TWI482068B - 光學觸控裝置與其運作方法 - Google Patents

Description

光學觸控裝置與其運作方法

本發明為一種光學觸控裝置，特別是一種具有手勢識別機制的光學觸控裝置。

近來，由於光學觸控面板之發展，使用者與光學觸控裝置之間的互動可藉由使用者手指來進行。目前的光學觸控裝置中，有些能支援由使用者一隻手指或兩隻手指所執行的觸控操作，有些能由支援使用者三隻以上之手指所執行的手勢操作。同時能支援觸控操作與手勢操作的光學觸控裝置，需透過使用者執行額外操作才能在觸控操作與手勢操作的兩模式間切換，增加了使用者在觸控操作上的不便利性。

本發明的一實施例提供一種光學觸控裝置的運作方法，適用於一光學觸控裝置，該光學觸控裝置包括一螢幕面板、一左方感測器以及一右方感測器。該方法包括：感測於該螢幕面板上的一感測波形；判斷該感測波形上波峰之數量，以控制該光學觸控裝置切換至一手勢模式或一觸控模式；當該光學觸控裝置運作在該手勢模式時，根據該左方感測器感測到的一第一感測波形估計一第一變化量，且根據該右方感測器感測到的一第二感測波形估計一第二變化量；根據該第一變化量與該第二變化量判斷一使用者的一手勢。

本發明的另一實施例為一種光學觸控裝置。該光學觸 控裝置包括一螢幕面板、一左方感測器、一右方感測器以及一手勢判斷單元。左方感測器，設置在該螢幕面板的左方，以感測一第一感測波形。右方感測器，設置在該螢幕面板的右方，以感測一第二感測波形。手勢判斷單元，根據該第一感測波形與該第二感測波形判斷一使用者的一手勢。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的實施方式中得到進一步的了解。

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一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

第1圖係表示根據本發明實施例之光學觸控裝置。參閱第1圖，光學觸控裝置1包括一螢幕面板11、一左方感測器12、一右方感測器13、一模式判斷單元14、一觸控判斷單元15以及一手勢判斷單元16。當光學觸控裝置1運作時，使用者可透過至少一物件來接觸螢幕面板11以進行觸控操作或手勢操作。上述物件可以是使用者之手指或觸控筆。在本發明實施例中，上述物件係以使用者之手指為例來說明。在本實施例中，模式判斷單元14、觸控判斷單元15以及手勢判斷單元16是由硬體電路所實現，或是由一處理器或控制器執行不同的程式或軟體所實現。

一般而言，光學觸控裝置可採用遮斷式或反射式技 術。在遮斷式光學觸控裝置中，螢幕面板的四周配置有反光條。當使用者手指接觸螢幕面板時，被接觸之位置所感測到的光亮度降低。在反射式光學觸控裝置中，螢幕面板的四周配置有散光條。當使用者手指接觸螢幕面板時，被接觸的位置所感測到的光亮度提高。

當光學觸控裝置1運作時，左方感測器12與右方感測器13係用來感應螢幕面板11上光亮度以分別獲得感測波形。請參考第2A圖。當光學觸控裝置1運作且螢幕面板11未被接觸時，以左方感測器12為例說明，左方感測器12產生的感測波形S11具有原始波形，其中，橫軸表示左方感測器12上的像素位置，而縱軸表示左方感測器12上每一像素感應到的光強度。模式判斷單元14設定一臨界波形STH，其中，此臨界波形STH上每一像素之光強度小於原始波形上對應像素之光強度。舉例來說，臨界波形STH上每一像素之光強度為原始波形上對應像素之光強度的0.75倍。

要注意的是，感測器的像素實際上是感測器上的一感測單元，換言之，以第1圖為例說明，像素0至像素500即表示感測單元0至感測單元500。

當使用者以兩隻手指接觸螢幕面板11時，感測波形S11，如第2B圖所示，上會出現兩個超過(低於)臨界波形STH之波峰P1與P2，分別對應接觸的兩隻手指。因此，模式判斷單元14可藉由判斷低於臨界波形STH之波峰的數量來得知接觸螢幕面板11之手指數量，並根據判斷結果來產生一切換信號，並由一控制器根據切換信號來控制光 學觸控裝置1切換至手勢模式或觸控模式。換句話說，本實施例係以接觸螢幕面板11之手指數量來決定光學觸控裝置1運作在手勢模式或觸控模式。

