TWI450155B - 應用於光學式觸控裝置之校正資訊計算方法及系統 - Google Patents

Description

應用於光學式觸控裝置之校正資訊計算方法及系統

本發明是有關於一種光學觸控(optical touch)相關技術，特別是指一種應用於光學式觸控裝置之校正資訊計算方法及系統。

一般的光學式觸控裝置通常包括至少兩個感光元件，利用該等感光元件偵測到的光信號進行運算，可求得對應於該光學式觸控裝置之一面板上所發生之觸碰的觸碰點(touch point)座標；然，若該等感光元件之感測結果有偏差，將影響到觸碰點座標的精確度。

現有的應用於光學式觸控裝置之校正技術，如中華民國專利公開號201015507所揭露，係於一面板上顯示對應已知座標的複數個點，由使用者以手指或物體觸碰該面板所顯示的該等點，並由至少一感光元件進行感測以對應產生該等點被觸碰的觀察影像，再根據已知座標與觀察影像進一步求得對應該感光元件的校正資訊，例如，角度校正函數。此現有技術需由使用者實際上去觸碰該面板所顯示的該等點，方能進行後續相關運算以得到對應該感光元件的校正資訊。

因此，本發明之目的，即在提供一種不需由使用者進行實際觸碰的應用於光學式觸控裝置之校正資訊計算方法。

於是，本發明應用於光學式觸控裝置之校正資訊計算方法，係利用一處理單元配合一治具及該光學式觸控裝置的至少一影像擷取單元來執行，該治具的一面具有兩種交替排列的色塊，兩兩色塊間的一直線之交界線對應於該光學式觸控裝置的一面板的一預設的標準座標，該方法包含下列步驟：A)該影像擷取單元擷取具有該等色塊的該面的一影像以產生一影像訊框；B)該處理單元根據步驟A)所產生的該影像訊框進行交界線偵測，以得到複數個影像內交界處座標；及C)該處理單元根據該等預設的標準座標，及步驟B)所得到的該等影像內交界處座標，求得對應於該影像擷取單元的校正資訊。

本發明之另一目的，即在提供一種不需由使用者進行實際觸碰的校正資訊計算系統。

於是，本發明校正資訊計算系統係應用於包括一面板及至少一影像擷取單元的一光學式觸控裝置。該系統包含一治具及一處理單元。該治具設置於該影像擷取單元對應的一影像擷取範圍內，該治具的一面具有兩種交替排列的色塊，兩兩色塊間的一直線之交界線對應該面板的一預設的標準座標。該處理單元接收來自於該影像擷取單元的一影像訊框，該影像訊框係由該影像擷取單元擷取具有該等色塊的該面的一影像所產生。其中，該處理單元係根據該影像訊框進行交界線偵測，以得到複數個影像內交界處座 標，並根據該等預設的標準座標，及該等影像內交界處座標，求得對應於該影像擷取單元的校正資訊。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1，本發明校正資訊計算系統之一實施例，應用於包括一面板11及二個影像擷取單元12、13的一光學式觸控裝置1；其中，該面板11具有相間隔且彼此平行的一第一邊111及一第二邊112，該等影像擷取單元12、13係間隔地設置於該面板11的該第一邊111。該校正資訊計算系統包含一治具2及一處理單元3。

該校正資訊計算系統的該治具2設置於該光學式觸控裝置1的該等影像擷取單元12、13分別對應的二個影像擷取範圍121、131內，其中，該治具2的一面21具有兩種交替排列的色塊211、212，兩兩色塊211、212間的一直線之交界線(edge)213對應該面板11的一已知的(known)交界處座標。在本實施例中，該治具2貼合設置於該面板11的該第二邊112；該治具2的該面21的該等色塊211、212係沿一預設方向配置，更進一步地，該等色塊211、212分為一第一顏色的色塊211及一相異於第一顏色之第二顏色的色塊212，且該第一顏色的色塊211與該第二顏色的色塊212係沿該預設方向間隔地配置，其中，該第一顏色為白色，該第二顏色為黑色。

