一種實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸控設(shè)備及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸控設(shè)備及方法，屬于多點(diǎn)觸控領(lǐng)域。所述實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸控設(shè)備包括前面板和設(shè)置在其后方的后面板，所述前面板從上至下依次包括保護(hù)屏、LCD前面板和擴(kuò)散片，所述擴(kuò)散片平貼在LCD前面板的下表面，LCD前面板平貼在保護(hù)屏的下表面，三者形成大于或等于70％的霧度；所述后面板包括背光光源、紅外光源和攝像頭陣列，所述背光光源均勻排布，用以提供顯示畫面所需光線；所述紅外光源均勻排布，用以照明觸控物體，以供攝像頭捕捉；所述攝像頭陣列包括一組均勻排布的攝像頭，用以捕捉觸控物體的畫面；所述保護(hù)屏上任一位置均處于至少1個(gè)攝像頭的視野之內(nèi)。
【專利說明】一種實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸控設(shè)備及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于多點(diǎn)觸控領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸控設(shè)備及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的多點(diǎn)觸控技術(shù)包括電阻式、電容式、表面聲波、光學(xué)邊框等，其中電阻式要 求壓力大于一定值才能感知到觸控物體，而電容式、表面聲波都要求觸控物體必須觸碰到 屏幕，光學(xué)邊框式只能感知5mm之內(nèi)的觸控物體。也就是說，目前這些技術(shù)只能夠感知手指 或其他觸控物和觸控表面接觸點(diǎn)的信息，信息非常貧瘠。
[0003] 力度識(shí)別是指系統(tǒng)能夠識(shí)別用戶手指或者其他觸控物體觸控接觸面時(shí)候的力度 大小的變化，例如毛筆筆觸的識(shí)別，而且力度識(shí)別能夠讓用戶在屏幕上的書寫具有粗細(xì)的 變化，寫出的字更自然，可與真實(shí)世界的書法效果相媲美。力度識(shí)別能夠更加豐富多點(diǎn)觸控 領(lǐng)域的手勢，通過力度大小，識(shí)別用戶的真正意圖。但是現(xiàn)有的電容屏與邊框屏等等只能夠 識(shí)別用戶觸控的位置，沒有力度的相關(guān)信息。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸 控設(shè)備及方法，可以感知手指和毛筆等等在懸浮時(shí)、接觸后的各種原始信息，包括：接觸前 的移動(dòng)軌跡、和觸控表面的距離變化、接觸時(shí)的力度大小、接觸物的形狀、接觸物的影像信 息等。可以為進(jìn)一步拓展人機(jī)交互，提供流暢自然的用戶體驗(yàn)提供硬件基礎(chǔ)。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸控設(shè)備，包括前面板和設(shè)置在其后方的后面板，所述前面 板從上至下依次包括保護(hù)屏、LCD前面板和擴(kuò)散片，所述擴(kuò)散片平貼在LCD前面板的下表 面，LCD前面板平貼在保護(hù)屏的下表面，三者形成大于或等于70%的霧度；
[0007] 所述后面板包括背光光源、紅外光源和攝像頭陣列，所述背光光源均勻排布，用以 提供顯示畫面所需光線；所述紅外光源均勻排布，用以照明觸控物體，以供攝像頭捕捉；所 述攝像頭陣列包括一組均勻排布的攝像頭，用以捕捉觸控物體的畫面；
[0008] 所述保護(hù)屏上任一位置均處于至少1個(gè)攝像頭的視野之內(nèi)。
[0009] 所述保護(hù)屏、LCD前面板和擴(kuò)散片中的任意相鄰兩層粘接到一起，或者三層依次粘 接到一起，粘接采用的是折射率為1. 3-1. 55的透明的膠。
[0010] 所述后面板包括散光板，其設(shè)置在背光光源、紅外光源和攝像頭陣列的上方，在所 述散光板上對(duì)應(yīng)各個(gè)攝像頭的位置均開有孔。
