专利名称：一种屏幕表面定位装置及其实现方法
技术领域：
本发明涉及触摸屏技术领域，具体涉及一种屏幕表面定位装置及其实现方法。
背景技术：
现有的使用摄像头的触摸屏定位装置，其系统组成主要有两种形式一种是使用 两个或两个以上的面阵摄像头连续获取目标图像，并将采集到的图像信息分别通过较高带 宽的数据线传输到数字信号处理器(FPGA)上，然后利用数字信号处理器(FPGA)对每个摄 像头获得的图像进行集中处理，最后对图像进行合成分析计算出目标物在屏幕上的位置坐 标。采用这种方案，存在以下不足由于每个摄像头和主控制模块之间的距离比较远(65寸 的屏幕基本要1米)，每个摄像头都需要有的高速的数据传输通道用来传输图像数据，设在 定位拍摄时每个摄像头拍摄的图像分辨率为1280x16，为了计算的精度一般采用每个像素 lObit的数据输出，则每帧图像有1280x16x10 = 200kbit，为了能较快的定位物体每一秒钟 需要拍摄120幅图像(鼠标每秒就是定位120次)，这样的话每一秒钟需要传输的数据量为 1280xl6xl0(bit)x120(帧)=23.4375Mbit。这个只是图像的实际数据，而图像传感器输 出的数据远远大于这个数据量，即使每秒钟把23. 5Mbits的数据传输到远端(至少1米以 外)也需要一个很高带宽的数据传输通道。如图1，主控制模块也需要有快速的数据接收通 道。为了实时快速的把图像数据传送出去，要用专用的CameraLink接口芯片来完成图像传 输，也有的会采用DVI或VGA等专用的图像收发芯片来完成数据传输。如果一个系统采用 两个摄像头来定位的话，主控板上就需要有两套高速的数据接收通道。为了能处理两路或 多路图像数据，则对主控制模块里面的数据处理模块的数据处理能力要求非常高，采用这 种方案的缺点在于需要有很多的高速数据收发通道，提高了系统的复杂程度和设备成本。因此，对现有技术进行改进，能够提供一种结构简单、成本较低屏幕表面定位装置 是很有必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺点和不足，提供一种结 构简单、成本较低、容易实现的屏幕表面定位装置及屏幕表面定位方法。本发明通过以下技术方案予以实现的本发明提供一种屏幕表面定位装置，主要包括用于采集触摸屏表面的图像信息并且进行处理的图像采集处理模块；用于连接图像采集处理模块和主控制模块，并且用于传输数据的传输线缆；用于读取每路图像采集处理模块计算后的信息，同时把经过第二数据处理模块处 理计算后得出的信息通过数据接口模块发送给处理器的主控制模块；该定位装置还包括1)所述图像采集处理模块包括用于采集触摸屏表面的图像信息的面阵CMOS摄像 头；用于对所采集的图像信息进行处理的FPGA芯片；用于发送经过处理的图像信息的发送模块；2)所述图像采集处理模块还包括用于外接一图像调试设备的图像调试接口 ；3)所述图像采集处理模块还连接一个用于对触摸屏上的触摸点所在行的图像信 息进行一个时钟同步处理的时钟控制模块；4)所述主控制模块包括数据接收模块，第二数据处理模块以及数据接口模块。本发明还提供一种屏幕表面定位方法，如下如图2，图像传感器负责把触摸屏表面的图像信息转换为电信号，经过A/D转换后 发送给第一数据处理模块。第一数据处理模块根据主控制模块设定的参数对拍摄到的图 像进行二值化处理，得出亮点或暗点所在那一行的图像信息，所述亮点或暗点所在那一行 的图像信息是指触摸屏上的触摸点所在行的图像信息，处理完一帧图片后把坐标信息经过 数据传输模块通过低速的传输通道发送给主控制模块，主控制模块主要负责和处理器的接 口、初始化各个摄像头、读取每路图像采集处理模块计算后的触摸屏上的触摸点所在行的 图像信息，把触摸屏上的触摸点所在行的图像信息换成现有的虚拟坐标信息，同时快速的 把这些坐标信息通过USB接口发送给处理器，由处理器完成后期的计算和坐标校正得到所 述触摸物的物理坐标，或根据各个图像采集处理模块所得到触摸屏上的触摸点所在行的图 像信息计算出虚拟坐标信息，并且根据虚拟坐标信息计算出所述触摸物的物理坐标，最后 再把这个物理坐标发送给处理器。