TWI413925B

TWI413925B - 光學觸控系統、物件位置計算裝置以及物件位置計算方法

Info

Publication number: TWI413925B
Application number: TW099119188A
Authority: TW
Inventors: Cheng Nan Tsai; Tzung Min Su; Chih Hsin Lin
Original assignee: Pixart Imaging Inc
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2013-11-01
Also published as: TW201145117A; US8477119B2; US20110304588A1

Description

光學觸控系統、物件位置計算裝置以及物件位置計算方法

本發明是有關於一種觸控技術，且特別是涉及一種可較準確地進行座標定位的光學觸控系統、物件位置計算裝置以及物件位置計算方法。

圖1為習知之一種光學觸控系統的立體圖。請參照圖1，此光學觸控系統100包括有面板104、物件位置計算裝置106與108、座標計算裝置110、反光元件112~116。其中，物件位置計算裝置106又包括有影像感測器106A與處理電路106B，而物件位置計算裝置108又包括有影像感測器108A與處理電路108B。處理電路106B與108B分別電性耦接影像感測器106A與108A，以分別接收這二個影像感測器所感測到的影像，進而分別計算出物件102在感測影像中之成像範圍的重心，以做為物件102在感測影像中之代表位置。而座標計算裝置110電性耦接處理電路106B與108B，以接收此二者所輸出之二個代表位置，近而依據此二個代表位置來計算出物件102在觸控表面118的相對座標位置。

而如圖1所示，觸控表面118乃是一個四邊形區域，且其形狀較佳為矩形。至於上述這些反光元件則皆用以將光線反射至觸控表面118，但都不會形成觸控表面118的鏡像。

圖2為光學觸控系統100進行單點觸控的說明圖。在圖2中，標號與圖1中的標號相同者表示為相同構件。如圖2所示，影像感測器106A能沿著感測路線202感測到物件102，而影像感測器108A則能沿著感測路線204感測到物件102。因此，只要能計算出感測路線202與204的交點，就能獲得物件102的座標。

承上述，處理電路106B會依據影像感測器106所感測到的影像來計算出物件102之成像範圍的重心，以將此重心當作物件102在感測影像中之代表位置而輸出至座標計算裝置110，讓座標計算裝置110可以依據此代表位置而進一步取得感測路線202的直線方程式。同樣地，處理電路108B也會依據影像感測器108所感測到的影像來計算物件102之成像範圍的重心，以將此重心當作物件102在感測影像中之代表位置而輸出至座標計算裝置110，讓座標計算裝置110可以依據此代表位置而進一步取得感測路線204的直線方程式。然而，處理電路106B與108B所計算出的重心卻經常有所偏差，導致座標計算裝置110所計算出之物件102的座標發生了誤差。以下將作進一步解釋。

以物件位置計算裝置106的操作為例，在物件102鄰近觸控表面118之前，處理電路106B會先透過影像感測器106A感測觸控表面118，以便取得不含物件102之影像的影像，並將此影像作為一背景影像。然後，處理電路106B會取得此背景影像之每行像素中至少一像素的亮度值，以形成一亮度分佈圖。舉例來說，處理電路106B可取得此背景影像之每行像素中N個最亮像素的亮度值，並計算每行像素中選定之N個最亮像素的亮度平均值或亮度總值，進而形成一亮度分佈圖，其中N為自然數。當然，處理電路106B也可以是取得此背景影像之每行像素中高於一預設門檻值之複數個像素的亮度值，以便計算每行像素中高於此預設門檻值的這些像素的亮度平均值，進而形成一亮度分佈圖。此亮度分佈圖係呈現出一曲線，這是因為背景亮度通常並非均勻的關係。圖3即是從一背景影像取得之亮度分佈圖的示範例，此圖所示曲線中之任一點皆表示為背景影像之行像素的亮度值。

接著，當物件102鄰近觸控表面118時，處理電路106B便可透過影像感測器106A取得含有物件102之影像的影像。圖4即為影像感測器所感測到之影像的示意圖。在圖4中，標示400表示為影像感測器106A的影像感測窗(image sensing window)。而標示402所指之白色區域即是藉由反光元件114與116所反射的光線，而在影像上形成亮度較高的亮區(bright zone)，此亮區402就是主要的感測區。至於標示404就是物件102遮蔽光線所造成的暗紋。