[0011] 所述實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸控設(shè)備包括反光板，其設(shè)置在前面板和后面板之間形成的 空間的各個(gè)側(cè)面，用以反射來自背光光源和紅外光源的光線。
[0012] 所述保護(hù)屏選用防眩光鋼化玻璃。
[0013] 所述實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸控設(shè)備包括顯示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、圖像識(shí)別系統(tǒng)和電源系統(tǒng)：
[0014] 所述顯示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用以接收來自計(jì)算機(jī)的顯示信號(hào)，驅(qū)動(dòng)所述LCD前面板在背光 光源的配合下，顯示用戶界面；
[0015] 所述圖像識(shí)別系統(tǒng)用以接收攝像頭所捕捉的畫面，經(jīng)過分析，進(jìn)行接觸識(shí)別，力度 識(shí)別，接觸面形狀大小識(shí)別，最終將一個(gè)或多個(gè)用戶的操作，轉(zhuǎn)換為多個(gè)接觸物體的信息， 包括其位置、力度、接觸面形狀，提供給計(jì)算機(jī)；
[0016] 所述電源系統(tǒng)用以給該實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸控設(shè)備供電。
[0017] 一種實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的方法，所述方法包括：
[0018] 步驟1:拍照
[0019] 在同步信號(hào)的觸發(fā)下，所有攝像頭同時(shí)進(jìn)行拍照；
[0020] 步驟2.1:畸變矯正
[0021] 根據(jù)預(yù)先獲取的矯正數(shù)據(jù)，對(duì)各個(gè)攝像頭拍攝到的圖像進(jìn)行畸變矯正得到處理后 的圖像；
[0022] 步驟2. 2 :動(dòng)態(tài)背景及背景去除
[0023] 將處理后的圖像減去動(dòng)態(tài)背景，獲得觸控物體的圖像；
[0024] 步驟2. 3 :接觸面識(shí)別
[0025] 對(duì)步驟2. 2生成的圖像進(jìn)行亮度空間分析得到接觸面的形狀和面積；
[0026] 對(duì)步驟2. 2生成的圖像進(jìn)行亮度差空間分析得到接觸面的形狀和面積；
[0027] 綜合亮度空間分析和亮度差空間分析得到的兩個(gè)接觸面的形狀和面積，得到與實(shí) 際接觸面誤差更小的接觸面及其形狀和面積；
[0028] 步驟3 :觸控信息傳遞
[0029] 將步驟2. 3得到的接觸面的形狀和面積作為力度信息，傳遞給計(jì)算機(jī)。
[0030] 所述步驟1中，各個(gè)攝像頭的拍照行為的時(shí)間差應(yīng)小于或等于1毫秒；
[0031] 各個(gè)攝像頭每秒鐘進(jìn)行至少30次拍攝。
[0032] 所述步驟2. 2是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0033] 將步驟2. 1得到的處理后的圖像與當(dāng)前的動(dòng)態(tài)背景進(jìn)行比較，將大范圍、小幅度、 緩慢的變化定義為實(shí)際背景變化，將小范圍、大幅度、突然的變化定義為前景變化；
[0034] 將所述實(shí)際背景變化記入到保存的動(dòng)態(tài)背景中得到新的動(dòng)態(tài)背景，將該新的動(dòng)態(tài) 背景作為當(dāng)前的動(dòng)態(tài)背景；
[0035] 將圖像減去當(dāng)前的動(dòng)態(tài)背景得到處理結(jié)果；
[0036] 所述將圖像減去動(dòng)態(tài)背景得到處理結(jié)果是這樣實(shí)現(xiàn)的：將兩幅圖像中的每個(gè)點(diǎn)的 灰度值做減法得到處理結(jié)果。
