TW201535225A - 用以在電容式觸控裝置上定位主動式觸控筆之方法、設備及電腦程式 - Google Patents

用以在電容式觸控裝置上定位主動式觸控筆之方法、設備及電腦程式 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種用以在電容式觸控裝置上定位主動式觸控筆的方法，該電容式觸控裝置包括一位在第一方向中的第一電荷感測器陣列以及一位在不同於該第一方向的第二方向中的第二電荷感測器陣列，其中，該第一電荷感測器陣列被排列成用以測量一第一資料向量，該第二電荷感測器陣列被排列成用以測量一第二資料向量，該方法包括下面步驟：-以第一精確度來定位該主動式觸控筆，-以高於該第一精確度的第二精確度來定位該主動式觸控筆，其中，以第一精確度來定位該主動式觸控筆的步驟包括：-定位主動式觸控筆觸碰候選點，且其中，以第二精確度來定位該主動式觸控筆的步驟包括：-擬合一模型函數至每一個主動式觸控筆觸碰候選點，-將一擬合分數與該擬合產生關聯， -取決於該擬合分數與一擬合臨界值來拋棄主動式觸控筆觸碰候選點。

Description

用以在電容式觸控裝置上定位主動式觸控筆之方法、設備及電腦程式
本發明關於用以在電容式觸控裝置上定位主動式觸控筆之方法、設備及電腦程式。
電容式觸控裝置包括使用在涉及物體存在性偵測之各種應用領域中的電容式感測器，例如，該些應用為觸控墊、觸控面板、觸控螢幕或是投影電容式顯示器，但是並不限制於上述之應用。
圖1所示的係已知電容式觸控裝置200的範例。其包括一第一數量n的列(Y[1]至Y[n])以及一第二數量m的行(X[1]至X[m])，在它們的相交處為感測電容器。每一行X[1]至X[m]都會有一對應的電荷感測器(Charge Sensor，CS)204。每一列Y[1]至Y[n]都會有一對應的電荷驅動器(Charge Driver，CD)203。該m個電荷感測器204會依序測量由該n個電荷驅動器所發送的n個刺激電壓。當手指或被動式手寫筆觸碰觸碰面板時，一數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)會偵測該些被感測訊號中的電容變化。該些電荷驅動器203會由一令牌(token)來依序致能，該令牌為在移位暫存器202裡面循環的電壓訊號。一時序控制器201會產生所有必要的時序以達正確運算的目的。一旦一令牌通過所有電荷驅動器203，觸碰行資料 獲取模組(touch column data acquisition module)205便會在一觸碰期間處理對應於具有mxn的像素的電荷影像F的取樣資料，以便偵測一或更多個手指觸碰。
當要寫入一電容式觸控裝置時，使用觸控筆(或是筆)會在使 用者與下方的應用程式之間有比較舒適且精確的互動。觸控筆能夠為被動式或主動式。被動式觸控筆不會發射任何訊號；換言之，其係一種觸碰該電容式觸控裝置並且模擬手指的物體。被動式觸控筆雖然簡單、便宜、並且提供可接受的速寫解決方式；但是，它們卻無法輕易地區分筆觸碰以及手指觸碰。
從演算法的觀點來看，最大的難題在於觸控筆矛盾(Stylus Paradoxon)：當尖端尺寸小於手指時，使用者預期會有較高的動作精確性。 然而在物理現實的前提下，小尖端會導致高注入損失(injection loss)並且因而會導致含有遠小於手指之能量的訊號。訊號雜訊比可以因比較複雜的偵測演算法而提高。然而，比較複雜的偵測演算法卻需要用到比較多的計算時間(或者較高的計算功率)，其會降低以時間為基準的解析度。所以，該難題係最大化訊號雜訊比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)，俾使得經預測的筆位置的精確度會符合使用者預期，全部都會在非常短的時間區間提供具有該精確度的預測值。同時，計算功率應該最小化，以便提供一高效能裝置。
主動式觸控筆具有較高的寫入效能，舉例來說，當觸控筆尖 端沿著短曲線或短距離快速移動時。主動式觸控筆會發射一訊號，其會在該些行中的第一數量感測器處以及在該些列中的第二數量感測器處被偵測到。所以，一主動式手寫筆的偵測需要用到同樣能夠取決於該些列來偵測 接收自該筆之訊號的另一硬體。所以，於一取樣訊框期間會產生行測量值的向量fx以及列測量值的向量fy。此些測量值通常為依序被接收，舉例來說，逐行、逐列或是逐點。以本取樣訊框中的向量fx與fy為基礎，在觸控螢幕上具有座標(xp,yp)的觸控筆位置1會以如圖2中所示的尖峰至尖峰電壓為基礎被偵測到。然而，雜訊的影響以及該觸控筆位置1之區域中的低量取樣卻會在預測觸控筆之實際位置1中導致嚴重的困難。
US2013278550揭示一種用於電容式觸控感測器的主動式觸 控筆。觸控筆位置係先利用以在該些列與行之中所測量到的最大電容為基礎的像素精確度來決定。接著，在第二步驟中，一連續函數係擬合於對應該最大電容的像素周圍的一資料視窗。
US201254324揭示，用於計算一觸碰的重心的資料視窗的大 小取決於該螢幕上該觸碰的速度。其進一步揭示掃描一已偵測觸碰周圍區域的頻率大於其它觸碰像素。
US7437003揭示一種用於藉由疊代反覆進行降取樣 (downsampling)與升取樣(upsampling)來最佳化降取樣寫入資料點的方法。另外，WO03052627以及US7162098同樣揭示升取樣方法。
根據本發明，一種用以在電容式觸控裝置上定位主動式觸控筆的方法可以達成此目的，該電容式觸控裝置包括一位在第一方向中的第一電荷感測器陣列以及一位在不同於該第一方向的第二方向中的第二電荷感測器陣列，其中，該第一電荷感測器陣列被排列成用以測量一第一資料向量，該第二電荷感測器陣列被排列成用以測量一第二資料向量， 該方法包括下面步驟：-以第一精確度來定位該主動式觸控筆，-以高於該第一精確度的第二精確度來定位該主動式觸控筆，其中，以第一精確度來定位該主動式觸控筆的步驟包括：-定位主動式觸控筆觸碰候選點，且其中，以第二精確度來定位該主動式觸控筆的步驟包括：-擬合一模型函數至每一個主動式觸控筆觸碰候選點，-將一擬合分數與該擬合產生關聯，-取決於該擬合分數與一擬合臨界值來拋棄主動式觸控筆觸碰候選點。
根據本發明的方法的優點係使得在可接受的計算時間中有高精確度，明確地說，針對小觸控筆尖端尺寸，也就是，針對小於2mm的觸控筆尖端尺寸，舉例來說，1mm。
專利附屬項參考下面的進一步有利實施例。
