專利名稱：一種多點觸摸板及多點觸摸定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于圖像處理及分析技術(shù)的觸摸板，特 別涉及一種可以區(qū)分多點觸摸并同時操作的多點觸摸板，以及該觸摸板的多 點觸摸定位方法。
背景技術(shù)：
目前有許多類型的與計算機交互的輸入設(shè)備，如，鼠標(biāo)、鍵盤、觸摸板、 遙控器、觸摸屏。而觸摸板因其操作簡單、自然，已經(jīng)越來越普及了。觸摸 板允許用戶使用手指或觸摸筆通過簡單觸摸面板來進行選擇和移動光標(biāo)。
市場上的觸摸板主要兩類
1. 手觸式
手觸式是利用某類物體觸及到基板時，基板上的電容及電阻發(fā)生作用的 變化來起作用。因此，該類物體，可以是任何會改變電阻或電容的任何物件， 例如手指或塑料棒。當(dāng)基板察覺到某一點發(fā)生了電阻或電容的變化，便能計 算出觸摸點所在的位置，并向計算機報告。計算機根據(jù)觸摸點的位置，便能 將光標(biāo)做相應(yīng)的移動，或做其它的動作。由于制造時，電阻值與電容值很難 控制到均勻與精確，所以手觸板有一些先天上的限制。首先，如果做到超過 約七，八厘米大小，其產(chǎn)品優(yōu)良率就會變得很低，從而快速提高成本。其次， 手觸板的分辨度比較低，筆的位置很難精確判斷。最后是手觸板性能比較不 穩(wěn)定，使用一段時間后，也容易變得不好用。
2. 電磁感應(yīng)式
原理主要是通過電磁感應(yīng)筆來實現(xiàn)觸摸，電磁感應(yīng)筆會放出電磁波，由 基板感應(yīng)到后，計算出筆的位置，報告給電腦。然后，電腦再做出移動光標(biāo) 或其它相應(yīng)的工作。由于電磁波能隔空傳導(dǎo)，所以筆即使不接觸到基板，基 板也能感應(yīng)的到。因此，當(dāng)您提起筆時，在基板上一定高度之內(nèi)，仍然可以 作用。如果這支筆能感應(yīng)您在筆尖上所施加的壓力，并將壓力值傳給電腦，則電腦就能在熒屏上顯示出筆跡的粗細(xì)。你用力一點，畫出來的筆畫就變粗 一點，這樣就更接近于真正的筆在書寫時的感覺。這就是所謂的"壓力感應(yīng) 筆"。筆與基板之間如果有一條線相連，叫做"有線筆"。如果沒有，就叫做 "無線筆"。由于技術(shù)上涉及到數(shù)字與模擬混合的電路設(shè)計，必須用低成本 的硬件做比較復(fù)雜的運算，以及筆的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計困難等問題。因此，電磁 感應(yīng)筆所需要的技術(shù)水平比較高。過去由于制造成本一直無法下降，所以很 難普及。最近幾年，由于基本軟硬件技術(shù)與生產(chǎn)技術(shù)的突破，才能做出這樣 高品質(zhì)，低價格的產(chǎn)品。
這些觸摸板技術(shù)都存在這自己的許多缺陷，如手觸式的尺寸上限制在 較小尺寸，如果超過某一尺寸，成本會上升的很快，精度上也會下降比較多， 而且手觸式無法得到觸摸的力度；電磁感應(yīng)式雖然可以得到觸摸的力度，但 它必須通過一只電磁感應(yīng)筆來觸摸，限制比較大。還有一個兩種方式都存在 的缺陷，就是它們都只能識別單個觸摸點，如果觸摸點是兩個以上，那就無 法識別。這導(dǎo)致了觸摸操作的局限性，比如要使觸摸板替代鼠標(biāo)的話，則必 須給觸摸板添加兩個按鈕， 一個代表鼠標(biāo)左鍵，另一個代表鼠標(biāo)右鍵，操作 起來不夠靈活自然。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以識別多點的觸摸板，同時提供一種采用該 觸摸板實現(xiàn)多點觸摸并能精確定位觸摸點坐標(biāo)，判斷觸摸動作意圖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的多點觸摸板包括圖像采集盒、觸摸面板、投光裝置、圖像采集 裝置、計算機控制器。