[0037] 所述對(duì)步驟2. 2生成的圖像進(jìn)行亮度空間分析得到接觸面的形狀和面積是這樣 實(shí)現(xiàn)的：將步驟2. 2生成的圖像中每個(gè)點(diǎn)的亮度值作為該點(diǎn)的高度值，得到一個(gè)在亮度空 間中的地形圖；對(duì)該地形圖進(jìn)行分析，即將每點(diǎn)的絕對(duì)高度值及其與最近山峰峰值的相對(duì) 差與設(shè)定參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，得到接觸面的形狀和面積；
[0038] 所述對(duì)步驟2. 2生成的圖像進(jìn)行亮度差空間分析得到接觸面的形狀和面積是這 樣實(shí)現(xiàn)的：將步驟2. 2生成的圖像中每個(gè)點(diǎn)的亮度值與該點(diǎn)周圍點(diǎn)的亮度均值的差作為該 點(diǎn)的高度值，得到一個(gè)在亮度差空間中的地形圖，對(duì)該地形圖進(jìn)行分析，即將每點(diǎn)的絕對(duì)高 度值及其與最近山峰峰值的相對(duì)差與設(shè)定參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，得到接觸面的形狀和面積，得到 接觸面的形狀和面積。
[0039] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0040] 1.利用本發(fā)明，能夠提供用戶觸控力度的信息；
[0041] 2.利用本發(fā)明能夠大幅提升書寫和繪畫效果，特別是中國書法；
[0042] 3.利用本發(fā)明，不需要特制的壓力感知的筆，用手指、毛筆、油畫筆等都可以書寫 和繪畫；
[0043] 4.本發(fā)明減少了用戶界面的復(fù)雜程度：用戶無需通過菜單選取筆的粗細(xì)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0044] 圖1是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸控設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。
[0045] 圖2是本發(fā)明方法的原理圖。
[0046] 圖3-1是接觸壓力小時(shí)形成的接觸面小的示意圖。
[0047] 圖3-2是接觸壓力大時(shí)形成的接觸面大的示意圖。
[0048] 圖4是本發(fā)明方法中的畸變矯正示意圖。
[0049] 圖5是本發(fā)明方法中的動(dòng)態(tài)背景及背景去除的示意圖。
[0050] 圖6-1是圖3-1接觸面形成的等高線。
[0051] 圖6-2是圖3-2接觸面形成的等高線。

【具體實(shí)施方式】
[0052] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0053] 本發(fā)明在觸控面板后方安裝紅外光源和攝像頭陣列，在紅外光源的照射下，攝像 頭捕捉手指等觸摸物的圖像；對(duì)于觸控面上任一位置，至少位于1個(gè)攝像頭的可視范圍內(nèi)。
[0054] 圖1為本實(shí)施例提供的一種基于LCD的實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸控設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖， 圖中分別為：
[0055] 1)前面板，包括：
[0056] a)保護(hù)屏101 :在本實(shí)施例中為5mm(可以用1mm?15mm)厚防眩光鋼化玻璃，用 以提供堅(jiān)固耐用的觸摸面，保護(hù)LCD，具體實(shí)施時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的保護(hù)屏。
[0057] b)IXD面板102 :為IXD前面板（Cell)，負(fù)責(zé)顯示畫面。
[0058] c)擴(kuò)散片103 :擴(kuò)散片是用以擴(kuò)散來自背光光源的光，提供更均勻的畫面。在加裝 擴(kuò)散片并且整體霧度大于或等于70%的情況下，后面板容易設(shè)計(jì)，只要其基本均勻，即可保 證顯示均勻。整體霧度主要（> 80% )由擴(kuò)散片（diffuser)提供，其次為液晶前面板，保 護(hù)屏前表面的磨砂處理也有微小貢獻(xiàn)。總之，只要保證整體霧度即可。一般選擇透光率> 85%，霧度> 70%的擴(kuò)散片即可。擴(kuò)散片的厚度一般在20微米至230微米之間。
