专利名称：一种手(及指定物)的多点接触信息采集系统的制作方法
技术领域：
本发明是一种手(及指定物)与感应表面的多点接触信息采集系统。
本发明可以作为基于手(及指定物)的空间形态特征信息的计算机信息输入系统的设备。
本发明也是一种新型的计算机输入系统，是一种可以实现传统计算机外设，诸如键盘、鼠标、触摸板、书写板和触摸屏等设备的部分功能的计算机输入系统。
本发明的输入系统也适用于其他场合的相关设备和装置作为信息输入系统。
目前常用的触摸设备有触摸板、手写板和触摸屏等，这些设备对于常规场合的应用效果都不错。但目前市场上的此类设备的一个共同特点都是针对单点(单点接触)而设计的，针对多点接触的设备还没有出现，少有相关的专利文献。
常见的单点触摸设备的基本原理，有基于以下几种实现途径的类型。
1.表面声波表面声波，超声波的一种，在介质(例如玻璃或金属等刚性材料)表面浅层传播的机械能量波。通过楔形三角基座(根据表面波的波长严格设计)，可以做到定向、小角度的表面声波能量发射。
表面声波触摸设备的触摸屏部分可以是一块平面、球面或是柱面的玻璃平板，安装在CRT、LED、LCD或是等离子显示器屏幕的前面。这块玻璃平板只是一块纯粹的强化玻璃，没有任何贴膜和覆盖层，这一点是区别于别类触摸屏技术的。
玻璃屏的左上角和右下角各固定了竖直和水平方向的超声波发射换能器，右上角则固定了两个相应的超声波接收换能器。玻璃屏的四个周边则刻有45°角由疏到密间隔非常精密的反射条纹。
发射换能器把控制器通过触摸屏电缆送来的电信号转化为声波能量向左方表面传递，然后由玻璃板下边的一组精密反射条纹把声波能量反射成向上的均匀面传递，声波能量经过屏体表面，再由上边的反射条纹聚成向右的线传播给接收换能器，接收换能器将返回的表面声波能量变为电信号。
发射信号与接收信号波形在没有触摸的时候，接收信号的波形与参照波形完全一样。当手指或其它能够吸收或阻挡声波能量的物体触摸屏幕时，途经手指部位向上走的声波能量被部分吸收，反应在接收波形上即某一时刻位置上波形有一个衰减缺口。接收波形对应手指挡住部位信号衰减了一个缺口，计算缺口位置即得触摸坐标控制器分析到接收信号的衰减并由缺口的位置判定坐标。除了一般触摸设备都能响应的X、Y坐标外，表面声波触摸设备还响应第三轴Z轴坐标，也就是能感知用户触摸压力大小值。其原理是由接收信号衰减处的衰减量计算得到。
2.电阻技术电阻触摸设备的屏体部分是一块与显示器表面非常配合的多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层，它的内表面也涂有一层透明导电层，在两层导电层之间有许多细小(小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开绝缘。
当手指触摸屏幕时，平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触，因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，控制器侦测到这个接通后，进行A/D转换，并将得到的电压值与5V相比即可得触摸点的Y轴坐标，同理得出X轴的坐标，这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。简单地说，电阻式触摸设备的工作原理就是在一组电阻网络加上工作电压，当手写笔或者手指触了触摸屏的时候，通过测量屏幕阻抗矩阵的变化而得到两个方向的坐标，从而得到手写笔或者手指位置。其横向和纵向电阻的变化，可近似看成两组线性的滑动变阻器。
电阻类触摸设备的关键在于材料科技。常用的透明导电涂层材料有①ITO，氧化铟，工作面涂层；②镍金涂层。不适合作为电阻触摸屏的工作面，只能作为探层。
常用的有四线电阻式、五线电阻式。基层把两个方向的电压场通过精密电阻网络加在玻璃的导电工作面上，外层镍金导电层用来当作纯导体。当有触摸后，分时检测内层ITO接触点X轴和Y轴电压值的方法测得触摸点的位置。
3.电容感应技术电容式触摸设备的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器。此外，在附加的触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导电体内形成一个低电压交流电场。用户触摸屏幕时，由于人体电场，手指与导体层间会形成一个“耦合电容”，四边电极发出的电流会流向触点，而电流的强弱，准确算出触摸点的位置。其特点为触摸准确度较高，抗干扰能力较强。但此类触摸设备怕静电干扰。