本发明相对现有技术，具有以下优点与现有技术相比，本发明在传输时只提取暗斑或亮斑中的部分有用图像信息， 不需要将所拍摄的所有图像数据传输到主控板，只要在中间取其中一行传送给主控板 做计算。这样的话每一帧图像取其中的一行数据发送给主控板，假设每帧图像需要传 输的数据量为1280个字节。如果按照每秒钟拍摄120帧图像，每秒钟传输的数据量为 1280 (byte) x8 (bit)xl20 = 1200kbit。这个数据量是原先的 1/20 ((1280 (byte) x8 (bit) X120)/(1280X16X10(bit)X120(帧))=1/20)。这样的话可以省去比较复杂的高速数据 传输部分，用中低速的数据传输方式就可以满足数据传输的要求了，如可以采用低速率的 LVDS (Low-VoltageDifferential Signaling低压差分信号)方式传输图像数据，采用一路 传输速率不超过1. 5Mbps的LVDS传输，达到了降低系统的复杂程度和设备成本。
图1是现有方式中屏幕表面定位装置的结构示意图；图2是本发明屏幕表面定位装置的结构示意图；图3是本发明实施例一的示意图；图4是本发明实施例二的示意图；图5是本发明实施例一的示意图；图6是本发明实施例一的示意图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式
。实施例一
如图2所示，一种屏幕表面定位装置结构示意图其包括图像采集处理模块，所述图像采集处理模块由图像传感器，FPGA芯片集成，所述图 像传感器采用面阵CMOS摄像头，用于采集触摸屏表面的图像信息，所述FPGA芯片用于对所 采集的图像信息进行处理，并得出当有物体触摸触摸屏时，触摸物在触摸屏上的触摸点所 在行的图像信息；主控制模块包括数据接收模块，第二数据处理模块以及数据接口模块，连接所述 图像采集处理模块。用于接收各个图像采集处理模块所得到触摸屏上的触摸点所在行的图 像信息，再通过第二数据处理模块通过二值化将触摸屏上的触摸点所在行的图像信息换成 现有的虚拟坐标信息，同时快速的把这些坐标信息通过USB接口发送给处理器，由处理器 完成后期的计算和坐标校正得到所述触摸物的物理坐标，或根据各个图像采集处理模块所 得到触摸屏上的触摸点所在行的图像信息计算出虚拟坐标信息，并且根据虚拟坐标信息计 算出所述触摸物的物理坐标，最后再把这个物理坐标发送给处理器。图像传感器首先是从各个摄像头拍摄到的图像里提取触摸点的信息。在本实施例 中主要分为两种情况，一是有物体遮挡时拍摄到的是亮斑，没有物体遮挡时拍摄到的是暗 斑，提取亮斑在图片里面的坐标；二是有物体遮挡时拍摄到的是暗斑，没有物体遮挡时拍摄 到的是亮斑，提取暗点在图片里面的坐标。。不管是暗斑还是亮斑，摄像头在拍摄屏幕上的 遮挡物A时，其实就是从一摄像头上面看见物体A在平面B上的投影(如图5)，从拍摄档的 图像看图像每行的数据基本相同(如下图6)，无论使用哪一行图像来计算亮斑或暗斑的坐 标度，再使用主控制模块中的第二数据处理模块对其进行处理，得出相应的坐标信息；并将 这些坐标信息最终送到处理器做计算和坐标校正(或者在硬件上加入计算和校正功能)， 得出遮挡物在触摸处理器屏幕上的真正坐标，完成遮挡物的定位功能。在本实施例总还包括发送模块以及接收模块；所述发送模块主要用于发送图像采 集处理模块所处理得到的图像信息；所述接收模块主要用于接收发送模块所发送过来的数 据；实施例二如图3所示，在实施例一的基础上，所述图像采集处理模块还包括图像调试接口， 用于外接一图像调试设备；所述图像调试设备用于摄像头安装、调试等需要观察CMOS图像 时使用。由于我们在前面去掉了各个摄像头传输图像数据的高速数据传输通道，摄像头定 位设备在生产调试时需要得到摄像头拍摄到的图像，通过拍摄到的图像查看摄像头是否能 正常的拍摄到屏幕表面，是否安装正确。可以在摄像头上预留一个图像输出接口，只用把图 像传感器输出地数据连接到图像输出接口上即可，这样不会增加整个摄像头的设计难度和 成本。调试接口可以采用14pin的IDC插座即可。