在此實施例中，係以三隻手指或三隻以上手指接觸螢幕面板11來進行光學觸控裝置1之手勢操作，且一隻手指或兩隻手指接觸螢幕面板11來進行光學觸控裝置1之觸控操作為例來說明。當光學觸控裝置1運作在手勢模式時，左方感測器12與右方感測器13感測到信號被傳送至手勢判斷單元16，以判斷使用者的手勢。當光學觸控裝置1運作在觸控模式時，左方感測器12與右方感測器13感測到信號被傳送至觸控判斷單元15，以判斷使用者於螢幕面板11的觸控位置。

第3圖係表示根據本發明一實施例之光學觸控裝置運作方法之流程圖。以下將根據第1與3圖來說明光學觸控裝置的運作方法。第3圖所示之切換方法係用於當光學觸控裝置1正處於觸控模式時為例說明。當光學觸控裝置1正處於觸控模式時，模式判斷單元14判斷由左方感測器12與右方感測器13感測到的波形上波峰之數量(步驟S30)。在一實施例中，模式判斷單元14只須判斷由左方感測器12或右方感測器13感測到的波形上波峰之數量即可。

當模式判斷單元14判斷左方感測器12且/或右方感測器13感測到的波形上波峰之數量大於或等於三(既定數量)(≧3)時，表示使用者以三隻手指或三隻以上手指接觸螢幕面板11，此時模式判斷單元14發出切換信號已告 知控制器將該光學觸控裝置1切換至手勢模式(步驟S31)。接著，在步驟S33中，手勢判斷單元16根據左方感測器12與右方感測器13感測到的波形判斷使用者的一手勢。

當模式判斷單元14判斷左方感測器12且/或右方感測器13感測到的波形上波峰之數量小於三(<3)時，表示使用者透過一隻手指或兩隻手指接觸螢幕面板11，此時模式判斷單元14發出切換信號已告知控制器將該光學觸控裝置1維持在觸控模式(步驟S31)。在觸控模式下，觸控判斷單元15可以根據左方感測器12與右方感測器13感測到的波形上波峰所對應到左方感測器12與右方感測器13的像素位置來判斷使用者於螢幕面板11上的觸碰位置。

第4圖為根據本發明之一光學觸控裝置的手勢判斷方法之流程圖。本實施例的手勢判斷方法係由如第1圖的手勢判斷單元15所執行。此外，於一實施例中，手勢判斷單元15包括一觸控位置判斷單元，可以粗略地估計使用者在螢幕面板上11的位置。此外，該觸控位置判斷單元的精准度是小於觸控判斷單元15。在步驟S41中，手勢判斷單元15計算在一預定時間內，左方感測器12與右方感測器13感測到的波形上波峰的平均位置或分散程度的變化量。

舉例來說，如果左方感測器12感測到3個波峰，並估計使用者的手指於螢幕面板11上的位置P1、P2以及P3。分散程度是指位置P1、P2以及P3與一平均位置的距離差的平方和的平均。請參考下列公式。

θ =分散程度；X_i =peak位置；σ =peak的平均位置；N=peak數量。

在另一個例子中，分散程度可以以其他方式計算。舉例來說，左方感測器12感應到使用者的三個手指的像素分別是像素150、180與240。因此分散程度就可以表示為：(240-150)/500=0.18

