TWI482067B - 光學觸控系統及其物件位置之判斷方法 - Google Patents

Description

光學觸控系統及其物件位置之判斷方法

本發明係有關於一種光學觸控系統及其物件位置判斷方法，特別是有關於一種可用於不具有邊條之觸控平面之光學觸控系統及其物件位置判斷方法。

近年來，由於可以使用觸控輸入操作指令的設備越來越多，在一些電子裝置中，例如智慧型手機(smart phone)、個人數位助理(PDA)、平板電腦(Tablet PC)或超便攜電腦(UMPC,Ultra Mobile PC)等，都配置有一個可以直接觸控的觸控式顯示裝置(touch screen)，可用觸控的操作方式以當作主要的輸入裝置。觸控式顯示裝置係結合一光學式觸控系統，其具有包括至少一維之感應器的觸摸式表面，用以偵測物件，如手指或觸控筆等在其表面上的接觸與移動。目前的光學式觸控系統，較常見的有遮斷式與反射式兩種。遮斷式的光學式觸控系統係在觸控螢幕的邊緣裝上反射邊條，使其發射光線時，能利用邊條的反射讓光線佈滿整個觸控螢幕，在其鏡頭看來整個觸控螢幕都是亮的。對遮斷式的光學式觸控系統而言，當一物件例如手指放在觸控螢幕上的某個位置時，該位置的光線會被手指擋住，手指在鏡頭上會成為一個亮度降低的區域，之後找到此亮度降低的區域便能找出手指的位置。反射式的光學式觸控系統係在觸控螢幕的邊緣裝上吸光或散光邊條，使其發射光線時，碰到邊條的光線會被吸收或散射，在鏡頭看來整個觸控螢幕都是暗的。對反射式的光學式觸控系統而言， 當手指放在觸控螢幕上，手指會反射光線，而反射後的光線會被鏡頭接收，因此手指在鏡頭上會成為一個亮度提升的區域，之後找到此亮度提升的區域便能找出手指的位置。

然而，前述兩種光學式觸控系統都必須使用邊條，除了增加成本之外，也增加了組裝上的複雜度。再者，邊條固定的技術目前多與觸控平面膠合，因此容易產生邊條脫落或歪斜的問題，影響物件位置的判斷。

有鑑於此，本發明提供一種之光學觸控系統及其物件位置判斷方法，可用於不具邊條之觸控平面上進行物件位置之判斷。

本發明實施例提供一種物件位置之判斷方法，適用於一光學觸控系統，其中該光學觸控系統至少包括一深度影像感測器以及一觸控平面，該深度影像感測器之感測範圍涵蓋該觸控平面。方法包括於該深度影像感測器偵測到有一物件時，藉由該深度影像感測器取得該物件之一影像資訊，其中該影像資訊包括該物件相對於該深度影像感測器之一角度資訊以及一深度資訊。方法更包括依據該角度資訊以及該深度資訊，判斷該物件之位置是否落在該觸控平面之內。

本發明實施例另提供一種光學觸控系統，其包括一深度影像感測器、一觸控平面、以及一處理電路。深度影像感測器提供相應一物件之影像資訊，其中影像資訊包括物件相對於深度影像感測器之一角度資訊以及一深度資訊。深度影像感測器之感測範圍涵蓋觸控平面。處理電路用以 於深度影像感測器偵測到有物件時，藉由深度影像感測器取得物件之影像資訊，並依據影像資訊中之角度資訊以及深度資訊，判斷物件之位置係在觸控平面之內或在觸控平面之外。

