专利名称：基于光学参数的用于对象学习和识别的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对象识別领域且更具体而言涉及基于对象光学参数的 对象识别系统。
背景技术：
触摸屏通常用作指点传感器以提供用于计算机驱动系统的人机界 面。通常，对于光学触摸屏，许多红外光学发射器(即，发送器)和 探测器(即，接收器)布置成围绕显示屏幕的外围，以形成多个交叉 光路。当使用者接触显示屏幕时，使用者的手指阻挡垂直布置的特定 几个发送器/接收器对的光学传输。基于受阻挡的对的身份，触摸屏系 统可确定中途阻挡的位置(单点交互)。采用这种屏幕，通过触摸屏幕 的显示选择的区域，使用者可以选定特定选择，其中该选择可以是菜 单选项或者按钮。这种垂直光束的使用尽管广泛地采用，但是无法有 效地探测对象的形状和尺寸。垂直光束的使用也无法探测多个对象或 者多个触摸点。
2005年3月10日在美国专利局提交、题为"System and Method for Detecting the Location, Size and Shape of Multiple Object that Interact with a Touch Screen Display"的美国专利申请60/660366披露了 一种触 摸屏，其使用光学发射器和传感器用于探测触摸屏内的多个对象、对 象的位置、尺寸和形状。该探测方法是基于在依次开启和关闭所有 LED发射器的同时探测对象投下的阴影以及随后计算所有阴影多边形 的交叉。
上述专利申请中描述的方法提供了基于阴影探测的对象探测。该
6方法确定对象在屏幕上的存在。获得有关屏幕上对象的知识的其他方 法包括确定对象的光学参数，例如反射比和透射比。此外，反射比和 透射比光学性能提供了可以用于在不同材料的相同形状的对象之间进 行区分的其他信息。
因此，本领域中需要一种利用光学性能来辅助确定所探测的对象 的方法和装置。
发明内容
披露了一种基于对象在触摸屏的边界内的光学特性来确定对象的 材料的方法、设备和计算机程序产品。更具体而言，该触摸屏包括位
于其外围上的多个光源(Li， i=l到N)和传感器(Sj， j-l到M),可 在该触摸屏上工作的该方法包括步骤从每个该光源发射光到该触摸 屏的边界内的对象；确定从该对象到每个该光源和每个该传感器的距 离；在每个该传感器处探测所顺序发射的光的存在；在每个该传感器 处确定该对象的反射率n2;以及基于所确定的反射率来确定对象的材 料。
结合附图参考下述描述，可以更好地理解本发明的优点，附图中 图l说明传统多触摸对象识别装置；
图2A至2C说明图1所示的对象识别设备内的反射图案的示例； 图3说明依据本发明原理的用于识别对象的几何形态； 图4说明依据本发明原理的触摸屏对象识别装置的用于处理信息 的示例性过程的流程图；以及
图5说明用于执行此处所示的处理的示例性系统。
具体实施例方式
应理解，这些附图仅仅是用于说明本发明的概念，而不是对本发 明的范围的限定。这里附图中示出且在所附发明详述中描述的实施例 是作为说明性实施例，而不应解读为实践本发明的唯一方式。此外， 使用相同的参考数字来表示相似的元件，这些参考数字恰当地带有参 考符号。
7图1说明传统的多触摸屏装置，其包括显示区域105以及以交替 图案布置在显示区域105周围的光源(L) 110、 120、 130…180和传感 器(S) 115、 125、 135、 145...185。尽管不是所有的光源和传感器都用 标注来表示，不过本领域技术人员将理解，光源和传感器沿着显示区 域105的整个外围(例如，Su， L15)结合。优选地，光源110、 120、 130...180为发光二极管(LED)。
另外示出，阴影线区域为显示区域105内从光源Lo发出的光所覆 盖的区域。在所说明的情况下，传感器Ss, 175和S6-Su分别能够探测 针对光源Lo发出的光。点<:2, 185和C3代表与显示区域105的边角相 关联的点。对于每个光源U至L15，可以确定类似的光覆盖和传感器 接收区域，且在此无需予以详细示出。此外，未受阻挡光覆盖图案可 用于获得校准数据，该校准数据建立针对每个光源的用于每个传感器 的基准。
