红外多点触摸屏的坐标捕获以及修正算法
【专利摘要】本发明公开了一种红外多点触摸屏的坐标捕获以及修正算法，触摸屏的四周布满发射灯和接收灯，旨在有触摸点时，通过接收灯信号的变化来获得触摸点的坐标；每个接收灯有多个方向的接收光线，这样，对于触摸点来说，将会有多个光线所带来的数学直线方程，应用最小二乘法，将会获得坐标值的最优解，达到了坐标值误差最小。本发明在获得多次坐标之后，尤其对于不断变化的坐标，应用三次样条插值法，可以达到预测坐标值和修正原测量坐标值的目的。
【专利说明】红外多点触摸屏的坐标捕获以及修正算法
【技术领域】
[0001]本发明涉及红外触摸屏的坐标捕获以及坐标修正算法，具体为一种红外多点触摸屏的坐标捕获以及修正算法。
【背景技术】
[0002]随着苹果公司推出的iPhone，多点触摸技术逐渐发展成熟，进而出现大尺寸多点触摸屏。红外多点触摸屏在大尺寸触摸屏的设计上存在绝对的优势，早期观念上，红外触摸屏存在分辨率低、触摸方式受限制和易受环境干扰而误动作等技术上的局限，因而一度淡出过市场。此后第二代红外屏部分解决了抗光干扰的问题，第三代和第四代在提升分辨率和稳定性能上亦有所改进。在红外多点触摸屏坐标捕获的【技术领域】，多存在捕获坐标数据不够准确，误差大，不能够判别剔除“鬼点”，计算坐标速度慢等问题。随着触摸屏尺寸的加大，信号反馈难度也随即加大，相应的反应速度慢等缺点便更加明显，为解决这一些问题，应用最小二乘法计算坐标显得尤为恰到好处，坐标计算后，又通过三次样条插值对计算的坐标再求出预测值，并且对未来坐标值进行修正，极大的弥补了上述多点触摸屏的缺点，提高了精度和灵敏度。
【发明内容】
[0003]本发明目的是提供一种红外多点触摸屏的坐标捕获以及修正算法，以解决红外触摸屏求坐标的过程中，误差大，精度不够高，速度慢的问题。
[0004]触摸点的坐标获取原理见附图1。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为: [0005]一种红外多点触摸屏的坐标捕获以及修正算法，其特征在于:包括以下两方面:
[0006](I)应用最小二乘法实现对于触点坐标的获取，包括以下步骤:
[0007](a)获得被挡连通域的起始灯的灯号和截止灯的灯号，以及连通域的大小；连通域就是被挡的同一方向的光线在水平方向或者竖直方向的宽度；
[0008](b)求得被挡连通域的中间直线的方程，组成方程组；
[0009](C)将方程组化简获得Ax=b的形式，所谓最小二乘法，就是求得ATAx=ATb的解，该解就是连通域的中间直线方程组的最小二乘解；
[0010](2)求得触摸点坐标后，应用三次样条插值法获得坐标预测值，并且对未来坐标值进行修正；包括以下步骤:
[0011](a)连续捕获多次坐标值，将每次坐标值存下，例如，捕获5次坐标，分别为(?, Y0)，(X1, Y1)，(x2, y2)，(x3, y3)，(x4, y4)；
hA.,6 Vx1-V- v ? - v ?_!
[0012](b)求得 hfx厂Xf1, uJ=Y^- =YtiT' di—上1^、，等同于
nj r nj+i"7 r "7+1nj T "y+i "y+inj
uJMJ_1+2MJ+ 入其中 Mj=S' ' (Xj)，其中 j=l，2，3，4，5 ;
[0013](c)应用第二类边界条件，即假设 s' ' (Xci)=S' ' (xN+1) =0,即 Mtl=Miw=O ;[0014](d)通过以上步骤给出的的已知条件，求得方程组
[0015]2MA 入!M2=Cl1, uJMJ_1+2MJ+ 入 jMj+1=dj, uNMN_1+2MN=dN.其中，j=l, 2, 3, 4 ；
[0016](e)求得样条曲线方程为
[0019](f)根据步骤5的样条曲线，在每两个测量值之间插入两个坐标点，作为输出值，这样应用中断方式，每隔30ms发送一次坐标值。
[0020]本发明的优点是:
[0021]本发明能够实现红外多点触摸屏的较快速较精确的捕获坐标，在用户体验触摸效果时，触摸屏反应较灵敏；例如，在放大缩小图片时，速度较快；在画图板中划线时，曲线圆滑，基本无棱角；达到了红外触摸屏响应速度快，坐标捕获精度高的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为红外多点触摸屏的触摸点坐标获取原理图。
[0023]图2为红外多点触摸屏的触摸点从坐标获取到坐标修正的流程图。
【具体实施方式】
[0024]一种红外多点触摸屏的坐标捕获以及修正算法，见附图2，其步骤如下:
[0025]( I)应用最小二乘法实现对于触点坐标的获取:
[0026](a)获得被挡连通域的起始灯的灯号和截止灯的灯号，以及连通域的大小；连通域就是被挡的同一方向的光线在水平方向或者竖直方向的宽度；
[0027](b)求得被挡连通域的中间直线的方程，组成方程组；
[0028](C)将方程组化简获得Ax=b的形式，所谓最小二乘法，就是求得ATAx=ATb的解，该解就是连通域的中间直线方程组的最小二乘解；
