專利名稱：觸摸屏裝置及其定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及觸摸屏領(lǐng)域，特別涉及一種觸摸屏裝置及其定位方法。
技術(shù)背景觸摸屏作為一種新型的計算機輸入設(shè)備，使人機交互更為直觀，由于給用 戶帶來的極大地便利性，觸摸屏技術(shù)除了應(yīng)用于個人便攜式信息產(chǎn)品外，應(yīng)用 領(lǐng)域已遍及信息家電、公共信息、電子游戲、辦公自動化設(shè)備等各個領(lǐng)域。現(xiàn) 有技術(shù)中的紅外觸摸屏裝置，通常都具有兩個方向上的紅外發(fā)射、接收管，雙 向的紅外發(fā)射、接收管共同組成一個定位平面，在單點觸摸的情況下，根據(jù)橫 向以及縱向的所接收信號強度發(fā)生變化的紅外接收管的位置，可以確定觸摸店 的正確的位置坐標，根據(jù)這種方式，觸摸屏的顯示平面越大，所需要的紅外發(fā) 射管與紅外接收管的數(shù)目越多，這給觸摸屏的維護帶來了一定的不便利性。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、所使用的紅外發(fā)射、接收管的數(shù)目 較少、響應(yīng)速度快且可靠性高的觸摸屏裝置及觸摸屏裝置的定位方法。為達到上述目的，本發(fā)明釆用以下技術(shù)方案 一種觸摸屏裝置，包括紅外掃描模塊，該紅外掃描模塊包括單向的紅外發(fā)射模塊、紅外接收模塊；攝像裝置，該攝像裝置位于可拍攝到由所述紅外掃描模塊所組成的紅外掃 描網(wǎng)的位置，用于采集觸摸物數(shù)據(jù)；主控制模塊，用于收集所述紅外接收模塊采集的觸摸數(shù)據(jù)及所述攝像裝置 所采集的觸摸物數(shù)據(jù)，計算實際觸摸點的信息，并向主機設(shè)備發(fā)送，或者直接 將所述收集的數(shù)據(jù)發(fā)送給所述主機設(shè)備，由所述主機設(shè)備計算出所述實際觸摸點信息；光源模塊，用于向所述攝像裝置提供光源，以提高所述攝像裝置的清晰度。 一種觸摸屏裝置的定位方法，包括步驟S101:啟動紅外掃描，記錄所接收信號發(fā)生變化的紅外接收管的位置信息；S102:以可拍攝到紅外掃描網(wǎng)的位置拍攝一幅圖片，根據(jù)所述圖片分析所 述圖片中的觸摸物的角度信息；S103:根據(jù)所述位置信息以及所述步驟S102中的角度信息，分析出實際觸 摸物的數(shù)據(jù)信息，所述數(shù)據(jù)信息包括實際觸摸物的觸摸點的坐標信息。其中，所述步驟S101、 S102可以交換順序或者同步進行。根據(jù)本發(fā)明的觸摸屏裝置及觸摸屏裝置的定位方法，其利用單向的紅外掃 描模塊，同時利用了紅外掃描模塊的紅外掃描技術(shù)以及攝像裝置的圖像攝制技 術(shù)，并結(jié)合這兩種技術(shù)對觸摸物進行分析，其所使用的紅外發(fā)射管、紅外接收 管的數(shù)目較少，且可以準確地對觸摸點進行定位，結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快且可 靠性高。


圖l是本發(fā)明實施例的觸4莫屏裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例的紅外掃描模塊的工作原理示意圖；圖3是本發(fā)明實施例中損H象裝置工作原理示意圖；圖4是本發(fā)明實施例的攝^泉裝置拍攝方法示意圖；圖5是本發(fā)明實施例的觸摸屏裝置的定位方法的流程示意圖；圖6是本發(fā)明方法的定位原理示意圖。
