TWI497378B - 光學觸控系統及其懸浮判斷方法 - Google Patents

光學觸控系統及其懸浮判斷方法 Download PDF

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Description

光學觸控系統及其懸浮判斷方法
本發明係有關一種輸入裝置，更特別有關一種可判斷短距離懸浮高度之光學觸控系統及其懸浮判斷方法。
目前，電腦軟體系統已逐漸朝著能夠搭配接觸控制(touch control)的方向發展，例如微軟的視窗8系統(Windows 8 system)。為了能夠搭配軟體的發展，硬體周邊裝置，例如顯示幕，必須同時具有相對應功能。
一般觸控面板依據感應原理可區分為電阻式、電容式和光學式觸控面板；其中，雖然光學式觸控面板可進行多點觸控，然而卻另外存在有物件遮蔽(blocking)以及懸浮判斷(hovering identification)的問題。一般而言，當手指接近但未實際接觸到觸控面板時可定義為一懸浮狀態，雖然該懸浮狀態可用以在接觸狀態以外增加可操作功能，然而當手指非常靠近但未接觸到觸控面板時，可能出現無法判斷的情形。因此，如何增加懸浮判斷的精確度仍為光學式觸控面板技術中尚待解決的問題之一。
有鑑於此，本發明另提出一種光學觸控系統及其懸浮判斷方法，其係根據多個影像感測器所擷取的影像圖框來共同確認一觸控點為一懸浮觸控點或一接觸觸控點。
本發明提供一種光學觸控系統及其懸浮判斷方法，其可判斷短距離懸浮高度，並可在多點觸控時修正深度門檻值以增加判斷精確度。
本發明另提供一種光學觸控系統及其懸浮判斷方法，其可判斷短距離懸浮高度，並可根據一物件與一影像感測器之距離修正深度門檻值以增加判斷精確度。
本發明另提供一種光學觸控系統及其懸浮判斷方法，其可 判斷短距離懸浮高度，並可根據一物件相關之可操作感測器之一數目修正深度門檻值以增加判斷精確度。
本發明提供一種光學觸控系統，包含一觸控面、複數影像 感測器、一儲存單元、一計算單元以及一判斷單元。該觸控面用以供至少一物件於其上進行操作。每一該等影像感測器用以擷取橫跨該觸控面之一影像圖框。該儲存單元儲存有至少一深度門檻值及每一該等影像感測器相對該觸控面之一可操作範圍。該計算單元用以根據該影像圖框計算每一該物件之一座標及相對每一該等影像感測器之一操作深度。該判斷單元用以將每一該物件之該座標所位於每一該可操作範圍相關之該影像感測器定義為一可操作感測器，累計每一該物件相對相關之該可操作感測器之該操作深度超過該深度門檻值之一累計數目，當該累計數目超過一累計門檻值時判斷為一接觸狀態。
本發明另提供一種光學觸控系統之懸浮判斷方法，該光學觸控系統包含複數影像感測器分別用以擷取橫跨一觸控面之一影像圖框。該懸浮判斷方法包含下列步驟：利用一計算單元根據該影像圖框計算至少一物件之一座標及相對每一該等影像感測器之一操作深度；當該座標位於該等影像感測器其中之一之一可操作範圍時，定義該影像感測器為一可操作感測器；利用一判斷單元比較每一該物件相關之該可操作感測器之該操作深度與至少一深度門檻值；以及根據每一該物件相關之該可操作感測器之該操作深度超過該深度門檻值之一累計數目判斷每一該物件之一懸浮狀態。
本發明另提供一種可光學觸控系統，包含一觸控面、複數影像感測器、一計算單元以及一判斷單元。該觸控面用以供一物件於其上進行操作。每一該等影像感測器用以擷取橫跨該觸控面之一影像圖框。該計算單元用以根據該影像圖框計算該物件之一座標及相對每一該等影像感測器之一操作深度。該判斷單元用以當該座標位於該等影像感測器其中之一之一可操作範圍內且相對該影像感測器之該操作深度超過一深度門檻值時增加一累計數目，並根據該累計數目判斷該物件之一操作狀態。
一實施例中，該累計門檻值與每一物件相關之可操作感測 器之一數目相關，例如成正相關。
一實施例中，該判斷單元另計算相對每一影像感測器之複數物件之遮蔽光影間之一光影間距，該儲存單元儲存有相對不同光影間距之深度門檻值且該判斷單元可根據該光影間距選擇適當的深度門檻值。
一實施例中，該判斷單元另計算相對每一影像感測器之複數物件之遮蔽光影之一合併光影數，該儲存單元儲存有相對不同合併光影數之深度門檻值且該判斷單元可根據該合併光影數調整該深度門檻值。