另外，在另一實施例中，亦可以使用位置P1、P2的平均位置的變化量。在本實施例中，預定時間是指偵測到一個手勢的開始到結束。在本實施例中，左方感測器12與右方感測器13具有一感測訊框率(sensing frame rate)，且左方感測器12與右方感測器13會在每一個訊框內感應一次使用者的手勢。手勢判斷單元15會計算每一個訊框內使用者的手指位置的一平均位置。請參考第5圖。第5圖為對應一手勢的一平均位置與時間的示意圖。當偵測到手勢時，手勢判斷單元15會先等待一預定時間t1，接著在估計於時間點t1時，使用者的手勢位於螢幕面板11上的一初始位置P1。在時間點t2時，手勢判斷單元15判斷使用者手勢已經結束，因此估計在時間點t2時，使用者的手勢位於螢幕面板11上的一目前位置P2。接著手勢判斷單元15計算對應使用者手勢的一平均位置變化量：變化量=(P2-P1)/P1

在步驟S42中，手勢判斷單元15根據求得的變化量以及包含複數個權重方程式的一權重方程式組以求得複數個 權重值。權重方程式可參考第6A~6D圖。第6A圖的方程式，以第1圖的光學觸控裝置1來看，表示使用者的手勢可能是往下的可能性。第6B圖的方程式，以第1圖的光學觸控裝置1來看，表示使用者的手勢可能是往上的可能性。第6C圖的方程式，以第1圖的光學觸控裝置1來看，表示使用者的手勢可能是維持不動的可能性。第6D圖則是集合前述方程式的一方程式組的示意圖。

此外也可將第6A~6C圖以方程式表示。舉例來說，第6A圖可表示為下面的方程式：

其中μ為權重值，v為變化量。

接著，手勢判斷單元15會根據左方感測器12的感測結果計算出一第一變化量與根據右方感測器13的感測結果計算出一第二變化量。手勢判斷單元15將第一變化量與第二變化量代入一權重方程式組，如第6D圖，以求得對應不同方程式的複數個權重值。此外，為避免手勢判斷單元15的誤判，因此第6A~6D圖中的方程式會設定兩個臨界值，只有變化量位於這兩個臨界值之間才會被用來進行手勢判斷。

在第4圖的步驟S43中，手勢判斷單元15根據該等權重值與一手勢判斷方程式組求得複數個特徵分數值。詳細動作請參考下列說明。

假設手勢判斷單元15將求得的第一變化量代入第6A圖中，可以得到一第一權重值μ1，將第一變化量代入第6B 圖中，可以得到一第二權重值μ2以及將第一變化量代入第6C圖中，可以得到一第二權重值μ3。手勢判斷單元15將求得的第二變化量代入第6A圖中，可以得到一第四權重值μ4，將第二變化量代入第6B圖中，可以得到一第五權重值μ5以及將第二變化量代入第6C圖中，可以得到一第六權重值μ6。手勢判斷單元15接著將第一變化量μ1至第六變化量μ6代入一手勢判斷方程式組求得複數個特徵分數值。

手勢判斷方程式組包括複數個手勢判斷方程式，且每一個手勢判斷方程式對應一手勢。請參考第1圖。當使用者的手勢是向上移動時，左方感測器12感測到的手勢的像素編號是逐步增加，而右方感測器13感測到的手勢的像素編號是逐步增加。因此可以得到手勢向上的特徵分數值的方程式如下：E1=μ_左，增加 ×μ_右，增加

這邊的μ_左，增加 指的是將左方感測器12感測到的平均位置的變化量代入第6B圖的方程式所得到的權重值。M_右，增加 指的是將右方感測器13感測到的平均位置的變化量代入第6A圖的方程式所得到的權重值。

當使用者的手勢是向下移動時，左方感測器12感測到的手勢的像素編號是逐步減少，而右方感測器13感測到的手勢的像素編號是逐步減少。因此可以得到手勢向下的特徵分數值的方程式如下：E2=μ_左，減少 ×μ_右，減少

這邊的μ_左，減少 指的是將左方感測器12感測到的平均 位置的變化量代入第6A圖的方程式所得到的權重值。μ_右，減少 指的是將右方感測器13感測到的平均位置的變化量代入第6A圖的方程式所得到的權重值。

當使用者的手勢是向左移動時，左方感測器12感測到的手勢的像素編號是逐步減少，而右方感測器13感測到的手勢的像素編號是逐步增加。因此可以得到手勢向左的特徵分數值的方程式如下：E3=μ_左，減少 ×μ_右，增加