具體實施方式
參見圖1所示，是本發(fā)明實施例的觸摸屏裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，101是縱向的紅外發(fā)射模塊，103是縱向的紅外接收模塊，101和103共同組成 本發(fā)明中的紅外掃描模塊，104是攝像裝置，此外，105、 106是一對配對的紅 外管，107是一條縱向的紅外掃描線，其中，所有的縱向紅外掃描線幾乎平行。 所有的縱向紅外掃描線組成了紅外掃描網(wǎng)。
其中，攝像裝置104可放置在任意一個地方或者角落，只需該攝像裝置可 拍攝到由縱向紅外發(fā)射模塊101與縱向紅外接收模塊103組成的紅外掃描網(wǎng)， 最好，該攝像裝置104的鏡頭的光軸中心線是平行于所述紅外掃描網(wǎng)構(gòu)成的平 面，或者該光軸中心線可直接位于該平面內(nèi)，從而在對觸摸物進行定位時，其 計算方式可以更為簡便。
在本發(fā)明的觸摸屏裝置中，還可以包括橫向的紅外發(fā)射模塊102,其中，該 紅外發(fā)射模塊102可以是只具有幾根的紅外發(fā)射管，縱向紅外發(fā)射模塊101與 橫向紅外發(fā)射模塊102產(chǎn)生的紅外光可以作為攝像裝置的背景光，以提高攝像 裝置的靈敏度，此外，攝像裝置的位置最好放置于橫向紅外發(fā)射模塊與縱向紅 外發(fā)射模塊交界角落的對角位置，鏡頭的光軸中心線最好平行于所述紅外掃描 網(wǎng)構(gòu)成的平面，或者該光軸中心線可直接位于該平面內(nèi)，從而可以獲得較簡便 的計算方式。
在上述紅外發(fā)射模塊與紅外接收模塊中，每一對紅外發(fā)射接收管都是同步 工作的， 一個紅外管用于發(fā)射， 一個紅外管用于接收，用以檢測在這一對紅外 發(fā)射接收管對應(yīng)的掃描線上是否有遮擋物?？v向的紅外發(fā)射^t塊101按照一定 的時序?qū)⑺屑t外發(fā)射管逐個點亮一段時間，使其逐個處于工作狀態(tài)，而紅外 接收模塊103在同一時刻檢測配對的接收管上的信號變化，以信號的有無或者 強弱來判斷是否有遮擋。在一個掃描周期內(nèi)，所有的縱向發(fā)射管點亮一次，所 有的紅外發(fā)射管可以先后點亮，也可以分區(qū)同時點亮，根據(jù)應(yīng)用需要的不同而 有所不同。
對于橫向紅外發(fā)射模塊102而言，其可以是根據(jù)需要來點亮，可以常亮， 也可以在攝像頭裝置抓拍時才點亮。
在有一個觸摸點的情況下，縱向的紅外掃描線被遮擋，紅外接收模塊103的一個紅外接收管檢測其所接收的信號發(fā)生了較大變化，可以判斷出有觸摸物 在執(zhí)行觸摸動作，并能根據(jù)該紅外接收管的位置確定該觸摸點的橫向坐標，但 是無法確定該觸摸物的確切坐標。在同一個掃描周期內(nèi)，才l^象裝置104與紅外掃描;f莫塊可以是同步工作也可 以是以先后順序工作，攝像裝置104從平行于紅外掃描網(wǎng)的方向取景，取一定 的高度即可，數(shù)據(jù)量非常小，當有觸摸物時，觸摸物擋住背景光，攝像裝置所 拍攝的照片會有暗影或者不同顏色的條紋，從拍攝到的圖片數(shù)據(jù)中提取出觸摸 物位置，并將該位置轉(zhuǎn)換成角度信息。主控制模塊根據(jù)攝像裝置分析的數(shù)據(jù)， 并結(jié)合紅外掃描模塊得出的觸摸點的縱向坐標進行綜合分析，確定出實際的觸 摸點坐標數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給主機設(shè)備，或者是，主控制器將收集到的攝像裝置 分析的數(shù)據(jù)以及紅外掃描模塊所得的縱向坐標數(shù)據(jù)直接發(fā)送給主機設(shè)備，由主 機設(shè)備計算分析觸摸物坐標數(shù)據(jù)，其中，該主機設(shè)備可以是計算機。