一實施例中，該深度門檻值與每一物件相關之可操作感測器之一數目相關，例如成正相關。
一實施例中，該儲存單元儲存有複數深度門檻值，該等深度門檻值根據該可操作範圍內與相關之影像感測器之一距離而不同。
本發明實施例之光學觸控系統及其懸浮判斷方法中，該判斷單元先確認相對一物件之可操作感測器，接著辨識該等可操作感測器偵測為接觸或懸浮的感測器數目。當多數可操作感測器偵測為接觸時判斷該物件為接觸狀態而當多數可操作感測器偵測為懸浮時判斷該物件為懸浮狀態；其中，所述數目亦可根據可操作感測器之總數被調整，以增加判斷精確度。因此，並不需要所有可操作感測器均辨識為相同時才能判定。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，詳細說明如下。此外，於本發明之說明中，相同之構件係以相同之符號表示，於此合先述明。
1‧‧‧光學觸控系統
10‧‧‧觸控面
111~114‧‧‧反光條
121~124‧‧‧影像感測器
131~134‧‧‧系統光源
14‧‧‧計算單元
15‧‧‧判斷單元
16‧‧‧儲存單元
9‧‧‧物件
B‧‧‧盲區域
S21~S26‧‧‧步驟
P0~P9‧‧‧物件
THa‧‧‧累計門檻值
IF1 ~IF4 ‧‧‧影像圖框
Hmin‧‧‧可偵測最小懸浮高度為
offset1、offset2‧‧‧深度門檻值之調整值
SP12 、SP3 、SP4 、SP56 、SP789 ‧‧‧遮蔽光影
TH0、TH1、TH2、TH1high 、TH2high 、TH1low 、TH2low ‧‧‧深度門檻值
第1圖顯示本發明實施例之光學觸控系統之立體圖。
第2圖顯示本發明實施例之光學觸控系統之方塊圖。
第3圖顯示本發明實施例之光學觸控系統中計算物件之操作深度之示意圖。
第4A~4B圖顯示本發明實施例之光學觸控系統中決定可操作範圍之示意圖。
第5A~5E圖顯示本發明實施例之光學觸控系統之可操作範圍之示意圖。
第6圖顯示本發明實施例之光學觸控系統之操作示意圖。
第7圖顯示本發明實施例之光學觸控系統相對一物件之偵測資訊。
第8圖顯示本發明實施例之光學觸控系統之不同深度門檻值之示意圖。
第9~10圖顯示本發明實施例之光學觸控系統之另一操作示意圖。
第11圖顯示本發明實施例之光學觸控系統之儲存單元所預存之不同深度門檻值。
第12圖顯示本發明實施例之光學觸控系統之懸浮判斷方法之流程圖。
請參照第1圖所示，其顯示本發明實施例之光學觸控系統之立體圖。本實施例之光學觸控系統1包含一觸控面10、複數反光條(此處顯示為四反光條111~114)以及複數影像感測器(此處顯示為四影像感測器121~124)；其中，影像感測器及反光條之數目及配置可根據不同應用而定，並不限於第1圖所揭示者。該光學觸控系統1用以分辨至少一物件(例如，但不限於，至少一手指)位於該觸控面10上方之一懸浮操作狀態及一接觸操作狀態，並根據不同操作狀態控制一電子裝置執行不同運作；其中，一電子裝置根據不同操作狀態之運作功能已為習知，故於此不再贅述。
該等反光條111~114較佳分別設置於該觸控面10之邊緣以界定該觸控面10上之一操作區域，並用以反射環境光或系統光源所發出的光。一實施例中，該光學觸控系統1可包含至少一系統光源(例如此處顯示 四系統光源131~134)用以照明該等反光條111~114；其中，該系統光源可為非同調光源(例如發光二極體)或部分同調光源並發出不可見光。必須說明的是，雖然第1圖顯示該等系統光源131~134係分別相鄰該等影像感測器121~124而設置，但其並非用以限定本發明。根據不同應用，系統光源之設置位置、數目及發光頻譜可不相同，並無特定限制。此外，該系統光源可以相同或不同發光頻率相應該等影像感測器121~124之影像擷取頻率發光，且不同系統光源可根據相關影像感測器之影像擷取而不同時發光。
該等影像感測器121~124例如分別包含一CCD影像感測 器、一CMOS影像感測器或其他光感測器。該等影像感測器121~124用以同時或分時分別擷取橫跨該觸控面10之一影像圖框，且該影像圖框較佳包含至少一反光條影像。當至少一物件9靠近或接觸該觸控面10時，每一該等影像感測器121~124可擷取該物件9遮蔽其視野範圍內相關反光條之影像圖框。必須說明的是，第1圖雖顯示該等影像感測器121~124係設置於該觸控面10之四個角落，但其並非用以限定本發明。一實施例中，該光學觸控系統1可另包含兩影像感測器設置於該反光條111或113的一側。