該光學式觸控裝置1的該等影像擷取單元12、13擷取具有該等色塊211、212的該面21的至少一影像以產生對應該影像的一影像訊框(image frame)。

該校正資訊計算系統的該處理單元3電連接於該等影像擷取單元12、13，可接收來自於該等影像擷取單元12、13的影像訊框。對於來自於該等影像擷取單元12、13中任一者的影像訊框，例如，來自於該影像擷取單元12的一影像訊框，該處理單元3先根據該影像訊框進行交界線偵測，以得到複數個影像內交界處座標；接著根據該等預設的標準座標及該等影像內交界處座標，求得對應於該影像擷取單元12的校正資訊。

參閱圖1至圖4，以下係說明藉由該實施例來執行的一應用於光學式觸控裝置之校正資訊計算方法。

由於該光學式觸控裝置1的該等影像擷取單元12、13的運作相類似，而且該校正資訊計算系統的該處理單元3對於來自於該等影像擷取單元12、13中任一者的影像訊框所進行之相關計算類似，故以下的說明僅針對其中一影像擷取單元12所產生的影像訊框，以及該處理單元3對於來自於該影像擷取單元12的影像訊框所進行之相關計算進行說明。

在步驟401中，該影像擷取單元12擷取具有該等色塊211、212的該面21的一影像51(見圖3)以產生對應該影像51的一影像訊框。在本實施例中，該影像擷取單元12所擷取的該影像51為一彩色影像，該影像訊框包括該影像 51中每一像素(pixel)對應的一R(紅)值、一G(綠)值，及一B(藍)值。

在步驟402中，該處理單元3根據該影像訊框求得該影像51中每一像素對應的一灰階(gray level)值。令該影像51中位於(x ,y )的任一像素對應的該R值以I _R (x ,y )表示、該G值以I _G (x ,y )表示，該B值以I _B (x ,y )表示；而據以求得的該灰階值以I _gray (x ,y )表示；該處理單元3係利用下列式(1)求得該影像51中每一像素對應的該灰階值。

I _gray (x ,y )=0.299×I _R (x ,y )+0.587×I _G (x ,y )+0.114×I _B (x ,y ).........(1)

值得一提的是，由該影像擷取單元12所擷取的該影像51亦可為一灰階影像，若為灰階影像，則該處理單元3可省略步驟402之計算，直接由對應該影像51(灰階影像)的一影像訊框得到該等灰階值，並不限於本實施例所揭露。

更進一步地來說，因為該影像擷取單元12與該治具2設置的相對位置與角度的關係，有可能使得所擷取的該影像51呈現歪斜(非圖3所示的長方形)的現象，故有可能須對該影像訊框進行相關的影像幾何校正，然，與此影像幾何校正相關的技術係為習知技術，且並非本發明之重點，故不在此贅述。

在步驟403中，該處理單元3根據步驟402所求得的該等灰階值計算每一像素對應的至少一梯度值(gradient value)。如圖1所示，在本實施例中，由於該治具2的該面21的該第一顏色的色塊211與該第二顏色的色塊212係沿 該預設方向間隔地配置，且每一第一顏色的色塊211與其相鄰的該第二顏色的色塊212間的一直線之交界線213垂直於該預設方向，該影像擷取單元12所擷取的該影像51具有與該等色塊211、212於該面21之配置相關的影像內容特性，因此，該處理單元3係計算每一像素於相關於該預設方向的一x 方向對應的一梯度值(以G _x (x ,y )表示)，其計算整理如下列式(2)所示。換句話說，該等梯度值在計算上的方向性，係與該治具2的該面21的該等色塊211、212於該面21之配置相關。

G _x (x ,y )=|I _gray (x +1,y )-I _gray (x ,y )|.....................................(2)