這邊的μ_左，減少 指的是將左方感測器12感測到的平均位置的變化量代入第6A圖的方程式所得到的權重值。μ_右，增加 指的是將右方感測器13感測到的平均位置的變化量代入第6B圖的方程式所得到的權重值。

當使用者的手勢是向右移動時，左方感測器12感測到的手勢的像素編號是逐步增加，而右方感測器13感測到的手勢的像素編號是逐步減少。因此可以得到手勢向右的特徵分數值的方程式如下：E4=μ_左，增加 ×μ_右，減少

這邊的μ_左，增加 指的是將左方感測器12感測到的平均位置的變化量代入第6B圖的方程式所得到的權重值。μ_右，減少 指的是將右方感測器13感測到的平均位置的變化量代入第6A圖的方程式所得到的權重值。

綜上所述，手勢判斷方程式組可表示如下：E1=μ_左，增加 ×μ_右，增加

E2=μ_左，減少 ×μ_右，減少

E3=μ_左，減少 ×μ_右，增加

E4=μ_左，增加 ×μ_右，減少

要注意的是，本實施例的手勢判斷方程式組係針對第1圖的光學觸控裝置1所產生。如果左方感測器12與右方感測器13不同或是配置的位置不同的話，手勢判斷方程式組也會跟著改變。

在求得複數個特徵分數值後，手勢判斷單元15判斷根據該等特徵分數值判斷使用者的手勢。詳細內容請參考下面說明。

假設μ_左，增加 為0，μ_左，減少 為0.5，μ_右，增加 為0，μ_右，減少 為0.5，代入手勢判斷方程式組可得到下列特徵分數值：E1=0

E2=0

E3=0.25

E4=0

從上可以得知，E3的特徵分數值最高，因此使用者的手勢即為向下移動。

另外，為避免誤判，可再判斷從手勢判斷方程式組得到最高特徵分數值是否大於一界限值。如果沒有的話，則可能是誤判。手勢判斷單元15會再根據左方感測器12與右方感測器13所感測到的信號再次判斷使用者的手勢。

第7圖為一手勢感測裝置的一實施例的示意圖。感測器71用以感測使用者於光學觸控裝置上的手勢以產生至少一個感測波形。位置估計單元72則接收感測波形以估計使用者的手勢的一平均位置的變化量。運動模式判斷單元73包括一運動模式方程式組，而該運動模式方程式組包括 對應不同的運動模式的運動模式方程式。運動模式判斷單元73將接收到的變化量代入運動模式方程式組以求得複數個權重值。接著，手勢判斷單元74將該等權重值代入一手勢判斷方程式組以得到複數個特徵分數值，並根據該等特徵分數值判斷使用者的手勢。

要注意的是，第7圖所示之位置估計單元72、運動模式判斷單元73以及手勢判斷單元74可整合為如第1圖中的手勢判斷單元16。

第8A~8E圖為複數個運動模式方程式的示意圖。第8A圖表示使用者的手勢是大幅增加。也就是說使用者的手勢於光學觸控裝置上移動的量是大於一預定值，且往光學觸控裝置的上方移動，使得用者的手勢的一平均位置的變化量大於第一臨界值Th_L 。將得用者的手勢的平均位置的變化量代入第8A圖所得的權重值以μ_大幅增加 表示。

第8B圖表示使用者的手勢是小幅增加。也就是說使用者的手勢於光學觸控裝置上移動的量可能是小於該預定值，且往光學觸控裝置的上方移動，使得用者的手勢的一平均位置的變化量可能小於第一臨界值Th_L 。將得用者的手勢的平均位置的變化量代入第8B圖所得的權重值以μ_輕微增加 表示。

第8C圖表示使用者的手勢是維持不變。也就是說使用者的手勢於光學觸控裝置可能是沒有移動，使得用者的手勢的一平均位置的變化量可能小於第一臨界值Th_L 且大於第二臨界值-Th_L 。將得用者的手勢的平均位置的變化量代入第8C圖所得的權重值以μ_惟持一樣 表示。