所述的圖像采集盒為等高的盒體，其頂面開放、側(cè)面 和底面封閉。觸摸面板為透明材料面板，形狀及大小與圖像采集盒的頂面匹 配，觸摸面板設(shè)置在圖像采集盒的頂面，圖像采集盒和觸摸面板圍合成圖像 采集腔，圖像采集裝置設(shè)置在圖像采集腔內(nèi)。圖像采集裝置的攝像頭朝向觸 摸面板設(shè)置，且觸摸面板位于圖像采集裝置的攝像頭的焦平面。圖像采集裝 置用于捕捉物體接觸薄膜后的圖像，圖像采集腔可以有效減少外界環(huán)境對圖 像采集設(shè)備的干擾。觸摸面板可以采用普通玻璃或有機玻璃或壓克力板等透 明材料。觸摸面板上覆有不透明的薄膜，用于產(chǎn)生觸摸暗點，當(dāng)手觸摸該薄 膜時，觸摸的位置會把薄膜上的光線擋住，形成暗點，被位于下方的圖像采集裝置采集到。投光裝置設(shè)置在觸摸屏幕的正上方，可以將顯示圖像投影到薄 膜上。計算機控制器與圖像采集裝置信號連接，計算機控制器對圖像采集設(shè) 備采集到的圖像進行處理并分析(剔除背景、去噪點、增加對比度、腐蝕膨 脹、分割等處理)，得到觸摸點坐標(biāo)、力度及方向，判斷多點觸摸的運動軌跡， 并據(jù)此分析出用戶動作的意圖，轉(zhuǎn)換成指令，調(diào)用應(yīng)用程序進行事件響應(yīng)。 上述觸摸板的多點觸摸定位方法，包含以下歩驟
(1) 開啟投光裝置，將漫反射光均勻的照在白色薄膜表面，使得薄膜的背 面亮度均勻；
(2) 圖像采集裝置采集觸摸板無觸點時的初始圖像(白色薄膜背面的圖 像)，由于光照的原因，初始圖像亮度比較亮，而且整幅圖像的亮度比較均勻；
(3) 用戶觸摸薄膜表面，接觸部分把薄膜上方照射下來的光線擋住，無法 穿透薄膜，從而在薄膜下表面產(chǎn)生了單個或多個暗點；
(4) 圖像采集裝置對觸摸板實時采集圖像，并將觸摸圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給計算 機控制器；
(5) 計算機控制器把當(dāng)前觸摸圖像與初始圖像進行相減剔除背景，得到產(chǎn) 生暗點的幾個區(qū)域，然后對這些區(qū)域進行去噪點，增加對比度，腐蝕膨脹等 處理，最后根據(jù)特定的閾值得到多個形狀規(guī)則的區(qū)域，這多個區(qū)域就是觸摸 點在整幅圖像中的位置；通過這些區(qū)域在圖像中的像素坐標(biāo)與屏幕坐標(biāo)之間 的轉(zhuǎn)換得到觸摸點的屏幕坐標(biāo)；用戶單點觸摸時，可以對判斷該觸摸點移動 方向、觸摸點的面積、以及觸摸點消失時間，據(jù)此分析出用戶的觸摸意圖； 用戶多點觸摸時，如果有新增觸摸點，則對該觸摸點進行注冊編號并跟蹤， 實時分析各個觸摸點之間的位置關(guān)系，如果有觸摸點消失，則注銷該觸摸點， 根據(jù)這些信息可以得出用戶的觸摸意圖，將觸摸意圖轉(zhuǎn)換成指令數(shù)據(jù)發(fā)送給 數(shù)據(jù)傳送程序；
(6) 數(shù)據(jù)傳送程序?qū)?shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換、封裝以便適用不同類型接口的應(yīng) 用程序，然后通過特定的協(xié)議發(fā)送給應(yīng)用程序；
(7) 應(yīng)用程序根據(jù)得到的數(shù)據(jù)進行動作，反饋給用戶。 本發(fā)明的多點觸摸板用較低的成本實現(xiàn)了高精度、大尺寸的觸摸功能，