在步驟404中，該處理單元3根據步驟403所求得的該等梯度值配合一第一臨界值(以Thr ₁ 表示)，得到相關於該影像51的複數個交界處值(以E (x ,y )表示)，其判斷與運算整理如下列式(3)所示。其中，相關於該影像51的該等交界處值可形成如圖3所示的一個二值化影像52。

在步驟405中，該處理單元3根據步驟404所得到的該等交界處值進行垂直於該x 方向的一y 方向的投影(projection)統計，以得到複數個投影統計值(以H (x )表示)，其計算整理如下列式(4)所示。其中，h 代表該影像51的一影像高度(即，於該y 方向的像素數目)，該處理單元3將該等交界處值進行該y 方向的投影統計後所得到的該等投影統計值可形成如圖3所示的一個直方圖(histogram) 53。

在步驟406中，該處理單元3判斷步驟405所得到的該等投影統計值中的何者大於一第二臨界值(以Thr ₂ 表示)。

在步驟407中，該處理單元3根據步驟406的判斷結果，得到該等影像內交界處座標；更進一步來說，請見圖3的直方圖53，該處理單元3係以該等投影統計值中大於該第二臨界值者分別對應於該x 方向的複數個值(分別以x ₁ ,x ₂ ,...,x _n 表示)，作為該等影像內交界處座標。

在步驟408中，該處理單元3將步驟407所得到的該等影像內交界處座標轉換為複數個偵測的(detected)交界處座標(分別以X ₁ ,X ₂ ,…,X _n 表示)。其中，該處理單元3所執行的轉換係將該等「影像內交界處座標」轉換至其等分別對應於該光學式觸控裝置1的面板11的該等「偵測的交界處座標」，由於該治具2相對於該面板11的設置方式為已知，所以步驟408可藉由預先建立的轉換方程式來完成。

在步驟409中，該處理單元3根據與該治具2的該面21的該等交界線213分別對應該面板11的該等「預設的標準座標」，及步驟408所得到的該等「偵測的交界處座標」，求得對應於該影像擷取單元12的校正資訊。在本實施例中，該處理單元3係根據該等預設的標準座標、與該等預設的標準座標相關聯的複數個已知的參數、該等偵測的交界處座標，及與該等偵測的交界處座標相關聯的複數個偵測的參數，求得對應於該影像擷取單元12的校正資訊。

其中，校正資訊係用於對該光學式觸控裝置1的該影像擷取單元12進行相關之校正，以提升該光學式觸控裝置1所產生的觸碰點座標的精確度。

舉例來說，假設通過該等影像擷取單元12、13的一基準線以L 表示，通過該影像擷取單元12及該等預設的標準座標的複數連線分別以L ₁ ,L ₂ ,...,L _n 表示，L 分別與L ₁ ,L ₁ ,...,L _n 所形成的複數個夾角(分別以θ ₁ ,θ ₂ ,...,θ _n 表示)皆為已知，其等作為該等已知的參數；再假設通過該影像擷取單元12及該等偵測的交界處座標的複數連線分別以L ₁ ^' ,L ₂ ^' ,...,L _n ^' 表示，由於該影像擷取單元12，及該治具2的設置位置均為已知，因此該處理單元3可對應求得L 分別與L ₁ ^' ,L ₂ ^' ,...,L _n ^' 所形成的夾角(分別以θ ₁ ^' ,θ ₂ ^' ,...,θ _n ^' 表示)，其等作為該等偵測的參數。該處理單元3根據該等預設的標準座標、該等已知的參數(θ ₁ ,θ ₂ ,...,θ _n )、該等偵測的交界處座標，及該等偵測的參數(θ ₁ ^' ,θ ₂ ^' ,...,θ _n ^' )，即可求得對應該影像擷取單元12的一角度校正函數，該校正資訊包括該角度校正函數。

值得一提的是，雖然上述範例是以對應該影像擷取單元12的該角度校正函數進行說明，但校正資訊並不以此範例為限；再者，各種校正資訊的計算與取得方式係為熟習此項技術者所熟知，且非本發明的重點，故不在此贅述其等之實施細節。

