专利名称：一种触摸屏装置与多点触摸定位方法
技术领域：
本发明涉及一种触摸屏，特别涉及一种可以区分多个触摸点并可同时操作的触摸屏及其多点触摸定位方法。
背景技术：
触摸屏作为一种较简单、成熟的人机交互设备在较多的领域得到广泛应用，现有的触摸屏技术主要有电阻、电容、摄像头、红外线等几种形式。红外触摸屏作为一种生产工艺简单、生产成本较低的交互设备得到了较快的发展。红外触摸屏的基本结构，是在一个显示表面四周边缘按照一定的顺序安装若干对红外发射和红外接收元件。这些发射和红外接收元件按照一一对应的方式组成发射接收对，沿着显示表面的边缘构成一个互相垂直的发射接收阵列，在微型计算机系统的控制下按照一定的顺序分别接通每一对发射和红外接收元件，检测每一对红外发射与红外接收元件之间的红外光线是否被阻断，以此来判定是否有触摸事件发生。详细的原理在美国专利US5162783以及国内许多专利中都有描述。
现有的红外触摸屏系统，光线在显示表面构成栅格结构，检测到触摸时，确定触摸发生的栅格节点位置就可以算出触摸事件发生的位置坐标。这种触摸检测模式使得现有的红外触摸屏在给定的时段内，检测系统只接收唯一的一组位置的坐标数据，因此当只有一个触摸点时，触摸屏可以正常工作，对于两个或以上触摸点同时操作时，系统将计算错误的位置坐标，导致报告的触摸地点不是实际触摸的地点。现有的其它原理的触摸屏，如电阻式、电容式触摸屏等，其坐标计算方法与红外触摸屏相类似，存在相同的问题。
由于上述原因，现有的触摸屏技术在一些需要使用多点触摸的场合就会失效，例如多人同时游戏，多人同时书写绘画等，这样极大的限制了触摸屏的使用领域。目前已经有一些解决方法例如通过检测触摸事件发生的先后顺序来识别多个触摸点，但对于多个触摸点之间无相对移动，也没有触摸点的形状大小值可以参照的情况下，容易发生误判。
鉴于目前触摸屏系统存在的上述不足，提供一种可以实现多点触摸定位并减少误判的结构和方法实为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以识别两个或两个以上的触摸操作的触摸屏装置。
本发明的另一个目的是提供一种使用上述触摸屏实现多点同时触摸也能报告有效触摸位置的多点触摸定位方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案 一种触摸屏装置，它包括在横纵两个方向上排布的设有红外元件的红外触摸检测电路，构成红外触摸检测栅格，用来分别确定多个触摸点在检测区域内可能的位置；可拍摄到整个检测区域的摄像头装置，用来确定多个触摸点在检测区域内相对的位置；可分别接收红外触摸检测电路与摄像头装置所获取的数据的数据计算单元，比较分析后将确定的触摸点的准确位置坐标传输至计算机中。
在本发明触摸屏装置中，所述的摄像头装置位于检测区域的一个可拍摄到红外线发射元件的边角上，这样可以利用红外发射元件所发出的红外光线作为背景光源，使摄像头装置获得合适的触摸点图像。当然，也可以增设必要的辅助照明装置，特别是在与红外触摸检测栅格平面相平行的位置上安装摄像头装置时，使摄像头装置可以获取合适的图象。
采用本发明的触摸屏装置，当一个触摸点在触摸屏上操作时，由于触摸点的遮挡，导致触摸点所在位置的红外接收元件的输出值发生变化，红外触摸检测电路检测这种变化就可以判断出触摸点的位置；当两个或以上的触摸点在触摸屏上操作时，在同一时刻，红外触摸检测电路会检测到多个位置的红外接收元件输出值发生变化，根据这些数据，可以组合出多个可能的触摸位置坐标，此时，红外触摸检测电路可以算出可能的触摸点位置坐标而不能确定各个触摸点的准确位置。与此同时，与红外触摸检测平面相平行的摄像头装置会记录下各个触摸点在触摸屏上的相对位置，它们分布在与摄像头装置的光轴成一定角度的直线上，通过计算公式可以确定各个触摸点的横纵坐标之间的关系；结合红外触摸检测电路得到的触摸点可能的位置坐标，把各个可能的触摸点的横纵坐标与摄像头装置记录得到的触摸点坐标关系进行对比分析，找出满足横纵坐标关系的坐标值组合，这样就可以确定各个触摸点的准确位置坐标。
