TWI423101B - 應用於一觸控物位於一螢幕之一觸控面上之定位補償之方法及其光學式觸控模組 - Google Patents

Description

應用於一觸控物位於一螢幕之一觸控面上之定位補償之方法及其光學式觸控模組

本發明關於一種補償方法及其光學式觸控模組，尤指一種應用於一觸控物位於一螢幕之一觸控面上之定位補償之方法及其光學式觸控模組。

就一般光學式觸控模組而言，觸控點的定位都是利用攝影機擷取觸控物位於螢幕之觸控面上之邊框影像，再經由觸控物在邊框影像中與邊框之相對位置比對並利用三角函數計算而得。

請參閱第1圖，其為先前技術定位一觸控物10之示意圖。如第1圖所示，一第一攝影機12以及一第二攝影機14係分別設置於一觸控面16之左右頂角上，在第1圖中，第一攝影機12所在之位置座標係被設為原點(即平面座標值為(0,0))，第一攝影機12至第二攝影機14之距離為W，第一攝影機12所擷取到對應觸控物10之攝影角度為θ₁ ，第二攝影機14所擷取到對應觸控物10之攝影角度為θ₂ ，則由第1圖可知，觸控物10位於觸控面16上之平面座標值即可透過下列公式計算而得：

X=[W*tan(θ₂ )]/[tan(θ₁ )+tan(θ₂ )]；

Y=X*tan(θ₁ )。

由上述可知，觸控物在觸控面上之定位精準度係取決於攝影機所擷取到對應觸控物之攝影角度是否正確而定。然而，由於攝影機常會因某些因素，如在光學式觸控模組使用期間遭受碰撞、組裝不良等，而偏轉離開原本預設之架設角度，因此就會造成觸控物之攝影角度失真，從而產生光學觸控定位錯誤之問題，故往往需要重新調整攝影機之架設角度，此即會造成光學式觸控模組在實際應用上的諸多不便。

因此，本發明提供一種應用於一觸控物位於一螢幕之一觸控面上之定位補償之方法及其光學式觸控模組，藉以解決上述之問題。

本發明係提供一種應用於一觸控物位於一螢幕之一觸控面上之定位補償之方法，該方法包含有設置一標記單元於該螢幕之一邊框上、記錄該標記單元在一理想邊框影像內之一理想像素點位置、朝該觸控面擷取一實際邊框影像，以及根據該標記單元之該理想像素點位置以及在該實際邊框影像內之一實際像素點位置判斷是否調整該觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係。

本發明另提供一種光學式觸控模組，其包含有一螢幕、一標記單元、至少一影像擷取裝置，以及一影像處理裝置。該螢幕具有一觸控面以及一邊框。該標記單元設置於該邊框上。該影像擷取裝置設置於該螢幕上，該影像擷取裝置用來朝該觸控面擷取一實際邊框影像。該影像處理裝置設置於該螢幕內且電連接於該影像擷取裝置，該影像處理裝置包含有一記錄單元以及一處理單元。該記錄單元用來記錄該標記單元在一理想邊框影像內之一理想像素點位置。該處理單元用來根據該標記單元之該理想像素點位置以及在該實際邊框影像內之一實際像素點位置判斷是否調整一觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係。

綜上所述，本發明係利用設置標記單元於螢幕之邊框上以及比對標記單元之理想像素點位置與實際像素點位置之方式，判斷是否需調整觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係。

請參閱第2圖，其為根據本發明一實施例所提出之一光學式觸控模組100之示意圖，由第2圖可知，光學式觸控模組100包含有一螢幕102、一標記單元104、至少一影像擷取裝置106(於第2圖中顯示二個)，以及一影像處理裝置108。螢幕102具有一觸控面110，以供使用者進行觸控操作。標記單元104係設置於螢幕102之一邊框112上，在此實施例中，標記單元104可為一符號，其顏色係異於邊框112之顏色，以利後續標記單元104之像素點位置的辨識，但不受此限，標記單元104也可為其他可提供辨識功效之元件，如反光片、發光裝置(例如發光二極體)等。影像擷取裝置106係以面向觸控面110之方式分別設置於螢幕102之左右頂角上，藉以擷取相對應之邊框影像，以供後續進行觸控物(如觸控筆、使用者之手指等)於螢幕102之觸控面110上之光學觸控定位之用，其中，影像擷取裝置106可為一攝影機。