請參照第2圖所示，其顯示本發明實施例之光學觸控系統 之方塊示意圖。本實施例之光學觸控系統1除了該等影像感測器121~124(此處顯示為感測陣列)以外，另可包含一計算單元14、一判斷單元15以及一儲存單元16。本實施例中，該計算單元14、判斷單元15及儲存單元16可以一控制晶片實現並以軟體、硬體、韌體或其組合的方式實現，並無特定限制。
如前所述，該等影像感測器121~124用以同時或分時擷取 並輸出影像圖框IF1 ~IF4 。該計算單元14用以根據該等影像圖框IF1 ~IF4 計算每一物件之一座標及每一物件相對每一影像感測器之一操作深度(舉例說明於後)；亦即，該計算單元14可根據每一物件相對每一影像感測器之影像圖框分別求得一操作深度，例如此時每一物件可求得4個操作深度。該判斷單元15用以將每一物件之座標所位於每一可操作範圍相關之影像感測器定義為一可操作感測器，累計每一物件相對相關之可操作感測器之操作深度超過至少一深度門檻值之一累計數目，並當該累計數目超過一累計門檻值時判斷為一接觸狀態；此外，該判斷單元15另可計算一光影間距及/或一 合併光影數，並據以選擇及調整該深度門檻值，藉以增加判斷精確度。該儲存單元16事先儲存有至少一深度門檻值、至少一累計門檻值以及每一影像感測器相對該觸控面10之一可操作範圍。
首先，說明該計算單元14根據該等影像圖框IF1 ~IF4 計算每 一物件相對每一影像感測器之一操作深度的方式。請參照第3圖所示，於開機程序中，每一影像感測器擷取一影像圖框以作為一參考影像圖框；其中，該參考影像圖框較佳不包含任何物件影像。若計算該參考影像圖框之每一行灰階值之合(sum)或平均，則可得到一維參考灰階分布(顯示為實線)；其中，該一維參考灰階分布被儲存於該儲存單元16中。於操作時，每一影像感測器擷取一影像圖框以作為一目前影像圖框；其中，假設該目前影像圖框包含一物件影像(如第3圖中凹部)。同樣可透過計算該目前影像圖框之每一行灰階值之合或平均，以得到一維目前灰階分布(顯示為虛線)。必須說明的是，第3圖中遮蔽光影外的區域，該參考灰階分布及該目前灰階分布大致相同，此處為清楚顯示而將兩分布曲線分離。
本發明中，物件相對一影像感測器之操作深度(depth)則可以方程式(1)來計算depth=max of(Ri-Ci)/Ri,i=1~n (1)
(1)式中，Ri為參考影像圖框之一維參考灰階分布之每一灰階值；Ci為目前影像圖框之一維目前灰階分布之每一灰階值；n為影像圖框之一維尺寸(此處為列解析度)；本發明將操作深度定義為(1)式之最大值而物件位置例如可定義為該最大值之像素位置。由(1)式可知，物件愈靠近該觸控面10，操作深度的數值愈高；其中，當物件未進入影像感測器之視野內時操作深度為0，而物件接觸該觸控面10時操作深度為1。此外，計算該操作深度時，可利用(1)式計算整個一維灰階分布之灰階值；或者，先利用該一維參考灰階分布及該一維目前灰階分布先計算出一遮蔽光影範圍後，再利用(1)式計算該遮蔽光影範圍內之灰階值。必須說明的是，本發明中操作深度之計算方式並不限於利用(1)式來計算，例如一實施例中亦可將(1)式中的分母拿掉，僅計算差值。另一實施例中，操作深度可為(1)式對n的平均值。換句話說，該操作深度可根據一參考影像圖框及一目前影像圖框之一維灰階分布求得。
接著，說明決定每一影像感測器相對該觸控面10之一可操 作範圍的方式。本發明中，該可操作範圍較佳於光學觸控系統1出廠前預先計算並儲存於該儲存單元16中。
請參照第4A及4B圖所示，第4A圖顯示該觸控面10為一 非鏡面時之操作示意圖而第4B圖顯示該觸控面10為一鏡面時之操作示意圖；其中，此處僅以影像感測器121及反光條113為例說明。其他影像感測器與反光條之操作情形與此類似。
