专利名称：一种多点触摸轨迹跟踪方法
技术领域：
本发明涉及图像分析、目标检测与目标跟踪领域，特别是一种多点触摸轨迹跟踪 方法。
背景技术：
随着APPLE公司将触摸技术引入至手机市场，触摸交互技术已改变了人们以往通 过机械按键与机器进行交流的方式。伴随着应用方式的多元化，触摸技术也从最开始的单 点触摸向多点触摸发展，应用场合也从小尺寸的手机屏幕向大型交互屏幕延伸。然而由于 材料工艺和电子元器件特性限制，使得触摸技术在大屏幕上的应用受到了极大挑战。目前市场上有基于红外、电阻、电容、内嵌式和超声波等多种方式的触摸交互屏， 各种情况下又可以细分为多种具体实现方式。其共同点都是为了通过硬件方案的改进尽可 能采集到精确的触摸点，但因为硬件材料、技术方案和结构的限制，使得触摸交互屏不可能 做成太大尺寸。基于光学图像的触摸交互方式采用图像分析的方法来检测触摸点，理论上 可支持更大尺寸的触摸交互屏。从结构上来看，它不需要复杂的硬件设计，从而可以将更多 的问题转移到软件算法上来完成。触摸技术分为单点触摸和多点触摸。单点触摸技术发展较为成熟，在小尺寸触摸 装置中应用非常广泛，如触摸手机、PDA等，但在大尺寸触摸装置中效果仍需改善，影响其触 摸效果的主要原因是原材料限制、电子元器件的内部噪声、环境因素和非故意偶然接触，致 使伪触摸点产生，从而导致误操作。此外，单点触摸功能较为单一，只能表达有限的几种交 互操作，因此开发多点触摸技术能使人机之间交互更为自然。多点触摸因涉及到多个触摸点同时触摸与运动，使得检测问题变得甚为严重，如 在基于光学图像触摸设备中，若两触摸点相距较近，可能会误判为一个触摸点；在基于红外 网格式的触摸设备中容易产生行业内所述“鬼点”等问题。由于检测错误所导致的另一问 题是多触摸点同时移动时，无法得到正确的跟踪轨迹，使得形成的轨迹相互串扰。采用复杂 的图像处理与数据关联等技术可以在一定程度上提高检测正确率，但产品实时性必然受到 影响。如何折中多点触摸交互产品的精度与实时性，成为市场化大尺寸触摸交互装置的发 展瓶颈。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种基于光学图像的多点触摸检测与跟踪方法，该 方法利用图像分析技术对相邻帧间多个触摸点进行关联分析，从而生成正确的运动轨迹， 进而使机器能理解轨迹的意义，最终达到自然交互的目的。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是
采用三帧迭代和最小距离限制的方法来消除噪声，提高触摸点检测精度； 采用半卡尔曼滤波的方法进行轨迹跟踪。步骤1 采用前三帧迭代计算各触摸点的初始状态；当检测到有触摸点时，分别为各触摸点记录帧数，记当前帧为各触摸点的第一帧，并记 录各触摸点坐标；接下来的一帧记为第二帧，同样记录各触摸点坐标，并针对第一帧中各触 摸点在给定给定的距离阈值的范围内在第二帧中搜索最近触摸点，若找到则与前一帧中的 相应触摸点进行关联，并计算水平与垂直方向速度，若第一帧中某触摸点没有在第二帧中 搜索到触摸点，则可认为第一帧中该点为噪声，进行清除；在第三帧中，同样记录各触摸点 坐标，并针对第二帧中各触摸点在给定的距离阈值的范围内在第三帧中搜索最近触摸点， 若找到则与前一帧中的相应触摸点进行关联，并计算水平与垂直方向速度，并与第二帧中 的相应速度求平均，以此作为初始速度，若没有搜索到则可认为第二帧中该触摸点为噪声， 进行清除。该方法称为三帧迭代初始法，采用三帧信息判断前一帧中检测的点是否为噪声， 提高了检测精度。该方法中所指“最近触摸点”是指欧式距离测度最小，假定第一帧中的有 一触摸点A，在第二帧中同样检测到一触摸点B，则
欧式距离
权利要求