請參閱第3圖，其為第2圖之影像處理裝置108之功能方塊示意圖，影像處理裝置108係設置於螢幕102上且電連接於影像擷取裝置106，由第3圖可知，影像處理裝置108包含有一記錄單元114以及一處理單元116，其中影像處理裝置108係可為一硬體、一軟體或一韌體，藉以進行相關之影像運算處理。記錄單元114係用來記錄標記單元104在理想邊框影像內之理想像素點位置，而處理單元116則是用來根據標記單元104之理想像素點位置以及在實際邊框影像內之實際像素點位置判斷是否調整觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係。

接著，請參閱第4圖，其為本發明利用第2圖之光學式觸控模組100進行觸控物位於螢幕102之觸控面110上之定位補償之方法的流程圖，該方法包含有下列步驟。

步驟400：設置標記單元104於螢幕102之邊框112上；

步驟402：記錄單元114記錄標記單元104在一理想邊框影像內之一理想像素點位置；

步驟404：影像擷取裝置106朝觸控面110擷取一實際邊框影像；

步驟406：處理單元116判斷標記單元104在該實際邊框影像內之一實際像素點位置是否異於該理想像素點位置；若是，執行步驟408；若否，則執行步驟410；

步驟408：處理單元116根據該實際像素點位置與該理想像素點位置之差值產生一位置補償值，並根據該位置補償值調整觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係；

步驟410：結束。

在上述步驟中所提及之觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係，其係可經由出廠前之內部偵測而預先內建於光學式觸控模組100內，藉以作為後續獲取觸控物之攝影角度以進行其座標定位的參考依據，舉例來說，其係可在影像擷取裝置106朝觸控面110所擷取到之具有一特定橫向解析度(如具有640個像素點)的一邊框影像中，擷取出分別對應攝影角度等於0度以及90度的像素點位置(如第10像素點位置對應0度之攝影角度，第640像素點位置對應90度之攝影角度)，以作為此對應關係之邊界條件，再加上觸控物之像素點位置與其所對應之攝影角度呈線性關係，因此，只要得知觸控物位於該邊框影像之像素點位置，即可藉由此對應關係並利用內插法計算出觸控物相對於影像擷取裝置106之攝影角度，此處所提及之攝影角度係可定義為目標物(即觸控物或標記單元104)與如第2圖所示之二影像擷取裝置106之間所夾的角度。如此一來，就可以參照上述先前技術所提及之運算公式計算出觸控物在觸控面110上之平面座標值，從而完成觸控物之平面定位。

於此就上述步驟並僅針對第2圖所示之位於螢幕102之右頂角上之影像擷取裝置106與影像處理裝置108之間的定位補償運算進行說明，至於位於螢幕102之左頂角上之影像擷取裝置106與影像處理裝置108之間的定位補償運算，其係可以此類推，故於此不再贅述。首先，由步驟400可知，其係可先在螢幕102之邊框112上設置標記單元104(如在光學式觸控模組100出廠前)，其中標記單元104係可設置於邊框112上對應某一特定攝影角度(如60度，但不受此限)的位置；接著，即可使用記錄單元114記錄標記單元104在該理想邊框影像內之該理想像素點位置(步驟402)，此處所提及之理想邊框影像係為影像擷取裝置106沒有偏轉離開原本架設角度時朝觸控面110所擷取之邊框影像，而在此條件下，標記單元104之攝影角度與像素點位置之對應關係，舉例來說，係可如第5圖所示，其為第2圖之標記單元104之攝影角度與像素點位置之對應關係示意圖，也就是說，由第5圖可知，在影像擷取裝置106沒有偏轉離開原本架設角度以及在第10像素點位置對應0度之攝影角度且第640像素點位置對應90度之攝影角度的條件下，標記單元104係可位於影像擷取裝置106所擷取之邊框影像中的第430像素點位置上，且對應之攝影角度為60度。

接著，當使用者實際使用觸控物(如手指或觸控筆等)在觸控面110上進行觸控操作時，影像擷取裝置106就會朝觸控面110擷取該實際邊框影像(步驟404)，此處所提及之該實際邊框影像係為影像擷取裝置106在實際使用光學式觸控模組100下朝觸控面110所擷取到之邊框影像，其係會受到影像擷取裝置106之架設角度有無偏轉之影響而可能產生與上述理想邊框影像不一致之情況。

因此，在擷取到該實際邊框影像以獲取標記單元104在該實際邊框影像內之該實際像素點位置後，處理單元116就會開始判斷標記單元104之該實際像素點位置是否異於該理想像素點位置(步驟406)。若是處理單元116判斷出標記單元104之該實際像素點位置與該理想像素點位置一致，則代表影像擷取裝置106之架設角度沒有出現偏轉的情況，因此處理單元18就會直接執行步驟410而結束光學式觸控模組100之定位補償流程。

