一种显示屏悬浮触控方法
【专利摘要】本发明公开了一种显示屏悬浮触控方法，其包括如下步骤：步骤一、在显示屏的四个角位置分别设置信号接收器；步骤二、在显示屏上方，对应四个信号接收器位置选择多个触控笔位置处作为标定点，得到标定点在显示平面投影点的坐标；步骤三、将上述四个投影点组成的四边形规则化为矩形，以矩形的一个顶点为原点建立坐标系x′o′y′，与以显示平面为基准面对应建立的显示平面坐标系xoy形成简单的平移关系和在x、y方向的缩放关系；步骤四、根据步骤三中两个坐标系之间的平移关系及缩放比，得到在标定范围内的任一触控笔位置在显示屏幕中的指示位置。本发明的显示屏触控方法可以实现悬浮触控，且触控笔悬浮距离和触控范围可调。
【专利说明】一种显示屏悬浮触控方法
【技术领域】
[0001] 本发明有关一种显示屏触控方法，特别是指一种利用触控笔标定实现触控位置和 触控范围可调的悬浮触控方法。
【背景技术】
[0002] 目前显示设备多采用平面接触式触控技术，但移动定位精度通常受触摸屏分辨率 的限制，并且此种触控技术不适用于超大显示屏，操作范围和操作距离受到很大限制。
[0003] 目前主要有两种触控方式以解决上述问题，其一，基于触控装置和接收装置之间 的信号反馈，实现对显示屏的灵活自由触控，触控装置包含移动定位装置，将相对移动的位 置信息通过无线通信技术反馈给显示装置，通过相应的位置信息处理，对应到显示屏的相 应位置，不过这种触控技术只能实现滑动定位；其二，基于图像采集技术的人机交互系统， 目前已经有较为成熟的产品，如Leap Motion和Kinect等体感控制器，不过这些交互系统 的运算量通常很大，操作速度慢，应用受到一定限制。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种利用触控笔标定实现触控位置精确、 且触控范围任意可调的显示屏悬浮触控方法。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供一种显示屏悬浮触控方法，其包括如下步骤：
[0006] 步骤一、在显示屏的四个角位置分别设置信号接收器；
[0007] 步骤二、在显示屏上方，对应四个信号接收器位置选择多个触控笔位置处作为标 定点，要求每个标定点与对应接收器的距离比该标定点与其他接收器的距离相对更近，通 过各接收器接收到触控笔信号的时间差和接收器的坐标位置信息计算出触控笔到四个接 收器的距离，并由此计算出触控笔在以显示屏幕为基准面的显示平面坐标系内的空间坐 标，再向显示平面进行投影，得到投影点坐标；
[0008] 步骤三、将上述四个投影点组成的四边形规则化为矩形，以矩形的一个顶点为原 点建立投影点坐标系？ /，与以显示平面为基准面对应建立的显示平面坐标系xoy 形成简单的平移关系和在X、y方向的缩放关系；
[0009] 步骤四、根据步骤三中两个坐标系之间的平移关系及缩放比，得到在标定范围内 的任一触控笔位置在显示屏幕中的指示位置。
[0010] 所述步骤二具体包括：
[0011] (2. 1)在显示屏上方，对应四个信号接收器位置选择多个触控笔位置处作为标定 点，要求每个标定点与对应接收器的距离较近，与其他接收器的距离相对较远，使触控笔向 各接收器发射信号，并计算各接收器与最近接收器的接收到信号的时间差；
[0012] (2. 2)根据上述时间差计算出标定点到达其他较远接收器和最近接收器的距离 差；
[0013] (2. 3)通过上述步骤（2. 2)中的距离差，结合接收器的坐标位置信息计算出标定 点到达最近接收器的距离L ;