在取得含有物件102的影像後，處理電路106B就會將此影像當作一感測影像，並採用與取得前述亮度分佈圖相同的方法來取得此感測影像之亮度分佈圖。圖5即是從所述感測影像取得之亮度分佈圖的示範例，此圖所示曲線中之任一點皆表示為感測影像之行像素的亮度值。在圖5中，標示W所指之範圍即是物件102所造成的低亮度範圍。然後，處理電路106B會比較圖3與圖5這二個亮度分佈圖的亮度差異，以設定感測影像之亮度分佈圖中之複數個行像素亮度值為物件102的成像範圍。舉例來說，處理電路106B在比較完這二個亮度分佈圖的亮度差異之後，便可將感測影像之亮度分佈圖中之與背景影像之亮度分佈圖各點亮度值差異大於一預設亮度差異之複數個行像素亮度值的分佈範圍設定為物件102的成像範圍。換句話說，就是將具有預設亮度差異之行像素的分佈範圍視為物件102於影像感測器106A之影像感測窗400中的成像範圍。以此例來說，圖5之標示W所指的範圍即是對應至上述之成像範圍。

接下來，在取得物件102的成像範圍後，處理電路106B就會開始計算上述二個亮度分佈圖於上述成像範圍之曲線段的亮度差，以進一步計算物件102之成像範圍的重心。圖6即繪示上述二個亮度分佈圖於上述成像範圍之曲線段。在圖6中，標示W所指之範圍即是物件102所造成的低亮度範圍。而點B₀ ~B_N 所形成之曲線段即為背景影像之亮度分佈圖於上述成像範圍之曲線段，至於點S₀ ~S_N 所形成之曲線段則為感測影像之亮度分佈圖於上述成像範圍之曲線段，其中N為自然數。假設點B₀ ~B_N 在影像感測窗400之橫軸座標中的位置依序為X₀ ~X_N ，而點S₀ ~S_N 在影像感測窗400之橫軸座標中的位置亦依序為X₀ ~X_N ，那麼處理電路106B便可依據下列式(1)來計算物件102之成像範圍的重心：

，其中G即為所述重心，ΔI _i =B _i -S _i ，而ΔI _i 表示亮度差。

基本上，計算出來的重心應該要越接近範圍W的中心越好，範圍W的中心可用下列式(2)來表示：

，其中C即為所述中心。然而，由於背景亮度的不一致，使得B₀ ~B_N 所形成之曲線段的斜率因而改變，造成處理電路106B所計算出來的重心會隨著曲線段的斜率而偏移，進一步使得計算出來的重心會距離上述中心較遠。而由於處理電路106B所計算出來的重心會有所偏移，導致座標計算裝置110所計算出之物件102的座標發生了誤差。

本發明的目的就是在提供一種物件位置計算裝置，其所取得之物件成像範圍的重心較為準確。

本發明的另一目的是提供一種物件位置計算方法。

本發明的再一目的是提供一種光學觸控系統，其採用前述之物件位置計算裝置，因而可較準確地進行座標定位。

本發明提出一種物件位置計算裝置，其適用於光學觸控系統，用以在所擷取之感測影像中判斷物件之代表位置。此物件位置計算裝置包括有影像感測器以及處理電路。處理電路耦接影像感測器，此處理電路透過影像感測器取得包含物件影像之一感測影像，並取得感測影像之每行像素中至少一像素的亮度值，以形成一第一亮度分佈圖。接著，處理電路將第一亮度分佈圖與從一個背景影像取得之第二亮度分佈圖進行比較，以設定第一亮度分佈圖中之複數個行像素亮度值為物件之成像範圍，並從第二亮度分佈圖之對應於上述成像範圍的曲線段中，取得至少一點所對應之行像素亮度值來作為亮度參考值，以計算第一亮度分佈圖之對應於上述成像範圍的曲線段中，每一點所對應之行像素亮度值與亮度參考值之亮度差，據以進一步取得成像範圍之重心並作為物件在感測影像中之代表位置。

在本發明所述物件位置計算裝置之一較佳實施例中，上述處理電路在比較完第一亮度分佈圖與第二亮度分佈圖之後，係將第一亮度分佈圖中與第二亮度分佈圖各點亮度值差異大於預設亮度差異之複數個行像素亮度值的分佈範圍設定為上述之成像範圍。

在本發明所述物件位置計算裝置之一較佳實施例中，上述處理電路係取得感測影像之每行像素中N個最亮像素的亮度值，以便計算每行像素中選定之N個最亮像素的亮度平均值或亮度總值，進而形成第一亮度分佈圖，其中N為自然數。而上述背景影像係處理電路預先取得之不含物件影像的影像，而第二亮度分佈圖亦是處理電路透過計算背景影像之每行像素中選定之N個最亮像素的亮度平均值或亮度總值而得。