实施例三如图4所示，所述图像采集处理模块还连接一个时钟控制模块，用于把高速的时 钟信号转换成LVDS电平传输到CMOS模块，使其能形成一个同步时钟。当有物体触摸触摸屏时，各个图像采集处理模块中的图像传感器就屏幕表面信息 进行采集，并在各自的FPGA中进行处理，得出相应触摸屏上的触摸点所在行的图像信息。 此时，时钟控制模块对所得到的触摸屏上的触摸点所在行的图像信息进行一个时钟同步处理，得出同一时间内各个各个图像采集处理模块所得到的触摸屏上的触摸点所在行的图像 信息，并传输给主控制模块进行下一步处理；所述时钟控制模块主要采用LVDS Driver。为了得到更加好的定位效果，本发明也可以采用实施例二与实施例三结合使用的 方式。
权利要求
一种屏幕表面定位装置，包括图像采集处理模块、数据传输线缆及主控制模块，图像采集处理模块通过数据传输线缆与主控制模块连接，主控制模块与处理器连接，其特征在于，所述图像采集处理模块包括图像传感器及连接图像传感器的第一数据处理模块，所述图像传感器用于采集触摸屏表面的图像信息，所述第一数据处理模块用于对所采集的图像信息进行处理，并得出触摸物在触摸屏上的触摸点所在行的图像信息，所述主控制模块接收并处理触摸点所在行的图像信息，处理后再发送到处理器。
2.根据权利要求1所述的屏幕表面定位装置，其特征在于，所述图像传感器采用面阵 CMOS摄像头，所述第一数据处理模块是FPGA芯片。
3.根据权利要求1所述的屏幕表面定位装置，其特征在于，所述图像采集处理模块还 包括图像调试接口，用于外接一图像调试设备，所述图像采集处理模块还连接一个时钟控 制模块，用于对触摸屏上的触摸点所在行的图像信息进行一个时钟同步处理。
4.根据权利要求1所述的屏幕表面定位装置，其特征在于，所述数据传输线缆为普通 数据传输线缆。
5.根据权利要求1所述的屏幕表面定位装置，所述主控制模块由数据接收模块、第二 数据处理模块及数据接口模块组成，所述第二数据处理模块用于处理从图像采集处理模块 接收到的触摸屏上的触摸点所在行的图像信息。
6.根据权利要求1所述的屏幕表面定位装置的屏幕表面定位方法，包含以下步骤1)图像传感器负责把触摸屏表面的图像信息转换为电信号，经过转换后送给第一数据 处理模块；2)第一数据处理模块根据主控制模块设定的参数对拍摄到的图像进行处理，处理完一 帧图片后把触摸屏上的触摸点所在行的图像信息通过第一数据发送模块发送给主控制模 块；3)主控制模块实时的读取每路图像采集处理模块计算后的触摸屏上的触摸点所在行 的图像信息，把触摸屏上的触摸点所在行的图像信息换成现有的虚拟坐标信息，同时将这 些坐标信息发送给处理器，由处理器完成后期的计算和坐标校正得到所述触摸物的物理坐 标，或主控制模块根据各个图像采集处理模块所得到触摸屏上的触摸点所在行的图像信息 计算出虚拟坐标信息，并且根据虚拟坐标信息计算出所述触摸物的物理坐标，最后再把这 个物理坐标发送给处理器。
7.根据权利要求6所述的屏幕表面定位装置的定位方法，其特征在于，步骤1)中电信 号经过A/D转换后送给第一数据处理模块。
8.根据权利要求6所述的屏幕表面定位装置的定位方法，其特征在于，步骤2)中第一 数据处理模块对图像进行二值化处理，得出亮点或暗点所在那一行的图像信息。
全文摘要
本发明公开了一种屏幕表面定位装置及其实现方法，图像传感器负责把触摸屏表面的图像信息转换为电信号，经过A/D转换后送给第一数据处理模块。第一数据处理模块根据主控制模块设定的参数对拍摄到的图像进行二值化处理，得出触摸物在触摸屏上的触摸点所在行的图像信息，处理完一帧图片后把触摸点所在行的图像信息经过数据传输模块通过低速的传输通道发送给主控制模块，主控制模块实时的读取每路图像采集处理模块计算后的信息，同时把经过第二数据处理模块处理计算后得出的信息通过数据接口模块发送给处理器，本发明大大减少数据传输量，达到了降低系统的复杂程度和设备成本。
文档编号G06F3/042GK101980121SQ20101051838
公开日2011年2月23日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者宁伟超, 曾昭兴, 赵群英 申请人:广东威创视讯科技股份有限公司