[0014] (2. 4)由步骤（2. 2)中得到的距离差与步骤（2. 3)中的距离L计算标定点到达各 接收器的距离；
[0015] (2. 5)将标定点向显示平面进行投影得到触控笔投影点，由标定点到达各接收器 的距离和屏幕尺寸计算出该投影点在显示平面的投影坐标；
[0016] (2.6)重复步骤（2. 1)至（2. 5)，得到四个标定点在显示平面的投影点的投影坐 标。
[0017] 在所述步骤三中，将各标定点在显示平面上的投影点形成的四边形规则化为矩 形，要求矩形的每条边通过对应四边形边的中点，并且平行于对应显示屏幕的边，然后以矩 形的一个顶点为原点建立投影点坐标系，根据此坐标系的原点在显示平面坐标系中的坐标 得到显示平面坐标系与投影点坐标系之间的平移关系，并根据显示平面与规则化矩形的长 宽比得出显示平面与规则化矩形的缩放比。
[0018] 所述步骤四具体包括：
[0019] 在标定范围内的触控笔位置S通过先投影得到投影点S'在坐标系X0y的投影 坐标（x s，ys)，根据坐标系？ ^与x〇y之间的平移关系得到投影点S'在坐标系 X' 〇' y'的坐标（X' s，y' s)，并根据规则化矩形与显示平面尺寸的缩放比得到触控笔 位置S在显示屏幕中的实际指示位置S"。
[0020] 所述步骤二中标定点的个数为至少三个，以便建立投影点坐标系和投影矩形范 围。
[0021] 在步骤（2. 2)中，各接收器与最近接收器的信号到达的距离差为dl、d2、d3,步骤 (2.3)中所述标定点到达最近接收器的距离1^=((11 2+(132-(122)/2 ((12-(11-(13)，步骤（2.4)中 所述标定点到达各接收器的距离为[L，L+dl，L+d2, L+d3]。
[0022] 本发明的显示屏悬浮触控方法可以实现悬浮触控，且触控笔悬浮距离可调；同时 信号单向传输，无需反馈系统，结构简单；触控范围大小可用标定任意调节，并且适用于任 何尺寸的屏幕；本发明的移动定位精度可达显示屏像素级别。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为本发明显示屏悬浮触控方法的实施状态图；
[0024] 图2为本发明显示屏悬浮触控方法的标定示意图；
[0025] 图3为本发明显示屏悬浮触控方法的距离差计算原理图；
[0026] 图4为本发明显示屏悬浮触控方法的步骤流程图；
[0027] 图5为本发明显示屏悬浮触控方法的计算过程示意图。
【具体实施方式】
[0028] 为便于对本发明的方法及达到的效果有进一步的了解，现结合附图并举较佳实施 例详细说明如下。
[0029] 如图1所示，A/B/C/D分别为信号接收器1/2/3/4 ;E为显示屏；F为触控笔即信号 发射器。本发明的显示屏悬浮触控方法在实施过程中，首先在显示屏的四个角位置分别设 置信号接收器（以下简称接收器），如接收器1、接收器2、接收器3及接收器4,触控笔作为 信号发生器，发射特定频率的信号脉冲，然后利用四个接收器接收到相同脉冲信号的时间 差计算出触控笔到各接收器的距离差，距离差计算的实施方案：让触控笔（信号发生器）以 固定频率发射信号脉冲（每个脉冲可以是多个波长），如超声波脉冲，四个接收器记录接收 到每个信号脉冲的时间，并对接收到的脉冲进行计数，然后比较四个接收器接收到的计数 相同的脉冲的时间，结合信号的传播速度即可计算出触发点到最近接收器与其他三个接收 器的距离差，如图2所示，另四个接收器保留的计数个数（包括脉冲记录时间和脉冲计数） 需根据最大距离差（显示屏对角距离）来计算，计数个数数值大于或等于最大距离差除以 脉冲长度的商值，以保证四个接收器可以找到对应的脉冲，实现四个接收器的相对同步探 测。