如第4A圖所示，當沒有任何物件接近該觸控面10時，該 影像感測器121可擷取到該反光條113整個反光條影像。此處假設系統之可偵測最小懸浮高度為Hmin，例如1mm。如(1)式所示，由於計算操作深度時必須使得影像感測器121能夠至少擷取到一部分反光條影像，當物件9靠近影像感測器121一預設距離時，即使該物件9未碰觸該觸控面10，該影像感測器121可能無法擷取到該反光條113之影像，故該預設距離內相對該影像感測器121屬於不可操作範圍而成為盲區域(blind region)。因此，本發明中，將物件9懸浮於該可偵測最小懸浮高度Hmin時，逐漸靠近該影像感測器121直到該影像感測器121無法擷取到該反光條113之影像時的一預設距離D1視為盲區域，並將該預設距離D1以外的範圍定義為該影像感測器121之一可操作範圍。根據第4A圖可暸解，該預設距離D1取決於該可偵測最小懸浮高度Hmin及影像解析度；例如，當該影像感測器121可辨識之反光條影像之尺寸愈小，則可縮小盲區域的面積。此外，當該反光條113並非直接設置於該觸控面10上而相距一段距離時，則會增加盲區域的面積。換句話說，盲區域係由系統參數及該可偵測最小懸浮高度決定。
如第4B圖所示，為了降低盲區域的面積以增加可操作範 圍，該觸控面10可使用一鏡面，因此該影像感測器121可擷取反光條實像113及反光條虛像113' 。藉此，只要影像感測器121能夠擷取一部分反光條虛像113' ，該計算單元14則能夠根據(1)式計算該操作深度，因此可大幅縮小盲區域的面積以增加可操作範圍，即D2<D1。
根據上述方法，於該光學觸控系統1出廠前，可針對每一 影像感測器計算一可操作範圍，如第5A~5D圖所示之斜線區域。第5E圖顯示第5A~5D圖所示之可操作範圍同時重疊於該觸控面10的情形。為便 於說明，第5E圖顯示一盲區域B，當一物件位於該盲區域B時，所有影像感測器121~124均無法偵測該物件之操作狀態。因此，於設計時較佳使得該觸控面10上不存在任何盲區域。
請參照第6圖所示，接著說明該判斷單元15判斷一物件之 操作狀態的實施方式。此時假設單一物件P0被該等影像感測器121~124所擷取。該等影像感測器121~124分別擷取並輸出一影像圖框IF1 ~IF4 至該計算單元14。
該計算單元14則根據該等影像圖框IF1 ~IF4 計算該單一物 件P0相對該觸控面10之一座標；其中，根據複數影像感測器所擷取之影像圖框計算一物件之座標的方式已為習知，例如事先將複數影像感測器之視野範圍映射(mapping)成相對該觸控面10之一二維空間，則可根據影像圖框計算相對該二維空間之物件座標。該計算單元14另根據該等影像IF1 ~IF4 及(1)式計算該物件P0相對每一影像感測器121~124之一操作深度。該計算單元14並將該座標及該操作深度資訊傳送至該判斷單元15。
該判斷單元15先判斷該座標是否位於該等影像感測器 121~124之可操作範圍，例如第6圖顯示該物件P0之坐標位於該影像感測器121之可操作範圍。請參照第7圖所示，假設該判斷單元15判斷該物件P0之座標分別位於該等影像感測器121~123之可操作範圍(顯示為”Y”)但不位於該影像感測器124之可操作範圍(顯示為”N”)，因此該等影像感測器121~123相對該物件P0被定義為可操作感測器而該影像感測器124相對該物件P0不被定義為可操作感測器。
接著，該判斷單元15比較該物件P0相對每一影像感測器 121~123之操作深度與預存於該儲存單元16之一深度門檻值TH0(相對該影像感測器124之操作深度不進行比較)，此處假設該判斷單元15求得該物件P0相對該等影像感測器121、123之操作深度超過該深度門檻值TH0(顯示為”Y”)而相對該影像感測器122之操作深度小於該深度門檻值TH0(顯示為”N”)。因此，該判斷單元15可用以當該座標位於該等影像感測器其中之一之一可操作範圍內且相對該影像感測器之該操作深度超過一深度門檻值時增加一累計數目；亦即第7圖中第二列及三列同時顯示為”Y”時將累計數目加1，例如此時該累計數目為2。換句話說，該判斷單元15判斷該物件 P0相對該等影像感測器121及123為觸碰狀態而相對該影像感測器122及124不為觸碰狀態。必須說明的是，第7圖所示的數值及狀態僅為例示，並非用以限定本發明。
最後，該判斷單元15則根據該累計數目判斷該物件P0之 一操作狀態。例如，當該累計數目超過一累計門檻值THa時，該判斷單元15判斷該物件P0相對光學觸控系統1為一接觸狀態而當該累計數目未超過該累計門檻值THa時，該判斷單元15判斷該物件P0相對光學觸控系統1為一懸浮狀態。更詳而言之，為了增加短距離懸浮狀態之判斷精確度，該判斷單元15根據所有影像感測器之綜合結果來判斷一物件之操作狀態，且當超過一預設數目之影像感測器偵測為觸碰狀態時，方才辨識該物件P0為觸碰狀態，而並非根據單一影像感測器之偵測結果來判斷。