當該觸摸屏裝置是具有橫向發(fā)射模塊與橫向接收模塊時，其定位原理與上 述縱向發(fā)射接收4莫塊相同，在此不予贅述。參見圖2所示，是本發(fā)明實施例的紅外掃描才莫塊工作原理示意圖。在一個 掃描周期內(nèi)，所有的縱向紅外發(fā)射管被點亮一段時間，即在這一段時間內(nèi)工作， 所有的紅外接收管檢測一次信號變化，而在同一個時刻內(nèi)，只有一對紅外發(fā)射、 接收管在工作。在本發(fā)明的觸摸屏裝置工作之前，需對系統(tǒng)進行初始化，啟動 一次掃描，并將此時紅外接收管所檢測到的信號全部記錄下來作為基準值，作 為之后的判斷依據(jù)，此后可進入正常的工作狀態(tài)。在觸摸屏裝置正常工作的情 況下，若沒有觸摸點，那么所有的紅外接收管所檢測到的信號均接近于各自的 信號基準值或者相等，當有觸摸點時，該觸摸點所對應(yīng)的紅外接收管所檢測到 的信號就會與信號基準值相差較大，當這個相差值大于或者等于預(yù)定值時，即 可判定存在觸摸點。如圖2所示，203是一個觸摸點，此時在縱向的紅外掃描中， 紅外發(fā)射管201發(fā)射的紅外線被遮擋，而紅外接收管202此時檢測到的信號與 信號基準值相差較大，即大于或者等于預(yù)定值，主控制模塊將記錄下信號發(fā)生 變化的紅外接收管的編號，而該編號可以進一步換算成虛擬的位置坐標。參見圖3所示，是本發(fā)明實施例的攝像裝置的工作原理示意圖，如圖所示， 攝像裝置所放置的位置必須位于可拍攝到由紅外掃描模塊所組成的紅外掃描網(wǎng) 的位置，在具有雙向紅外發(fā)射模塊，即橫向紅外發(fā)射模塊與縱向紅外發(fā)射模塊 的情況下，該攝像裝置所放置的位置必須能夠拍攝到兩個紅外發(fā)射管，也就是 可以拍攝到整個屏幕。在沒有觸摸點的情況下，攝像裝置僅能拍攝到紅外發(fā)射 模塊發(fā)射的紅外光組成的光帶，因此，可以以此為背景色，當有觸摸的情況下， 部分光帶將被遮擋，從中提取出觸摸物的位置信息，并可將該位置信息轉(zhuǎn)換成 角度信息。其中，角度位置的計算方式可以是以鏡頭的光軸中心線為準，以偏移的角 度計算，也可以是以其他的任何以鏡頭為中心的線作為計算基準，雖然選取的 計算基準不同，但最終均可換算成圖3中所示的302的角度信息。如圖4所示，是本發(fā)明實施例的攝像裝置的拍攝方法示意圖，如圖所示， 401是由紅外掃描模塊組成的紅外掃描網(wǎng)平面，402是顯示設(shè)備平面，403是攝 像裝置的鏡頭光軸中心線，該鏡頭光軸中心線可以平行于紅外掃描網(wǎng)平面或在 這個平面內(nèi)，404、 405是攝像裝置的取景范圍，需可以拍攝到整個顯示設(shè)備， 406是拍攝圖片的高度，該高度可以根據(jù)需要進行適當?shù)恼{(diào)整，407是觸摸物， 408是攝像裝置拍攝到的圖片，圖片中間大部分應(yīng)該是較亮的紅外光帶，而407 的位置是一條暗條紋，其中圖片中的觸摸物可能只是實際觸摸物的一部份。根 據(jù)攝像裝置所拍攝到的圖片408,從圖片中提取暗條紋，即觸摸物的位置，并根 據(jù)觸摸物距離圖片的最左端或者最右端的距離查表或者計算得出觸摸物的角度 信息。這個計算過程可以是由攝像裝置完成，攝像裝置將計算所得結(jié)果發(fā)送給 主控制模塊，也可以是攝像裝置將所拍得的圖片發(fā)送給主控制模塊，由主控制 模塊執(zhí)行計算的過程。