图2A至2C说明当对象置于显示区域105内时覆盖和传感器接收 的示例。图2A说明这样的情形，其中吸收由光源Lo， IIO发射光的100 %的对象210包含在显示区域105内。这种情形下，传感器S" 225和 S7， 235完全落在对象210相对于光源Lo， IIO的阴影内，因此不接收 或探测到任何光。此外，传感器So， 115、 Si， 125、 S3， 135和S4， 145 未探测到任何来自对象120的光，因为对象不反射光(即全吸收)；而 传感器s5， 175和其他传感器探测到从光源Lq， IIO发射的相同量的光， 仿佛对象210不在显示区域105内。
图2B说明这样的情形，其中包含在显示区域105内的对象210是 部分吸收和部分透射的。在这种情形下，传感器S6， 225和S" 235能 够探测到由光源L。， 110发射的一定量的光。其他传感器探测到来自 光源110的光，如前所述。图2C说明这样的情形，其中到达对象210 表面的光的小于100%被吸收，其余被反射。这使得传感器So， 115、 Sn 125、 S2， 135和S3， 145探测到不能正常探测到的一些光(区域 250)。将理解，由传感器探测到的光的水平将取决于许多因素，例如 对象和传感器之间的距离、对象的形状、由其他对象导致的反射等等。
图3说明本发明原理的简化示例。在该简化示例中，矩形对象310 包含在触摸屏100的平面内，其中矩形对象310是部分吸收且部分反 射的。假设光在触摸屏100的二维平面内传播，从LEDU， 110发射的光被对象310 (objl)反射，使得传感器S2， 135能够探测被反射的对 象的一部分。根据斯涅尔定律，nisina-nssinp,角度a以及对象310的 位置和形状可以确定，因为LEDLo, 110和传感器S2， 135的坐标已知。 使用题为"System and Method for Detecting the Location, Size and Shape of Multiple Object that Interact with a Touch Screen Display"的 美国专利申请中所描述的对象面积探测方法，可以确定导致反射的对 象表面取向以及LEDLo， 110、对象310和传感器S2， 135之间的距离
1l和l2。
非偏振光的菲涅耳方程可以表述为
COS" — "2 COS/
巧cos" + w2 cos/
、2
+
w2 cos" _ cos/
类似地，光在反射点R具有强度Ir且在传感器S2， 135具有强度 在反射点R和传感器S2， 135之间行进时的光衰减可以确定为
^2 = /j [3]
知道Ii和Ir，可以确定对象310的反射率n2。此外，各种材料的 反射率可被确定并存储于数据库(例如，查找表)，该数据库可被访问 以确定对象310的特定材料。
在本发明一个实施例中，光依次由每个光源"丄15发射。传感器 So-Su的一个或多个如结合方程1-3所述地接收不同程度的光。因此， 对于从相应光源发射的每个光，可以确定被探测的对象的反射率n2。
在本发明一个方面，反射率I!2可以根据在每个传感器处接收的光来确 定，且累积的反射率112可能与每个光源相关联。最终反射率112可以根
LrS2，据每个该累积的反射率来确定。在本发明另一个方面，可以根据每个 确定的反射率来确定最终反射率112。例如，最终反射率Il2可被确定为 每个所确定反射率的平均值。备选地，最终反射率！12可以使用已知的 直方图方法来确定。
构成该材料的材料随后可以基于反射率！12和材料的相关性来确 定。该相关信息可存储于预定数据库，其中该数据库中包含的信息可 以根据经验来确定。
图4说明依据本发明原理的示例性过程的流程图。在该示例性过
程中，在方块410，选定第一/下一个光源以发光预定时间。在方块420, 获得或测量在每个传感器处的光强。在方块430，基于如方程l-3所教 导的几何形态，为每个传感器确定反射率。在方块440,确定是否需要 处理更多的光源。如果答复是肯定的，则该过程在方块410处继续选 定下一个光源。然而，如果答复是否定的，则在方块450，在所有传感 器和所有光源之间进行反射率的关联。在方块460，确定最终反射率， 以及在方块470,基于所确定的最终反射率来确定材料。
在本发明的一个方面，光学参数测量的输出也可以用于微调被探 测对象的形状。例如，当确定或者从外部获悉对象的材料以及通过形 状探测过程计算出凸起形状时，可以进行计算以确定该对象是否为空 心或实心。