第8D圖表示使用者的手勢是小幅增加。也就是說使用者的手勢於光學觸控裝置上移動的量可能是小於該預定值，且往光學觸控裝置的下方移動，使得用者的手勢的一平均位置的變化量可能大於第二臨界值-Th_L 。將得用者的手勢的平均位置的變化量代入第8D圖所得的權重值以μ_大幅減少 表示。

第8E圖表示使用者的手勢是大幅減少。也就是說使用者的手勢於光學觸控裝置上移動的量是大於一預定值，且往光學觸控裝置的下方移動，使得用者的手勢的一平均位置的變化量小於第二臨界值-Th_L 。將得用者的手勢的平均位置的變化量代入第8E圖所得的權重值以μ_輕微減少 表示。

根據前述的運動模式方程式，對應的手勢判斷方程式組如下表示：Score_向上手勢 =μ_{輕微增加，左} ×μ_{輕微增加，右}

Score_向下手勢 =μ_{輕微減小，左} ×μ_{輕微減小，右}

Score_{輕微向左手勢} =μ_{輕微減小，左} ×μ_{輕微增加，右}

Score_{輕微向右手勢} =μ_{輕微增加，左} ×μ_{輕微減小，右}

Score_{大幅向左手勢} =μ_{大幅減少，左} ×μ_{大幅增加，右}

Score_{大幅向右手勢} =μ_{大幅增加，左} ×μ_{大幅減少，右}

Score_向內抓 =μ_{維持一樣，左} ×μ_{維持一樣，右} ×μ_{變化量大幅減少，左} ×μ_{變化量大幅減少，右}

假設光學觸控裝置上的左方感測器與右方感測器所得到的變化量均為Th_L /4，可以得到下列權重值：μ_{大幅增加，左} =0

μ_{大幅增加，右} =0

μ_{輕微增加，左} =0.25

μ_{輕微增加，右} =0.25

μ_{維持一樣，左} =0.75

μ_{維持一樣，右} =0.75

μ_{輕微減小，左} =0

μ_{輕微減小，右} =0

μ_{大幅減少，左} =0

μ_{大幅減少，右} =0

另外，假設光學觸控裝置上的左方感測器與右方感測器所得到的波形的波峰的分散程度的變化比例皆為-Th_H ，則左方感測器與右方感測器所得到波峰位置分散程度的大幅減少的權重如下：μ_{變化量大幅減少，左} =1

μ_{變化量大幅減少，右} =1

將上述的權重值代入手勢判斷方程式組，可得到下列特徵分數值：Score_向上手勢 =0.0625

Score_向下手勢 =0

Score_{輕微向左手勢} =0

Score_{輕微向右手勢} =0

Score_{大幅向左手勢} =0

Score_{大幅向右手勢} =0

Score_向內抓 =0.5625

對應向內抓的運動模式方程式所得到的特徵分數值最高，且大於預定的臨界值，如0.5，因此可判斷使用者目前 的手勢是向內抓。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，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。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

1‧‧‧光學觸控裝置

11‧‧‧螢幕面板

12‧‧‧左方感測器

13‧‧‧右方感測器

14‧‧‧模式判斷單元

15‧‧‧觸控判斷單元

16‧‧‧手勢判斷單元

71‧‧‧感測器

72‧‧‧位置估計單元

73‧‧‧運動模式判斷單元

74‧‧‧手勢判斷單元

第1圖係表示根據本發明實施例之光學觸控裝置。

第2A圖為感測器於光學觸控裝置感測到的原始波形示意圖。

第2B圖為感測器於光學觸控裝置感測到使用者動作的的波形示意圖。

第3圖係表示根據本發明一實施例之光學觸控裝置運作方法之流程圖。

第4圖為根據本發明之一光學觸控裝置的手勢判斷方法之流程圖。

第5圖為對應一手勢的一平均位置與時間的示意圖。

第6A~6D圖為複數個權重方程式的是意圖。

第7圖為一手勢感測裝置的一實施例的示意圖。

第8A~8E圖為複數個運動模式方程式的示意圖。

1‧‧‧光學觸控裝置

11‧‧‧螢幕面板

12‧‧‧左方感測器

13‧‧‧右方感測器

14‧‧‧模式判斷單元

15‧‧‧觸控判斷單元

16‧‧‧手勢判斷單元

Claims (14)