在本發明所述物件位置計算裝置之一較佳實施例中，上述處理電路係取得感測影像之每行像素中高於預設門檻值之複數個像素的亮度值，以便計算每行像素中高於此預設門檻值的這些像素的亮度平均值，進而形成第一亮度分佈圖。而背景影像係處理電路預先取得之不含物件影像的影像，而第二亮度分佈圖亦是處理電路透過計算背景影像之每行像素中高於預設門檻值的這些像素的亮度平均值而得。

在本發明所述物件位置計算裝置之一較佳實施例中，上述之處理電路是從第二亮度分佈圖之對應於上述成像範圍的曲線段中，取得所述曲線段之最低點所對應之行像素亮度值來作為亮度參考值。

本發明還另提出一種物件位置計算方法，適用於一光學觸控系統，用以在所擷取之感測影像中判斷物件之代表位置。此方法包括有下列步驟：在包含物件影像之感測影像中取得感測影像之每行像素中至少一像素的亮度值，以形成第一亮度分佈圖；將第一亮度分佈圖與從一個背景影像取得之第二亮度分佈圖進行比較，以設定第一亮度分佈圖中之複數個行像素亮度值為物件之成像範圍；從第二亮度分佈圖之對應於上述成像範圍的曲線段中，取得至少一點所對應之行像素亮度值來作為亮度參考值；以及計算第一亮度分佈圖之對應於上述成像範圍的曲線段中，每一點所對應之行像素亮度值與亮度參考值之亮度差，據以進一步取得成像範圍之重心並作為物件在感測影像中之代表位置。

在本發明所述之物件位置計算方法的一較佳實施例中，在比較完第一亮度分佈圖與第二亮度分佈圖之後，係將第一亮度分佈圖中之與第二亮度分佈圖各點亮度值差異大於預設亮度差異之複數個行像素亮度值的分佈範圍設定為上述之成像範圍。

在本發明所述之物件位置計算方法的一較佳實施例中，係取得感測影像之每行像素中N個最亮像素的亮度值，以便計算每行像素中選定之N個最亮像素的亮度平均值或亮度總值，進而形成第一亮度分佈圖，其中N為自然數。而背景影像係預先取得之不含物件影像的影像。而第二亮度分佈圖亦是透過計算背景影像之每行像素中選定之N個最亮像素的亮度平均值或亮度總值而得。

在本發明所述之物件位置計算方法的一較佳實施例中，係取得感測影像之每行像素中高於預設門檻值之複數個像素的亮度值，以便計算每行像素中高於預設門檻值的這些像素的亮度平均值，進而形成第一亮度分佈圖。而背景影像係預先取得之不含物件影像的影像。而第二亮度分佈圖亦是透過計算背景影像之每行像素中高於預設門檻值的這些像素的亮度平均值而得。

在本發明所述之物件位置計算方法的一較佳實施例中，上述之亮度參考值是第二亮度分佈圖之對應於上述成像範圍的曲線段中，最低點所對應的行像素亮度值。

本發明又另提出一種光學觸控系統，其包括有一觸控表面、至少二個前述之物件位置計算裝置以及一座標計算裝置。所述之觸控表面用以提供物件與光學觸控系統進行互動。所述之至少二個物件位置計算裝置用以計算物件在所述至少二個物件位置計算裝置的代表位置，其中所述至少二個物件位置計算裝置係分別設置於觸控表面不同位置，且所述至少二個物件位置計算裝置與觸控表面的相對位置已知。至於座標計算裝置，其用以根據所述至少二個物件位置計算裝置與觸控表面的相對位置以及所計算物件在所述至少二個物件位置計算裝置的代表位置，計算物件在觸控表面的相對座標位置。

本發明又再提出一種光學觸控系統，其包括有一觸控表面、一鏡面元件、一前述之物件位置計算裝置以及一座標計算裝置。所述之觸控表面用以提供物件與光學觸控系統進行互動。所述之鏡面元件用以形成一鏡像。所述之物件位置計算裝置用以計算物件在物件位置計算裝置的代表位置，以及物件在鏡像中所形成虛擬物件在物件位置計算裝置的代表位置。其中，物件位置計算裝置與觸控表面的相對位置已知，且物件位置計算裝置與鏡面元件設置在觸控表面中相對的二個側邊。至於座標計算裝置，其用以根據物件位置計算裝置與觸控表面的相對位置以及所計算物件以及虛擬物件在物件位置計算裝置的代表位置，計算物件在觸控表面的相對座標位置。