而且能同時識別多個觸摸點，從而使得該觸摸板的控制功能得到了一個質(zhì)的飛躍。它可以通過設(shè)計多點操作來替代并超越了鼠標(biāo)的各種功能，如要實 現(xiàn)鼠標(biāo)左鍵的功能，可以這樣定義觸摸動作用戶首先按下一個觸摸點，然 后在該觸摸點附近的左側(cè)再按下一個觸摸點，代表鼠標(biāo)左鍵點擊；當(dāng)用戶在 該觸摸點附近的右側(cè)按下一個觸摸點，表示鼠標(biāo)右鍵點擊。當(dāng)用戶同時有兩 個觸摸點在觸摸板上時，兩個觸摸點往相反的方向移動，表示對多媒體對象 放大，等等。用戶可以自己定義一些自己喜歡的動作模式來控制計算機操作。 多點觸摸板能給用戶帶來全新的人機交互方式。發(fā)明能識別同時發(fā)生在不同 位置的多個觸摸點；也能分析各觸摸點的運動軌跡，得到用戶觸摸的正真意 圖，從而對用戶的觸摸進行相應(yīng)的反饋。能通過手勢來指揮計算機進行相應(yīng) 的操作，使人與計算機之間的交互更自然、方便。


圖1是本發(fā)明的多點觸摸板的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示， 一種多點觸摸板包括圖像采集盒4、觸摸面板3、投光裝置 1、圖像采集裝置5、計算機控制器。
圖像采集盒4為長方盒體，頂面開放、四個側(cè)面和底面封閉。觸摸面板3 為矩形的透明材料面板，設(shè)置在圖像采集盒4的頂面，圖像采集盒4和觸摸 面板3圍合成圖像采集腔，圖像采集裝置5設(shè)置在圖像采集腔內(nèi)。圖像采集 裝置5的攝像頭朝向觸摸面板設(shè)置，且觸摸面板位于圖像采集裝置的攝像頭 的焦平面。觸摸面板3上覆有不透明的薄膜2，用于產(chǎn)生觸摸點和顯示投影設(shè) 備投影出的圖像。投光裝置1設(shè)置在觸摸屏幕的正上方，可以將顯示圖像投 影到薄膜上。計算機控制器與圖像采集裝置5信號連接，計算機控制器對圖 像采集設(shè)備采集到的圖像進行處理并分析，得到觸摸點坐標(biāo)以及觸摸動作意 圖，轉(zhuǎn)換成指令，調(diào)用程序進行事件響應(yīng)，控制投影設(shè)備顯示相應(yīng)圖像反饋 給用戶。
該多點觸摸板的具體多點觸摸定位方法是
(1) 開啟投光裝置，將漫反射光均勻的照在白色薄膜表面，使得薄膜的背 面亮度均勻；
(2) 圖像采集裝置采集觸摸板無觸點時的初始圖像(白色薄膜背面的圖像)，由于光照的原因，初始圖像亮度比較亮，而且整幅圖像的亮度比較均勻；
(3) 用戶觸摸薄膜表面，接觸部分把薄膜上方照射下來的光線擋住，無法 穿透薄膜，從而在薄膜下表面產(chǎn)生了單個或多個暗點；
(4) 圖像采集裝置對觸摸板實時采集圖像，并將觸摸圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給計算 機控制器；
(5) 計算機控制器把當(dāng)前觸摸圖像與初始圖像進行相減剔除背景，得到產(chǎn) 生暗點的幾個區(qū)域，然后對這些區(qū)域進行去噪點，增加對比度，腐蝕膨脹等 處理，最后根據(jù)特定的閾值得到多個形狀規(guī)則的區(qū)域，這多個區(qū)域就是觸摸 點在整幅圖像中的位置；通過這些區(qū)域在圖像中的像素坐標(biāo)與屏幕坐標(biāo)之間 的轉(zhuǎn)換得到觸摸點的屏幕坐標(biāo)；用戶單點觸摸時，可以對判斷該觸摸點移動 方向、觸摸點的面積、以及觸摸點消失時間，據(jù)此分析出用戶的觸摸意圖； 用戶多點觸摸時，如果有新增觸摸點，則對該觸摸點進行注冊編號并跟蹤， 實時分析各個觸摸點之間的位置關(guān)系，如果有觸摸點消失，則注銷該觸摸點， 根據(jù)這些信息可以得出用戶的觸摸意圖，將觸摸意圖轉(zhuǎn)換成指令數(shù)據(jù)發(fā)送給 數(shù)據(jù)傳送程序；
(6) 數(shù)據(jù)傳送程序?qū)?shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換、封裝以便適用不同類型接口的應(yīng) 用程序，然后通過特定的協(xié)議發(fā)送給應(yīng)用程序；
(7) 應(yīng)用程序根據(jù)得到的數(shù)據(jù)進行動作，反饋給用戶。