本发明实现多点触摸的定位方法主要包括以下步骤 1.启动扫描，完成各红外接收元件的归一化和/或初始化；同时开启摄像头装置； 2.在一个扫描周期内，依次接通红外发射元件，读取红外接收元件输出值，并与归一化值和/或初始化值比较；若红外接收元件输出值与归一化值和/或初始化值不一致，则判断有触摸事件发生，标记该位置； 3.根据扫描周期内红外触摸检测电路记录下来的触摸事件发生位置，判断并计算出各触摸点的可能的位置坐标； 4.根据摄像头装置记录的各个触摸点的位置，使用下面的公式计算出各个触摸点横纵坐标之间的关系 Y＝X*tanθ， 其中，X表示触摸点距离摄像头装置在横方向的距离，Y表示触摸点到摄像头装置在纵方向的距离，θ表示触摸点和摄像头装置连线与水平线之间的夹角； 5.在数据计算单元中将步骤3中得到各组可能坐标值与步骤4中触摸点坐标关系进行对比分析，找出满足步骤4中关系式的坐标组合，确定各触摸点的坐标，并将坐标数据送至计算机处理； 6.重复步骤2至步骤5，开始新的循环。
上述步骤是本发明多点定位方法的基本步骤，各步骤的顺序依据描述不同可以有所不同，步骤的数量也可以根据需要增减。例如步骤3，步骤4的顺序可以改变，也可以同时进行。
步骤4中，衡量触摸点相对位置所选取得基准线是水平线。事实上，角度θ的描述可以选择不同的基准，例如可以选择摄像头光轴或垂直线作为基准，此时，计算公式的形式可能会有所不同，公式中各参数表示的含义将随之发生变化，但计算的实质没有变化，均是表征触摸点横纵坐标之间的关系。
在步骤4所列公式中，当θ为0或90°，表示有触摸点在触摸屏的横向边缘或纵向边缘，此时，在触摸屏边缘的触摸点位置坐标应该在确定了其它触摸点的确切位置之后再确定。
采用本发明的触摸屏装置，并使用本发明的多点定位方法，触摸屏系统就可以区分出同时触摸的多个触摸点，使多点触摸定位在触摸屏上得以实现。在此基础之上，更进一步，根据位置坐标的变化情况可以确定各个触摸点的移动趋势，据此可以定义不同的触摸操作功能，比如两个触摸点运动方向相反表示进行放大或缩小操作；一个触摸点不动，另外一个触摸点作弧线运动，表示进行旋转操作等等，完成单点触摸系统所无法完成的功能，所有这些功能可以通过相应的应用软件来灵活定义。
与现有单点触摸技术相比，本发明有如下有益效果 一、触摸屏装置简单，不需要过多的投入就可以实现多点触摸定位。
二、应用范围更广泛。既能实现单点触摸，又可以实现多点触摸，完成现有触摸屏较难实现的多人同时操作功能，可以应用于更多的领域和场合。
三、实现多点定位的算法较简单，触摸点位置坐标计算方便、准确、可靠。
图1是本发明实施例结构示意图； 图2是本发明实施例多个点触摸示意图； 图3是本发明实施例触摸点相对位置计算示意图； 图4是本发明实施例多点触摸定位方法流程示意图； 图5是本发明实施例检测两个重叠触摸点示意图。
具体实施例方式 图1是本发明一个具体实施例的结构示意图。图中，101是安装有红外发射元件的发射电路板，102是发射电路板上的红外发射元件，104是安装在接收电路板103上的红外接收元件。如图所示，由红外发射电路板与红外接收电路板构成的红外触摸检测电路排布在检测区域107的四周，形成红外触摸检测栅格106，当有触摸点在检测区域内操作时，由于触摸点的遮挡，会使红外接收元件的输出值发生变化，据此，红外触摸检测电路可以标记出触摸点的可能位置。摄像头装置105安装在检测区域的右上角，与红外触摸检测平面平行，通过调整安装的位置与角度，使摄像头装置可以拍摄到整个检测区域，同时，安装摄像头在此位置可以拍摄到红外发射元件，这样可以利用红外发射元件发出的光线作为背景光源，获得触摸点合适的图像。当触摸点在检测区域操作时，摄像头装置可以拍摄到触摸点在检测区域的位置，通过计算公式可以确定触摸点的横纵坐标之间的关系。这样，红外检测电路计算出的触摸点可能位置以及摄像头装置获得的触摸点在检测区域的位置数据在数据计算单元经过综合分析处理后，计算出各个触摸点的准确位置坐标，再将坐标数据送至计算机处理。