另一方面，若是處理單元116判斷出標記單元104之該實際像素點位置異於該理想像素點位置，則代表影像擷取裝置106之架設角度可能已經因某些因素(如在光學式觸控模組100使用期間遭受碰撞、組裝不良等)而發生偏轉，此時，為了避免後續針對觸控物之平面定位發生錯誤，處理單元116就會根據該實際像素點位置與該理想像素點位置之差值產生該位置補償值，並根據該位置補償值調整觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係(步驟408)，如此即可完成光學式觸控模組100之定位補償流程。

舉例來說，首先由第5圖可知，第10像素點位置對應0度之攝影角度，第640像素點位置對應90度之攝影角度，而標記單元104係位於影像擷取裝置106所擷取的邊框影像中之第430像素點位置上，且對應之攝影角度為60度；此時，若是影像擷取裝置106所擷取到之標記單元104於該實際邊框影像內之該實際像素點位置為第437像素點位置，也就是標記單元104之像素點位置係已從該理想像素點位置向右偏移增加了7個像素點，此即表示影像擷取裝置106係已從第5圖所示之架設角度順時針偏轉了一偏移角度α(如第6圖所示)，因此，處理單元116就會根據該實際像素點位置與該理想像素點位置之差值計算出該位置補償值(即437-430=+7)，並且利用該位置補償值調整觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係，換句話說，觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係就會從上述第10像素點位置對應0度之攝影角度且第640像素點位置對應90度之攝影角度之關係，平移調整成第17像素點位置對應0度之攝影角度且第647像素點位置對應90度之攝影角度之關係，至於其他調整後之像素點位置與攝影角度之對應關係，則是可利用內插法計算而得。值得一提的是，由於像素點位置與其所對應之攝影角度呈線性關係，因此，根據上述位置補償值，處理單元116亦可計算出影像擷取裝置106之偏移角度α等於1度([(90/630)*7])。

反之，若是影像擷取裝置106係從第5圖所示之架設角度逆時針偏轉了1度，意即影像擷取裝置106所擷取到之標記單元104於該實際邊框影像內之該實際像素點位置係為第423像素點位置，則根據上述運算流程類推可知，處理單元116就會根據該實際像素點位置與該理想像素點位置之差值計算出該位置補償值(即423-430=-7)，並且利用該位置補償值調整觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係，換句話說，觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係就會從上述第10像素點位置對應0度之攝影角度且第640像素點位置對應90度之攝影角度之關係，平移調整成第3像素點位置對應0度之攝影角度且第633像素點位置對應90度之攝影角度之關係，至於其他調整後之像素點位置與攝影角度之對應關係，則是可利用內插法計算而得。

簡言之，無論影像擷取裝置106是順時針偏轉或逆時針偏轉，影像處理裝置108均可透過標記單元104之實際像素點位置與理想像素點位置之比對計算出相對應之位置補償值，進而達到針對觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係進行最佳化調整之目的。除此之外，邊框影像之橫向解析度數值設定(即像素點個數)、觸控物之像素點位置與攝影角度的數值對應關係，以及標記單元104之攝影角度與理想像素點位置的數值設定可不限於上述所提及之數值，也就是說，只要是利用設置於螢幕邊框上之標記單元之實際像素點位置與理想像素點位置之比對以針對觸控物之平面定位進行補償調整的設計，均屬本發明所保護之範圍，至於相關數值之設定，其端視光學式觸控模組100之實際應用而定。

上述定位補償流程係可應用於光學式觸控模組100之後續影像相關處理上。舉例來說，光學式觸控模組100可在每次啟動後自動執行上述步驟以針對觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係進行最佳化之補償校正，因此，即使在出廠後因某些因素(如在光學式觸控模組100使用期間遭受碰撞、組裝不良等)而造成影像擷取裝置106之架設角度發生偏轉，光學式觸控模組100仍然可透過上述自動化補償校正而調整觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係，接著，處理單元116就可以根據已調整之觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係進行觸控物在觸控面110上之光學觸控定位，如此即可避免因影像擷取裝置106之架設角度發生偏轉所帶來之觸控物平面定位錯誤問題，從而提昇光學式觸控模組100在光學觸控定位上之準確度。至於其平面定位之相關計算，其係已揭露於先前技術中，故於此不再贅述。