[0029](2)求得触摸点坐标后，应用三次样条插值法获得坐标预测值，并且对未来坐标值进行修正；包括以下步骤:
[0030](a)连续捕获多次坐标值，将每次坐标值存下，例如，捕获5次坐标，分别为(?, y0)，(X1, J1), (x2, y2)，(x3, y3)，(x4, y4)；
[0031](b)求得 Vw1,dj=lih；{{hhZL~l±i11)' 等同于
J i+iJ J+lI j+ij+iJ
uJMJ_1+2MJ+ 入其中 Mj=S' ' (Xj)，其中 j=l，2，3，4，5 ;
[0032](c)应用第二类边界条件，即假设 s' ' (Xtl)=S'' (xN+1)=0，即 Mq=Mn+1=0;
[0033](d)通过以上步骤给出的的已知条件，求得方程组
[0034]2MA 入!M2=Cl1, uJMJ_1+2MJ+ 入 jMj+1=dj, uNMN_1+2MN=dN.其中，j=l, 2, 3, 4 ；
[0035](e)求得样条曲线方程为
M1,, Mj,M, ,?,.2 X, -XM A.2 X-Xi ,
[0036]s(x) = —^—(x -x) +-^(X-X1) +{y ,---T1-)-,~^iyj— ^Tl-),
Ohj6hj6Hj6hj[0037]其中，Xj^1^ x ^ Xj ；
[0038](f)根据步骤5的样条曲线，在每两个测量值之间插入两个坐标点，作为输出值，这样应用中断方式，每隔固定时间发送一次坐标值。
[0039]具体的实施步骤如下:
[0040]1、应用最小二乘法求得触摸点坐标，设有一个触摸点，并且触摸点挡住了 14个方向的光线，即反馈回14个连通域，具体步骤如下:
[0041](a)设连通域的起始灯的灯号分别为
[0042]nl, n2, n3, n4, n5, n7, n7, n8, n9, nlO, nil, nl2, nl3, nl4。与之相对应的截止灯的灯号为n' I, n/ 2, n/ 3, n/ 4, n/ 5, n/ 6, n/ 7，n, 8, n/ 9, n/ 10, n/ 11, n/ 12, n/ 13,
}%\ + }%f\
n' 14。所以《1 + ^^就是第一个方向的连通域中间直线的对应的灯的灯号，又根据所列的原方程得到了此时被挡光线的方程。同理，共得到14个方程。
[0043](b)将步骤(a)中的到的14个方程组成方程组，并写成Ax=b的形式，A为14行2列的系数矩阵，由于计算过程中，大多是浮点数，浮点数应用的计算时间多于整数的计算时间，所以将方程的左右两边同时乘以1000，再进行等价计算。
[0044](C)根据最小二乘原理，求得方程AtAx = ATb的解，便是步骤(b)中方程的最优解。
[0045]1、获得触摸点的坐标之后，应用三次样条插值法，求得红外多点触摸屏的预测坐标值，并且对未来坐标值进行修正，在坐标点是连续变化的情况下，其具体步骤如下:
[0046](a)扫描触摸板5次，得到了 5个不同的坐标值，分别为
[0047]
【权利要求】
1.一种红外多点触摸屏的坐标捕获以及修正算法，所谓红外多点触摸屏就是在屏的四周布满红外发射灯以及对应的红外接收灯，水平方向有一横排发射灯，竖直方向有一竖排发射灯，接收灯即是在相应的对边，触摸点的坐标捕获是通过对于坐标点挡住的光线的相应计算，获得触摸点的坐标；其特征在于:包括以下两方面: (1)由于每个发射灯有多个方向的发射光线，每个方向便有唯一的一个直线方程来表示；通过应用最小二乘法计算挡住的光线的方程组，便求得触摸点的坐标； (2)获得触摸点的坐标之后，通过三次样条插值法，获得样条插值曲线，不仅可以求得插值点坐标，而且可以对未来坐标值进行修正。
2.根据权利要求1所述的红外多点触摸屏的坐标捕获以及修正算法，其特征在于:应用最小二乘法实现对于触点坐标的获取，其步骤如下: (1)获得被挡连通域的起始灯的灯号和截止灯的灯号，以及连通域的大小；连通域就是被挡的同一方向的光线在水平方向或者竖直方向的宽度； (2)求得被挡连通域的中间直线的方程，组成方程组； (3)将方程组化简获得Ax=b的形式，所谓最小二乘法，就是求得ATAx=ATb的解，该解就是连通域的中间直线方程组的最小二乘解。
3.根据权利要求1所述的红外多点触摸屏的坐标捕获以及修正算法，其特征在于:通过三次样条插值法，获得样条插值曲线，不仅可以求得插值点坐标，而且可以对未来坐标值进行修正；其具体实现步骤如下: (1)连续捕获5次坐标值,将每次坐标值存下,分别为(xQ，yQ)，(x1；Y1), (x 2, y2), (x3, y3) (6)根据步骤(5)的样条曲线，得到样条插值，并且可判别未来数据。
【文档编号】G06F3/042GK103488352SQ201310379967
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】胡跃辉, 李小哲, 吕国强, 于芳芳, 刘志民 申请人:合肥工业大学