於其中一較佳實施例中，在擬合該模型函數至一後續的主動式觸控筆觸碰候選點之前，該模型函數會先從該第一資料向量與該第二資料向量中被扣除。此稱為「匹配追蹤演算法(matching pursuit algorithm)」的扣除運算可以正確定位尚待在該經測量資料中被發現的進一步主動式觸控筆，因為該些進一步主動式觸控筆的資料不會受到已經被偵測到的主動式觸控筆的影響。
於其中一實施例中，以第一精確度來定位該主動式觸控筆的步驟包括：定位該些主動式觸控筆觸碰候選點中的一最佳候選點，且其中， 以第二精確度來定位該主動式觸控筆的步驟包括：擬合一模型函數至該些主動式觸控筆觸碰候選點中的該最佳候選點，從該第一資料向量與該第二資料向量中扣除該已擬合的模型函數，且其中，針對已扣除該擬合模型的第一資料向量與第二資料向量反覆進行以第一精確度來定位該主動式觸控筆的步驟以及以第二精確度來定位該主動式觸控筆的步驟。此方式的優點係，該些主動式觸控筆觸碰候選點會以從最佳候選點至最差候選點的順序被處置，在每一次疊代運算之後，其會以藉由該些已偵測到的主動式觸控筆觸碰候選點所修正的資料為基礎來決定何者為最佳的主動式觸控筆觸碰候選點。所以，比較不清楚的主動式觸控筆觸碰候選點要被擬合，而不必擬合較佳的主動式觸控筆觸碰候選點，因此，該些主動式觸控筆觸碰候選點的位置預測會獲得改善。
於其中一實施例中，該第一精確度為像素精確度，以及該第 二精確度為次像素精確度。
和模型擬合方式有關的步驟可以相當精確的定位一主動式 觸控筆。其雖然需要用到計算複雜的模組；但是，倘若應用至兩個獨立向量而非一影像，那麼，其計算方面便可以接受。
於另一實施例中不需要使用模型擬合方式，取而代之的係可 以使用形心(centroid)或質量中心(center-of mass)方式，其係一種用以取得一分佈尖峰中心(distribuation's peak center)之次像素精確位置的試探技術。然而，雜訊與偏壓卻會讓此方式失敗。又，其僅於該分佈被良好取樣時才適用。
於另一實施例中，定位主動式觸控筆觸碰候選點的步驟包 括： -藉由使用臨界值來尋找該第一資料向量中與該第二資料向量中的最大值，-計算該第一資料向量中與該第二資料向量中每一個最大值的候選點分數，-以該候選點分數為基礎來選擇該第一資料向量中與該第二資料向量中的最大值作為該主動式觸控筆觸碰候選點的座標。該經選定的最大值會被當作最佳的主動式觸控筆觸碰候選點。
該候選點分數會取決於在先前時間點該主動式觸控筆的追蹤。
於其中一較佳的實施例中，根據本發明的方法還包括：-藉由使用sinc核心函數(sinc Kernel)來升取樣該電容式觸控螢幕的一區域中的該第一資料向量及/或該第二資料向量的資料。
此類型升取樣會導致最佳地重建頻寬非常有限的主動式觸控筆的訊號。就被良好定義在一小型數學區域(也就是，1至8個像素)中的意義來說，該訊號為有限頻寬，其尖峰會落在該區域的中央並且在接近該區域的邊界時會以指數的方式衰減至零。這意謂著該訊號的傅立葉轉換(Fourier Transform)存在，並且意謂著其為有限頻寬，也就是，對於頻率接近奈奎斯特(Nyquist)頻率時它的傅立葉轉換會衰減至零。
升取樣能夠藉由使用快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform，FFT)來實施，尤其是2D FFT。明確地說，因為2D FFT係沿著垂直軸與水平軸的可分離運算，所以，其可以：-應用1D快速傅立葉轉換至該區域中的第一資料向量，以及 -應用1D快速傅立葉轉換至該區域中的第二資料向量。
於其中一較佳的實施例中，根據本發明的方法還包括：-對該經傅立葉轉換的資料進行補零(zero padding)。
於其中一較佳的實施例中，該區域為至少一側具有2^n個像素的矩形形狀，其中，n為整數。
於其中一較佳的實施例中，根據本發明的方法還包括：-執行有視窗的形心計算，其中，該視窗的大小會適應性以從該主動式觸控筆處所發射的訊號為基礎，舉例來說，該第一資料向量與該第二資料向量。
此有視窗的形心計算的優點係可以節省計算資源，並且避免發生像素鎖定(pixel-locking)以及階梯化(stair-casing)。
於其中一較佳的實施例中，倘若從該主動式觸控筆處所發射的訊號有奇取樣對稱性，則其會使用奇數視窗尺寸，也就是，包括奇數個像素；倘若從該主動式觸控筆處所發射的訊號有偶取樣對稱性，則其會使用偶數視窗尺寸，也就是，包括偶數個像素。
根據本發明的一可能獨立觀點，本發明還關於一種用以在電容式觸控裝置上定位物體(舉例來說，手指、主動式觸控筆、被動式觸控筆、…等)的方法，其包括下面的步驟：-在一時間訊框期間掃描該些感測元件，-以此掃描為基礎來偵測該主動式觸控筆的位置，-決定該主動式觸控筆之被偵測位置周圍的一偵測區域，該偵測區域包括一感測元件子集， -在隨後的時間訊框期間，以高於位在該偵測區域外面之感測元件的頻率來掃描該感測元件子集。
於其中一較佳的實施例中，該方法包括當該主動式觸控筆的 位置沒有被偵測到時的第一種測量模式以及當該主動式觸控筆的位置被偵測到時的第二種測量模式，其中，在該第二種測量模式中，該感測元件子集會以高於位在該偵測區域外面之感測元件的頻率被掃描。
本發明還關於一種用以在電容式觸控裝置上定位主動式觸 控筆的設備，該電容式觸控裝置包括一位在第一方向中的第一電荷感測器陣列以及一位在不同於該第一方向的第二方向中的第二電荷感測器陣列，其中，該第一電荷感測器陣列被排列成用以測量一第一資料向量，該第二電荷感測器陣列被排列成用以測量一第二資料向量，
該設備包括：-一第一計算模組，其被排列成以第一精確度來定位該主動式觸控筆，-一第二計算模組，其被排列成以高於該第一精確度的第二精確度來定位該主動式觸控筆，其中，該第一計算模組被排列成用以：-定位主動式觸控筆觸碰候選點，且其中，該第二計算模組被排列成用以：-擬合一模型函數至每一個主動式觸控筆觸碰候選點，-將一擬合分數與該擬合產生關聯，-取決於該擬合分數與一擬合臨界值來拋棄主動式觸控筆觸碰候選點。
於其中一實施例中，該第一計算模組與該第二計算模組為相同的模組。
本發明還關於一種用以在電容式觸控裝置上定位主動式觸控筆的電腦程式產品，該電容式觸控裝置包括一位在第一方向中的第一電荷感測器陣列以及一位在不同於該第一方向的第二方向中的第二電荷感測器陣列，其中，該第一電荷感測器陣列被排列成用以測量一第一資料向量，該第二電荷感測器陣列被排列成用以測量一第二資料向量，該電腦程式產品包括：一有形的電腦可使用媒體，其包含用以在電容式觸控裝置上定位主動式觸控筆的電腦可使用的程式碼，該電腦可使用的程式碼被用來