下面结合图2说明多个触摸点识别过程。206，207，208，209是四个不同的触摸点，202是安装在发射电路板201上的红外发射元件，204是安装在接收电路板203上的红外接收元件，205是摄像头装置，当各个触摸点同时在触摸屏上操作时，红外触摸检测电路根据红外接收元件输出数值的变化，根据这些数据，可以组合出多个可能的触摸位置坐标，除了实际的触摸点位置，还包括如图中虚线所示的错误触摸点位置，此时，红外触摸检测电路可以算出可能的触摸点位置坐标而不能确定各个触摸点的准确位置。如图2所示，摄像头装置205在红外触摸检测电路工作的同时，记录下各个触摸点在触摸屏上的相对位置，它们分布在与摄像头装置的光轴成一定角度的直线上，通过计算公式可以确定各个触摸点的横纵坐标之间的关系。把红外触摸检测电路获得的各个可能触摸点的横纵坐标与摄像头装置记录得到的触摸点坐标关系进行对比分析，找出满足横纵坐标关系的坐标值组合，这样就可以确定各个触摸点的准确位置坐标。
图3是各个触摸点相对位置计算示意图，摄像头装置记录得到的各触摸点如301，302，303，304所示，在摄像头装置获取的图像中，通过人为划分，把检测区域所在平面的水平线定为0度，垂直线定为90，光轴所在方向定为45度，这样各个触摸点在摄像头所拍的图像中的位置通过右边图示的转换可以描述为各触摸点所在直线与水平线、垂直线、光轴或其它直线的夹角。图3中305，306，307，308分别表示触摸点301，302，303，304所在的直线与水平线的夹角，这样就可以确定各个触摸点在触摸屏上的相对位置，更进一步，使用下列公式可以确定各触摸点横纵坐标之间的关系。
Y＝X*tanθ， 其中，X表示触摸点距离摄像头装置在横方向的距离，Y表示触摸点到摄像头装置在纵方向的距离，θ表示触摸点和摄像头装置连线与水平线之间的夹角，在图3中，即为305，306，307，308，在上述公式中，当θ为0或90°，表示有触摸点在触摸屏的横向边缘或纵向边缘，此时，如果要确定在触摸屏边缘的触摸点位置坐标，应该在确定了其它触摸点的确切位置之后再进行。
在上述公式中，衡量触摸点相对位置所选取得基准线是水平线。事实上，角度θ的描述可以选择不同的基准，例如可以选择摄像头光轴作为基准，也可以选择垂直线或其它直线作为基准线，此时公式的形式可能会有所不同，公式中各参数表示的含义也可能会随之发生变化，但无论公式如何变化，其计算的实质没有变化，均是表征触摸点横纵坐标之间的关系。
综合以上内容，参照图4，可以得出本发明实施例多点触摸实现方法的过程，其主要包括如下步骤 1.启动扫描，完成各红外接收元件的归一化和/或初始化；同时开启摄像头装置； 2.在一个扫描周期内，依次接通红外发射元件，读取红外接收元件输出值，并与归一化值和/或初始化值比较；若红外接收元件输出值与归一化值和/或初始化值不一致，则判断有触摸事件发生，标记该位置； 3.根据扫描周期内红外触摸检测电路记录下来的输出值发生变化的情况，判断并计算出各触摸点的可能的位置坐标； 4.根据摄像头装置记录的各个触摸点的位置，使用下面的公式计算出各个触摸点横纵坐标之间的关系 Y＝X*tanθ， 其中，X表示触摸点距离摄像头装置在横方向的距离，Y表示触摸点到摄像头装置在纵方向的距离，θ表示触摸点和摄像头装置连线与水平线之间的夹角； 5.将步骤3中得到各组可能坐标值与步骤4中触摸点坐标关系进行对比分析，找出满足步骤4中关系式的坐标组合，确定各触摸点的坐标，并将坐标数据送至计算机处理。
6.重复步骤2至步骤5，开始新的循环。
步骤4中，衡量触摸点相对位置所选取得基准线是水平线。事实上，角度θ的描述可以选择不同的基准，例如可以选择摄像头光轴或垂直线作为基准，则其中公式各参数表示的含义将有所不同，但计算的实质没有变化，均是表征触摸点横纵坐标之间的关系。
在步骤4所列公式中，当θ为0或90°，表示有触摸点在触摸屏的横向边缘或纵向边缘，此时，在触摸屏边缘的触摸点位置坐标应该在确定了其它触摸点的确切位置之后再确定。
图5是本发明实施例检测两个重叠触摸点的示意图，图中，501，502两个触摸点在摄像头装置505中的成像位置发生重叠，501与502所在的直线是同一条直线，这种情况下，红外触摸检测电路计算的触摸点可能位置坐标包括501，502，503，504共四个，而满足摄像头装置确定的触摸点横纵坐标关系的只有两个，由此可以较容易的确定触摸点501，502的准确位置坐标。