[0030] 结合图2至图4,选定图2中显示屏上方的某一点1作为触控笔的实际某一位置 (即标定点），同时选定接收器1作为与触控笔位置1最接近的接收器，四个接收器接收到 计数相同的脉冲的时间分别T 4，四个接收器接收到计数相同的脉冲信号的时间 差为Λ Ti =Ti-Hiin {1\，T2, T3, TJ，其中i = 1，2, 3, 4,表示信号接收器编号，获取各接收器与 最接近的接收器1的信号到达时间差：[0, Δ Τ2, Λ Τ3, Λ T4]，其中Λ 1~2为接收器2与接收器 1的信号到达时间差，Δ 1~3为接收器3与接收器1的信号到达时间差，Λ T 4为接收器4与接 收器1的信号到达时间差；假设声波的速度为V，利用该时间差和声波速度计算出触控笔位 置1到各接收器与最接近接收器的直线距离差：νΧ[0, ΔΤ2, ΛΤ3, ΛΤ4] = [0，dl，d2，d3]， 其中dl为触控笔位置1到接收器2的距离与触控笔位置1到接收器1的距离的差值，d2为 触控笔位置1到接收器3的距离与触控笔位置1到接收器1的距离的差值，d3为触控笔位 置1到接收器4的距离与触控笔位置1到接收器1的距离的差值，计算出的这些距离差数 据反映了触控笔与显示屏四个角点的相对位置信息；以显示平面为基准面建立笛卡儿坐标 系xoy (即显示平面坐标系，如图2所示以接收器2的角点作为直角坐标系原点），然后通过 触控笔到各接收器的直线距离差数据和接收器的坐标位置信息或屏幕尺寸信息计算出触 控笔位置1到达最接近的接收器1的距离：L= (dl2+d32-d22)/2(d2-dl-d3);则触控笔位置 1到达各接收器的距离为：[L，L+dl，L+d2, L+d3]，并由此计算出触控笔位置1在此坐标系内 的空间坐标；触控笔位置1再向显示平面进行投影得到触控笔投影点P，由触控笔位置1 到达各接收器的距离可求出触控笔投影点P在显示平面的投影坐标（xl，yl)。
[0031] 同上所述，如图2所示，再选定显示屏上方的某一点2作为触控笔的实际某一位 置，同时选定接收器2作为与触控笔位置2最接近的接收器，选定接收器3作为与触控笔 位置3最接近的接收器，选定接收器4作为与触控笔位置4最接近的接收器，重复上述步 骤，分别得到触控笔位置2在显示平面的投影点2 '的投影坐标（x2, y2)、触控笔位置3 在显示平面的投影点3'的投影坐标（x3，y3)、触控笔位置4在显示平面的投影点4'的 投影坐标（x4，y4)，如此四个标定点将会得到四个投影点坐标；将四个投影点规则化为矩 形，矩形的四个顶点坐标可以采用相邻点平均计算得到，分别为（(xl+x4)/2,（yl+y2)/2)、 ((x2+x3)/2,（yl+y2)/2)、（(x2+x3)/2,（y3+y4)/2)、（(xl+x4)/2,（y3+y4)/2)，为并以其 中第二个矩形顶点为原点建立坐标系W c/ / (即投影点矩阵坐标系）；建立坐标系 X' o' y'与显示屏坐标系xoy之间对应的平移关系及投影点矩阵与显示屏尺寸的缩 放比；此后在标定范围内的触控笔位置S通过先投影得到投影点S'在坐标系xoy的投 影坐标（Xs，y s)，根据坐标系X' 〇' y'与XOy之间的平移关系得到投影点S'在坐标系 X' 〇' y'的坐标（X' s，y' s)，并根据投影点矩阵与显示屏尺寸的缩放比映射得到触控 笔位置S在显示屏幕的实际指示位置S"。
[0032] 结合图5所示，本发明显示屏悬浮触控方法的计算过程示意图，其中四个标定点 到达显示屏四个角点的距离差矩阵为
【权利要求】