-以第一精確度來定位該主動式觸控筆，-以高於該第一精確度的第二精確度來定位該主動式觸控筆，其中，以第一精確度來定位該主動式觸控筆的步驟包括：-定位主動式觸控筆觸碰候選點，且其中，以第二精確度來定位該主動式觸控筆的步驟包括：-擬合一模型函數至每一個主動式觸控筆觸碰候選點，-將一擬合分數與該擬合產生關聯，-取決於該擬合分數與一擬合臨界值來拋棄主動式觸控筆觸碰候選點。
本發明還關於一種電腦資料載體，用以儲存利用根據本發明的方法所創造的表現內容。
1‧‧‧主動式觸控筆的位置
2‧‧‧測量部
3‧‧‧測量資料
3'‧‧‧測量資料
3"‧‧‧測量資料
4‧‧‧測量資料
4'‧‧‧測量資料
4"‧‧‧測量資料
5‧‧‧類比至數位轉換器
6‧‧‧前置處理部
7‧‧‧主動式物體偵測部
8‧‧‧觸碰偵測部
10‧‧‧設備
11‧‧‧控制部
12‧‧‧主動式物體追蹤部
13‧‧‧觸碰追蹤部
14‧‧‧進階偵測部
200‧‧‧電容式觸控裝置
201‧‧‧時序控制器
202‧‧‧移位暫存器
203‧‧‧電荷驅動器(CD)
204‧‧‧電荷感測器(CS)
205‧‧‧觸碰行資料獲取模組
206‧‧‧電荷驅動器(CD)
208‧‧‧電荷感測器(CS)
S1‧‧‧步驟
S2‧‧‧步驟
S3‧‧‧步驟
S4‧‧‧步驟
S5‧‧‧步驟
S6‧‧‧步驟
S7‧‧‧步驟
S8‧‧‧步驟
S11‧‧‧步驟
S12‧‧‧步驟
S13‧‧‧步驟
S14‧‧‧步驟
借助於透過範例以及下面圖式所圖解的實施例的說明會更瞭解本發明，其中：圖1所示的係一已知電容式觸控裝置的視圖；圖2所示的係用以決定一主動式觸控筆之位置的已知方法的視圖；圖3所示的係能夠被用來偵測主動式手寫筆的電容式觸控裝置的視圖；圖4所示的係用以在具有感測元件的一表面上決定一物體之位置的設備的概略視圖；圖5所示的係用以在具有感測元件的一表面上決定多個物體之一位置的方法的概略視圖；圖6所示的係被定位成彼此靠近在一起的多個物體的偵測問題；圖7所示的係當移除資料中的其中一個物體圖樣時的改善偵測結果；圖8所示的係用以測量該表面的感測元件之輸出數值的兩種測量模式；圖9A所示的係在第一種測量模式中不同感測元件的測量圖樣；圖9B至9D所示的係在第二種測量模式中不同感測元件的不同測量圖樣；以及圖10所示的係在第一種測量模式與第二種測量模式中其中一個感測元件的測量圖樣。
圖3所示的係一觸控面板200的實施例。該觸控面板200包括分散在該觸控面板200上的複數個感測元件，較佳的係，分散在列與行之中。於本實施例中，雖然使用電容式元件作為該複數個感測元件；然而，亦能夠使用任何其它感測元件。該觸控面板200被配置成用以偵測手指觸 碰以及一主動式手寫筆的存在。該觸控面板200針對一會持續發射訊號(舉例來說，正弦或是經調變的波訊號)的筆作特別的配置。為偵測該觸控面板200上的一觸碰位置(舉例來說，手指的觸碰位置)，n個電荷驅動器(CD)206會依序輸入一刺激電荷。在m個電荷感測器(CS)208處的輸出數值會針對其中一個電荷驅動器206所輸入的每一個刺激電荷被測量(依序或者同時被測量)，該輸出數值會被提供至DSP，用以偵測觸碰位置。為在第i個電荷驅動器處發射該刺激電荷，一切換器會在該第i個電荷驅動器處閉合。該n個電荷驅動器的該些切換器係由控制器201來控制。
為測量一主動式手寫筆的位置，該些電荷感測器208會在沒 有作用的時刻期間(重置階段)被使用。其並不需要為該主動式觸控筆提供額外的電荷感測器，取而代之的係，用於偵測手指之存在的相同電荷感測器208便能夠被用來測量該主動式手寫筆所發射的訊號。明確地說，在該電荷感測器208的非理想斷開切換器中的電流能夠被用來測量由該主動式手寫筆的訊號所誘發的電壓。然而，於一替代實施例中亦能夠針對該筆來使用額外的電荷感測器。
於其中一實施例中，該主動式手寫筆會連續地發射一訊號， 較佳的係，一振盪訊號，俾使得該主動式手寫筆與該觸控面板因而不必彼此同步。「連續地發射」在此處的意義為該筆會在確定至少兩個測量時間訊框的時間週期中發射訊號而沒有中斷，其中，在每一個測量時間訊框中，所有感測元件會被掃描/測量一次，或者如後面的說明，於第二種測量模式中，於其中一個測量時間訊框中僅有所有感測元件的一子集會被測量一次。然而，亦可以使用僅在特定時間訊框中發射訊號的筆，舉例來說，在 用於測量一主動式手寫筆之位置的時間訊框中。較佳的係，該些電荷驅動器206的輸出數值以及該些電荷感測器208的輸出數值會針對該主動式手寫筆被逐列、逐行或是逐個像素被捕捉。然而，所有電荷驅動器206的測量以及所有電荷感測器208的測量亦能夠全部一起被實施。現在將以此觸控面板200為範例來說明本發明。然而，本發明亦能夠配合任何其它觸控面板來一起使用，舉例來說，圖1的觸控面板或是僅能夠偵測主動式手寫筆的觸控面板。如不使用電容式觸控面板200，亦能夠使用其它感測機制。
為決定一主動式觸控筆的目前位置1的良好預測，必須作下 面假設。
在取樣時間訊框t中，各行之中的測量向量f(x,t)以及各列之中的測量向量f(y,t)假設如下：f(x,t)=pen(t)[g(x；px(t))+d(x；px(t))]+nx(t) (1)
f(y,t)=pen(t)[g(y；py(t))+d(y；py(t))]+ny(t) (2)
Pen(t)為一隨機程序，倘若該筆不存在，則其數值為零；以及，倘若該筆存在，則其數值為一。倘若該筆不存在，則其僅會測量因該些感測器所造成的測量雜訊程序nx(t)以及ny(t)。本發明假設，該些雜訊程序係起因於尖峰偵測器之輸入處具有平均值0與變異數的加性高斯白雜訊(Additive Gaussian white noise；AGWN)。根據推測，該尖峰偵測器遵循一理想的瞬間波封偵測技術(本發明不會討論尖峰偵測器施行細節)並且由原始AGWN的非線性轉換所產生。於此情況中，並且接著假設遵循雷利(Rayleigh)分佈，其具有尖峰偵測器輸出處的大小並且同樣具有在該輸入處的AGWN的雜訊變異數。
倘若該筆存在，則該筆的位置1周圍的高斯分佈亦會被測量
其中，px(t)=(a,bx(t),c)以及py(t)=(a,by(t),c)為分別因該筆的存在而引入的高斯分佈大小、位置x或y以及展開的參數。隨機程序bx(t)以及by(t)對應於該筆的瞬間位置。兩個隨機程序bx(t)以及by(t)皆具有未知的機率密度函數以及廣義不平穩(wide-sense non-stationary)。
隨機程序背景函數d(x；px(t))以及d(y；py(t))取決於該筆的存在 性並且取決於由該筆所引入的高斯分佈。為達簡化起見，該些隨機程序背景函數假設為恆定d(x；px(t))=dx0並且d(y；py(t))=dy0。