參閱圖1、圖5與圖6，雖然在本實施例中，該治具2係貼合設置於該面板11的該第二邊112；然，該治具2亦可相對於該面板11的該第二邊112傾斜地設置，如圖5所 示，假設該治具2與該第二邊112的夾角為θ ，而其中該治具2內的其中一交界線213相對於一參考原點O的距離d 亦為可得，該處理單元3即可利用下式(5)~(6)求得該其中一交界線213於該面板11相對該參考原點O的座標(X _i ,Y _i )，以作為後續計算該影像擷取單元12的各種校正資訊之用，並不限於本實施例所揭露。

X _i =d ×cos(θ ).........................................................(5)

Y _i =d ×sin(θ )...........................................................(6)

綜上所述，藉由本發明校正資訊計算系統的該治具2，不需由使用者實際上對該光學式觸控裝置1的該面板11進行任何觸碰，該校正資訊計算系統的該處理單元3即可根據對應於該治具2的該面21的影像訊框，得到分別對應該光學式觸控裝置1的該等影像擷取單元12、13的校正資訊，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧光學式觸控裝置

11‧‧‧面板

111‧‧‧第一邊

112‧‧‧第二邊

12‧‧‧影像擷取單元

121‧‧‧影像擷取範圍

13‧‧‧影像擷取單元

131‧‧‧影像擷取範圍

2‧‧‧治具

21‧‧‧面

211‧‧‧色塊

212‧‧‧色塊

213‧‧‧交界線

3‧‧‧處理單元

401~409‧‧‧步驟

51‧‧‧影像

52‧‧‧二值化影像

53‧‧‧直方圖

h ‧‧‧影像高度

L ‧‧‧基準線

L ₁ ^' ~L _n ^' ‧‧‧連線

θ ₁ ^' ~θ _n ^' ‧‧‧夾角

θ ‧‧‧夾角

d ‧‧‧距離

O‧‧‧參考原點

圖1是一示意圖，說明本發明校正資訊計算系統之一實施例，及其所應用的一光學式觸控裝置，其中，該校正資訊計算系統的一治具貼合設置於該光學式觸控裝置的一面板的一第二邊；圖2是一流程圖，說明本發明應用於光學式觸控裝置 之校正資訊計算方法；圖3是一示意圖，說明校正資訊計算系統之治具的一面的一影像、相關於該影像的複數個交界處值所形成的一個二值化影像，及一直方圖；圖4是一示意圖，說明在本實施例中，對應圖1之設置方式所得到的複數個偵測的交界處座標，及複數個偵測的參數的一範例；圖5是一示意圖，說明該校正資訊計算系統的治具相對於該光學式觸控裝置的面板的第二邊傾斜地設置；及圖6是一示意圖，說明在本實施例中，對應圖5之設置方式所得到的該治具內其中一交界線於該光學式觸控裝置的面板相對一參考原點的座標。

1‧‧‧光學式觸控裝置

11‧‧‧面板

111‧‧‧第一邊

112‧‧‧第二邊

12‧‧‧影像擷取單元

121‧‧‧影像擷取範圍

13‧‧‧影像擷取單元

131‧‧‧影像擷取範圍

2‧‧‧治具

21‧‧‧面

211‧‧‧色塊

212‧‧‧色塊

213‧‧‧交界線

3‧‧‧處理單元

Claims (10)