[0059] 具體實(shí)施時(shí)，這三層之間可以不粘接，也可以粘任意兩層，或者將三者都粘接到一 起，在本實(shí)施例中，這三者用折射率為1. 5的透明的膠粘接固定，以消除光線在三者間不必 要的反射。例如可以采用UV膠（無影膠），硅膠等等。
[0060] 1)后面板，包括：
[0061] a)背光光源302 :在本實(shí)施例中，米用白光LED燈珠陣列，用以提供顯7]^畫面所需 光線。具體實(shí)施時(shí)，可以根據(jù)需要采用RGB-LED光源或者CCFL (熒光燈管、日光燈管）
[0062] b)紅外光源303 :在本實(shí)施例中，采用850nm紅外LED燈珠陣列或者激光紅外光 源等，用以照明手指等觸摸物體，供攝像頭捕捉。具體實(shí)施時(shí)，背光光源和紅外光源既可以 設(shè)置在前面板的正后方，也可以設(shè)置在后上方，后下方或后測方，這些是根據(jù)實(shí)際需要確定 的。
[0063] c)攝像頭陣列：在本實(shí)施例中，采用6個(gè)對(duì)紅外敏感的攝像頭301 (具體實(shí)施時(shí)， 可根據(jù)觸控屏的大小設(shè)置攝像頭的個(gè)數(shù)和陣列，只要保證觸控面上任一位置都處于1個(gè)攝 像頭的視野之內(nèi)即可。），用以捕捉手指、毛筆等觸摸物體的畫面，提供給圖像識(shí)別系統(tǒng)。系 統(tǒng)以一個(gè)固定頻率（如每秒60次）向攝像頭陣列發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，每個(gè)攝像頭在收到觸發(fā)信 號(hào)時(shí)開始拍照。這樣使得各個(gè)攝像頭的拍照是同步進(jìn)行的。要求各攝像頭實(shí)際拍照時(shí)間相 互差距小于或等于lms (毫秒）。
[0064] d)散光板202 :在本實(shí)施例中，選裝了散光板，用以進(jìn)一步模糊背光光源，提供更 均勻的畫面，同時(shí)也起到了對(duì)LCD前面板進(jìn)行熱隔絕的作用。
[0065] e)反光板201 :在本實(shí)施例中，在后面板的4個(gè)立面上選裝了反光板，用以更有效 地利用來自背光光源和紅外光源的光線；
[0066] 背光光源排布要盡量均勻，避免畫面出現(xiàn)暗區(qū)或者亮斑。紅外光源排布要盡量均 勻，使每個(gè)攝像頭的曝光值盡量一致。攝像頭排布盡量均勻，使其能夠捕捉整個(gè)可視區(qū)域的 物體運(yùn)動(dòng)。
[0067] 2)顯示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)401 :用以接收來自計(jì)算機(jī)的顯示信號(hào)（在本實(shí)施例中，為HDMI、 VGA或DVI)，驅(qū)動(dòng)LCD前面板在背光光源的配合下，顯示用戶界面。
[0068] 3)圖像識(shí)別系統(tǒng)403 :用以接收攝像頭所捕捉的畫面，經(jīng)過分析，進(jìn)行接觸識(shí)別， 力度識(shí)別，接觸面形狀大小識(shí)別，最終將一個(gè)或多個(gè)用戶的操作，轉(zhuǎn)換為多個(gè)接觸物體的信 息，包括其位置、力度、接觸面形狀等，提供給計(jì)算機(jī)。
[0069] 4)電源系統(tǒng)402 :為背光光源、紅外光源以及其他用電器件供電。
[0070] 在本實(shí)施例中，前面板與后面板組合構(gòu)成一個(gè)長方體，其中前面板（保護(hù)屏、LCD 面板、擴(kuò)散片）構(gòu)成長方體的上表面；后面板中，背光光源、紅外光源和攝像頭排布在長方 體下表面，上面覆蓋散光板，四個(gè)立面上覆蓋反光板。
[0071] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的方法，具體如下：