圖4所示的係用以在一表面上決定一物體之位置的設備10 的實施例。該設備10可以為一觸控螢幕、一觸控板、一主動式手寫板或是用以在一表面上決定一物體之位置的任何其它設備。設備10亦可以為一接收一觸控螢幕、一觸控板及一主動式手寫板之測量資料並且送回一物體之位置的模組。一物體可以為觸碰該表面的手指或者為觸碰該表面的手寫筆或者為位在該表面上或附近的主動式手寫筆。該設備10能夠以硬體及/或軟體來實現。
設備10包括一測量部2、一類比至數位轉換器5、一前置處 理部6、一主動式物體偵測部7、一觸碰偵測部8、一控制部11、一主動式物體追蹤部12、一觸碰追蹤部13以及一進階偵測部14。
測量部2包括複數個感測元件，其被配置成用以偵測一觸碰 該表面的物體的位置或是一發射一訊號的物體(如同主動式手寫筆)的位置。於本實施例中，該測量部2包括如圖3中所述的測量系統。所以，該些感測元件為電荷驅動器206(其亦當作主動式手寫筆的感測器)以及電荷感測器208的組合。然而，亦能夠使用任何其它測量系統。在用於觸碰測量(觸碰模式，舉例來說，用以測量手指或被動式手寫筆)的測量部2中，依序被驅動的電荷驅動器206會發送一由電荷感測器208來測量/接收的訊號。所以，該測量部會送出用於觸碰測量(觸碰模式，舉例來說，用以測量手指或被動式手寫筆)的測量資料4，用以針對依序被驅動的電荷驅動器206來測量電荷感測器208的數值。所以，該測量部2會送出一在第y列中填充著該些電荷感測器208之測量值的影像F作為測量資料4，也就是，第y列中的F的數值以及第x行的數值對應於第y個電荷驅動器206以及第x個電荷感測器208之組合的感測元件。該測量部2會進一步送出用於主動式手寫筆測量(主動式手寫筆/物體模式)的測量資料3，用以測量在主動式手寫筆測量週期期間所測到的X方向與Y方向中的數值。所以，在主動式手寫筆測量週期期間的測量資料3較佳的係一具有該m個電荷感測器208之輸出數值的第一向量fx以及一具有該n個電荷驅動器206之輸出數值的第二向量fy。 然而，亦能夠使用額外的感測元件(並非電荷驅動器206)來偵測該主動式手寫筆的訊號。所以，在主動式手寫筆模式中，每一個電荷感測器208以及每一個電荷驅動器206會運作成為一感測元件。或者，測量部2會送出因相乘行向量fx與列向量fy所獲得的影像，從而產生矩陣Fpen(x,y)=fx(x)*fy(y)。 該測量部2係受控於控制部11，舉例來說，該控制部11會在實施主動式手寫筆的測量時以及在實施觸碰的測量(手指或被動式手寫筆)時控制時序。該 些電荷感測器208的輸出數值及/或該些電荷驅動器206的輸出數值通常為依序被取得並且測量的次序與順序同樣係受控於控制部11。然而，本發明並不僅限於圖3的測量系統。用於測量一觸碰及/或一主動式手寫筆之位置的任何其它測量系統皆可採用。測量部2並非本發明的必要要件並且能夠被排列在設備10的外面，使得設備10會接收該測量部2的測量資料並且可能會(evtl.)控制該測量部2。
類比至數位轉換器5被配置成用以將測量部2的主動式手寫 筆測量的類比輸出數值3轉換成該些主動式手寫筆測量的數位輸出數值3'並且用以將測量部2的觸碰測量的類比輸出數值4轉換成該些觸碰測量的數位輸出數值4'。該類比至數位轉換器5亦能夠被配置成用以僅將測量部2的主動式手寫筆測量的類比輸出數值3轉換成該些主動式手寫筆測量的數位輸出數值3'或者用以僅將測量部2的觸碰測量的類比輸出數值4轉換成該些觸碰測量的數位輸出數值4'，倘若該兩個測量中僅有其中一個在測量部2中被捕捉。該類比至數位轉換器5並非必要要件並且能夠被排列在設備10的外面，俾使得設備10會接收該測量部2的已數位測量資料。
前置處理部6被配置成用以前置處理接收自類比至數位轉 換器5的輸出數值3'及/或4'。
於其中一實施例中，該前置處理部6會針對每一個感測元件 的幾個(至少兩個)時間連續性輸出數值組合成一個具有低誤差之經改善的輸出數值。觸碰偵測部8以及主動式物體偵測部7會以特定的偵測頻率來偵測一實體碰觸的位置或是一主動式手寫筆的位置，也就是，在每一個偵測時間訊框之後，於該偵測時間視窗中觸碰該表面的所有物體的位置或是 位在該表面上的所有主動式手寫筆的位置都會被偵測一次。所以，在已述的實施例中，於其中一個偵測時間視窗裡面的位置偵測係以每一個感測元件的幾種實現方式為基礎，以便在後續的位置偵測中達成更顯著改善的輸出數值集。所以，一偵測時間訊框會大於一測量時間訊框。然而，倘若沒有任何平均運算，則該偵測時間訊框會等於該測量時間訊框。端視雜訊分佈而定，可以使用平均值(mean)或中間值(median)來組合該多個時間連續性測量值。這在主動式手寫筆模式的測量中會特別有利，因為該主動式手寫筆的該些測量有較高的誤差。在主動式手寫筆模式的測量中，較佳的係，複數個測量向量fx會被組合並且複數個測量向量fy會被組合。此優點為，對照於組合相乘fx與fy所產生的整個影像F，計算工作會減少。然而，此平均化步驟亦能夠直接被應用至影像F及/或觸碰模式的測量值4'。然而，此平均化步驟並非必要要件並且能夠省略。
於前置處理部6的其中一實施例中，一中間值濾波器會被應 用至測量資料3'與4'。在主動式手寫筆模式的測量資料3'中，該中間值濾波器會先獨立地被應用至向量fx與fy。或者，倘若主動式手寫筆模式的測量資料3'為一影像，則一二維的中間值濾波器則會被應用至測量資料3'。此中間值濾波步驟雖然特別有利於主動式手寫筆模式，但是，亦能夠應用至觸碰模式的測量資料4'。較佳的係，該中間值濾波步驟係被應用在前面提及的平均步驟之後。然而，此步驟亦能夠被應用在前面提及的平均步驟之前或者應用在沒有前面提及的平均步驟。然而，此中間值濾波步驟同樣並非必要要件並且能夠省略。
於前置處理部6的其中一實施例中，主動式手寫筆模式的測 量資料3'會藉由測量向量fx與fy的外積而被轉變為一測量影像，從而產生下面的圖像Fpen；raw，其具有第x行與第y列的圖像元素Fpen；raw(x,y)fpen；raw(x；y)=fx(x)．fy(y) (5)
其係藉由相乘向量fx的第x個元素與向量fy的第y個元素所算出。倘若接收自類比至數位轉換器5及/或接收自測量部2的測量資料3'已經具有影像Fpen；raw的形式，則此步驟便能夠被省略。較佳的係，此步驟係在平均步驟之後及/或在中間值濾波步驟之後被實施。然而，此三個步驟的任何其它選集或順序亦能夠被適用。
於前置處理部6的其中一實施例中，測量資料3'及/或4'會以背景函數Fref為基礎進行等化，該背景函數Fref係原生觸碰輸入影像的長期平均值，其通常係在該裝置的生產及/或開機期間被算出。此步驟為等化該背景函數的必要步驟，從而知悉被儲存在Fref之中的先驗觸碰背景函數。實施等化時假設Fpen；raw的背景函數以及Fref的背景函數成比例。實際上，Fraw以及Fref具有負極性的觸碰，而Fpen；raw具有相反極性的觸碰。所以，該訊號會反向並且等化會變成：