本發明上述方法可以透過程式碼方式存在。當程式碼被機器載入且執行時，機器變成用以實行本發明之裝置。

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

第1圖顯示依據本發明實施例之光學觸控系統100之示意圖。依據本發明實施例之光學觸控系統100可以適用於一電子裝置，如個人數位助理、個人數位助理手機、智慧型手機、行動電話、行動上網裝置、或迷你筆記型電腦、平板電腦、車用電腦、數位相機、多媒體播放器、遊戲裝置或任何類型的行動計算裝置，然而，應理解的是，本發明並不限於此。舉例來說，於一實施例中，光學觸控系統100可作為一平板電腦的觸控輸入裝置，用以進行各項觸控輸入與操作，但不限於此。光學觸控系統100至少包括一深度影像感測器110、一觸控平面120、一處理電路130以及一儲存單元140。深度影像感測器110(例如：一深度攝影鏡頭(Depth Camera))可於偵測到一物件例如手指或觸控筆等等時，產生相應該物件的影像資訊，其中影像資訊可包含物件所在位置的觸控點相對於深度影像感測器110的角度資訊以及其觸控點相對於深度影像感測器110的一 深度資訊，其中，可藉由該深度資訊算出表示物件的位置與深度影像感測器110之間的距離。觸控平面120係結合一觸碰感應裝置(未顯示)之螢幕。觸碰感應裝置具有包括至少一維之感應器的觸摸式表面，用以偵測物件，如手指或觸控筆等在其表面上的接觸與移動。舉例來說，觸控平面120係為不具有邊條的一觸控面板的上表面所形成的感測區域。觸控平面120亦可以顯示相關資料、與相關圖示與介面等。

請參見第2圖，係顯示一依據本發明實施例之光學觸控系統100之配置示意圖。如第2圖所示，觸控平面120係為由四個邊122-128所圍起來的一矩形區域，而深度影像感測器110係設置在兩相鄰的邊122與128所形成的角落，深度影像感測器110具有從0度到最大值Max的角度(例如：110度)的一可視角度，任何在深度影像感測器110的可視角度內出現的物件都會被深度影像感測器110進行偵測並擷取相關的影像資訊。其中，影像資訊可包含物件所在位置的觸控點相對於深度影像感測器110的角度資訊以及其觸控點相對於深度影像感測器110的一深度資訊，角度資訊具有一角度值，其角度值係表示物件所在位置的觸控點相對於深度影像感測器110的角度，亦即，從深度影像感測器110的0度起算的角度。如第2圖所示，對於物件O而言，其所在位置相對於深度影像感測器110的角度值為0度與線段129之間的夾角θ。舉例來說，假設夾角θ為50度時，則物件O所在位置相對於深度影像感測器110的角度值即為50度。類似地，深度資訊具有一深度 值，可藉深度值估算出物件所在的位置與深度影像感測器110之間的距離。於一些實施例中，深度值係以深度影像感測器110所擷取到的物件的影像資訊中的峰值光強度來表示其距離，強度愈高表示深度值越小，因此深度影像感測器110與物件兩者之間的距離越近；相反地，強度愈低表示深度值越大，因此兩者之間的距離越遠。參見第3圖，係顯示由深度影像感測器110所擷取到的物件O的影像資訊之一示意圖，其中橫軸”角度”表示物件O相對於深度影像感測器110的角度值，而橫軸”深度”表示物件O相對於深度影像感測器110的深度值。由第3圖可知，物件O的角度值為θ，深度值為D，這兩個值可用於後續的位置判斷。處理電路130可用以執行本案之物件位置之判斷方法。另外，如第2圖所示，於一實施例中，可在兩相鄰的邊126與128所形成的角落，亦即，與深度影像感測器110所在的角落相鄰的角落，設置另一深度影像感測器110’來同時對物件O進行偵測，使得處理電路130可同時利用兩個深度影像感測器110與110’的影像資訊來進一步得到物件所在位置的座標。詳細的物件位置判斷方法將介紹於下。儲存單元140(例如：一記憶體)可用以儲存相關的資料，例如：一既定角度範圍資料以及最大深度資料區線等等，但不限於此。其中，既定角度範圍資料係小於深度影像感測器110的可視角度，最大深度資料曲線係表示既定角度範圍內每個角度所對應的最大深度值，亦即每個角度上物件O與深度影像感測器110的最遠距離。其中，既定角度範圍的取得方式係事先將物件O放在觸控平面120的 不同邊緣，讓儲存單元140記錄/儲存深度影像感測器110在邊緣時的角度範圍，而取得既定角度範圍。由於深度影像感測器110的取像範圍的可能角度超過觸控平面，因此能限制角度不在既定角度範圍內的觸控點係位於觸控平面之外。舉例來說，如第2圖所示，可將物件O放在觸控平面120的邊緣122與128分別取得一下限值IndexA與一上限值IndexB，則既定角度範圍即為下限值IndexA與上限值IndexB之間的角度。假設物件所在位置的觸控點在此既定角度範圍之外的，即判斷位於觸控平面外，而在此既定角度範圍內的觸控點，即判斷可能位於觸控平面之內。