本發明乃是在取得物件於影像感測器之影像感測窗中的成像範圍後，再從由背景影像所取得之亮度分佈圖之對應於上述成像範圍的曲線段中，取得至少一點所對應之行像素亮度值來作為亮度參考值，以計算由感測影像所取得之亮度分佈圖之對應於上述成像範圍的曲線段中，每一點所對應之行像素亮度值與亮度參考值之亮度差，據以進一步取得成像範圍之重心並作為物件在感測影像中之代表位置。由於亮度參考值係一定值，因此可取得不受背景亮度干擾而產生偏差之重心。而由於依據此方法所計算出來的重心與物件於感測影像所造成的低亮度範圍的中心的偏差較小，使得進一步計算出來之物件座標的誤差較小。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

第一實施例：

此實施例之光學觸控系統所採用的硬體架構與圖1所示光學觸控系統所採用的硬體架構相同，然二者的不同之處，在於此實施例之光學觸控系統的物件位置計算裝置乃是採用另一種方式來進行操作。因此，以下關於此實施例之光學觸控系統的操作方式將沿用圖1所示的硬體架構來進行說明。

如圖1所示，觸控表面118具有依序連接之四個邊(未標示)，而影像感測器106A與108A係設置在觸控表面118的二個不同角落，且皆位於觸控表面118的同一邊。如此，影像感測器106A與108A就可以從二個不同的角度來感測觸控表面118之影像。

接下來，將說明此實施例之光學觸控系統的操作方式。以物件位置計算裝置106的操作為例，在物件102鄰近觸控表面118之前，處理電路106B會先透過影像感測器106A感測觸控表面118，以便取得不含物件102之影像的影像，並將此影像作為一背景影像。然後，處理電路106B會取得此背景影像之每行像素中至少一像素的亮度值，以形成一第一亮度分佈圖。舉例來說，處理電路110可取得此背景影像之每行像素中N個最亮像素的亮度值，並計算每行像素中選定之N個最亮像素的亮度平均值或亮度總值，進而形成一亮度分佈圖，其中N為自然數。當然，處理電路110也可以是取得此背景影像之每行像素中高於一預設門檻值之複數個像素的亮度值，以便計算每行像素中高於此預設門檻值的這些像素的亮度平均值，進而形成一亮度分佈圖。

接著，當物件102鄰近觸控表面118時，處理電路106B便可透過影像感測器106A取得含有物件102之影像的影像。在取得含有物件102之影像的影像後，處理電路106B就會將此影像當作一感測影像，並採用與取得前述亮度分佈圖相同的方法來取得此感測影像之亮度分佈圖。然後，處理電路106B會比較這二個亮度分佈圖，以設定感測影像之亮度分佈圖中之複數個行像素亮度值為物件102之成像範圍。舉例來說，處理電路106B在比較完這二個亮度分佈圖的亮度差異之後，便可將感測影像之亮度分佈圖中之與背景影像之亮度分佈圖各點亮度值差異大於一預設亮度差異之複數個行像素亮度值的分佈範圍設定為物件102的成像範圍。換句話說，就是將具有預設亮度差異之行像素的分佈範圍視為物件102於影像感測器106A之影像感測窗中的成像範圍。

在取得物件102的成像範圍後，處理電路106B就會開始依據上述二個亮度分佈圖於上述成像範圍之曲線段來計算物件102之成像範圍的重心。圖7即繪示上述二個亮度分佈圖於上述成像範圍之曲線段。請參照圖7，在圖7中，標示W所指之範圍即是物件102所造成的低亮度範圍，而標示702所指之虛線表示背景影像之亮度分佈圖於上述成像範圍之曲線段，至於點S₀ ~S_N 所形成之曲線段則為感測影像之亮度分佈圖於上述成像範圍之曲線段。在此例中，點S₀ ~S_N 在影像感測窗之橫軸座標中的位置亦依序假設為X₀ ~X_N 。

請繼續參照圖7，在本發明中，處理電路106B乃是從曲線段702中取得至少一點所對應之行像素亮度值來作為亮度參考值，例如是取得曲線段702之最低點B₀ 所對應之行像素亮度值來作為亮度參考值。為了解釋方便，圖7係將此亮度參考值以複數個點B₀ 所形成的直線來呈現，而這些點B₀ 在影像感測窗之橫軸座標中的位置係由左至右而依序為X₀ ~X_N 。在取得亮度參考值後，處理電路106B便計算由感測影像所取得之亮度分佈圖之對應於上述成像範圍的曲線段中，每一點所對應之行像素亮度值與亮度參考值之亮度差，據以進一步取得成像範圍之重心並作為物件102在感測影像中之代表位置。由於亮度參考值係一定值，因此可取得不受背景亮度干擾而產生偏差之重心。