於最佳的情況中，這會在Fpen中導致一恆定(均勻)背景，其接著會依序被使用在手寫筆偵測與局部化演算法中。因此，其應該很容易模擬及去除。該等化步驟較佳的係在平均步驟、中間值濾波步驟及/或影像創造步驟之後被實施。然而，亦可以改變順序及/或可以配合該等化步驟僅實施該些步驟的一子集。
主動式物體偵測部7被配置成以接收自前置處理部6的資料 3"為基礎或者以測量資料3或3'為基礎在該表面上偵測一主動式物體的實際位置，倘若沒有實施前置處理。該主動式物體偵測部7進一步被配置成以接收自前置處理部6的資料3"為基礎或者以測量資料3或3'為基礎在該表面上偵測多個主動式物體的實際位置，倘若沒有實施前置處理。較佳的係，經等化的影像Fpen係接收自該前置處理部6，以便偵測一主動式物體的位置。一主動式物體的較佳的係一主動式手寫筆觸控筆，但是，會主動發射電磁訊號的所有其它主動式物體皆能夠被該主動式物體偵測部7偵測到。 如前面已提及，該主動式物體偵測部7會在每一個偵測時間視窗裡面接收一組測量資料3"，舉例來說，該經等化的影像Fpen。
圖5所示的係用以在每一個偵測時間視窗中偵測該主動式 物體的位置或是偵測多個主動式物體的位置的偵測過程。在第一步驟S1中，一物體清單會被重置，俾使得其不含有任何已偵測的物體位置。該物體清單會被該偵測過程期間於該實際偵測時間視窗裡面被偵測到的所有主動式物體填滿。
在步驟S2中會尋找一被偵測物體的最佳候選點。於其中一 實施例中會以該主動式手寫筆模式的測量資料3、3'或3"為基礎來製備主動式物體位置的排名候選點清單。或者，亦可以如稍後解釋般地以在步驟S8中所修正的影像Fpen；corrected為基礎而在每一次疊代運算中僅偵測最佳候選點。於其中一實施例中，該候選點清單中的候選點係以Fpen裡面的極端值為基礎所找到。因為本發明相信等效並且計算上更有效，所以，該些極端值的指標會以向量fx與fy為基礎來獨立決定。該主動式物體的存在會取 決於該測量資料而由最大值或最小值來表示。對應的極端值會取決於該測量資料而被決定。在下文中雖然僅提及最大值作為極端值，但是，倘若以最小值來代表該主動式物體，則該過程同樣適用。經決定的最大值的數量會受到限制，以便限制候選點的最大數量；或者，該最大值的下限會被決定，以便限制候選點的數量。為尋找該些最佳候選點，該些候選點會被排名。最簡單的情況係使用最大值的數值來排名。然而，較佳的係，取決於由一主動式物體所導致的尖峰的期望值及/或取決於接收自主動式物體追蹤部12的預測位置(xp,yp)來計算每一個候選點的分數。該主動式物體追蹤部12會以在一(或多個)先前偵測時間視窗中被偵測到的一主動式物體的最近位置或是它的最近軌跡為基礎來預測該主動式物體的實際位置。有最佳分數的候選點(也就是，尖峰值最靠近預期的尖峰值及/或該些位置最靠近在最近偵測時間訊框中所偵測到的多個主動位置中的其中一個位置)的排名會最高。具有第k個最大值的候選點的分數範例如下：
其中，xmax[k]為含有最大尖峰的x指標的向量xmax的第k個向量元素，ymax[k]為含有最大尖峰的y指標的向量ymax的第k個向量元素，為該表面上的一主動式物體的預期尖峰值，f(xmax[k],ymax[k])為第k個最大值的經測量尖峰值，xp為在該(些)最近偵測視窗中被偵測到的一主動式物體的預測位置的x位置，yp為在該(些)最近偵測視窗中被偵測到的一主動式物體的預測位置的y位置，為在x中的預期平均步階(或是步階大小或遞增值)，為在y中的預期平均步階(或是步階大小或遞增值)，以及σ △x 與σ △y 分別為在x 與y中的步階(或是步階大小或遞增值)的預期標準差。已被標記為檢查過的候選點將不會被視為最佳候選點，俾使得所有候選點係從最佳至最差以遞迴方式被分析。
步階(或是步階大小或遞增值)亦稱為「速度」：事實上，步 階與速度之間的唯一差別係乘法常數，因為上面公式(7)代表正規化數值，所以，該乘法常數能夠被避免。
於一第一實施例中，公式(7)的所有數值係由該程式本身來 決定並且在該裝置運轉中進行調適。於一第二實施例中，公式(7)的所有數值係事先決定(舉例來說，以統計方式來決定)並且被饋送至該演算法作為外部參數。於一第三實施例中則一起使用第一實施例與第二實施例，也就是，一開始使用外部參數，並且在飛行(fly)中經由新輸入來進行更改。
在步驟S3中會檢查是否已發現一候選點。舉例來說，可以 用所算出的分數為基礎來判斷。但是，亦可以採用其它判斷準則。倘若沒有發現到任何候選點，則該過程便會結束。倘若發現到一候選點，則在步驟S4中會將該發現到的候選點標記為已檢查，以免針對此候選點重複進行此過程。步驟S4能夠被排列在步驟S2與S8之間的任何地方。
在步驟S5中，於一主動式物體出現在該表面上期間在影像 Fpen中預測的圖樣的模型會被擬合至一圍繞在步驟S3中所選出的最佳候選點之位置的資料視窗。配合已述的前置處理，該模型為如公式(1)至(4)中所述之具有一恆定背景的單一高斯分佈
然而，在其它測量設備及/或其它前置處理中亦能夠使用其它預期的圖樣分佈。萊文貝格-馬夸特(Levenberg-Marquardt)演算法能夠被用來尋找最佳的參數集(a,bx,by,c,dx0,dy0)，其中，參數bx,by提供要被偵測的物體的次像素確實位置。在x與y方向中的兩個高斯分佈能夠分開被估測或是以一對應的2D高斯分佈一起被估測。該萊文貝格-馬夸特演算法為一疊代式演算法並且輸出的速度會取決於該些要被估測的參數的良好起始數值，並且有時候輸出的品質也會取決於該些要被估測的參數的良好起始數值。為了讓參數bx,by有良好的起始點會使用到該資料視窗之重心的座標。計算該重心的其中一種簡單方式係使用力矩
這會為要被偵測的主動式物體的次像素確實位置產生一健全且非常良好的預測器。其它參數的起始數值會被事先決定。
偵測一物體之確實位置的關鍵問題(尤其是針對非常小型的物體，如觸控式手寫筆或是主動式手寫筆)為涉及少量的測量點，因此少數的資料點可用於偵測該確實位置。這對於偵測被排列成彼此靠近(舉例來說，在2至5個測量點(觸碰像素)裡面)之多個物體更是重要，其中，介於兩個觸碰像素之間的距離在目前技術的觸控螢幕中為大約(ca.)5mm。