其他还有用红外技术、电磁技术等原理类型的触摸设备。
目前基于以上这些方法的触摸设备都是针对单点接触而设计的，只能识别单个接触点的接触信息。
有关计算机输入系统的公开专利信息目前尚无多点接触触摸设备的发明专利公开。
本发明公布了多点接触信息系统，它不同于传统相关的触摸设备，能进行手(及指定物)的多点接触信息的采集和处理。
本发明可用于发明人的另两项专利CN1378171A号发明专利与CN1322982A号发明专利的基于手(及指定物)的空间形态的信息特征的计算机输入系统，也可以用于其他相关设备的信息输入。
本发明的设计思想本发明通过采集操作者的手及操作者所指定的物体(指定物)的图像，并对图像进行处理后，得到手(及指定物)和全部手指及指定物的细节的图像信息，转化为手(及指定物)和全部手指及指定物的细节的物理坐标和接触表面的接触状态信息。
本发明也通过采集由操作者的手及操作者所指定的物体(指定物)的动作引起的图像信息的变化信息，并对此信息进行处理后，得到手(及指定物)的全部手指及指定物的结构细节的物理坐标和接触表面的接触状态的变化信息。
本发明通过采集操作者的手及操作者所指定的物体(指定物)与感应表面的多个接触点的接触状态的信息，来识别和判断手及指定物的多点接触。
对图像信息的采集和处理可通过现有成熟和公开的技术就可以实现。本发明的手及指定物的多点接触信息采集系统也可用于其他装置作为信息输入系统。
本发明的多点接触信息采集系统所涉及的“手及指定物”、“多点接触”等概念阐述如下手及指定物操作者的手包括操作者的全部手和手指，以及操作者所指定的其他物体——指定物，也包括手(及指定物)的全部手指及指定物的所有结构细节。
多点接触操作者的手和各个手指、指定物的多个结构细节与感应表面的所有多于一个的接触点的接触状态。
图1手(及指定物)的图像采集系统原理图1-手(或指定物)；2-图像感应装置；3-图像信息处理模块；图2图像感应装置的结构原理图1-图像传感器；2-感应表面；
图3图像传感器侧置的图像感应装置的结构原理图1-图像传感器；2-感应表面；3-反光镜；本发明的技术方案图1显示出手及指定物、图像感应装置、图像信息处理模块的空间相对关系。
图1中，手(1)及指定物的空间运动被图像感应装置(2)所捕获，同时手(1)及指定物与图像感应装置(2)的感应表面的接触引起的图像变化也被捕获到。图像信息处理模块(3)对图像感应装置(2)捕获的图像进行图像分析和图像处理，即可得到手(1)及指定物与图像感应装置的感应表面的接触状态，以及相应的空间物理坐标。
手(1)及指定物与图像感应装置(2)感应表面上的接触状态，是指手(1)及指定物与图像感应装置(2)感应表面上的接触程度、接触时间和接触方式。
所指接触程度是表示手(1)及指定物(包括各个手指及指定物的结构细节)与图像感应装置(2)感应表面的接触接触压力的大小，以及与图像感应装置(2)感应表面的接触面积的大小。
所指接触时间是表示手(1)及指定物(包括各个手指及指定物的结构细节)与图像感应装置(2)感应表面的单次接触的起点和终点时刻，以及这次单次接触时间的起点时刻和终点时刻之间的一段时间。
所指接触方式表示手(1)及指定物(包括各个手指及指定物的结构细节)与图像感应装置(2)感应表面的单次、多次、单点、多点、分散、集中、交叉等多种接触方法，以及这些接触方法的组合方法。“单次”表示手(1)及指定物与图像感应装置(2)感应表面的一次接触；“多次”表示手(1)及指定物与图像感应装置(2)感应表面的多于一次的接触；“单点”表示手(1)及指定物与图像感应装置(2)感应表面的接触点只有一个；“多点”表示手(1)及指定物与图像感应装置(2)感应表面的接触点不只一个；“分散”表示手(1)及指定物与图像感应装置(2)感应表面的接触点有多个且分布不集中；“集中”表示手(1)及指定物与图像感应装置(2)感应表面的接触点集中分布；“交叉”表示手(1)及指定物与图像感应装置(2)感应表面的接触点是交叉分布的。还可以有多种接触方式不一一列举，还可以有以上多种接触方式的可能存在的组合方式，比如单点多次接触、单次单点接触、多点多次接触等等方式。
根据接触程度信息、接触时间信息、接触方式信息，可以得到手(1)及指定物与图像感应装置(2)感应表面上的接触状态信息。
实施实例图2给出了图像感应装置的结构原理图。
