示為、、、、，可利用以下方程式近似二階曲面 i=0,…,5，求得a ₁,…,a ₆後，其所對應之觸控點的實際座標為

以下利用模擬輔助說明本發明之功效。模擬環境設定如下：兩個觸控點位置在(11,11)與(16,6)，觸控點訊號功率為S，高斯雜訊功率為N，圖5的橫軸定義為S/N，縱軸定義為在10⁵次模擬中錯誤的百分比，錯誤的定義是判斷到的觸控點不是兩點，或是判斷到的觸控點雖為兩點，但是位置不在以下區域內

1. 10.5x111.5和10.5y111.5

2. 15.5x216.5和5.5y26.5

圖中，虛線表示未使用本發明方法時的結果，實線表示使用本發明方法的結果。顯示使用本發明時，在SNR=8dB時錯誤率即達到10^-2，而未使用本發明時，錯誤率要到達10^-2需要SNR=15dB，本發明的方法確能改善系統效能。

101、102‧‧‧手指

103、104‧‧‧鬼點

105、106、107、108、109、110‧‧‧量測值

31、31‧‧‧偵測器

301‧‧‧觸控面板

302‧‧‧類比多工器

303‧‧‧電容數位轉換器

304‧‧‧觸控點判斷裝置

401‧‧‧觸控值

圖1為鬼點形成示意圖。

圖2為本發明觸控點判斷方法之流程圖。

圖3為觸控面板系統之系統架構圖。

圖4為感測器於觸控點及鄰近點之量測值示意圖。

圖5為本發明與習知技術效能比較圖。

Claims (20)

1. 一種觸控面板的觸控點判斷方法，包括以下步驟：前置濾波步驟：取得一觸控面板每一個感測器的量測值，將所取得的量測值作前置濾波後，儲存其結果，作為未觸控時的參考值；判斷觸控操作步驟：以一定時間間隔取得每一個感測器的量測值，並計算與該參考值的差值，於發現該差值大於一預設臨界值時，判斷已經發生觸控操作；尋找第一觸控點之步驟：於判斷已經發生觸控操作時，從差值大於臨界值的感測器中，找到差值最大的感測器座標，作為第一觸控候選點；尋找第二觸控點之步驟：於其後預定時間範圍，從差值大於臨界值的感測器中，找到差值最大的感測器座標，作為第二觸控候選點；判斷有效觸控點之步驟：計算該第一觸控候選點與該第二觸控候選點在座標平面上的距離，如該距離落在預定範圍內，則將該第二觸控候選點做為有效觸控點，並輸出判斷結果。
2. 如申請專利範圍第1項的觸控面板的觸控點判斷方法，其中，該前置濾波包括以低通濾波結合銳化濾波之處理。
3. 如申請專利範圍第1項的觸控面板的觸控點判斷方法，其中，該預設臨界值包括由一區域內之差值取絕對值後，計算一平均值，並將該平均值乘上一比例而得。
4. 如申請專利範圍第1項的觸控面板的觸控點判斷方法，其中，該有效觸控點包括被觸控的感測器的位置。
5. 如申請專利範圍第1項的觸控面板的觸控點判斷方法，其中，該預定範 圍為該觸控面板中，2個或2個以上之感測器單位距離。
6. 如申請專利範圍第1項的觸控面板的觸控點判斷方法，另包括根據該有效觸控點座標，計算出實際觸控點座標值的步驟。
7. 如申請專利範圍第6項的觸控面板的觸控點判斷方法，其中，該實際觸控點的計算，包括利用由該有效觸控點及其周圍點所取得差值，得到近似二階曲面，並尋找該近似曲面最大值，作為實際觸控座標。
8. 如申請專利範圍第6項的觸控面板的觸控點判斷方法，其中，該座標計算係利用有效觸控點及其周圍一定數量點的橫軸與縱軸座標，以二階曲面近似其對應的差值，實際觸控座標系為該二階近似曲面之最大值位置。
9. 如申請專利範圍第1項的觸控面板的觸控點判斷方法，其中，在尋找第一及第二觸控點之步驟中，是在多數預定範圍內找尋該預定範圍內的第一及第二觸控點。
10. 如申請專利範圍第9項的觸控面板的觸控點判斷方法，其中，該預定範圍包括該第一觸控點周圍預定範圍內之所有偵測器。
11. 一種觸控面板裝置，包括一觸控面板，其上分布多數偵測器，一類比多工器，連接至該觸控面板，一電容數位轉換器，連接該類比多工器，以及一觸控點判斷裝置，用來判斷該觸控面板上受到觸控操作之偵測器；其中，該觸控點判斷裝置根據以下步驟判斷該觸控面板上受到觸控操作之偵測器位置：前置濾波步驟：取得該觸控面板每一個感測器的量測值，將所取得的量測值作前置濾波後，儲存其結果，作為未觸控時的參考值； 判斷觸控操作步驟：以一定時間間隔取得每一個感測器的量測值，並計算與該參考值的差值，於發現該差值大於一預設臨界值時，判斷已經發生觸控操作；尋找第一觸控點之步驟：於判斷已經發生觸控操作時，從差值大於臨界值的感測器中，找到差值最大的感測器座標，作為第一觸控候選點；尋找第二觸控點之步驟：於其後預定時間範圍，從差值大於臨界值的感測器中，找到差值最大的感測器座標，作為第二觸控候選點；判斷有效觸控點之步驟：計算該第一觸控候選點與該第二觸控候選點在座標平面上的距離，如該距離落在預定範圍內，則將該第二觸控候選點做為有效觸控點，並輸出判斷結果。
12. 如申請專利範圍第11項的觸控面板裝置，其中，該前置濾波包括以低通濾波結合銳化濾波之處理。
13. 如申請專利範圍第11項的觸控面板裝置，其中，該預設臨界值包括由一區域內之差值取絕對值後，計算一平均值，並將該平均值乘上一比例而得。
14. 如申請專利範圍第11項的觸控面板裝置，其中，該有效觸控點包括被觸控的感測器的位置。
15. 如申請專利範圍第11項的觸控面板裝置，其中，該預定範圍為該觸控面板中，2個或2個以上之感測器單位距離。
16. 如申請專利範圍第11項的觸控面板裝置，其中，該判斷該觸控面板上受到觸控操作之偵測器位置之處理，另包括根據該有效觸控點座標，計算出實際觸控點座標值的步驟。
17. 如申請專利範圍第16項的觸控面板裝置，其中，該實際觸控點的計算，包括利用由該有效觸控點及其周圍點所取得差值，得到近似二階曲面，並尋找該近似曲面最大值，作為實際觸控座標。
18. 如申請專利範圍第16項的觸控面板裝置，其中，該座標計算係利用有效觸控點及其周圍一定數量點的橫軸與縱軸座標，以二階曲面近似其對應的差值，實際觸控座標系為該二階近似曲面之最大值位置。
19. 如申請專利範圍第11項的觸控面板裝置，其中，在尋找第一及第二觸控點之步驟中，是在多數預定範圍內找尋該預定範圍內的第一及第二觸控點。
20. 如申請專利範圍第19項的觸控面板裝置，其中，該預定範圍包括該第一觸控點周圍預定範圍內之所有偵測器。