图5说明用于执行此处所示的处理的示例性系统500。在该示例性 系统中，处理器510与存储器520连接。处理器510还与传感器520 和光源530连接。处理器510控制每个光源530的开启/关闭状态，且 传感器520提供有关接收到的光强的信息。接收到的信息经过处理之 后，处理的信息可被提供到显示单元550或者其他处理系统。
在本发明的一个实施例中， 一个或多个控制单元或处理器，例如 通用或专用计算机系统，可用于执行计算机指令以实施和响应由对象 反射和/或透射的光。计算机指令可设置于计算机产品内，该计算机产 品可存储在有形介质上或者可以通过网络下载。计算机指令可以存储 在存储器520内。
在本发明的另一方面，处理器可以是例如专用逻辑电路或者集成 电路的硬件配置。例如，处理器可以选自例如可编程阵列逻辑(PAL)、 专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等的 一组专用硬件，这些专用硬件可以硬件"编程"以包括响应于已知输入而提供已知输出 的软件指令或代码。在一个方面，可以使用硬件电路替代或组合软件 指令来实施本发明。元件也可以实施为分立的硬件元件，这些硬件元 件可工作以使用编码逻辑运算或者通过执行硬件可执行代码来执行所
示的操作。存储器可以是例如PROM、 EPROM、 EEPROM或者RAM
的任何半导体存储器，该存储器可位于处理器的外部和/或与处理器集 成，即，高速緩冲存储器。
尽管已经示出、描述并指出应用于本发明优选实施例的本发明基 本的新颖特征，但是应当理解，本领域技术人员可以对所述装置在所 披露装置的形式和细节方面以及在其操作方面进行各种省略、替换和 变更，而不背离本发明的精神。明显地打算把以大致相同的方式执行 大致相同的功能以获得相同结果的这些元件的所有组合认为是落在本 发明的范围内。从一个所描述的实施例到另 一个所描述的实施例的元 件替换也完全是可预期和想象的。
权利要求
1. 一种基于对象在触摸屏的边界内的光学特性来确定所述对象的材料的方法，所述触摸屏包括位于触摸屏外围上的多个光源(Li，i＝1到N)和传感器(Sj，j＝1到M)，所述方法包括步骤从每个所述光源发射光到所述触摸屏的边界内的对象；确定从所述对象到每个所述光源和每个所述传感器的距离；在每个所述传感器处探测所顺序发射的光的存在；在每个所述传感器处确定所述对象的反射率n2；以及基于所确定的反射率来确定对象材料。
2. 如权利要求l所述的方法，还包括步骤针对从每个所述光源发射的光，为每个所述传感器确定光强校准数据的集合。
3. 如权利要求2所述的方法，其中在每个传感器处探测所发射光的存在的步骤还包括步骤针对每个所顺序发射的光源，测量在每个所述传感器处的光强；以及将针对每个所顺序发射的光源在每个所述传感器处测量的光强与相关的校准数据比较。
4. 如权利要求l所述的方法，其中顺序开启每个光源的步骤包括步骤按照预定顺序将N个光源的每个光源开启预定时间长度。
5. 如权利要求l所述的方法，其中基于所确定的反射率来确定对象的材料的步骤包括步骤基于与每个光源相关联的每个传感器确定的反射率来确定第一反射率；基于每个所述第一反射率来确定最终反射率；以及通过将所述最终反射率关联到反射率和材料的预定数据库来确定材料对象。
6. 如权利要求5所述的方法，其中确定所述第一反射率和所述最终反射率的步骤选自由求平均和直方图组成的组。
7. 如权利要求l所述的方法，其中基于所确定的反射率来确定对象的材料的步骤包括步骤基于每个所确定的反射率来确定最终反射率；以及 通过将所述最终反射率关联到反射率和材料的预定数据库来确定材 料对象。
8. 如权利要求7所述的方法，其中确定所述第一反射率和所述最终反射率的步骤选自由求平均和直方图组成的组。
9. 一种基于对象在触摸屏的边界内的光学特性来确定对象的材料的 设备，所述触摸屏包括位于触摸屏外围上的多个光源(Li， i-l到N)和 传感器(Sj, j-l到M)，所述设备包括与存储器连接的处理器，所述处理器执行步骤从每个所述光源发射光到所述触摸屏的边界内的对象；确定从所述对象到每个所述光源和每个所述传感器的距离；在每个所述传感器处探测所顺序发射的光的存在；在每个所述传感器处确定所述对象的反射率n2;以及基于所确定的反射率来确定对象的材料。