1.一种多点触摸轨迹跟踪方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤A计算各触摸点的初始状态，获取各个触摸点的坐标数据；B采用半卡尔曼滤波法预测各触摸点在下一帧中出现的位置；C在当前帧中，在给定的距离阈值的范围内，搜索与预测位置欧式距离最近的触摸点， 若找到，则与前一帧中的相应触摸点关联；否则，以预测位置作为当前帧中触摸点位置；D判断当前帧中是否有新触摸点加入，若有则对新增加的触摸点执行步骤A，若没有则 转到步骤E ；E判断当前帧中是否有轨迹结束，若有则结束该触摸点跟踪，若没有则转步骤B。
2.根据权利要求1所述的多点触摸轨迹跟踪方法，其特征在于，所述步骤A中采用前三 帧迭代计算各触摸点的初始状态，具体步骤为Al检测到有触摸点时，分别为各触摸点记录帧数，记当前帧为各触摸点的第一帧，并记 录各触摸点坐标；A2接下来的一帧记为第二帧，同样记录各触摸点坐标数据，在第一帧中各触摸点在给 定距离阈值的范围内，搜索第二帧中与第一帧中各个触摸点位置最近触摸点，若找到则与 前一帧中的相应触摸点关联，并计算水平与垂直方向速度，若第一帧中某触摸点没有在第 二帧中搜索到与其关联的触摸点，则可认为第一帧中该点为噪声，进行清除；A3在第三帧中，同样记录各触摸点坐标数据，在第二帧中各触摸点在给定距离阈值的 范围内，搜索第三帧中与第二帧中各个触摸点位置最近触摸点，若找到则与前一帧中的相 应触摸点关联，若找到则进行关联，并计算水平与垂直方向速度，并与第二帧中的相应速度 求平均，以此作为初始速度，若没有搜索到则可认为第二帧中该触摸点为噪声，进行清除。
3.根据权利要求1所述的多点触摸轨迹跟踪方法，其特征在于， 步骤B中，该方法采用了标准卡尔曼滤波器中的预测方程，方差为 Σ的二维高斯分布Μ Φ, ζ)；卡尔曼预测方程
4.根据权利要求1所述的多点触摸轨迹跟踪方法，其特征在于，步骤D中的判断方法为Dl计算新增触摸点与其最近的触摸点之间的欧式距离，大于给定的距离阈值，则转步 骤D2，若小于给定的距离阈值，则不为新增的触摸点；D2判断该点是否满足三帧迭代初始化条件，若满足则为新增的触摸点，若不满足，则判断为非新增触摸点。
5.根据权利要求4所述的多点触摸轨迹跟踪方法，其特征在于，还包括以下方法先将 已通过Dl判定的触摸点，采用半卡尔曼滤波方法进行预测，经计算后都能正确跟踪轨迹， 且与已存在的触摸轨迹无串扰，则判断该触摸点是新增的触摸点。
6.根据权利要求1所述的多点触摸轨迹跟踪方法，其特征在于，步骤E中判断方法如下El采用半卡尔曼滤波方法预测在当前帧中的触摸点位置，并在给定的距离阈值的范围 内搜索与该点最近的触摸点，若没有搜索到，则启动计数器，计数器初值为0，使其增1，并 转步骤E2 ；若搜索到触摸点，则不符合轨迹结束条件，并继续执行步骤B ； E2在当前帧中以预测的位置作为该触摸点在当前帧中的位置； E3以同样的方法继续预测两帧，此时判断计数器的值，若其值等于3，则表明该轨迹结 束，并重置计数器为0。
全文摘要
一种多点触摸轨迹跟踪方法，所述方法包括以下步骤A计算各触摸点的初始状态，获取各个触摸点的数据；B采用半卡尔曼滤波法预测各触摸点在下一帧中可能出现的位置；C在给定阈值范围内，在当前帧中搜索与预测位置欧式距离最近的触摸点，若找到，则进行关联；否则，以预测值作为当前帧中触摸点位置；D判断当前帧中是否有新触摸点加入，若检测到新增触摸点，则对新增触摸点执行步骤A，对其他触摸点执行步骤E；E判断当前帧中是否有轨迹结束。本发明采用三帧迭代法判断触摸点的初始和结束状态，在一定程度上避免了将噪声误判为触摸点的可能性，改善了噪声对正确轨迹的影响，尤其改善了新增触摸点和轨迹结束判别的正确性。
文档编号G06F3/042GK102096530SQ201110030430
公开日2011年6月15日 申请日期2011年1月28日 优先权日2011年1月28日
发明者孙敬飞, 肖平, 骆威 申请人:广东威创视讯科技股份有限公司