類似地，最大深度資訊的取得方式係先在觸控平面120的各個邊緣輸入觸控點，記錄深度影像感測器110所擷取到的各角度在觸控平面120上最遠的距離的深度值並儲存於儲存單元140中。由於在深度影像感測器110的影像中，同一角度上有很多觸控點，但距離各不同，因此只要記錄邊緣位置的觸控點的最遠距離，就知道同角度上較近距離的觸控點位於觸控平面內，如第4圖所示。如第4圖所示，中間的觸控點O和右下角邊緣的觸控點O’位於相同角度，但右下角的觸控點O’距離深度影像感測器110較遠。因此只要在此角度上的物件位置所對應的觸控點，其距離小於右下角的觸控點O’的距離，可判定其位置位於觸控平面120之內。

第5圖顯示一依據本發明實施例之物件位置判斷方法之流程圖，用以決定一物件之位置是否落在觸碰平面之內。依據本發明實施例之物件位置判斷方法可以適用於一 光學觸控系統(例如：第1圖的光學觸控系統100)，其中光學觸控系統可應用於一電子裝置，如電視機、桌上型電腦等，或可攜式裝置，如個人數位助理、智慧型手機、行動電話、行動上網裝置、或迷你筆記型電腦、平板電腦等之手持式裝置。於此實施例中，光學觸控系統包括不具邊條的觸控平面。

首先，如步驟S502，深度影像感測器110偵測到一物件例如手指的觸碰事件，於是藉由深度影像感測器110產生相應物件的影像資訊至處理電路130，其中影像資訊中包括物件所在位置的觸控點相對於深度影像感測器110的角度資訊以及其觸控點相對於深度影像感測器110的一深度資訊。其中，如前述，角度資訊具有一角度值且深度資訊具有一深度值。

當處理電路130接收到深度影像感測器110所產生的相應物件的角度資訊以及深度資訊之後，如步驟S504，處理電路130便依據角度資訊以及深度資訊，判斷物件係落在觸控平面120之內或落在觸控平面120之外。

於一實施例中，處理電路130依據角度資訊以及深度資訊，判斷物件係落在觸控平面120之內或落在觸控平面120之外之步驟係依據儲存單元140中所事先記錄的對應於觸控平面120的一既定角度範圍、一最大深度資訊以及前述的角度資訊以及深度資訊來判斷物件是否落在觸控平面120之內。其中，既定角度範圍的取得方式係事先將物件放在觸控平面120的不同邊緣時，讓儲存單元140記錄深度影像感測器110在邊緣時的角度範圍，而取得既定角 度範圍。如第2圖所示，介於角度下限值IndexA與上限值IndexB之間的角度即可為既定角度範圍，在此既定角度範圍之外的觸控點，即判斷位於觸控平面外，而在此既定角度範圍內，即判斷可能位於觸控平面之內。舉例來說，假設IndexA為10度且IndexB為100度時，則若物件所對應之角度資訊表示小於10度的角度或大於100度的角度時，便可判定物件之位置為在既定角度範圍之外的位置，即判斷其位置位於觸控平面之外。反之，若物件所對應之角度資訊表示介於10度與100度之間的角度時，則物件之位置可能落在觸控平面之內，也可能落在觸控平面之外，需要進一步利用深度資訊來進行確認。