相較於先前技術，本發明係利用設置標記單元於螢幕之邊框上以及比對標記單元之理想像素點位置與實際像素點位置之方式，判斷是否需調整觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係。因此，即使在出廠後因某些因素(如在光學式觸控模組使用期間遭受碰撞、組裝不良等)而造成影像擷取裝置之架設角度發生偏轉之情況下，本發明所提供之光學式觸控模組仍然可利用上述所提及之定位補償流程，來避免因影像擷取裝置之架設角度發生偏轉所產生之觸控物平面定位錯誤的情況發生，從而解決先前技術需重新調整影像擷取裝置架設角度的問題以及提升光學式觸控模組在光學觸控定位上之準確度。

以上所述僅為本發明之實施例，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。

10．．．觸控物

12．．．第一攝影機

14．．．第二攝影機

16、110．．．觸控面

100．．．光學式觸控模組

102．．．螢幕

104．．．標記單元

106．．．影像擷取裝置

108．．．影像處理裝置

112．．．邊框

114．．．記錄單元

116．．．處理單元

步驟400、402、404、406、408、410

第1圖為先前技術定位觸控物之示意圖。

第2圖為根據本發明一實施例所提出之光學式觸控模組之示意圖。

第3圖為第2圖之影像處理裝置之功能方塊示意圖。

第4圖為本發明利用第2圖之光學式觸控模組進行觸控物位於螢幕之觸控面上之定位補償之方法的流程圖。

第5圖為第2圖之標記單元之攝影角度與像素點位置之對應關係示意圖。

第6圖為第5圖之影像擷取裝置順時針偏轉一偏移角度之示意圖。

步驟400、402、404、406、408、410

Claims (13)

1. 一種應用於一觸控物位於一螢幕之一觸控面上之定位補償之方法，該方法包含有：設置一標記單元於該螢幕之一邊框上；記錄該標記單元在一理想邊框影像內之一理想像素點位置；朝該觸控面擷取一實際邊框影像；以及根據該標記單元之該理想像素點位置以及在該實際邊框影像內之一實際像素點位置判斷是否調整該觸控物之像素點位置與攝影角度之一對應關係表。
2. 如請求項1所述之方法，其中根據該標記單元之該理想像素點位置以及在該實際邊框影像內之該實際像素點位置判斷是否調整該觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係包含有：判斷出該實際像素點位置異於該理想像素點位置時，根據該實際像素點位置與該理想像素點位置之差值產生一位置補償值；以及根據該位置補償值調整該觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係。
3. 如請求項1所述之方法，其中設置該標記於該螢幕之該邊框上包含有：以該邊框具有一符號之方式形成該標記單元，該符號之顏色係異於該邊框之顏色。
4. 如請求項1所述之方法，其中設置該標記於該螢幕之該邊框上包 含有：利用設置於該邊框上之一發光裝置所發出之光線形成該標記單元。
5. 如請求項1所述之方法，其中設置該標記單元於該螢幕之該邊框上包含有：利用設置於該邊框上之一反光片形成該標記單元。
6. 如請求項1所述之方法，其另包含有：根據已調整之該觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係進行該觸控物於該觸控面上之光學觸控定位。
7. 一種光學式觸控模組，其包含有：一螢幕，其具有一觸控面以及一邊框；一標記單元，其設置於該邊框上；至少一影像擷取裝置，其設置於該螢幕上，該影像擷取裝置用來朝該觸控面擷取一實際邊框影像；以及一影像處理裝置，其係設置於該螢幕內且電連接於該影像擷取裝置，該影像處理裝置包含有：一記錄單元，其係用來記錄該標記單元在一理想邊框影像內之一理想像素點位置；以及一處理單元，其係用來根據該標記單元之該理想像素點位置以及在該實際邊框影像內之一實際像素點位置判斷是否調整一觸控物之像素點位置與攝影角度之一對應關係表。
8. 如請求項7所述之光學式觸控模組，其中該處理單元係用來於判斷出該實際像素點位置異於該理想像素點位置時，根據該實際像 素點位置與該理想像素點位置之差值產生一位置補償值，以及根據該位置補償值調整該觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係。
9. 如請求項7所述之光學式觸控模組，其中該標記單元係為一符號，該符號之顏色係異於該邊框之顏色。
10. 如請求項7所述之光學式觸控模組，其中該標記單元係為一發光裝置。
11. 如請求項10所述之光學式觸控模組，其中該發光裝置係為一發光二極體。
12. 如請求項7所述之光學式觸控模組，其中該標記單元係為一反光片。
13. 如請求項7所述之光學式觸控模組，其中該處理單元另用來根據已調整之該觸控物之像素點位置與攝影角度之對應關係進行該觸控物於該觸控面上之光學觸控定位。