此外，受到影像感測器鏡頭之調變轉換函數(modulation transfer function,MTF)的影響，當物件相距該觸控面10相同高度且距離一影像感測器距離愈遠時，該計算單元14所求得(例如根據(1)式)之操作深度的值會較小。因此，為了增加判斷正確性，該深度門檻值TH0較佳根據一可操作範圍內與相關之影像感測器之一距離而不同。例如請參照第8圖所示，該儲存單元16內可儲存有複數深度門檻值(例如TH0~TH2)，其中該等深度門檻值可根據該可操作範圍內(斜線區域)與影像感測器121之一距離而不同。本實施例中，距離該影像感測器121的距離愈遠，可選擇較小的深度門檻值，例如TH0>TH1>TH2。可以了解的是，深度門檻值的數目並不限定為3個，其例如可根據該觸控面10之尺寸及系統要求而決定。
如前所述，由於該判斷單元15根據所有影像感測器之綜合 結果來判斷一物件之操作狀態，當相對一物件之可操作感測器之數目較低時，可依據的累計數目則相對較低(由於不屬於可操作感測器之深度資訊不被考慮)。因此，為避免誤判，該累計門檻值THa與每一物件相關之可操作感測器之一數目成正相關；亦即，當可操作感測器之數目較高時，可選擇較高的累計門檻值THa，而當可操作感測器之數目較低時，可選擇較少的累計門檻值THa。換句話說，該儲存單元16可內預存有不同的累計門檻值THa，該判斷單元15可根據每一物件相關之可操作感測器之數目選擇適當的累計門檻值THa，藉以增加判斷精確度。
同理，當相對每一物件之可操作感測器之數目較低時，亦 可使該深度門檻值TH0與每一物件相關之該可操作感測器之一數目成正相關；亦即，當可操作感測器之數目較高時，可選擇較高的深度門檻值TH0，而當可操作感測器之數目較低時，可選擇較低的深度門檻值TH0。換句話說，該儲存單元16可內預存有不同的深度門檻值。例如第11圖中顯示該儲存單元16中儲存有一第一組深度門檻值TH0、TH1、TH2及一第二組深度門檻值TH0、TH1low 、TH2low ；其中，TH1>TH1low 且TH2>TH2low 。當相對每一物件之可操作感測器之數目較高時可選擇該第一組深度門檻值而當可操作感測器之數目較低時可選擇該第二組深度門檻值。
此外，當複數物件(如第6圖之物件P1及P2)同時被該等影 像感測器121~124所擷取時，該光學觸控系統1可利用上述關於單一物件的步驟分別針對每一物件P1及P2進行操作狀態的判斷。例如，該計算單元14接收該等影像圖框IF1 ~IF4 後，則根據該等影像圖框IF1 ~IF4 分別計算每一物件(P1及P2)之一座標及每一物件相對每一影像感測器(121~124)之一操作深度；例如此時為兩座標及8個操作深度。該判斷單元15則針對每一物件P1及P2均建立出如同第7圖之偵測資訊以顯示出每一物件P1及P2相對應之可操作感測器(即座標位於可操作範圍)、偵測接觸之可操作感測器之一累計數目(即操作深度大於深度門檻值之可操作感測器)以及一操作狀態(即比較累計數目與累計門檻值)。換句話說，所建立的偵測資訊(即第7圖)的個數相同於物件之個數。
此外，為避免誤判，當複數物件同時被該等影像感測器 121~124擷取，且相對同一影像感測器之一合併光影之複數物件至少其中之一位於該同一影像感測器之可操作範圍外時，該影像感測器相對該等物件不定義為一可操作感測器。例如第6圖中，該等物件P1及P2相對該影像感測器121產生一合併光影SP12 ，同時該物件P1位於該影像感測器121之可操作範圍外而該物件P2位於該影像感測器121之可操作範圍內，此時該判斷單元15於建立如第7圖之偵測資訊時，該影像感測器121相對該等物件P1及P2均不被定義為一可操作感測器。
請參照第9圖所示，受到影像感測器鏡頭之調變轉換函數的影響，當相對兩物件之遮蔽光影彼此接近時，該計算單元14所計算之操 作深度會增加。因此，為增進判斷精確度，該判斷單元15另計算相對每一影像感測器之複數物件之遮蔽光影間之一光影間距，例如相對一物件P3之遮蔽光影SP3 與相對一物件P4之遮蔽光影SP4 間之一距離。該儲存單元16儲存有相對不同光影間距之深度門檻值，例如第11圖中顯示該儲存單元16中儲存有一第一組深度門檻值TH0、TH1、TH2以及一第三組深度門檻值TH0、TH1high 、TH2high ；其中，TH1high >TH1且TH2high >TH2。當光影間距大於等於一間距門檻值時可選擇該第一組深度門檻值而當光影間距小於一間距門檻值時可選擇該第三組深度門檻值，以排除鏡頭之調變轉換函數的影響。