第6圖顯示依據本發明另一實施例之物件位置之判斷方法之流程圖，用以依據深度影像感測器110所擷取到的影像中所包括的角度資訊以及深度資訊，判斷物件之位置係落在觸控平面120之內或落在觸控平面120之外。

首先，如步驟S602，處理電路130判斷角度資訊中所表示的角度值是否在既定角度範圍內。舉例來說，假設既定範圍為10度至100度的角度時，則處理電路130判斷角度資訊中所表示的角度是否在既定角度範圍內即判斷角度資訊的角度值是否表示10度至100度之間的角度。

當角度資訊表示的角度值並非落在既定角度範圍內的角度時(例如：角度資訊表示的角度小於10度或大於100度時)(步驟S602的否)，表示物件之位置並非落在觸控平面上，因此，如步驟S604，處理電路130便直接判定物件之位置係落在觸控平面之外。因此，處理電路130可刪除此 物件的相應觸控點的資訊，無須再進一步的運算。

當角度資訊表示的角度值係落在既定角度範圍內的角度時(例如：角度資訊表示的角度大於10度且小於100度時)(步驟602的是)，表示物件之位置可能落在觸控平面之內，如步驟S606，於是接著處理電路130判斷相應物件的深度資訊中所表示的深度值是否小於或等於對應角度資訊的一最大深度值。其中對應此角度值的最大深度值可以由儲存單元140的前述最大深度資料曲線中獲得。

當深度資訊中所表示的深度值大於對應角度資訊的最大深度值時(步驟S606的否)，表示物件所在的位置落在觸控平面之外，因此，如步驟S608，處理電路130便判定物件之位置係落在觸控平面之外。類似地，處理電路130可於判定物件之位置係落在觸控平面之外時，進一步刪除相應此物件的位置的觸控點的資訊。

當深度資訊中所表示的深度值小於或等於對應角度資訊的角度值的最大深度值時(步驟S606的是)，表示物件所在的位置落在觸控平面之內，於是，如步驟S610，處理電路130判定物件之位置係落在觸控平面之內。之後，處理電路130便輸出或儲存表示此物件所在位置的觸控點的相關資訊至一裝置以進行後續處理。舉例來說，參見第2圖，處理電路130可利用設置在觸控平面的一邊緣角落的深度影像感測器110所得到的角度資訊與深度資訊與設置在觸控平面的另一角落的另一深度影像感測器110’所得到的角度資訊與深度資訊透過一些演算法如數學函數例如三角函數或三角定位方法等來計算出物件在觸控平面的座標，進 而執行一對應的動作。

也就是說，只有當相應物件的角度資訊表示既定角度範圍內的角度且其深度資訊表示的深度值小於或等於最大深度值時，處理電路130才會判定物件之位置係落在觸控平面之內。因此，可藉由前述的簡單流程來判斷出物件之位置是否落在觸控平面之內，進而過濾出需要進一步計算的物件之位置的觸控點，可減少不必要的計算，加速運算的速度。