1. 一种显示屏悬浮触控方法，其特征在于，其包括如下步骤： 步骤一、在显示屏的四个角位置分别设置信号接收器； 步骤二、在显示屏上方，对应四个信号接收器位置选择多个触控笔位置处作为标定点， 要求每个标定点与对应接收器的距离比该标定点与其他接收器的距离相对更近，通过各接 收器接收到触控笔信号的时间差和接收器的坐标位置信息计算出触控笔到四个接收器的 距离，并由此计算出触控笔在W显示屏幕为基准面的显示平面坐标系内的空间坐标，再向 显示平面进行投影，得到投影点坐标； 步骤=、将上述四个投影点组成的四边形规则化为矩形，W矩形的一个顶点为原点建 立投影点坐标系X' 0' y'，与W显示平面为基准面对应建立的显示平面坐标系xoy形成 简单的平移关系和在X、y方向的缩放关系； 步骤四、根据步骤=中两个坐标系之间的平移关系及缩放比，得到在标定范围内的任 一触控笔位置在显示屏幕中的指示位置。
2. 如权利要求1所述的显示屏悬浮触控方法，其特征在于，所述步骤二具体包括： (2. 1)在显示屏上方，对应四个信号接收器位置选择多个触控笔位置处作为标定点，要 求每个标定点与对应接收器的距离较近，与其他接收器的距离相对较远，使触控笔向各接 收器发射信号，并计算各接收器与最近接收器的接收到信号的时间差； (2. 2)根据上述时间差计算出标定点到达其他较远接收器和最近接收器的距离差； (2.3) 通过上述步骤（2.2)中的距离差，结合接收器的坐标位置信息计算出标定点到 达最近接收器的距离L ; (2.4) 由步骤化2)中得到的距离差与步骤化3)中的距离L计算标定点到达各接收 器的距离； (2. 5)将标定点向显示平面进行投影得到触控笔投影点，由标定点到达各接收器的距 离和屏幕尺寸计算出该投影点在显示平面的投影坐标； (2.6)重复步骤化1)至（2. 5)，得到四个标定点在显示平面的投影点的投影坐标。
3. 如权利要求1所述的显示屏悬浮触控方法，其特征在于，在所述步骤=中，将各标定 点在显示平面上的投影点形成的四边形规则化为矩形，要求矩形的每条边通过对应四边形 边的中点，并且平行于对应显示屏幕的边，然后W矩形的一个顶点为原点建立投影点坐标 系，根据此坐标系的原点在显示平面坐标系中的坐标得到显示平面坐标系与投影点坐标系 之间的平移关系，并根据显示平面与规则化矩形的长宽比得出显示平面与规则化矩形的缩 放比。
4. 如权利要求3所述的显示屏悬浮触控方法，其特征在于，所述步骤四具体包括： 在标定范围内的触控笔位置S通过先投影得到投影点S'在坐标系xoy的投影坐标 (x,，y,)，根据坐标系X' 0' y'与xoy之间的平移关系得到投影点S'在坐标系X' 0' y' 的坐标（X' ,，y' S)，并根据规则化矩形与显示平面尺寸的缩放比得到触控笔位置S在显 示屏幕中的实际指示位置S"。
5. 如权利要求1所述的显示屏悬浮触控方法，其特征在于，所述步骤二中标定点的个 数为至少=个，W便建立投影点坐标系和投影矩形范围。
6. 如权利要求2所述的显示屏悬浮触控方法，其特征在于，在步骤化2)中，各接收器 与最近接收器的信号到达的距离差为山、(12、(13，步骤（2.3)中所述标定点到达最近接收器 的距离L= (dl2+d32-d22)/2(d2-dl-d3)，步骤化4)中所述标定点到达各接收器的距离为 山 L+dl, L+d2, L+d3]。
【文档编号】G06F3/0488GK104461286SQ201410696969
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】刘将, 徐奎 申请人:昆山国显光电有限公司