1. 一種光學觸控裝置的運作方法，適用於一光學觸控裝置，該光學觸控裝置包括一螢幕面板、一左方感測器以及一右方感測器，該方法包括：感測於該螢幕面板上的一感測波形；判斷該感測波形上波峰之數量，以控制該光學觸控裝置切換至一手勢模式或一觸控模式；當該光學觸控裝置運作在該手勢模式時，根據該左方感測器感測到的一第一感測波形估計一使用者於該螢幕面板上的一手勢位置的一第一變化量，且根據該右方感測器感測到的一第二感測波形估計該使用者於該螢幕面板上的該手勢位置的一第二變化量；以及根據該第一變化量與該第二變化量判斷該使用者的該手勢。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控裝置的運作方法，其中該感測波形為該第一感測波形與該第二感測波形中的一個。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控裝置的運作方法，更包括：將該第一變化量與該第二變化量代入一運動模式方程式組以得到複數個權重值；以及根據該等權重值判斷該使用者的該手勢。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光學觸控裝置的運作方法，其中該運動模式方程式組係根據該左方感測器以及該右方感測器於該螢幕面板上的位置所產生。
5. 如申請專利範圍第3項所述之光學觸控裝置的運作方法，更包括：將該等權重值代入一手勢判斷方程式組以得到複數個特徵分數；以及根據該等特徵分數判斷該使用者的該手勢。
6. 如申請專利範圍第5項所述之光學觸控裝置的運作方法，其中對應該手勢的一第一特徵分數為該等特徵分數中的最大值。
7. 如申請專利範圍第5項所述之光學觸控裝置的運作方法，更包括：判斷該等特徵分數中的一最大特徵分數；以及當該最大特徵分數大於一預定值時，判斷該使用者的該手勢。
8. 一種光學觸控裝置，包括：一螢幕面板；一左方感測器，設置在該螢幕面板的左方，以感測一第一感測波形；一右方感測器，設置在該螢幕面板的右方，以感測一第二感測波形；一模式判斷單元，判斷該第一感測波形或該第二感測波形上波峰之數量，以決定該光學觸控裝置運作在一手勢模式或一觸控模式；以及一手勢判斷單元，根據該第一感測波形與該第二感測波形判斷一使用者的一手勢。
9. 如申請專利範圍第8項所述之光學觸控裝置，其中 該手勢判斷單元根據該第一感測波形估計該使用者於該螢幕面板上的一手勢位置的一第一變化量，且根據該第二感測波形估計該使用者於該螢幕面板上的該手勢位置的一第二變化量，並根據該第一變化量與該第二變化量判斷該使用者的該手勢。
10. 如申請專利範圍第9項所述之光學觸控裝置，更包括：一運動模式判斷單元，具有一運動模式方程式組，該運動模式判斷單元將該第一變化量與該第二變化量代入一運動模式方程式組以得到複數個權重值，使該手勢判斷單元根據該等權重值判斷該使用者的該手勢。
11. 如申請專利範圍第10項所述之光學觸控裝置，其中該運動模式方程式組係根據該左方感測器以及該右方感測器於該螢幕面板上的位置所產生。
12. 如申請專利範圍第10項所述之光學觸控裝置，更包括：一手勢判斷方程式組，該手勢判斷單元將該等權重值代入該手勢判斷方程式組以得到複數個特徵分數，並根據該等特徵分數判斷該使用者的該手勢。
13. 如申請專利範圍第12項所述之光學觸控裝置，其中對應該手勢的一第一特徵分數為該等特徵分數中的最大值。
14. 如申請專利範圍第12項所述之光學觸控裝置，其中該手勢判斷單元更判斷該等特徵分數中的一最大特徵分數，且當該最大特徵分數大於一預定值時，該手勢判斷單 元決定該使用者的該手勢。