[0072] 由保護(hù)玻璃、IXD Cell和擴(kuò)散片組成的結(jié)構(gòu)，整體上具有> 70%的霧度（霧度主 要由擴(kuò)散片貢獻(xiàn)），使得直射光線在穿過這個(gè)結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)發(fā)生散射，霧度越大，散射效果越 大。其效果是，當(dāng)攝像頭捕捉結(jié)構(gòu)另一側(cè)的觸控物體時(shí)，距離保護(hù)玻璃越近的物體，成像越 清晰（如圖2中的601所示），越遠(yuǎn)則越模糊（如圖2中的602所示），如圖2所示。
[0073] 當(dāng)使用可形變的觸控物體時(shí)，比如手指、毛筆等，隨著接觸壓力的改變、接觸面的 形狀和面積也發(fā)生變化，如圖3-1和圖3-2所示。
[0074] 本系統(tǒng)工作的基本原理和步驟是：
[0075] 1、讓位于前面板結(jié)構(gòu)另一側(cè)的攝像頭，對(duì)觸控物體進(jìn)行拍攝，得到圖像
[0076] 2、利用上面描述的"近物體清晰、遠(yuǎn)物體模糊"的特點(diǎn)、對(duì)圖像進(jìn)行分析，識(shí)別出接 觸部分與非接觸部分的分界，從而得到接觸面的形狀和面積
[0077] 3、將接觸面的形狀和面積的信息發(fā)送給上層操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件具體如下：
[0078] 步驟1 :拍照
[0079] 在同步信號(hào)的觸發(fā)下，所有攝像頭同時(shí)進(jìn)行拍照，拍照行為的時(shí)間差應(yīng)< 1毫秒；
[0080] 拍照所需光照由紅外光源提供；
[0081] 每秒鐘進(jìn)行至少30次拍攝，為了達(dá)到更好書寫效果，應(yīng)至少采用每秒60次或以上 的拍攝頻率；
[0082] 步驟2.1:畸變矯正
[0083] 如圖4所示，根據(jù)預(yù)先獲取的矯正數(shù)據(jù)（使用矯正工具，在攝像頭的可視區(qū)內(nèi)的屏 幕上顯示ηχη點(diǎn)陣，由程序自動(dòng)識(shí)別或者手動(dòng)點(diǎn)按的方式，得到這些ηχη點(diǎn)陣在攝像頭畫面 中的位置（nxn個(gè)攝像頭畫面內(nèi)坐標(biāo)點(diǎn)），這樣得到攝像頭的nxn個(gè)點(diǎn)與屏幕平面上nxn個(gè) 點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以此來推算出攝像頭畫面上的每個(gè)點(diǎn)與屏幕平面上的點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這些 對(duì)應(yīng)關(guān)系就是矯正數(shù)據(jù)。），對(duì)拍攝到的圖像（即每個(gè)攝像頭拍照完成后，都立刻進(jìn)行畸變 矯正）進(jìn)行畸變矯正（將攝像頭捕捉到的畫面上的每個(gè)點(diǎn)的灰度值，根據(jù)上述對(duì)應(yīng)關(guān)系，在 平面畫面對(duì)應(yīng)點(diǎn)上賦予相同的灰度值，這樣得到一個(gè)畸變矯正后的灰度圖像。）。經(jīng)過處理 后，一個(gè)區(qū)域R中緊貼現(xiàn)實(shí)觸控面的平直網(wǎng)格，將會(huì)在處理后的圖像中呈現(xiàn)平直。
[0084] 步驟2. 2 :動(dòng)態(tài)背景及背景去除
[0085] 如圖5所示，為了后續(xù)更好地識(shí)別，需要把圖像減去一個(gè)背景圖像，以獲得觸控物 體的圖像。
[0086]-用圖像與現(xiàn)存的動(dòng)態(tài)背景（動(dòng)態(tài)背景初始為第一幅拍攝到畫面，之后在運(yùn)行 期間不斷變化，其變化方式在后面描述，這里強(qiáng)調(diào)的是將圖像與當(dāng)前的動(dòng)態(tài)背景進(jìn)行比對(duì)） 進(jìn)行比對(duì)；
[0087]-過濾掉前景變化：比較圖像與動(dòng)態(tài)背景，大范圍、小幅度、緩慢的變化為實(shí)際 背景變化（如環(huán)境光線變化、溫度變化引起的紅外光源變化等），應(yīng)計(jì)入動(dòng)態(tài)背景；而小范 圍、大幅度、突然的變化為前景變化（如用戶的手、茶杯等），不應(yīng)計(jì)入動(dòng)態(tài)背景，這一步驟， 過濾掉小范圍的大幅度的突然變化。變化的范圍大小、幅度的大小和變化的突然或緩慢的 界定根據(jù)實(shí)際情況界定即可。