所以，於其中一實施例中，測量資料3"會在每一個空間維度(x與y)中被升取樣。這可以補償該些物理性感測元件的較低解析度，尤 其是當兩個目標物緊密地放置時。該訊號係利用一最佳重建濾波器來升取樣，其係由sinc核心函數所提供。其會導致用於頻寬非常有限的此特殊類型訊號之輸入目標值的最佳重建。利用sinc核心函數的升取樣係利用2D傅立葉轉換(舉例來說，快速傅立葉轉換(FFT))以及補零來施行。補零會在傅立葉空間中於該傅立葉轉換的離散點之間增加數值零的取樣點。就該訊號的所有點而非僅在內插兩個取樣點時的相鄰點來說，這會產生一較高的取樣率。因為2D FFT為水平軸與垂直軸中可分開的運算，所以，本發明的申請專利範圍的一部分係利用兩個1D FFT來計算2D FFT，以便升取樣該候選點位置周圍的測量資料3"。其在數學上等效於在空間域中以sinc(x)函數(sin(x)/x)實施該資料視窗的捲積(convolution)。然而，捲積通常需要較多的運算以計算結果。用於升取樣的區域雖然能夠為任何尺寸的矩形；然而有效的計算方式係使用為2的冪次的邊長，也就是，具有2、4、8、16、32等尺寸的觸碰像素，其會提供該傅立葉轉換的有效計算。在2D中，這會造成各式各樣可能的區域形狀與尺寸：2x2、4x2、4x4、8x2、8x4、8x8等；這同時會提升硬體與功率的效率。或者，倘若必須在該表面上或是在一特定區域中偵測大量物體，則該升取樣則會在完整的資料集Fpen中或是在該特定區域中被實施。令人驚訝的係，即使實際被測量點的數量仍維持相同，這仍會提高對被緊密放置之物體的靈敏性並且降低接近50%的位置錯誤。
和低解析度有關的進一步問題為次像素定位中的像素鎖 定：此效果會導致類階梯狀軌道。顯著的觀察係，在非線性最小平方參數最佳化中利用適當的目標模型(target model)，此些問題會在多重觸碰以及多重觸控筆定位中減少並且可以將超解析極限從約0.6降至0.4，其對應於將 次像素解析度提高+50%。倘若必須節省計算資源，則非線性最小平方參數最佳化則會被避免並且以有視窗的形心計算來取代。像素鎖定以及階梯化能夠藉由以輸入訊號為基礎適應性地選擇視窗尺寸而被避免：當該輸入訊號要有奇取樣對稱性時(觸碰/手寫筆靠近像素的中心)，視窗尺寸必須為奇數；當其要有偶取樣對稱性時(觸碰/手寫筆靠近兩個相鄰像素之間的邊界)，視窗尺寸必須為偶數。所以，於其中一實施例中，該擬合視窗的尺寸會變成步驟S5中的一額外的擬合參數。就僅可能有兩個尺寸的意義(其中一個為奇數尺寸而另一個為偶數尺寸)來說，該參數可以為二元式。或者，該視窗的完整尺寸亦可能為一擬合參數。此優點為可以在該擬合中使用最佳視窗尺寸，因為較大視窗的問題係在該物體之位置外面的雜訊會讓擬合結果變差；而較小視窗同樣會產生不佳的結果，因為該圖樣的一部分會被切除。於另一實施例中，該主動式觸控筆觸碰候選點究竟有奇取樣對稱性或偶取樣對稱性會被偵測。這能夠藉由決定該主動式觸控筆觸碰候選點的粗略位置來實施，舉例來說，藉由計算該主動式觸控筆觸碰候選點之經決定的像素精確位置周圍的測量值的形心。倘若此粗略位置在其中一個維度中比較靠近兩個觸碰像素之間的中心，則於此維度中會選擇偶數視窗尺寸。倘若此粗略位置在該其中一個維度中比較靠近一觸碰像素而非該中心，則於此維度中則會選擇奇數視窗尺寸。這亦能夠在第二維度中實施。該經決定的粗略位置接著能夠作為該擬合演算法的起始點
在步驟S6中會測試從S5中的擬合步驟所算出的擬合分數是否滿足特定準則，舉例來說，在一特定的臨界值以上。一擬合分數會提供被擬合在該資料視窗上的函數的擬合品質數值。因此，較低分數的意義為 較低的擬合信賴度。所以，步驟S6提供目前的候選點是否對應於要被偵測之物體的資訊。倘若候選點並非要被偵測之物體，也就是，倘若該擬合分數沒有滿足特定準則，則該過程會回到步驟S2，其會於該處尋找或查找下一個最佳的候選點。否則，該過程會繼續前往步驟S7。
於此實施例中，步驟S5中的次像素位置偵測係以模型擬合 為基礎。然而，其亦可以利用其它手段來計算該次像素位置，舉例來說，藉由重心。倘若計算功率降低並且必須提供一種低計算及有效的解決方案，則此種手段會有好處。於此情況中，測試該候選點是否對應一要被偵測之實際物體的候選點會以其它手段來實施，舉例來說，以在步驟S2中所算出的分數為基礎。
在步驟S7中，步驟S5的擬合函數會從測量資料3"(舉例來 說，Fpen)中被扣除。此作法的主要優點係位置靠近目前候選點的後續候選點不會因目前候選點的資料而被偽造。此現象稱為圖6與7中所示的團體中心鎖定(group-center-locking)。當多個觸碰在空間中緊密相關時，外面的候選點圖樣(舉例來說，觸碰圖樣、主動式手寫筆圖樣)的估測位置會偏向中央觸碰，如圖6中所見。此現象的原因為由觸碰面板鑽石尺寸(diamond size)所實施的強烈空間次取樣。在圖6中心的候選點通常被決定為最佳候選點，因為鄰近候選點的影響的關係，其會導致較強的觀察強度。在步驟S7中，該擬合函數會從測量資料3"(舉例來說，Fpen)中被扣除。所以，中心候選點右邊與左邊的連續候選點能夠毫無任何偏差地被擬合，如圖7中所示。所以，此匹配追蹤演算法會在該位置的次像素確實偵測中產生最佳的結果。 此方式並不受限於藉由模型擬合所進行的次像素偵測。倘若在步驟S5中沒 有使用任何模型擬合，則一預設的圖樣(取代該擬合函數)亦能夠從測量資料3"中被扣除。
在步驟S8中，在步驟S5中所決定的確實位置會被加至物體清單。接著，該過程會回到步驟S2，直到所有候選點皆被分析過為止。
典型的觸碰偵測演算法藉由將多重觸碰偵測問題視為被依序解決(其經常係遵照光柵掃描順序)的幾個單一觸碰偵測問題來處理該觸控螢幕資料。該輸入資料會先被探勘直到找到一合宜的觸碰圖樣為止並且接著會被處理，接著，該處理系統會前往下一個試驗性觸碰圖樣。這同樣適用於主動式手寫筆圖樣。於圖5中所述的過程中，多重觸碰/多重物體偵測的問題被視為該完整測量資料3"中的一全域性問題。一匹配追蹤程序會針對該多重物體偵測問題來設計。當在步驟S2中找到最佳候選點時，一合宜的觸碰模型會被應用於此位置，以便偵測並且精確地定位該物體。擬合分數在一臨界值之下的候選點會被拋棄。該模型的應用係藉由擬合來完成，並且將產生低擬合品質的觸碰候選點拋棄。此模型接著會從該輸入資料中被扣除以及該系統會搜尋剩餘的最佳觸碰候選點並且重複進行相同的程序。此全域性程序有下面幾項優點。首先，該過程從最佳候選點開始。這意謂著具有較低分數的候選點會在後面被估測，而不會損及相鄰的較佳候選點。此外，該最佳候選點的結果亦可能已經被進一步處理過，倘若該最佳候選點確認為一經偵測的物體。該些候選點的分數的計算可能包含物體追蹤12的資訊，也就是，在前面被偵測到的物體位置的資訊。此外，該程序的進一步優點係，該些候選點的位置能夠以輕易並且計算快速的方式在像素位準處被偵測到。倘若該候選點實際上為一經偵測的物體，那麼， 具有次像素精確度的該物體的確實位置以及判斷便會在一第二步驟中被實施。所以，用於次像素偵測的演算法會從該潛在物體的一像素精確度位置處開始。這可作為該擬合演算法的起始數值及/或此用來計算重心之粗略像素精確位置周圍所使用的視窗。