隨后，主控制模塊根據(jù)紅外接收模塊所采集的觸摸點橫 向坐標，以及該圖片中所采集的觸摸物角度信息，綜合計算出實際的觸摸物的 位置坐標，并發(fā)送給主機設(shè)備，或者是主控制模塊將所采集的上述觸摸點橫向 坐標數(shù)據(jù)和觸摸點的角度數(shù)據(jù)發(fā)送給主機設(shè)備，由主機設(shè)備計算出實際的觸摸 點坐才示。根據(jù)本發(fā)明的觸摸屏裝置及其定位方法，其還可以對位于同一條直線上、
且該與紅外掃描線平行的多個觸摸點進行定位根據(jù)紅外接收模塊所檢測的信 號強度，在一個紅外接收管上會發(fā)現(xiàn)信號強度發(fā)生了變化，記錄下該紅外接收 管所對應(yīng)的坐標，但是無法確定在這個紅外接收管所對應(yīng)的直線上具體存在幾 個觸摸點；再根據(jù)攝像裝置所拍攝的圖片，會發(fā)現(xiàn)在該圖片上具有至少一個以 上的暗條紋，提取出這些暗條紋的位置信息，由于在縱向的紅外接收管上只有 一個位置坐標，由此可確定在這條紅外掃描線上對應(yīng)的觸摸點的個數(shù)，結(jié)合信 號強度發(fā)生變化的紅外接收管的位置信息與攝像裝置的角度信息，即可對該至 少 一個以上的觸摸點進行準確定位。
此外，在觸摸屏的應(yīng)用中，實時性的要求比較高，且攝像裝置一般都采用 攝像頭，攝像頭的曝光時間比較短，為了達到更好的拍攝效果，提高攝像裝置 的清晰度，還可以采用以下幾種方案
1、 在無緣筆(相當于觸摸物)上涂上高反光材料，即使用帶高反光材料的 觸摸物或者是在觸摸物上使用高反光材料的配件，例如中空的筆套，從而筆套 可以方便地套在筆上或者手指上；
2、 將攝像裝置放置在橫向發(fā)射模塊和縱向發(fā)射模塊的交界處，從而可以以 紅外發(fā)射管作為光源，或者將攝像裝置置于橫向發(fā)射模塊與縱向發(fā)射模塊的交 界角落的對角線的位置，從而可以以雙向紅外發(fā)射管所發(fā)射的光作為背景光；
3、 為攝像裝置增加外部輔助光源。
如上所述，本發(fā)明的觸摸屏裝置同時利用到了紅外掃描技術(shù)與圖像攝制技 術(shù)，從而可達到以下優(yōu)點
1、 同時支持單點觸摸和多點觸摸
2、 紅外發(fā)射管與紅外接收管的使用數(shù)目少，成本低、安裝方便，響應(yīng)速度 快，且穩(wěn)定可靠。
參見圖5所示，是本發(fā)明的觸摸屏裝置定位方法的流程示意圖，如圖所示， 本發(fā)明的定位方法包括步驟S101:啟動一次紅外掃描，記錄當前狀態(tài)下的紅外接收管所檢測到的信號 強度值；S102:啟動紅外掃描，根據(jù)紅外接收管所接收到的信號，判斷是否存在遮 擋觸摸物，若有，記錄當前的位置信息；其中，上述判斷是否存在遮擋物的方式可以是根據(jù)紅外接收管是否檢測到信號來判斷是否具有遮擋物，若沒有檢測到任 何信號，則可判定在這對紅外發(fā)射接收管之間存在遮擋物，并記錄當前的位置 信息；還可以是，根據(jù)紅外接收管所接收到的信號，計算出該信號相對于所述記 錄的信號強度值的變化值，若變化值大于或者等于預(yù)定值，則判定存在遮擋觸 摸物，并記錄當前的位置信息；S103:以可拍4聶到紅外掃描網(wǎng)的位置拍攝一幅圖片，并根據(jù)所述圖片分析 是否有觸摸物，若有觸4莫物，分析所述觸摸點的角度信息；S104:根據(jù)所述位置信息，并結(jié)合步驟S103，分析出實際觸摸點的個數(shù)以 及坐標數(shù)據(jù)，其中上述分析過程可以是在觸摸屏裝置中進行，觸摸屏裝置分析 完成后將分析結(jié)果發(fā)送給后續(xù)處理的主機設(shè)備，也可以是在進行后續(xù)處理的主 機設(shè)備中進行上述分析過程。