经过上述的计算，可以正确找到各个触摸点位置，在识别各个触摸点的位置坐标之后，就可以依据各个点的运动趋势，定义各种操作功能，识别用户操作意图。比如，在某个应用场合，两个触摸点反向运动，表示进行放大操作；一个触摸点不动，另外一个触摸点作弧线运动，表示进行旋转操作等等。这些操作功能可以由相应的应用软件来灵活定义。
以上所述仅为本发明一个实施例，事实上采用多个摄像头装置也可以较好的实施本发明，在辅以必要的背景光源后，摄像头装置的安装位置可以灵活选择，多点定位方法的步骤顺序可以调换，触摸点角度划分可以选择不同的基准线等等，因此本发明的保护范围并不局限于此，本领域中的技术人员任何基于本发明技术方案上非实质性变更均包括在本发明保护范围之内。
权利要求
1.一种触摸屏装置，其特征在于它包括
在横纵两个方向上排布的设有红外元件的红外触摸检测电路，构成红外触摸检测栅格，用来分别确定多个触摸点在检测区域内可能的位置；
可拍摄到整个检测区域的摄像头装置，用来确定多个触摸点在检测区域内相对的位置；
数据计算单元可分别接收红外触摸检测电路与摄像头装置所获取的数据，比较分析后将确定的触摸点的准确位置坐标传输至计算机中。
2.根据权利要求1所述的一种触摸屏装置，其特征在于所述的摄像头装置位于检测区域的一个可拍摄到红外线发射元件的边角上。
3.根据权利要求1所述的一种触摸屏装置，其特征在于所述的摄像头装置位于与红外触摸检测栅格平面相平行的一个可拍摄到整个检测区域的位置上。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种触摸屏装置，其特征在于它还设有辅助照明装置。
5.一种使用如权利要求1所述的触摸屏装置来实现多点触摸的定位方法，其特征在于包含以下步骤
a、启动扫描，完成各红外接收元件的归一化和/或初始化；同时开启摄像头装置；
b、在一个扫描周期内，依次接通红外发射元件，读取红外接收元件输出值，并与归一化值和/或初始化值比较；若红外接收元件输出值与归一化值和/或初始化值不一致，则判断有触摸事件发生，标记该位置；
c、根据扫描周期内红外触摸检测电路记录下来的触摸事件发生位置，判断并计算出各触摸点的可能的位置坐标；
d、根据摄像头装置记录的各个触摸点的位置，使用下面的公式计算出各个触摸点横纵坐标之间的关系
Y＝X*tanθ，
其中，X表示触摸点距离摄像头装置在横方向的距离，Y表示触摸点到摄像头装置在纵方向的距离，θ表示触摸点和摄像头装置连线与基准线之间的夹角；
e、在数据计算单元中将步骤c中得到各组可能坐标值与步骤d中触摸点坐标关系进行对比分析，找出满足步骤d中关系式的坐标组合，确定各触摸点的坐标，并将坐标数据送至计算机处理；
f、重复步骤b至e，开始新的循环。
6.根据权利要求4所述的多点触摸的定位方法，其特征在于所述步骤c和步骤d依顺序或者逆序或者同时进行。
7.根据权利要求4或5所述的多点触摸的定位方法，其特征在于所述的基准线为水平线，或者垂直线，或者摄像头光轴。
全文摘要
本发明公开了一种触摸屏装置及多点触摸的定位方法，在横纵两个方向上排布的设有红外元件的红外触摸检测电路，构成红外触摸检测栅格，用来分别确定多个触摸点在检测区域内可能的位置；在与红外触摸检测栅格平面相平行的位置上设有的摄像头装置，可拍摄到整个检测区域，用来确定多个触摸点在检测区域内相对的位置；数据计算单元可分别接收红外触摸检测电路与摄像头装置所获取的数据，比较分析后将确定的触摸点的准确位置坐标传输至计算机中。本发明的触摸屏装置简单，容易实现多点触摸定位，应用范围更广泛，可同时实现单点触摸和多点触摸，方便应用于更多的领域和场合，而且实现多点定位的算法较简单，触摸点位置坐标计算方便、准确、可靠。
文档编号G06F3/042GK101110008SQ20071002936
公开日2008年1月23日 申请日期2007年7月25日 优先权日2007年7月25日
发明者周春景, 卢如西, 李军明 申请人:广东威创日新电子有限公司