10. 如权利要求9所述的设备，所述处理器还执行步骤 针对从每个所述光源发射的光，为每个所述传感器确定光强校准数据的集合。
11. 如权利要求10所述的设备，其中在每个传感器处探测所发射光 的存在的步骤还包括步骤针对每个所顺序发射的光源，测量在每个所述传感器处的光强；以及将针对每个所顺序发射的光源在每个所述传感器处测量的光强与相 关的校准数据比较。
12. 如权利要求9所述的设备，其中顺序开启每个光源的步骤包括 步骤按照预定顺序将N个光源的每个光源开启预定时间光。
13. 如权利要求9所述的设备，其中基于所确定的反射率来确定对 象的材料的步骤包括步骤基于与每个光源相关联的每个传感器确定的反射率来确定第一反射率；基于每个所述第一反射率来确定最终反射率；以及 通过将所述最终反射率关联到反射率和材料的预定数据库来确定材料对象。
14. 如权利要求13所述的设备，其中确定所述第一反射率和所述最 终反射率的步骤选自由求平均和直方图组成的组。
15. 如权利要求9所述的设备，其中基于所确定的反射率来确定对象的材料的步骤包括步骤基于每个所确定的反射率来确定最终反射率；以及通过将所述最终反射率关联到反射率和材料的预定数据库来确定材 料对象。
16. 如权利要求15所述的设备，其中确定所述第一反射率和所述最 终反射率的步骤选自由求平均和直方图组成的组。
17. —种计算机程序产品，提供指令到计算机系统用以基于对象在 触摸屏的边界内的光学特性来确定对象的材料，所述触摸屏包括位于触 摸屏外围上的多个光源(Li， i=l到N)和传感器(Sj， j=l到M),所述 指令在被栽入所述计算机系统时致使所述计算机系统执行步骤从每个所述光源发射光到所述触摸屏的边界内的对象； 确定从所述对象到每个所迷光源和每个所述传感器的距离； 在每个所述传感器处探测所顺序发射的光的存在； 在每个所述传感器处确定所述对象的反射率n2;以及 基于所确定的反射率来确定对象的材料。
18. 如权利要求17所述的计算机程序产品，所述指令致使所述计算 机系统进一步执行步骤针对从每个所述光源发射的光，为每个所述传感器确定光强校准数 据的集合。
19. 如权利要求18所述的计算机程序产品，其中在每个传感器处探 测所发射光的存在的步骤还包括步骤针对每个所顺序发射的光源，测量在每个所述传感器处的光强；以及将针对每个所顺序发射的光源在每个所述传感器处测量的光强与相 关的校准数据比较。
20. 如权利要求17所述的计算机程序产品，其中顺序开启每个光源 的步骤包括步骤按照预定顺序将N个光源的每个光源开启预定时间长度。
21. 如权利要求17所述的计算机程序产品，其中基于所确定的反射 率来确定对象的材料的步骤包括步骤基于与每个光源相关联的每个传感器确定的反射率来确定第一反射率；基于每个所述第一反射率来确定最终反射率；以及 通过将所述最终反射率关联到反射率和材料的预定数据库来确定材 料对象。
22. 如权利要求21所述的计算机程序产品，其中确定所述第一反射 率和所述最终反射率的步骤选自由求平均和直方图组成的组。
23. 如权利要求17所述的计算机程序产品，其中基于所确定的反射 率来确定对象的材料的步骤包括步骤基于每个所确定的反射率来确定最终反射率；以及 通过将所述最终反射率关联到反射率和材料的预定数据库来确定材 料对象。
24. 如权利要求23所述的设备，其中确定所述第一反射率和所述最 终反射率的步骤选自由求平均和直方图组成的组。
全文摘要
披露了一种基于对象在触摸屏的边界内的光学特性来确定对象的材料的方法、设备和计算机程序产品。更具体而言，该触摸屏包括位于其外围上的多个光源(L<sub>i</sub>，i＝1到N)和传感器(S<sub>j</sub>，j＝1到M)，可在该触摸屏上工作的该方法包括步骤从每个该光源发射光到该触摸屏的边界内的对象；确定从该对象到每个该光源和每个该传感器的距离；在每个该传感器探测所顺序发射的光的存在；在每个该传感器确定该对象的反射率n<sub>2</sub>；以及基于所确定的反射率来确定对象的材料。
文档编号G06F3/042GK101479691SQ200780024406
公开日2009年7月8日 申请日期2007年6月26日 优先权日2006年6月28日
发明者S·B·F·范德威德芬, T·拉斯纳 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司