S105:重復(fù)步驟S102至S104。其中，所述步驟S103與S104可以是以先后順序進行，也可以是同時進行。根據(jù)本發(fā)明的方法，其還可以對位于同一條直線上、且該直線與紅外發(fā)射 掃描線平行的多個點進行定位。下面針對本發(fā)明方法進行定位的方法的一個實施例進行具體說明如圖6所示，假設(shè)存在三個觸摸點A、 B、 C，這三個點位于同一條直線上， 且該直線平行于紅外發(fā)射掃描線，紅外接收管根據(jù)其檢測的信號，當信號強度 發(fā)生較大變化時，可以確定該對應(yīng)的紅外接收管的位置M，即橫向坐標，此時，由于沒有橫向的紅外發(fā)射接收管，因此，無法確定觸摸點的具體個數(shù)，且無法 確定觸摸點的縱向坐標。此外，假設(shè)從o點拍攝圖片，該圖片中可存在三個對應(yīng)的暗條紋，分別對 應(yīng)于射線OA、 OB、 OC，根據(jù)該三條暗條紋，可分析得出這三個觸摸點相對于 OM的角度信息，即角度MOA、 MOB、 MOC,根據(jù)這三個角度信息，以及紅 外接收管的位置信息OM，即可得出三個觸摸點所對應(yīng)的縱向坐標OAl、 OB1 以及OCl,從而可以對這三個觸摸點進行準確的定位。為使本發(fā)明的定位方法具有更準確，以及更清楚地識別觸^t莫物，可釆用以 下方案提高攝像裝置的清晰度1、 同時使用雙向的紅外發(fā)射模塊，并將用于拍攝圖片的攝像裝置至于兩個 紅外發(fā)射模塊的中間，或者將該用于拍攝圖片的攝像裝置置于雙向紅外發(fā)射模 塊交界處所對應(yīng)的對角線位置，以雙向紅外發(fā)射模塊所發(fā)射的光作為攝像裝置 所拍攝照片的背景光；2、 增加外部輔助光源，增加攝像裝置的靈敏度；3、 使用帶高反光材料的觸摸物，或者在所述觸摸物上使用高反光材料的配件。此外，在標注觸摸物的觸摸軌跡時，根據(jù)觸摸物的顏色以及大小等信息， 可以使標注的軌跡的顏色與大小與相應(yīng)的觸摸物的顏色與大小相對應(yīng)，例如 無緣的粗藍色筆畫出來的線是藍色的粗線，用無緣的細紅色筆畫出來的線是細 紅線，這使得在多媒體應(yīng)用中顯得更生動、直觀，且還可以應(yīng)用于其他各場合。根據(jù)本發(fā)明的定位方法，其可達到以下有益效果1、 本發(fā)明的定位方法結(jié)合了紅外掃描技術(shù)與攝像采集技術(shù)，響應(yīng)速度快， 且穩(wěn)定可靠；2、 同時支持單點觸摸和單線上的多點觸摸以上所述的本發(fā)明實施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種觸摸屏裝置，其特征在于，包括紅外掃描模塊，該紅外掃描模塊包括橫向或縱向的紅外發(fā)射模塊、紅外接收模塊；攝像裝置，該攝像裝置位于可拍攝到由所述紅外掃描模塊所組成的紅外掃描網(wǎng)的位置，用于采集觸摸物數(shù)據(jù)；主控制模塊，用于收集所述紅外接收模塊采集的觸摸數(shù)據(jù)及所述攝像裝置所采集的觸摸物數(shù)據(jù)，并計算實際觸摸點信息，向主機設(shè)備發(fā)送，或者直接將所述收集的數(shù)據(jù)發(fā)送給所述主機設(shè)備，由所述主機設(shè)備計算出所述實際觸摸點信息；光源模塊，用于向所述攝像裝置提供光源，以提高所述攝像裝置的清晰度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸屏裝置，其特征在于，所述實際觸摸點的信 息包括所述實際觸摸點的觸摸坐標，或者所述實際觸摸點的觸摸坐標及所述實 際觸摸物的顏色和/或大小信息。