以下列舉一實施例，用以輔助說明依據本發明之物件位置判斷方法如何判斷一物件(例如：手指或觸控筆等等)是否落在觸控平面之內之細節，但本發明並不限於此。

請參見第7A圖，第7A圖係顯示依據本發明實施例之物件分別放在不同位置所對應的觸碰點之示意圖。如第7A圖所示，分別表示三個手指710、720、730分別放在三個不同位置所對應的觸碰點。於此實施例中，假設以左邊的深度影像感測器110取得的影像訊號為例，而既定角度範圍係介於下限值IndexA與上限值IndexB之間的角度。第7B圖係顯示第7A圖左邊的深度影像感測器110取得的影像訊號之示意圖，其中，橫軸的”角度”表示物件之位置所在的觸控點相對於深度影像感測器A的角度，其方向由左起算為0度，而縱軸的”深度(Depth)”表示物件之位置所在的觸控點在深度影像感測器110的影像中的強度，其中強度越高代表距離越近(深度越淺)，反之強度越低代表距離越遠。參見第7B圖，於此實施例中，0與角度範圍的下限值Index A之間的角度以及大於角度範圍的下限值IndexB 的角度係位於觸控平面之外，最接近深度影像感測器110的手指710，其強度最強，深度值最小；次接近深度影像感測器110的手指720，強度次之，深度值次之；距離深度影像感測器110最遠的手指730，強度最弱，深度值最大。也就是說，只有介於Index A與Index B之間的角度才判斷可能位於觸控平面內。參見第7B圖，由於手指710的影像的角度值係非落在該既定角度範圍之內，處理電路130可判斷出手指710之位置位於觸控平面之外，故刪除手指710所對應的觸控點的資訊。

最大深度資料曲線Depth_max 代表既定角度範圍內的各角度中，在觸控平面內的最小強度(最大深度資訊)，也就是在觸控平面內最遠的距離。因此，如第7B圖所示，手指720的強度大於此角度的最小強度，表示手指720與深度影像感測器110的距離比最遠距離還近，故處理電路130可據此深度資訊判定手指720之位置係在觸控平面之內，而手指730雖然在既定角度範圍之內，但其強度小於此角度的最小強度，表示手指730與深度影像感測器110的距離比最遠距離還遠，故處理電路可據此判定手指730之位置係在觸控平面之外。

因此，依據本發明之光學觸控系統及其物件位置之判斷方法，可利用深度影像感測器所提供的深度資訊以及配合簡易的邊界限制，便能達到不需使用邊條的技術，因此其觸控平面無須加裝邊條，可減少成本，組裝上更為容易。再者，由於觸控平面無須加裝邊條，因此也不會發生邊條脫落或歪斜的問題。

本發明之方法，或特定型態或其部份，可以以程式碼的型態存在。程式碼可以包含於實體媒體，如軟碟、光碟片、硬碟、或是任何其他機器可讀取(如電腦可讀取)儲存媒體，亦或不限於外在形式之電腦程式產品，其中，當程式碼被機器，如電腦載入且執行時，此機器變成用以參與本發明之裝置。程式碼也可透過一些傳送媒體，如電線或電纜、光纖、或是任何傳輸型態進行傳送，其中，當程式碼被機器，如電腦接收、載入且執行時，此機器變成用以參與本發明之裝置。當在一般用途處理單元實作時，程式碼結合處理單元提供一操作類似於應用特定邏輯電路之獨特裝置。

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，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，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

110、110’‧‧‧深度影像感測器

120‧‧‧觸控平面

122、124、126、128‧‧‧邊緣

IndexA、IndexB、θ、Max‧‧‧角度

O、O’‧‧‧物件

130‧‧‧處理電路

140‧‧‧儲存單元

S502-S504‧‧‧步驟

S602-S610‧‧‧步驟

710、720、730‧‧‧手指

Depth_max ‧‧‧最大深度資料曲線

第1圖係顯示依據本發明實施例之光學觸控系統之示意圖。

第2圖係顯示一依據本發明實施例之光學觸控系統之配置示意圖。

第3圖係顯示依據本發明實施例之深度影像感測器所擷取到的物件的影像資訊之一示意圖。

第4圖係顯示依據本發明實施例之最大深度資訊的取得方式之示意圖。

第5圖係顯示一依據本發明實施例之物件位置判斷方 法之流程圖。

第6圖顯示依據本發明另一實施例之物件位置之判斷方法之流程圖。

第7A圖係顯示依據本發明實施例之物件分別放在不同位置所對應的觸碰點之示意圖。

第7B圖係顯示第7A圖左邊的深度影像感測器取得的影像訊號之示意圖。

S502-S504‧‧‧步驟

Claims (11)