同理，物件位置計算裝置108的操作，也可以按照物件位置計算裝置106的操作來進行，以便取得另一個不受背景亮度干擾而產生偏差之重心。接下來，座標計算裝置110就能依據處理電路106B與108B所計算出來的這二個重心來進一步計算出物件102在觸控表面118的相對座標位置。由於依據上述方法所計算出來的重心與物件102於感測影像所造成的低亮度範圍的中心的偏差較小，因此使得進一步計算出來之物件座標的誤差較小。

雖然在此例中，二個物件位置計算裝置皆以同樣的方法來取得物件102之成像範圍的重心，然而本領域具有通常知識者應當知道即使只有其中一物件位置計算裝置實施上述操作，亦能使得本發明之光學觸控系統對物件102的座標定位較習知技術來得準確。當然，上述二個處理電路在透過計算背景影像之每行像素的亮度值而各自得到一亮度分佈圖後，便可各自先將亮度分佈圖記錄下來，如此便不需一再重覆這樣的操作。

值得一提的是，本例之各反光元件皆可以採用回復反射材質(retro-reflective material)來製作，以達到更好的效果。此外，本例之各反光元件皆可以發光元件來進行替換，只要使發光元件朝著觸控表面118而發光即可。

圖8繪示一種適合運用於本發明之光學觸控系統的影像感測器。請參照圖8，此影像感測器800包括有紅外線(infra-red,IR)照明單元802、只能讓紅外線通過的紅外線濾光單元804以及光感測器(photosensor)806。其中光感測器806是透過紅外線濾光單元804來取得觸控表面118的影像，並用以耦接至處理電路。此外，紅外線照明單元802可以利用紅外線發光二極體(IR LED)來實現，而紅外線濾光單元804則可以利用紅外線濾光片(IR-pass filter)來實現。

藉由上述之教示，本領域具有通常知識者當知此實施例之光學觸控系統應當包括有一觸控表面、至少二個前述之物件位置計算裝置以及一座標計算裝置。所述之觸控表面用以提供物件與光學觸控系統進行互動。所述之至少二個物件位置計算裝置用以計算物件在所述至少二個物件位置計算裝置的代表位置，其中所述至少二個物件位置計算裝置係分別設置於觸控表面不同位置，且所述至少二個物件位置計算裝置與觸控表面的相對位置已知。至於座標計算裝置，其用以根據所述至少二個物件位置計算裝置與觸控表面的相對位置以及所計算物件在所述至少二個物件位置計算裝置的代表位置，計算物件在觸控表面的相對座標位置。

第二實施例：

藉由第一實施例之教示，本領域具有通常知識者應當知道即使光學觸控系統改為採用僅具單一物件位置計算裝置的硬體架構，亦可實現本發明。以下將做進一步的說明。

圖9繪示依照本發明另一實施例之光學觸控系統的俯視示意圖。在圖9中，標示906表示為物件位置計算裝置，標示906A表示為影像感測器，標示906B表示為處理電路，標示910表示為座標計算裝置，標示912與916皆表示為反光元件，標示914表示為鏡面元件(例如是一平面反射鏡)，標示918所指之四邊形區域表示為此觸控系統的觸控表面，而標示902表示為物件。

上述之觸控表面918的形狀為四邊形，較佳為矩形。此外，上述之反光元件912可視實際需要而決定是否採用，且反光元件912與916可皆改成以發光元件來實施。上述之鏡面元件914用以產生觸控表面918之鏡像。在一較佳實施例中，此鏡面元件914的鏡面係垂直於觸控表面918。而上述之影像感測器906A則用以感測觸控表面918之影像及鏡面元件914所產生之鏡像。此影像感測器906可採用圖8所示之硬體架構。處理電路906B電性耦接影像感測器906A，以便接收影像感測器906A所感測到的影像。而座標計算裝置910電性耦接處理電路906B，以接收處理電路906B所輸出之二個代表位置，近而依據這二個代表位置來計算出物件902在觸控表面918的相對座標位置。

圖10繪示圖9之光學觸控系統於運作時的示意圖。在圖10中，標示與圖9中之標示相同者表示為相同構件。而標示918’表示為觸控表面918的鏡像，至於標示902’則表示為物件902在鏡像918’中所形成的虛擬物件。如圖10所示，影像感測器906A能沿著感測路線1002而感測到物件902，也能沿著感測路線1004感測到虛擬物件902’。因此，只要處理電路906B能計算出物件902及虛擬物件902’這二者的成像重心(用以做為此二者各自的代表位置)，那麼座標計算裝置910就能依據這二者的成像重心而進一步去計算物件902的座標。單一影像感測器硬體架構計算物件座標的詳細計算方法可參考台灣專利編號TW097126033所介紹的計算方式，或者是其他文獻所介紹的計算方式，在此便不再贅述。