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的觸摸屏裝置，其特征在于，所述光源模塊包括以 下裝置中的至少一種在縱向或者橫向增加紅外發(fā)射管，由該增加的紅外發(fā)射管與所述紅外發(fā)射 模塊所發(fā)射的光作為所述攝像裝置的光源；外部光源輔助裝置；帶高反光材料的觸摸物；在所述觸摸物上使用的高反光材料的配件。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的觸摸屏裝置，其特征在于當具有所述增加的紅外發(fā)射管時，所述攝像裝置位于所述橫向和縱向的紅 外發(fā)射管的交界處的對角線位置；當具有外部光源輔助裝置或帶高反光材料的觸摸物或在所述觸摸物上使用的高反光材料的配件時，所述攝像裝置位于紅外框的任一角落。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項所述的觸摸屏裝置，其特征在于，在同一 個掃描周期內(nèi)，所述攝像裝置與所述紅外掃描模塊同步工作或者以先后順序工 作。
6、 一種觸摸屏裝置的定位方法，其特征在于，包括步驟S101:啟動紅外掃描，記錄所接收信號發(fā)生變化的紅外接收管的位置信息；S102:以可拍攝到紅外掃描網(wǎng)的位置拍攝一幅圖片，根據(jù)所述圖片分析所 述圖片中的觸摸物的角度信息；S103:根據(jù)所述位置信息以及所述步驟S102中的角度信息，分析出實際觸 摸物的數(shù)據(jù)信息，所述數(shù)據(jù)信息包括實際觸摸物的觸摸點的坐標信息。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的觸摸屏裝置的定位方法，其特征在于所述步驟 SlOl、 S102交換順序或者同步進行。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的觸摸屏裝置的定位方法，其特征在于在所述步驟S102中還包括根據(jù)所述圖片分析所述觸摸物的顏色和/或大小 信息；在所述步驟S103中，所述數(shù)據(jù)信息還包括所述實際觸摸物的顏色和/或大小 信息。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的定位方法，其特征在于所述實際觸摸物的顏色 信息與其筆跡的顏色相對應(yīng)和/或所述實際觸摸物的大小信息與其筆跡的粗細相 對應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種觸摸屏裝置及觸摸屏裝置的定位方法，其結(jié)合單向的紅外掃描模塊的紅外掃描技術(shù)與攝像裝置的攝像技術(shù)，通過紅外掃描技術(shù)獲取觸摸物的橫向或縱向坐標值，并結(jié)合從攝像裝置所拍攝的圖片中提取的坐標角度信息，來確定實際的觸摸點的坐標，成本低、結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快且可靠性高。
文檔編號G06F3/041GK101216746SQ20071003275
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者周春景, 徐響林 申請人:廣東威創(chuàng)視訊科技股份有限公司