請參照第10圖所示，當相對每一影像感測器之複數物件之 遮蔽光影間之一光影間距縮小到變成一合併光影時，同樣因為鏡頭之調變轉換函數的影響，會進而增加該計算單元14所計算之操作深度。當該判斷單元15判斷存在合併光影時，可再度調整深度門檻值。因此，該判斷單元15另計算相對每一影像感測器之複數物件之遮蔽光影之一合併光影數，並據以調整該深度門檻值。當合併光影數目愈多時，調整的幅度愈大。例如物件P5及P6相對該影像感測器121形成一合併影像SP56 而物件P7~P9相對該影像感測器121形成一合併影像SP789 。當該判斷單元15判斷該等物件P5及P6之操作狀態時，可將深度門檻值TH0、TH1high 、TH2high 再度上修為TH0、TH1high +offset1、TH2high +offset1；當該判斷單元15判斷該等物件P7~P9之操作狀態時，可將深度門檻值TH0、TH1high 、TH2high 再度上修為TH0、TH1high +offset2、TH2high +offset2或者TH0、TH1high +N×offset1、TH2high +N×offset1，以排除鏡頭之調變轉換函數的影響。
上述實施例中，僅修正一組深度門檻值中兩個較小的深度 門檻值，這是因為深度門檻值TH0本身數值已經接近可偵測最小懸浮高度Hmin，故不必進一步修正。然而，其他實施例中，根據原始設定之數值，所有深度門檻值均可進行修正。
請參照第12圖所示，其顯示本發明實施例之光學觸控系統 之懸浮判斷方法之流程圖，其包含下列步驟：以每一影像感測器擷取一影像圖框(步驟S21 )；利用一計算單元根據該影像圖框計算至少一物件之一座標及相對每一該等影像感測器之一操作深度(步驟S22 )；當該座標位於該等 影像感測器其中之一之一可操作範圍時，定義該影像感測器為一可操作感測器(步驟S23 )；利用一判斷單元比較每一該物件相關之該可操作感測器之該操作深度與至少一深度門檻值(步驟S24 )；以及根據每一該物件相關之該可操作感測器之該操作深度超過該深度門檻值之一累計數目判斷每一該物件之一懸浮狀態(步驟S25 )。如前所述，由於不同的遮蔽光影狀態會影響該計算單元14所求得之操作深度，因此較佳另包含一調整深度門檻值之步驟S26 。此外，由於該儲存單元16可儲存有可操作範圍內距離相關的複數深度門檻值(如第8圖所示)，因此在步驟S24 進行比對時，該判斷單元15可根據物件之座標位於一可操作範圍內與相關之影像感測器之一距離選擇深度門檻值再進行比對。
請參照第1~2、6~10及12圖，接著說明本實施例之懸浮判 斷方法之實施方式。
步驟S21 ：該等影像感測器121~124分別擷取一影像圖框 IF1 ~IF4 並傳送至該計算單元14。
步驟S22 ：該計算單元14接著根據該等影像圖框IF1 ~IF4 計 算至少一物件之座標及至少一物件相對每一影像感測器121~124之一操作深度，例如利用(1)式。如前所述，該計算單元14可相對每一物件求得一座標及複數操作深度，其數目等於影像感測器之數目。該座標及操作深度被傳送至該判斷單元15。
步驟S23 ~S24 ：當一物件(例如第6圖之物件P0)位於一影像 感測器(例如第6圖之影像感測器121)之可操作範圍時，將該影像感測器121定義為相對該物件P0之一可操作感測器，並比較該物件P0相關之可操作感測器(例如第7圖顯示為121、122及123)之操作深度與至少一深度門檻值，並相對該物件P0建立如第7圖之偵測資訊。當存在複數物件時，例如第6圖之物件P1、P2，第9圖之物件P3、P4及第10圖之物件P5~P9，該判斷單元15可根據相同方式相對每一物件均建立類似第7圖之偵測資訊。
步驟S25 ：該判斷單元15相對每一物件比較累計數目及累 計門檻值以分別判斷每一物件之一操作狀態；其中，如前所述該累計數目為一物件相關之可操作感測器中，操作深度超過深度門檻值之一數目。例如，當一物件相關之累計數目超過一累計門檻值時，判斷該物件相對光學 觸控系統為一觸碰狀態；而當該物件相關之累計數目未超過該累計門檻值時，判斷該物件相對光學觸控系統為該懸浮狀態，如第7圖所示。