1. 一種應用於光學式觸控裝置之校正資訊計算方法，利用一處理單元配合一治具及該光學式觸控裝置的至少一影像擷取單元來執行，該治具的一面具有兩種交替排列的色塊，該治具的兩兩色塊間的一直線之交界線對應於該光學式觸控裝置的一面板的一預設的標準座標，該方法包含下列步驟：A)該影像擷取單元擷取具有該等色塊的該面的一影像以產生一影像訊框；B)該處理單元根據步驟A)所產生的該影像訊框進行交界線偵測，以得到複數個影像內交界處座標；及C)該處理單元根據該等預設的標準座標，及步驟B)所得到的該等影像內交界處座標，求得對應於該影像擷取單元的校正資訊。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之應用於光學式觸控裝置之校正資訊計算方法，其中，步驟B)包括下列子步驟：b-1)根據步驟A)所產生的該影像訊框得到該影像中每一像素對應的一灰階值；b-2)根據子步驟b-1)所求得的該等灰階值計算每一像素對應的至少一梯度值，其中，該等梯度值計算上的方向性與該治具的該面的該等色塊於該面之配置相關；b-3)根據子步驟b-2)所求得的該等梯度值配合一 第一臨界值，得到相關於該影像的複數個交界處值；及b-4)根據子步驟b-3)所得到的該等交界處值，得到該等影像內交界處座標。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之應用於光學式觸控裝置之校正資訊計算方法，其中，子步驟b-4)包括下列子步驟：b-4-1)將子步驟b-3)所得到的該等交界處值進行投影統計，以得到複數個投影統計值；b-4-2)判斷子步驟b-4-1)所得到的該等投影統計值中的何者大於一第二臨界值；及b-4-3)根據子步驟b-4-2)的判斷結果，得到該等影像內交界處座標。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之應用於光學式觸控裝置之校正資訊計算方法，其中，步驟C)包括下列子步驟：c-1)將步驟B)所得到的該等影像內交界處座標轉換為複數個偵測的交界處座標；及c-2)根據該等預設的標準座標，及子步驟c-1)所得到的該等偵測的交界處座標，求得對應於該影像擷取單元的校正資訊。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之應用於光學式觸控裝置之校正資訊計算方法，該光學式觸控裝置的面板具有相間隔且彼此平行的一第一邊及一第二邊，該影像擷取單元設置於該面板的第一邊，該治具相對於該面板的第二 邊傾斜地設置，其中，子步驟c-1)係根據該治具與該第二邊的夾角，將步驟B)所得到的該等影像內交界處座標轉換為該等偵測的交界處座標。
6. 一種校正資訊計算系統，應用於包括一面板及至少一影像擷取單元的一光學式觸控裝置，該校正資訊計算系統包含：一治具，設置於該影像擷取單元對應的一影像擷取範圍內，該治具的一面具有兩種交替排列的色塊，兩兩色塊間的一直線之交界線對應該面板的一預設的標準座標；及一處理單元，接收來自於該影像擷取單元的一影像訊框，該影像訊框係由該影像擷取單元擷取具有該等色塊的該面的一影像所產生；其中，該處理單元係根據該影像訊框進行交界線偵測，以得到複數個影像內交界處座標，並根據該等預設的標準座標，及該等影像內交界處座標，求得對應於該影像擷取單元的校正資訊。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之校正資訊計算系統，其中，該處理單元係根據該影像訊框得到該影像中每一像素對應的一灰階值，並根據該等灰階值計算每一像素對應的至少一梯度值，並根據該等梯度值配合一第一臨界值，得到相關於該影像的複數個交界處值，並根據該等交界處值，得到該等影像內交界處座標，其中，該等梯度值計算上的方向性與該治具的該面的該等色塊於該面 之配置相關。
8. 依據申請專利範圍第6項所述之校正資訊計算系統，其中，該治具的該面的該等色塊係沿一預設方向配置。
9. 依據申請專利範圍第8項所述之校正資訊計算系統，其中，該治具的該面的該等色塊分為一第一顏色的色塊及一相異於第一顏色之第二顏色的色塊，該第一顏色的色塊與該第二顏色的色塊係沿該預設方向間隔地配置。
10. 依據申請專利範圍第6項所述之校正資訊計算系統，其中，該處理單元係將該等影像內交界處座標轉換為複數個偵測的交界處座標，再根據該等預設的標準座標，及該等偵測的交界處座標，求得對應於該影像擷取單元的校正資訊。