[0088] -將背景變化記入保存的動(dòng)態(tài)背景中：這一步驟，將背景變化，即畫面大范圍、 小幅度、緩慢的變化，計(jì)入動(dòng)態(tài)背景
[0089] 記入的方法為：
[0090] 動(dòng)態(tài)背景（X，y)=動(dòng)態(tài)背景（X，y) * (1-更新率）+ (背景變化（X，y) +動(dòng)態(tài)背景（X， y)) *更新率；
[0091] 0 < 更新率< =1
[0092] 一一將圖像減去動(dòng)態(tài)背景（即2幅圖像的每個(gè)點(diǎn)的灰度值做減法），將結(jié)果傳給 下面的接觸面識(shí)別模塊。
[0093] 步驟2. 3 :接觸面識(shí)別
[0094] 首先在亮度空間進(jìn)行分析：
[0095] 把圖像每個(gè)點(diǎn)的亮度作為這個(gè)點(diǎn)的高度 [0096]-這樣可以得到一個(gè)有平原和山峰的地形圖
[0097] -一個(gè)輕輕接觸的觸點(diǎn)像一個(gè)山峰，如圖6-1所示，而一個(gè)重的觸點(diǎn)像一個(gè)高 地，如圖6-2所示
[0098] 然后在亮度差空間進(jìn)行分析：
[0099]把圖像中每點(diǎn)的亮度減去周圍點(diǎn)的均值（例如周圍到該點(diǎn)距離小于等于3的 所有點(diǎn)即為該點(diǎn)的周圍點(diǎn)。）
[0100] 周圍點(diǎn)的范圍與系統(tǒng)設(shè)計(jì)（比如攝像頭分辨率）相關(guān)性較大，周圍點(diǎn)的半徑可以 在1到20之間；
[0101] 均值可能是加權(quán)平均，例如：
[0102] 均值（Ρ)= Σ f(|p-p，|)*v(p，）
[0103] 對(duì)于任意點(diǎn)P,均值（P)為其周圍點(diǎn)均值。
[0104] p'是p周圍的一個(gè)點(diǎn)
[0105] V(p'）為P'點(diǎn)的亮度值
[0106] f()是一個(gè)加權(quán)系數(shù)函數(shù)，它根據(jù)p'到p的距離（即|p-p' |)給出權(quán)重；
[0107] ---在生成的圖形中，有快速變化的區(qū)域（清晰的區(qū)域）會(huì)比變化緩慢（模糊的區(qū) 域），從而區(qū)分開貼近屏幕和離開屏幕的物體，如一只毛筆貼合屏幕的部分與其它未接觸屏 幕的部分。
[0108] 具體來說，對(duì)于圖中每一個(gè)點(diǎn)按上面步驟做處理后，生成一副新的圖。在這張圖上 做的分析稱為在亮度差空間上的分析。在原圖中，亮度變化突然的區(qū)域，（如上面描述的地 形圖中，陡峭的山峰），在新圖中很高；在原圖中，亮度變化緩慢的區(qū)域（如在地形圖中，平 緩的坡），在新的圖中很暗。例如，一根45度角點(diǎn)擊屏幕的手指，在亮度空間中進(jìn)行分析， 得出的接觸面容易（錯(cuò)誤地）向手指指根部分延長，而在亮度差空間中分析，則容易（錯(cuò)誤 地）向指尖部分收縮，兩者相結(jié)合，可以更準(zhǔn)確地得到接觸面的面積和形狀。
[0109] 本步驟結(jié)合這兩個(gè)分析的結(jié)果，給出接觸面的形狀和面積，具體來說，綜合評(píng)判可 以采用多種方法，舉例如下：
[0110] 方法1 :通過兩種方法獨(dú)立獲得接觸面形狀的外輪廓，兩個(gè)外輪廓做平均得到最 終形狀；
[0111] 方法2 :用兩種方法為每個(gè)點(diǎn)打分，將每個(gè)點(diǎn)的兩個(gè)得分相加，如最終得分大于特 定分?jǐn)?shù)線，則該點(diǎn)被視為處于接觸面，將所得接觸面做邊緣平滑規(guī)整處理，得到最終接觸面 形狀。
[0112] 步驟3 :觸控信息傳遞
[0113] -將接觸面積信息（步驟2得到的形狀和面積）作為力度信息，傳遞給如 WindowsS等操作系統(tǒng)，使得可以用到力度信息的上層軟件可以通過操作系統(tǒng)的觸控消息得 到該信息
[0114] -觸控形狀的信息需通過擴(kuò)展接口，傳遞給有高級(jí)書法和繪畫要求的專門軟件。