图2中图像传感器(1)可以为CCD摄像头或COMS列阵等其他感光器件，感应表面(2)为手及指定物同图像感应装置的接触表面，可以是平面、柱状、球面等形状。当手及指定物在图像传感器(1)的感知范围内时，图像传感器(1)会感知到手及指定物相对于感应表面(2)的空间位置，包括全部手指和指定物的细节的空间位置，同时记录下这一空间位置。当手及指定物移动时，图像传感器(1)会感知到手及指定物的移动，并适时跟踪手及指定物的移动。当手及指定物停止移动时和某手指或指定物的细节停止移动时，可作为与感应表面(2)开始接触的准备阶段。
当手及指定物和某手指或指定物的细节开始与感应表面(2)接触时，手及指定物和某手指或指定物的细节在感应表面(2)上的投影将发生改变，可以认为接触压力越大投影的变形也会越大。此时的投影面积即可认为是和接触面积相对应的，投影面积因接触压力变化而变化，图像传感器(1)会适时捕获这些图像信息，并传给图像信息处理模块(3)的进行处理和分析。
图像信息处理模块(3)适时地分析每一帧图像与相邻的前后一帧图像，或相邻的前后几帧图像进行比较，就可得到手及指定物的位置及其位置的变化。也可计算出投影面积和投影面积的变化，进而计算出相对应的手及指定物与感应表面的接触面积和接触时间。比较各个接触点的交替变化情况，即各个接触点的变动，可以得到这些接触点的总体的接触方式。
这些图像信息反映了接触点在感应表面(2)上的位置，与感应表面(2)的接触压力，以及各接触点的接触起、止时刻等信息。经过图1中的图像信息处理模块(3)的处理和分析，就会提取出手及指定物与感应表面的多点接触状态信息，即接触程度信息、接触时间信息、接触方式信息。
以上说明了通过图像信息的处理得到手及指定物与感应表面的多点接触状态的全过程。图3给出了同样实现过程的另一种图像感应装置的结构原理图。
图3为图像传感器侧置的图像感应装置的结构原理图。
图3中图像传感器(1)可以为CCD摄像头或COMS列阵等其他感光器件，感应表面(2)为手及指定物同图像感应装置的接触表面，可以是平面、柱状、球面等形状。反光镜(3)可将手及指定物通过感应表面(2)的入射光反射到图像传感器(1)中，图像传感器(1)可以象在图2中的图像传感器一样地工作，而纵向尺寸得以减小。
通过图像信息的处理得到手及指定物与感应表面的多点接触状态的装置，其光学系统地设计还可以有多种其他类型，但最终都将通过图像传感器获得手及指定物地图像信息，并通过图像信息的处理得到手及指定物的接触状态。
权利要求
1.一种手(及指定物)的多点接触信息采集系统，由图像感应装置和图像信息处理模块组成，其特征在于图像感应装置由图像传感器和感应表面组成，图像感应装置适时获取手及指定物在空间的图像，以及手及指定物在图像感应装置的感应表面上的投影，图像信息处理模块适时分析并提取出手及指定物的空间物理坐标和手及指定物的移动信息，以及在感应表面上的投影面积，进而得到手及指定物与图像感应装置的感应表面的多点接触状态。
2.依据权利要求1所述的计算机输入系统，其特征在于手及指定物的多点接触状态是指手及指定物与图像感应装置感应表面上的接触程度、接触时间和接触方式。
3.依据权利要求1所述的计算机输入系统，其特征在于图像感应装置的图像传感器的位置可以是在感应表面的下方和侧面，当在侧面时，需在感应表面的下方斜放一个反光镜。
4.依据权利要求2所述的计算机输入系统，其特征在于手及指定物的接触程度是表示手及指定物(包括各个手指及指定物结构细节)与图像感应装置的感应表面的接触压力的大小，以及与图像感应装置的感应表面的接触面积的大小；手及指定物的接触方式表示手及指定物(包括各个手指及指定物结构细节)与图像感应装置感应表面的单次、多次、单点、多点、分散、集中、交叉等多种接触方法，以及这些接触方法的组合方法；手及指定物的接触时间是表示手及指定物(包括各个手指及指定物结构细节)与图像感应装置的感应表面的单次接触的起点和终点时刻，以及这次单次接触时间的起点时刻和终点时刻之间的一段时间。
全文摘要
本发明公开了一种手(及指定物)的多点接触信息采集系统，由图像感应装置和图像信息处理模块组成。通过手及指定物的图像采集和处理，得到手(及指定物)的空间物理坐标和接触表面的接触状态信息及其状态和坐标的变化信息，从而得到手及指定物的多点接触状态接触程度、接触时间和接触方式。此多点接触信息采集系统可应用于计算机输入系统和其他设备。
文档编号G06K11/06GK1434367SQ03119169
公开日2003年8月6日 申请日期2003年3月17日 优先权日2003年3月17日
发明者许旻 申请人:许旻