接下來，將說明此實施例之光學觸控系統的操作方式。在物件902鄰近觸控表面918之前，處理電路906B會先透過影像感測器906A感測觸控表面918及其鏡像918’，以便取得不含物件902及虛擬物件902’之影像的影像，並將此影像作為一背景影像。然後，處理電路906B會取得此背景影像之每行像素中至少一像素的亮度值，以形成一第一亮度分佈圖。舉例來說，處理電路906B可取得此背景影像之每行像素中N個最亮像素的亮度值，並計算每行像素中選定之N個最亮像素的亮度平均值或亮度總值，進而形成一亮度分佈圖，其中N為自然數。當然，處理電路906B也可以是取得此背景影像之每行像素中高於一預設門檻值之複數個像素的亮度值，以便計算每行像素中高於此預設門檻值的這些像素的亮度平均值，進而形成一亮度分佈圖。

接著，當物件902鄰近觸控表面918時，處理電路906B便可透過影像感測器906A感測觸控表面918及其鏡像918’，以便取得含有物件902及虛擬物件902’之影像的影像。在取得含有物件902及虛擬物件902’之影像的影像後，處理電路906B就會將此影像當作一感測影像，並採用與取得前述亮度分佈圖相同的方法來取得此感測影像之亮度分佈圖。然後，處理電路906B會比較這二個亮度分佈圖，以設定感測影像之亮度分佈圖中之複數個行像素亮度值為物件902及虛擬物件902’所對應的二個成像範圍。之所以會有二個成像範圍，是因為物件902及虛擬物件902’皆會在影像感測器906的影像感測窗中形成一道暗紋所致。而在此例中，處理電路906B是將感測影像之亮度分佈圖中之與背景影像之亮度分佈圖各點亮度值差異大於一預設亮度差異之複數個行像素亮度值的分佈範圍設定為物件902及虛擬物件902’所對應的二個成像範圍。換句話說，就是將具有預設亮度差異之行像素的分佈範圍視為物件902及虛擬物件902’於影像感測器906之影像感測窗中的成像範圍。

在取得物件902及虛擬物件902’所對應的二個成像範圍後，處理電路906B就會開始依據上述二個亮度分佈圖於上述二個成像範圍之曲線段來計算物件902及虛擬物件902’之成像範圍的重心。在實際的計算方式中，處理電路906B是從背景影像之亮度分佈圖之對應於上述二個成像範圍的二個曲線段中，取得至少一點所對應之行像素亮度值來作為一亮度參考值，以計算感測影像之亮度分佈圖之對應於上述二個成像範圍的二個曲線段中，每一點所對應之行像素亮度值與亮度參考值之亮度差，據以取得上述二個成像範圍各自的重心並作為物件902及虛擬物件902’各自於感測影像中之代表位置。由於亮度參考值係一定值，因此可取得不受背景亮度干擾而產生偏差之重心。

藉由上述之教示，本領域具有通常知識者當知此實施例之光學觸控系統應當包括有一觸控表面、一鏡面元件、一前述之物件位置計算裝置以及一座標計算裝置。所述之觸控表面用以提供物件與光學觸控系統進行互動。所述之鏡面元件用以形成一鏡像。所述之物件位置計算裝置用以計算物件在物件位置計算裝置的代表位置，以及物件在鏡像中所形成虛擬物件在物件位置計算裝置的代表位置。其中，物件位置計算裝置與觸控表面的相對位置已知，且物件位置計算裝置與鏡面元件設置在觸控表面中相對的二個側邊。至於座標計算裝置，其用以根據物件位置計算裝置與觸控表面的相對位置以及所計算物件以及其虛擬物件在物件位置計算裝置的代表位置，計算物件在觸控表面的相對座標位置。

藉由上述各實施例之教示，還可歸納出一種物件位置計算方法，一如圖11所示。圖11為依照本發明一實施例之物件位置計算方法的流程圖，適用於一光學觸控系統，用以在所擷取之感測影像中判斷物件之代表位置。此方法包括有下列步驟：在包含物件影像之感測影像中取得感測影像之每行像素中至少一像素的亮度值，以形成第一亮度分佈圖(如步驟S1102所示)；將第一亮度分佈圖與從一個背景影像取得之第二亮度分佈圖進行比較，以設定第一亮度分佈圖中之複數個行像素亮度值為物件之成像範圍(如步驟S1104所示)；從第二亮度分佈圖之對應於上述成像範圍的曲線段中，取得至少一點所對應之行像素亮度值來作為亮度參考值(如步驟S1106所示)；以及計算第一亮度分佈圖之對應於上述成像範圍的曲線段中，每一點所對應之行像素亮度值與亮度參考值之亮度差，據以進一步取得成像範圍之重心並作為物件在感測影像中之代表位置(如步驟S1108所示)。