[0115] 現(xiàn)有高級(jí)繪畫書寫軟件可以通過標(biāo)準(zhǔn)接口接收力度信息，而力度信息目前來自壓 力感知筆。本發(fā)明的系統(tǒng)是目前唯一可以識(shí)別用戶手指、毛筆、油畫筆等的觸控，并將準(zhǔn)確 的位置和力度信息提供給這些軟件的系統(tǒng)。除了提供力度信息外，本系統(tǒng)還額外提供觸點(diǎn) 形狀信息。
[0116] 上述技術(shù)方案只是本發(fā)明的一種實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，在本 發(fā)明公開了應(yīng)用方法和原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類型的改進(jìn)或變形，而不僅限于本 發(fā)明上述【具體實(shí)施方式】所描述的方法，因此前面描述的方式只是優(yōu)選的，而并不具有限制 性的意義。
【權(quán)利要求】
1. 一種實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸控設(shè)備，其特征在于：所述實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸控設(shè)備包括前 面板和設(shè)置在其后方的后面板，所述前面板從上至下依次包括保護(hù)屏、IXD前面板和擴(kuò)散 片，所述擴(kuò)散片平貼在LCD前面板的下表面，LCD前面板平貼在保護(hù)屏的下表面，三者形成 大于或等于70 %的霧度； 所述后面板包括背光光源、紅外光源和攝像頭陣列，所述背光光源均勻排布，用以提供 顯示畫面所需光線；所述紅外光源均勻排布，用以照明觸控物體，以供攝像頭捕捉；所述攝 像頭陣列包括一組均勻排布的攝像頭，用以捕捉觸控物體的畫面； 所述保護(hù)屏上任一位置均處于至少1個(gè)攝像頭的視野之內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸控設(shè)備，其特征在于：所述保護(hù)屏、LCD前 面板和擴(kuò)散片中的任意相鄰兩層粘接到一起，或者三層依次粘接到一起，粘接采用的是折 射率為1.3-1.55的透明的膠。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸控設(shè)備，其特征在于：所述后面板包括散 光板，其設(shè)置在背光光源、紅外光源和攝像頭陣列的上方，在所述散光板上對(duì)應(yīng)各個(gè)攝像頭 的位置均開有孔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸控設(shè)備，其特征在于：所述實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別 的觸控設(shè)備包括反光板，其設(shè)置在前面板和后面板之間形成的空間的各個(gè)側(cè)面，用以反射 來自背光光源和紅外光源的光線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸控設(shè)備，其特征在于：所述保護(hù)屏選用防 眩光鋼化玻璃。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸控設(shè)備，其特征在于：所述實(shí)現(xiàn)力 度識(shí)別的觸控設(shè)備包括顯示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、圖像識(shí)別系統(tǒng)和電源系統(tǒng)： 所述顯示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用以接收來自計(jì)算機(jī)的顯示信號(hào)，驅(qū)動(dòng)所述LCD前面板在背光光源 的配合下，顯示用戶界面； 所述圖像識(shí)別系統(tǒng)用以接收攝像頭所捕捉的畫面，經(jīng)過分析，進(jìn)行接觸識(shí)別，力度識(shí) 另IJ，接觸面形狀大小識(shí)別，最終將一個(gè)或多個(gè)用戶的操作，轉(zhuǎn)換為多個(gè)接觸物體的信息，包 括其位置、力度、接觸面形狀，提供給計(jì)算機(jī)； 所述電源系統(tǒng)用以給該實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸控設(shè)備供電。