1. 一種物件位置之判斷方法，適用於一光學觸控系統，其中該光學觸控系統至少包括一深度影像感測器以及一觸控平面，該深度影像感測器之感測範圍涵蓋該觸控平面，其包括下列步驟：於該深度影像感測器偵測到有一物件時，藉由該深度影像感測器取得該物件之一影像資訊，其中該影像資訊包括該物件相對於該深度影像感測器之一角度資訊以及一深度資訊；以及依據該角度資訊以及該深度資訊，判斷該物件之位置是否落在該觸控平面之內；其中該角度資訊具有一角度值以及該深度資訊具有一深度值且該依據該角度資訊以及該深度資訊，判斷該物件之位置是否落在該觸控平面之內之步驟更包括：判斷該角度資訊之該角度值是否落在一既定角度範圍內；當判定該角度值非落在該既定角度範圍之內時，判定該物件之位置係落在該觸控平面之外；以及當判定該角度值係落在該既定角度範圍之內時，判斷該深度資訊之該深度值是否小於或等於一既定深度值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括：當該深度資訊之該深度值小於或等於該既定深度值時，判定該物件之位置係落在該觸控平面之內；以及當該深度值大於該既定深度值時，判定該物件之位置係落在該觸控平面之外。
3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，更包括於判定該物件之位置係落在該觸控平面之內時，儲存或輸出相應該物件之一觸控點之資訊。
4. 如申請專利範圍第2項所述之方法，更包括於判定該物件之位置係落在該觸控平面之外時，刪除相應該物件之一觸控點之資訊。
5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該既定深度值係等於該物件相對於該深度影像感測器之角度為該角度資訊之該角度值時於該觸控平面上之一最大深度值。
6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該深度影像感測器係設置於該觸控平面之相鄰兩邊緣且該既定角度範圍係等於該觸控平面之該相鄰兩邊緣所形成之一夾角之一角度範圍，其中該角度範圍係小於該深度影像感測器之一可視角度。
7. 一種光學觸控系統，其包括：一深度影像感測器，提供相應一物件之影像資訊，其中該影像資訊包括該物件相對於深度影像感測器之一角度資訊以及一深度資訊；一觸控平面，其中該深度影像感測器之感測範圍涵蓋該觸控平面；以及一處理電路，用以於該深度影像感測器偵測到有該物件時，藉由該深度影像感測器取得該物件之該影像資訊，並依據該影像資訊中之該角度資訊以及該深度資訊，判斷該物件之位置係在該觸控平面之內或在該觸控平面之外；其中該角度資訊具有一角度值以及該深度資訊具有一 深度值且該處理電路依據該角度資訊以及該深度資訊，判斷該物件之位置是否落在該觸控平面之內係判斷該角度資訊之該角度值是否落在一既定角度範圍內，當判定該角度值非落在該既定角度範圍之內時，該處理電路判定該物件之位置係落在該觸控平面之外，而當判定該角度值係落在該既定角度範圍之內時，該處理電路判斷該深度資訊之該深度值是否小於或等於一既定深度值。
8. 如申請專利範圍第7項所述之光學觸控系統，其中該處理電路係於該深度資訊之該深度值小於或等於該既定深度值時，判定該物件之位置係落在該觸控平面之內，而該處理電路係於該深度值大於該既定深度值時，判定該物件之位置係落在該觸控平面之外。
9. 如申請專利範圍第8項所述之光學觸控系統，其中該處理電路更於判定該物件之位置係落在該觸控平面之內時，儲存或輸出相應該物件之一觸控點之資訊。
10. 如申請專利範圍第8項所述之光學觸控系統，更包括該處理電路更於判定該物件之位置係落在該觸控平面之外時，刪除相應該物件之一觸控點之資訊。
11. 如申請專利範圍第7項所述之光學觸控系統，其中該物件係為手指或觸控筆。