權(quán)利要求
1、一種多點觸摸板，包括圖像米集盒、觸摸面板、投光裝置、圖像米集裝置、計算機控制器，其特征在于所述的圖像采集盒為等高的盒體，其頂面開放、側(cè)面和底面封閉；觸摸面板為透明材料面板，形狀及大小與圖像采集盒的頂面匹配，觸摸面板設(shè)置在圖像采集盒的頂面，圖像采集盒和觸摸面板圍合成圖像采集腔，圖像采集裝置設(shè)置在圖像采集腔內(nèi)；觸摸面板上覆有不透明的薄膜，投光裝置設(shè)置在觸摸屏幕的正上方，計算機控制器與圖像采集裝置信號連接。
2、 如權(quán)利要求1所述多點觸摸板的多點觸摸定位方法，其特征在于該方 法包含以下步驟(1) 開啟投光裝置，將漫反射光均勻的照在白色薄膜表面，使得薄膜的背面 亮度均勻；(2) 圖像采集裝置采集觸摸板無觸點時的初始圖像，由于光照的原因，初 始圖像亮度比較亮，而且整幅圖像的亮度比較均勻；(3) 用戶觸摸薄膜表面，接觸部分把薄膜上方照射下來的光線擋住，無法 穿透薄膜，從而在薄膜下表面產(chǎn)生了單個或多個暗點；(4) 圖像采集裝置對觸摸板實時采集圖像，并將觸摸圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給計算 機控制器；(5) 計算機控制器把當(dāng)前觸摸圖像與初始圖像進行相減剔除背景，得到產(chǎn) 生暗點的幾個區(qū)域，然后對這些區(qū)域進行去噪點，增加對比度，腐蝕膨脹處 理，最后根據(jù)特定的閾值得到多個形狀規(guī)則的區(qū)域，這多個區(qū)域就是觸摸點在 整幅圖像中的位置；通過這些區(qū)域在圖像中的像素坐標(biāo)與屏幕坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換 得到觸摸點的屏幕坐標(biāo)；用戶單點觸摸時，判斷該觸摸點移動方向、觸摸點的 面積、以及觸摸點消失時間，據(jù)此分析出用戶的觸摸意圖；用戶多點觸摸時， 如果有新增觸摸點，則對該觸摸點進行注冊編號并跟蹤，實時分析各個觸摸點 之間的位置關(guān)系，如果有觸摸點消失，則注銷該觸摸點，根據(jù)這些信息得出用 戶的觸摸意圖，將觸摸意圖轉(zhuǎn)換成指令數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)傳送程序；(6) 數(shù)據(jù)傳送程序?qū)?shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換、封裝以便適用不同類型接口的應(yīng) 用程序，然后通過特定的協(xié)議發(fā)送給應(yīng)用程序；(7) 應(yīng)用程序根據(jù)得到的數(shù)據(jù)進行動作，反饋給用戶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多點觸摸板及多點觸摸定位方法?，F(xiàn)有技術(shù)無法同時追蹤多個觸摸點。本發(fā)明包括圖像采集盒、觸摸面板、投光裝置、圖像采集裝置、圖像處理器。觸摸面板設(shè)置在圖像采集盒的頂面，圖像采集盒和觸摸面板圍合成圖像采集腔，圖像采集裝置設(shè)置在圖像采集腔內(nèi)，圖像采集裝置的攝像頭朝向觸摸面板設(shè)置。觸摸面板上覆有不透明的薄膜，投光裝置設(shè)置在觸摸屏幕的正上方，圖像處理器與圖像采集裝置信號連接。本發(fā)明靈敏度高、精度高、不受尺寸大小限制，能夠和用戶實時準(zhǔn)確的交互，能夠識別同時發(fā)生在不同位置的多個觸摸點，使人與計算機之間的交互更自然、方便。
文檔編號G06F3/041GK101533322SQ200910097630
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月13日
發(fā)明者厲力華, 朱雋晨 申請人:杭州電子科技大學(xué)