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的觸控設(shè)備的實(shí)現(xiàn)力度識(shí)別的方法，其 特征在于：所述方法包括： 步驟1 :拍照 在同步信號(hào)的觸發(fā)下，所有攝像頭同時(shí)進(jìn)行拍照； 步驟2. 1 :畸變矯正 根據(jù)預(yù)先獲取的矯正數(shù)據(jù)，對(duì)各個(gè)攝像頭拍攝到的圖像進(jìn)行畸變矯正得到處理后的圖 像； 步驟2. 2 :動(dòng)態(tài)背景及背景去除 將處理后的圖像減去動(dòng)態(tài)背景，獲得觸控物體的圖像； 步驟2. 3 :接觸面識(shí)別 對(duì)步驟2. 2生成的圖像進(jìn)行亮度空間分析得到接觸面的形狀和面積； 對(duì)步驟2. 2生成的圖像進(jìn)行亮度差空間分析得到接觸面的形狀和面積； 綜合亮度空間分析和亮度差空間分析得到的兩個(gè)接觸面的形狀和面積，得到與實(shí)際接 觸面誤差更小的接觸面及其形狀和面積； 步驟3 :觸控信息傳遞 將步驟2. 3得到的接觸面的形狀和面積作為力度信息，傳遞給計(jì)算機(jī)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于：所述方法包括：所述步驟1中，各個(gè)攝像 頭的拍照行為的時(shí)間差應(yīng)小于或等于1毫秒； 各個(gè)攝像頭每秒鐘進(jìn)行至少30次拍攝。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于：所述步驟2. 2是這樣實(shí)現(xiàn)的： 將步驟2. 1得到的處理后的圖像與當(dāng)前的動(dòng)態(tài)背景進(jìn)行比較，將大范圍、小幅度、緩慢 的變化定義為實(shí)際背景變化，將小范圍、大幅度、突然的變化定義為前景變化； 將所述實(shí)際背景變化記入到保存的動(dòng)態(tài)背景中得到新的動(dòng)態(tài)背景，將該新的動(dòng)態(tài)背景 作為當(dāng)前的動(dòng)態(tài)背景； 將圖像減去當(dāng)前的動(dòng)態(tài)背景得到處理結(jié)果； 所述將圖像減去動(dòng)態(tài)背景得到處理結(jié)果是這樣實(shí)現(xiàn)的：將兩幅圖像中的每個(gè)點(diǎn)的灰度 值做減法得到處理結(jié)果。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于：所述對(duì)步驟2. 2生成的圖像進(jìn)行亮度空 間分析得到接觸面的形狀和面積是這樣實(shí)現(xiàn)的：將步驟2. 2生成的圖像中每個(gè)點(diǎn)的亮度值 作為該點(diǎn)的高度值，得到一個(gè)在亮度空間中的地形圖；對(duì)該地形圖進(jìn)行分析，即將每點(diǎn)的絕 對(duì)高度值及其與最近山峰峰值的相對(duì)差與設(shè)定參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，得到接觸面的形狀和面積； 所述對(duì)步驟2. 2生成的圖像進(jìn)行亮度差空間分析得到接觸面的形狀和面積是這樣實(shí) 現(xiàn)的：將步驟2. 2生成的圖像中每個(gè)點(diǎn)的亮度值與該點(diǎn)周圍點(diǎn)的亮度均值的差作為該點(diǎn)的 高度值，得到一個(gè)在亮度差空間中的地形圖，對(duì)該地形圖進(jìn)行分析，即將每點(diǎn)的絕對(duì)高度值 及其與最近山峰峰值的相對(duì)差與設(shè)定參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，得到接觸面的形狀和面積，得到接觸 面的形狀和面積。
【文檔編號(hào)】G06F3/041GK104102380SQ201410141290
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月9日
【發(fā)明者】李 昊 申請(qǐng)人:北京紫霄科技有限公司