觸碰偵側部8會對應於主動式物體偵測部7，以測量資料4" 為基礎來偵側觸碰。步驟S5的物體模型在該些觸碰中雖然可能不相同；然而，亦可以針對該些觸碰而有不同的偵測程序。
觸碰追蹤部13會對應於主動式物體追蹤部12，以觸碰偵側 部8的最近偵側位置為基礎及/或以測量資料4"為基礎來追蹤(多個)觸碰。
進階偵測部14會以已接收的訊號圖樣為基礎，也就是，以 測量資料4"為基礎，來偵測一主動式物體的進一步特性。於其中一實施例中，一手寫筆的排列方式便係由此進階偵測部來決定。該排列方式包括下面之中的一或更多者：盤旋高度、z距離、方位角以及仰角。
控制部11會控制設備10的其餘部分。於其中一實施例中， 該控制部11會接收被主動式物體偵測部7及/或觸碰偵測部8所偵測到的位置並且以此位置為基礎來實施設備10的控制，舉例來說，在一顯示器上顯示該位置，或者，將該位置向外提供給另一裝置(諸如一顯示器或是另一控制器)。
於下面的實施例中將會解決下面的問題。一觸控螢幕的典型 掃描程序為序列式：觸碰像素係逐個(完整的序列式系統)或者逐線(於此情況中，該掃描係沿著列或行的序列式)被讀取。此些掃描程序雖然簡單並且高效能；但是，並非觸碰偵測與追蹤應用的最佳掃描程序：目標物(以及感 興趣的像素)的數量遠低於一觸控螢幕的像素總數。於個人PC觸控螢幕的情況中，於具有10,000個觸碰像素的面板中，典型的數值為10至20個觸碰(最多對應於100至200個被刺激的觸碰像素)。因此，大部分的掃描能量與時間係花費在掃描沒有觸碰的地帶。此實施例能夠獨立地應用於主動式物體測量與偵測及/或應用於觸碰物體測量與偵測。然而，該實施例雖然僅在觸碰測量與偵測的背景中作說明；不過，其同樣適用於主動式物體測量與偵測。
於圖8中所示的此實施例中，控制部11會決定兩種不同的 測量模式，其中，當沒有偵測到任何觸碰時會使用第一種測量模式(全訊框掃描模式)；以及當偵測到至少一個觸碰時則使用第二種測量模式(選擇性掃描模式)。於第一種測量模式中，所有觸碰像素會在步驟S11中被依序掃描。 所以，控制部11會發送時序視窗給該些感測元件中的每一者，舉例來說，在圖1與3中發送給電荷驅動器206，因此，該些電荷驅動器206會依序被驅動用以發射一電荷。用於測量部2之不同位置感測器的此時間視窗訊號顯示在圖9A中。在步驟S13中，所有觸碰會如前面詳細說明般地以完整的測量資料4為基礎被偵測。在步驟S14中，倘若一觸碰被偵測到，則該控制部11便會將該測量部2切換至在步驟S12中的第二種測量模式。否則，步驟S11與S13便會重複進行，直到一觸碰被偵測到為止。
在S12中的第二種測量模式中，首先會定義一位於該最近被 偵測到之位置周圍的區域。於該情況中，幾個觸碰已經被偵測到，幾個區域已經被定義，每一個區域各針對一觸碰。倘若有二或更多個觸碰的位置彼此靠近，則其亦可以為該些觸碰定義一共同區域。此區域能夠被選為相 當小並且應該顧及該觸碰圖樣的寬度以及針對下一個偵測訊框所預測的觸碰位置的最大距離。舉例來說，此區域的邊長可以小於15個或10個觸碰像素。
接著，在第二種測量模式中，用於測量部2的測量圖樣會被 改變，俾使得對應於該(些)已定義區域的感測元件被測量的頻率會比位在此區域外面或是此些區域(倘若有多個區域)外面的感測元件更為頻繁。「更為頻繁」應該還包含下面的情況：與該(些)已定義區域無關的感測元件中的一部分或全部不會在第二種測量模式中被測量。「更為頻繁」不應該表示為在該些感測元件處的測量必須為固定的頻率及/或必須以一重複性的測量圖樣來測量。倘若於一特定的時間週期中與該(些)已定義區域有關的測量的數量高於與該(些)已定義區域無關的測量的數量，則亦可以使用任何其它隨機並且非重複性的測量圖樣。圖9B、9C、以及9D顯示此測量圖樣的不同範例。 在圖9B中，與該已定義區域有關的所有感測元件(此圖中為兩個)係依序被測量並且當該已定義區域的最後感測元件已被測量時，該測量便會從該已定義區域的第一個感測元件重新開始。在圖9C與D中，每一個感測元件會在下一個感測元件被測量之前被測量N次。然而，圖9B至9D僅為範例而不應限制本發明。圖10所示的係用於圖9A至9D中所示之測量圖樣的其中一個感測元件的測量週期(矩形)。於第一排中顯示對應於該第一種測量模式的圖9A的圖樣。第二排至第四排對應於圖9B至9D的測量圖樣。如圖中所見，在第二種測量模式中的相關感測元件的測量數量高於(四倍)相同時間週期中的第一種測量模式中。這不僅會大幅地縮短用於在測量部2中以及在步驟S12中決定有關的測量點的時間，還會大幅地縮短在步驟S13中前置 處理在前置處理部6中以及在觸碰偵測部8中的該已測量資料的時間。這係因為僅必須處理該(些)已定義區域的小型測量視窗。所以，可以在第二種測量模式中提高偵測頻率。或者，甚至除此之外，即使偵測頻率下降，在前置處理部6中用於平均步驟的測量次數仍會增加。所以，第二種測量模式可以提高偵測頻率且因此提高設備10的反應率，及/或藉由增加一個偵測時間視窗的實現次數而提高測量的品質。
在步驟S13中，較佳的係，會實施和在第一種測量模式中相 同的步驟，但是僅針對該(些)已定義區域來實施。倘若有更多區域，那麼，該前置處理與偵測步驟便會針對每一個區域來實施。控制部11可能會改變某些參數，諸如偵測的頻率或是在前置處理中用於平均的實現次數。在步驟S14中會再次在具有(多個)小尺寸的(多個)資料視窗中檢查是否有至少一個觸碰在步驟S13中被偵測到。若是，則該過程會停留在該第二種測量模式中並且回到S12。否則，該過程便會切換回到第一種測量模式並且前往S11。在步驟S12中，該區域或是該些區域會以該(些)觸碰的該(些)新偵測到的位置為基礎來重新定義。
S1‧‧‧步驟
S2‧‧‧步驟
S3‧‧‧步驟
S4‧‧‧步驟
S5‧‧‧步驟
S6‧‧‧步驟
S7‧‧‧步驟
S8‧‧‧步驟

Claims (17)