綜上所述，本發明乃是在取得物件於影像感測器之影像感測窗中的成像範圍後，再從由背景影像所取得之亮度分佈圖之對應於上述成像範圍的曲線段中，取得至少一點所對應之行像素亮度值來作為亮度參考值，以計算由感測影像所取得之亮度分佈圖之對應於上述成像範圍的曲線段中，每一點所對應之行像素亮度值與亮度參考值之亮度差，據以進一步取得成像範圍之重心並作為物件在感測影像中之代表位置。由於亮度參考值係一定值，因此可取得不受背景亮度干擾而產生偏差之重心。而由於依據此方法所計算出來的重心與物件於感測影像所造成的低亮度範圍的中心的偏差較小，使得進一步計算出來之物件座標的誤差較小。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．光學觸控系統

104．．．面板

106、108、800、906．．．物件位置計算裝置

106A、108A、906A．．．影像感測器

106B、108B、906B．．．處理電路

110、910．．．座標計算裝置

112、114、116、912、916．．．反光元件

102、902．．．物件

202、204、1002、1004．．．感測路線

400．．．影像感測窗

402．．．亮區

404．．．暗紋

702．．．曲線段

802．．．紅外線照明單元

804．．．紅外線濾光單元

806．．．光感測器

902’．．．虛擬物件

914．．．鏡面元件

918’．．．觸控表面的鏡像

B₀ ~B_N 、S₀ ~S_N ．．．點

S1102~S1108．．．步驟

W．．．範圍

圖1為習知之一種光學觸控系統的立體圖。

圖2為光學觸控系統100進行單點觸控的說明圖。

圖3為從一背景影像取得之亮度分佈圖的示範例。

圖4為影像感測器所感測到之影像的示意圖。

圖5為從所述感測影像取得之亮度分佈圖的示範例。

圖6為二個亮度分佈圖於成像範圍之曲線段。

圖7為二個亮度分佈圖於成像範圍之曲線段。

圖8繪示一種適合運用於本發明之光學觸控系統的影像感測器。

圖9繪示依照本發明另一實施例之光學觸控系統的俯視示意圖。

圖10繪示圖9之光學觸控系統於運作時的示意圖。

圖11為依照本發明一實施例之物件位置計算方法的流程圖。

S1102~S1108．．．步驟

Claims

一種物件位置計算裝置，適用於一光學觸控系統，用以在所擷取一感測影像中判斷一物件之代表位置，包括：一影像感測器；以及一處理電路，耦接該影像感測器，該處理電路透過該影像感測器取得包含該物件影像之一感測影像，並取得該感測影像之每行像素中至少一像素的亮度值，以形成一第一亮度分佈圖，該處理電路將該第一亮度分佈圖與從一背景影像取得之一第二亮度分佈圖進行比較，以設定該第一亮度分佈圖中之複數個行像素亮度值為該物件之一成像範圍，並從該第二亮度分佈圖之對應於上述成像範圍的曲線段中，根據至少一點所對應之行像素亮度值來提供一亮度參考值，以計算該第一亮度分佈圖之對應於上述成像範圍的曲線段中，每一點所對應之行像素亮度值與該亮度參考值之亮度差，據以進一步取得該成像範圍之重心並作為該物件在該感測影像中之代表位置。
如申請專利範圍第1項所述之物件位置計算裝置，其中該處理電路在比較完該第一亮度分佈圖與該第二亮度分佈圖之後，係將該第一亮度分佈圖中與該第二亮度分佈圖各點亮度值差異大於一預設亮度差異之複數個行像素亮度值的分佈範圍設定為該成像範圍。
如申請專利範圍第1項所述之物件位置計算裝置，其中該處理電路係取得該感測影像之每行像素中N個最亮像素的亮度值，以便計算每行像素中選定之N個最亮像素的亮度平均值或亮度總值，進而形成該第一亮度分佈圖，其中N為自然數，而該背景影像係該處理電路預先取得之不含該物件影像的影像，而該第二亮度分佈圖亦是該處理電路透過計算該背景影像之每行像素中選定之N個最亮像素的亮度平均值或亮度總值而得。