步驟S26 ：該判斷單元15可計算相對每一影像感測器之複 數物件之遮蔽光影間之一光影間距，當該光影間距未超過一間距門檻值時選擇一個或一組較高的深度門檻值，例如第11圖之TH0、TH1high 、TH2high ；而當該光影間距超過一間距門檻值時選擇一個或一組較低的深度門檻值，例如第11圖之TH0、TH1、TH2。此外，該判斷單元15可計算相對每一影像感測器之複數物件之遮蔽光影之一合併光影數並根據該合併光影數進一步調整該至少一深度門檻值，例如將深度門檻值進而加上第11圖之offset1、N×offset1或offset2。此外，該判斷單元15亦可根據相對每一物件之可操作感測器之數目選擇適當的一個或一組深度門檻值。
由於本發明之光學觸控系統1係根據綜合結果判斷懸浮狀 態並可根據實際擷取之影像圖框修正深度門檻值及累計門檻值，因此可具有較佳的判斷精確度。
必須說明的是，第11圖中的各深度門檻值可根據不同應用 僅部分儲存於該儲存單元16中。
綜上所述，習知光學式觸控面板仍具有難以區分接觸狀態 以及懸浮狀態的問題。因此，本發明另提供一種判斷短距離懸浮高度之光學觸控系統(第1、2圖)及其懸浮判斷方法(第12圖)，其可根據事前設定之深度門檻值由複數影像感測器所擷取的影像共同決定操作狀態，並可根據操作條件微調深度門檻值及累計門檻值，以增加判斷精確度。
雖然本發明已以前述實例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。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。
121~124‧‧‧影像感測器
14‧‧‧計算單元
15‧‧‧判斷單元
16‧‧‧儲存單元
IF1 ~IF4 ‧‧‧影像圖框

Claims (21)

  1. 一種光學觸控系統，包含：一觸控面，用以供至少一物件於其上進行操作；複數影像感測器，每一該等影像感測器用以擷取橫跨該觸控面之一影像圖框；一儲存單元，儲存有至少一深度門檻值及每一該等影像感測器相對該觸控面之一可操作範圍，其中該可操作範圍小於該等影像感測器相對於該觸控面上所圍成的範圍；一計算單元，用以根據該影像圖框計算每一該物件之一座標及相對每一該等影像感測器之一操作深度；以及一判斷單元，用以將每一該物件之該座標所位於每一該可操作範圍相關之該影像感測器定義為一可操作感測器，累計每一該物件相關之該可操作感測器中，該操作深度超過該深度門檻值之該可操作感測器之一累計數目，且當該累計數目超過一累計門檻值時判斷為一接觸狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控系統，其中該累計門檻值與每一該物件相關之該可操作感測器之一數目成正相關。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控系統，其中該判斷單元另計算相對每一該等影像感測器之複數物件之遮蔽光影間之一光影間距，該儲存單元儲存有相對不同光影間距之深度門檻值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控系統，其中該判斷單元另計算相對每一該等影像感測器之複數物件之遮蔽光影之一合併光影數，並據以調整該深度門檻值。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控系統，其中該深度門檻值與每一該物件相關之該可操作感測器之一數目成正相關。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控系統，其中該儲存單元儲存有複數深度門檻值，該等深度門檻值根據該可操作範圍內與相關之該影像感測器之一距離而不同。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控系統，其中當相對同一影像感測器之一合併光影之複數物件至少其中之一之該座標位於該影像感測器之該可操作範圍外時，該影像感測器相對該等物件不定義為一可操作感測器。