  1. 一種用以在一電容式觸控裝置上定位一主動式觸控筆的方法，該電容式觸控裝置包括位在一第一方向中的一第一電荷感測器陣列以及位在不同於該第一方向的一第二方向中的一第二電荷感測器陣列，其中，該第一電荷感測器陣列被排列成用以測量一第一資料向量，該第二電荷感測器陣列被排列成用以測量一第二資料向量，該方法包括下面步驟：-以一第一精確度來定位該主動式觸控筆，-以高於該第一精確度的一第二精確度來定位該主動式觸控筆，其中，該以一第一精確度來定位該主動式觸控筆的步驟包括：-定位主動式觸控筆觸碰候選點，且其中，該以一第二精確度來定位該主動式觸控筆的步驟包括：-擬合一模型函數至每一個主動式觸控筆觸碰候選點，-將一擬合分數與該擬合產生關聯，-取決於該擬合分數與一擬合臨界值來拋棄主動式觸控筆觸碰候選點，-在擬合該模型函數至一後續的主動式觸控筆觸碰候選點之前，從該第一資料向量與該第二資料向量扣除該已擬合的模型函數。
  2. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中，該第一精確度為一像素精確度，並且該第二精確度為一次像素精確度。
  3. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中，該定位主動式觸控筆觸碰候選點的步驟包括： -藉由使用一臨界值來尋找該第一資料向量中與該第二資料向量中的最大值，-計算用於該第一資料向量中與該第二資料向量中每一個最大值的一候選點分數，-以該候選點分數為基礎，選擇該第一資料向量中與該第二資料向量中的該最大值作為該主動式觸控筆觸碰候選點的一座標。
  4. 根據申請專利範圍第3項的方法，其中，該候選點分數取決於在一先前時間點該主動式觸控筆的一追蹤。
  5. 根據申請專利範圍第1項的方法，其包括：-藉由使用一sinc核心函數(sincKernel)來升取樣(upsample)該電容式觸控螢幕的一區域中的該第一資料向量及/或該第二資料向量的該資料。
  6. 根據申請專利範圍第5項的方法，其中，該升取樣係藉由使用一快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform)來實施。
  7. 根據申請專利範圍第6項的方法，其包括：-應用一1D快速傅立葉轉換至該區域中的該第一資料向量，以及-應用一1D快速傅立葉轉換至該區域中的該第二資料向量。
  8. 根據申請專利範圍第6項的方法，其包括：-對該經傅立葉轉換的資料進行補零(zero padding)。
  9. 根據申請專利範圍第8項的方法，其中，該區域具有至少一側為2^n個像素的一矩形形狀，其中，n為一整數。
  10. 根據申請專利範圍第1至9項中任一項的方法，其中，該以一第一精確度來定位該主動式觸控筆的步驟包括： -定位該些主動式觸控筆觸碰候選點中的一最佳候選點，其中，該以一第二精確度來定位該主動式觸控筆的步驟包括：-擬合一模型函數至該些主動式觸控筆觸碰候選點中的該最佳候選點，-從該第一資料向量與該第二資料向量扣除該已擬合的模型函數，且其中，針對已扣除該已擬合模型的該第一資料向量與該第二資料向量重複進行該以一第一精確度來定位該主動式觸控筆的步驟以及該以一第二精確度來定位該主動式觸控筆的步驟。
  11. 根據申請專利範圍第1至9項中任一項的方法，其中，該模型函數係擬合至一擬合視窗裡面的每一個主動式觸控筆觸碰候選點，且其中，倘若從該主動式觸控筆所發射的該訊號具有一奇取樣對稱性，則該擬合視窗的尺寸係適應性地以該第一資料向量與該第二資料向量為基礎而具有一奇數視窗尺寸，並且倘若從該主動式觸控筆所發射的該訊號具有一偶取樣對稱性，則該擬合視窗的尺寸係適應性地以該第一資料向量與該第二資料向量為基礎而具有一偶數視窗尺寸。
  12. 根據申請專利範圍第1至9項中任一項的方法，其中，該電容式觸控面板包括複數個感測元件，該方法包括下面步驟：-在一時間訊框期間掃描該些感測元件，-以此掃描為基礎來偵測該主動式觸控筆的一位置，-決定該主動式觸控筆之該被偵測位置周圍的一偵測區域，該偵測區域包括一感測元件子集，-在隨後的時間訊框期間，以高於位在該偵測區域外面之該些感測元件 的頻率來掃描該感測元件子集。
  13. 根據申請專利範圍第12項的方法，其包括當該主動式觸控筆的該位置沒有被偵測到時的一第一種測量模式，以及當該主動式觸控筆的該位置被偵測到時的一第二種測量模式，其中，在該第二種測量模式中，該感測元件子集會以高於位在該偵測區域外面之該些感測元件的頻率被掃描。
  14. 一種用以在一電容式觸控裝置上定位一主動式觸控筆的設備，該電容式觸控裝置包括位在一第一方向中的一第一電荷感測器陣列以及位在不同於該第一方向的一第二方向中的一第二電荷感測器陣列，其中，該第一電荷感測器陣列被排列成用以測量一第一資料向量，該第二電荷感測器陣列被排列成用以測量一第二資料向量，該設備包括：-一第一計算模組，其被排列成以一第一精確度來定位該主動式觸控筆，-一第二計算模組，其被排列成以高於該第一精確度的一第二精確度來定位該主動式觸控筆，其中，該第一計算模組被排列成用以：-定位主動式觸控筆觸碰候選點，且其中，該第二計算模組被排列成用以：-擬合一模型函數至每一個主動式觸控筆觸碰候選點，-將一擬合分數與該擬合產生關聯，-取決於該擬合分數與一擬合臨界值來拋棄主動式觸控筆觸碰候選點， -在擬合該模型函數至一後續的主動式觸控筆觸碰候選點之前，從該第一資料向量與該第二資料向量扣除該已擬合的模型函數。
  15. 根據申請專利範圍第14項的設備，其中，該第一計算模組與該第二計算模組為相同的模組。
  16. 一種用以在一電容式觸控裝置上定位一主動式觸控筆的電腦程式產品，該電容式觸控裝置包括位在一第一方向中的一第一電荷感測器陣列，以及位在不同於該第一方向的一第二方向中的一第二電荷感測器陣列，其中，該第一電荷感測器陣列被排列成用以測量一第一資料向量，該第二電荷感測器陣列被排列成用以測量一第二資料向量，該電腦程式產品包括：一有形的電腦可使用媒體，其包含用以在一電容式觸控裝置上定位一主動式觸控筆的電腦可使用的程式碼，該電腦可使用的程式碼被用來-以一第一精確度來定位該主動式觸控筆，-以高於該第一精確度的一第二精確度來定位該主動式觸控筆，其中，該以一第一精確度來定位該主動式觸控筆的步驟包括：-定位主動式觸控筆觸碰候選點，且其中，該以一第二精確度來定位該主動式觸控筆的步驟包括：-擬合一模型函數至每一個主動式觸控筆觸碰候選點，-將一擬合分數與該擬合產生關聯，-取決於該擬合分數與一擬合臨界值來拋棄主動式觸控筆觸碰候選點，-在擬合該模型函數至一後續的主動式觸控筆觸碰候選點之前，從該第一資料向量與該第二資料向量扣除該已擬合的模型函數。
  17. 一種電腦資料載體，用以儲存利用根據申請專利範圍第1至13項中任一項的方法所產生的表現內容。
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