如申請專利範圍第1項所述之物件位置計算裝置，其中該處理電路係取得該感測影像之每行像素中高於一預設門檻值之複數個像素的亮度值，以便計算每行像素中高於該預設門檻值之該些像素的亮度平均值，進而形成該第一亮度分佈圖，而該背景影像係該處理電路預先取得之不含該物件影像的影像，而該第二亮度分佈圖亦是該處理電路透過計算該背景影像之每行像素中高於該預設門檻值之該些像素的亮度平均值而得。
如申請專利範圍第1項所述之物件位置計算裝置，其中該處理電路是從該第二亮度分佈圖之對應於上述成像範圍的曲線段中，取得所述曲線段之最低點所對應之行像素亮度值來作為該亮度參考值。
如申請專利範圍第1項所述之物件位置計算裝置，其中該影像感測器具有一紅外線照明單元及只能讓紅外線通過之一紅外線濾光單元，且該影像感測器是透過其紅外線濾光單元來取得該感測影像。
一種物件位置計算方法，適用於一光學觸控系統，用以在所擷取一感測影像中判斷一物件之代表位置，該方法包括下列步驟：在包含一物件影像之一感測影像中取得該感測影像之每行像素中至少一像素的亮度值，以形成一第一亮度分佈圖；將該第一亮度分佈圖與從一背景影像取得之一第二亮度分佈圖進行比較，以設定該第一亮度分佈圖中之複數個行像素亮度值為該物件之一成像範圍；從該第二亮度分佈圖之對應於上述成像範圍的曲線段中，根據至少一點所對應之行像素亮度值來提供一亮度參考值；以及計算該第一亮度分佈圖之對應於上述成像範圍的曲線段中，每一點所對應之行像素亮度值與該亮度參考值之亮度差，據以進一步取得該成像範圍之重心並作為該物件在該感測影像中之代表位置。
如申請專利範圍第7項所述之方法，其中在比較完該第一亮度分佈圖與該第二亮度分佈圖之後，係將該第一亮度分佈圖中與該第二亮度分佈圖各點亮度值差異大於一預設亮度差異之複數個行像素亮度值的分佈範圍設定為該成像範圍。
如申請專利範圍第7項所述之方法，其中係取得該感測影像之每行像素中N個最亮像素的亮度值，以便計算每行像素中選定之N個最亮像素的亮度平均值或亮度總值，進而形成該第一亮度分佈圖，其中N為自然數，而該背景影像係預先取得之不含該物件影像的影像，而該第二亮度分佈圖亦是透過計算該背景影像之每行像素中選定之N個最亮像素的亮度平均值或亮度總值而得。
如申請專利範圍第7項所述之方法，其中係取得該感測影像之每行像素中高於一預設門檻值之複數個像素的亮度值，以便計算每行像素中高於該預設門檻值之該些像素的亮度平均值，進而形成該第一亮度分佈圖，而該背景影像係預先取得之不含該物件影像的影像，而該第二亮度分佈圖亦是透過計算該背景影像之每行像素中高於該預設門檻值之該些像素的亮度平均值而得。
如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該亮度參考值是該第二亮度分佈圖之對應於上述成像範圍的曲線段中，最低點所對應的行像素亮度值。
一種光學觸控系統，包括：一觸控表面，用以提供一物件與該光學觸控系統進行互動；至少二個如申請專利範圍第1項之物件位置計算裝置，用以計算該物件在該至少二個物件位置計算裝置的代表位置，其中該至少二個物件位置計算裝置係分別設置於該觸控表面不同位置，且該至少二個物件位置計算裝置與該觸控表面的相對位置已知；以及一座標計算裝置，根據該至少二個物件位置計算裝置與該觸控表面的相對位置以及所計算該物件在該至少二個物件位置計算裝置的代表位置，計算該物件在該觸控表面的相對座標位置。
一種光學觸控系統，包括：一觸控表面，用以提供一物件與該光學觸控系統進行互動；一鏡面元件，用以形成一鏡像；一個如申請專利範圍第1項之物件位置計算裝置，用以計算該物件在該物件位置計算裝置的代表位置，以及該物件在該鏡像中所形成虛擬物件在該物件位置計算裝置的代表位置，其中該物件位置計算裝置與該觸控表面的相對位置已知，且該物件位置計算裝置與該鏡面元件設置在該觸控表面中相對的二個側邊；以及一座標計算裝置，根據該物件位置計算裝置與該觸控表面的相對位置以及所計算該物件以及虛擬物件在該物件位置計算裝置的代表位置，計算該物件在該觸控表面的相對座標位置。