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控系統，其中該操作深度係根據一參考影像圖框及一目前影像圖框之一維灰階分布求得。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控系統，其中該觸控面為一鏡面用以增加該可操作範圍或為一非鏡面。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控系統，另包含複數反光條分別設置於該觸控面之邊緣及至少一系統光源用以照明該等反光條，其中該等影像感測器所擷取之該影像圖框包含至少一反光條影像。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控系統，其中該可操作範圍由一可偵測最小懸浮高度決定。
  12. 一種光學觸控系統之懸浮判斷方法，該光學觸控系統包含複數影像感測器分別用以擷取橫跨一觸控面之一影像圖框，該懸浮判斷方法包含：利用一計算單元根據該影像圖框計算至少一物件之一座標及相對每一該等影像感測器之一操作深度；當該座標位於該等影像感測器其中之一之相對該觸控面之一可操作範圍時，定義該影像感測器為一可操作感測器，其中該可操作範圍小於該等影像感測器相對於該觸控面上所圍成的範圍；利用一判斷單元比較每一該物件相關之該可操作感測器之該操作深度與至少一深度門檻值；以及根據每一該物件相關之該可操作感測器中，該操作深度超過該深度門檻值之該可操作感測器之一累計數目判斷每一該物件之一懸浮狀態。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之懸浮判斷方法，另包含：計算相對每一該等影像感測器之複數物件之遮蔽光影間之一光影間距；以及根據該光影間距選擇該深度門檻值。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之懸浮判斷方法，另包含：計算相對每一該等影像感測器之複數物件之遮蔽光影之一合併光影數；以及根據該合併光影數調整該深度門檻值。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之懸浮判斷方法，其中該計算單元根據一參考影像圖框及一目前影像圖框之一維灰階分布計算該操作深度。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之懸浮判斷方法，另包含：當一物件相關之該累計數目超過一累計門檻值時，判斷該物件為一觸碰狀態；以及當一物件相關之該累計數目未超過該累計門檻值時，判斷該物件為該懸浮狀態。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之懸浮判斷方法，其中該累計門檻值與每一該物件相關之該可操作感測器之一數目成正相關。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之懸浮判斷方法，另包含：根據該可操作範圍內與相關之該影像感測器之一距離選擇該深度門檻值。
  19. 如申請專利範圍第12項所述之懸浮判斷方法，其中當相對同一影像感測器之一合併光影之複數物件至少其中之一之該座標位於該影像感測器之該可操作範圍外時，該影像感測器相對該等物件不定義為一可操作感測器。
  20. 一種光學觸控系統，包含：一觸控面，用以供一物件於其上進行操作；複數影像感測器，每一該等影像感測器用以擷取橫跨該觸控面之一影像圖框；一計算單元，用以根據該影像圖框計算該物件之一座標及相對每一該等影像感測器之一操作深度；以及 一判斷單元，用以當該座標位於該等影像感測器其中之一之相對該觸控面之一可操作範圍內且相對該影像感測器之該操作深度超過一深度門檻值時增加一累計數目，並根據該累計數目判斷該物件之一操作狀態，其中該可操作範圍小於該等影像感測器相對於該觸控面上所圍成的範圍。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之光學觸控系統，其中該深度門檻值根據該可操作範圍內與相關之該影像感測器之一距離而不同。
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