专利名称：一种光学触控系统的图像处理方法
技术领域：
本发明涉及一种图像处理方法，特别涉及一种光学触控系统的图像处理方法。
背景技术：
触控屏幕装置是一种方便让使用者直接在屏幕上进行输入操作的电子装置。当触控笔(stylus)、指尖或其他类似者碰触屏幕后，触控屏幕装置会检测与计算出产生碰触的位置，将坐标输出至电脑系统，以让电脑系统进行后续的计算处理。光学触控屏幕是已开发的触控屏幕装置中常见的一种。一种光学触控屏幕通常包含光源装置与摄像装置(camera)。光源装置与摄像装置可被安排，使得当物件接触光学触控屏幕时，在摄像装置产生遮蔽图像。当无物件接触光学触控屏幕时，摄像装置所提取的图 像可产生一背景亮度波形11，如图I所示；而当物件接触光学触控屏幕时，摄像装置所提取的图像则会产生包含遮蔽信号121的亮度波形12。当物件接触光学触控屏幕时，可能改变光反射的方式，因而产生假信号。例如，物件可能造成触控屏幕的变形，从而将光反射至摄像装置，因而产生一反光信号13，或者改变原光的反射，而产生一假遮蔽信号(false lightshielding signal) 14。假遮蔽信号14可能被误判成由物件所产生，而计算出错误的物件坐标，或会造成物件数量的误判及物件真实坐标的计算错误。因此有必要提供一种新的方法，克服公知光学触控屏幕容易产生假信号的问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题,本发明一实施例提供一种光学触控系统的图像处理方法，包含下列步骤提取一操作图像，并产生代表该操作图像的一亮度波形图；根据该亮度波形图的亮度信息，选择该亮度波形图的一目标信号；计算该目标信号的至少一上升斜率以及至少一下降斜率；以及若该上升斜率的绝对值和该下降斜率的绝对值均大于一门槛值，则选择该目标信号为一物件信号。本发明另一实施例揭示一种光学触控系统的图像处理方法，包含下列步骤提取一背景图像，并产生代表该背景图像的一背景亮度波形图；提取一操作图像，并产生代表该操作图像的一亮度波形图；根据该亮度波形图的亮度信息，选择该亮度波形图的一目标信号；计算该目标信号的一第一亮度信息；计算在该背景亮度波形图上，对应该目标信号的一背景信号的一第二亮度信息；以及若该第二亮度信息与该第一亮度信息的一比值大于一门槛值，则选择该目标信号为一物件信号。本发明再一实施例揭示一种光学触控系统的图像处理方法，包含下列步骤提取一背景图像，并产生代表该背景图像的一背景亮度波形图；提取一操作图像，并产生代表该操作图像的一亮度波形图；根据该亮度波形图的亮度信息，选择一第一目标信号与一第二目标信号；计算该第一目标信号的一第一亮度信息与该第二目标信号的一第二亮度信息；计算在该背景亮度波形图上，相应该第一目标信号的一背景信号的第三亮度信息；计算在该背景亮度波形图上，相应该第二目标信号的一背景信号的第四亮度信息；以及若该第一亮度信息大于该第三亮度信息，和该第二亮度信息小于该第四亮度信息时，取一新的操作图像。本发明可以提高光学触控屏幕的精确度。上文已经概略地叙述本申请的技术特征及优点，以使下文的本申请详细描述得以获得较佳了解。构成本申请的权利要求标的的其它技术特征及优点将描述于下文。本申请所属技术领域中普通技术人员应可了解，下文揭示的概念与特定实施例可作为基础而相当轻易地予以修改或设计其它结构或工艺而实现与本申请相同的目的。本申请所属技术领域中普通技术人员也应可了解，这类等效的建构并无法脱离所附的权利要求所提出的本申请的精神和范围。
图I为一线图，其显示一背景亮度波形和自一操作图像中取得的亮度波形； 图2为显示本发明一实施例的光学触控系统的示意图；图3为显示本发明另一实施例的光学触控系统的示意图；图4为显示本发明一实施例的触控系统的方块示意图；图5为一流程图，其显示本发明一实施例的一种光学触控系统的图像处理方法的步骤；图6为一流程图，其显示本发明另一实施例的一种光学触控系统的图像处理方法的步骤；图7为一流程图，其显示本发明一实施例的图像处理方法的步骤；图8为显示本发明一实施例的一亮度波形图；图9为显示本发明一实施例的目标信号的示意图；图10为显示本发明一实施例的目标信号的示意图；图11为显不本发明一实施例的遮蔽信号的不意图；图12为显示本发明一实施例的背景亮度波形图；以及图13为显示本发明一实施例的操作图像与背景图像的亮度差异分布图。上述附图中的附图标记说明如下2光学触控系统3光学触控系统8亮度波形图9背景亮度波形图11背景亮度波形12亮度波形13反光信号14假遮蔽信号21感测器22第一投光元件23第二投光元件
24第三投光元件25处理单元26触碰表面27 物件34投光元件35触碰表面41图像处理器42计算装置 81目标信号81'背景信号82遮蔽信号82'背景信号83目标信号83'背景信号121遮蔽信号131差异"[目号132差异{目号133差异"[目号812 第一区段 813 第二区段814 直线815 直线816 直线817 直线821上升边缘822 直线823下降边缘824 直线8111 点8112 点8113 点8114 点8115 点8116 点8117 点8121上升边缘8122下降边缘8211 点8212 点
8213 点8214 点S51 S55流程步骤S61 S69流程步骤S71 S80流程步骤
具体实施例方式图2为显示本发明一实施例的光学触控系统2的示意图。参照图2所示，光学触控系统2包含一感测器21、一第一投光元件(light providingmember) 22、一第二投光元件23、一第三投光元件24及一处理单元25。第一投光元件22、第二投光元件23与第三投光元件24在一触碰表面(touchsurface) 26围绕出一感测区域。感测器21设置以检测感测 区域内的碰触活动(touch activity)。处理单元25稱接感测器21,并根据感测器21产生的图像，分析物件27所在的坐标。在一实施例中，第一投光元件22包含一镜面，且该镜面面向感测区域。第二投光元件23和第三投光元件24可为发光元件或反光元件，其中该发光元件包含多个排列的发光二极管或导光件与发光二极管的组合。第一投光元件22的镜面可产生物件27的镜像，使得感测器21所产生的操作图像(image)可包含物件27产生的图案(pattern)及物件27的镜像所产生的图案。利用物件27产生的图案(pattern)及物件27的镜像所产生的图案可计算出从感测器21分别通过物件27与物件27的镜像的延伸线与感测区域的一侧边间的夹角，且利用这些夹角及感测区域的尺寸，即可计算出物件27的坐标。关于此范例的坐标计算，详细可参考中国台湾公开号第201003477号专利申请案。图3为显示本发明一实施例的光学触控系统3的示意图。参照图3所示，光学触控系统3包含两感测器21及耦接两感测器21的处理单元25。两感测器21分开设置。感测器21用于拍摄感测区域。处理单元25根据感测器21所提取的图像，计算物件27在触碰表面35上的位置坐标。物件27可包含触控笔(pointer)、手指或其他类似物件。感测区域的周侧可设置多投光元件34，其中投光元件34可为反光元件或有源发光元件。参照图2与图3所示，光学触控系统2和3可设计成当物件27进入感测区域时，物件27在感测器21上产生遮光图案，或者物件27在感测器21上产生反光图案。图4为显示本发明一实施例的触控系统2或3的方块示意图。参照图2至4所示，感测器21检测感测区域。一图像处理器41耦接至感测器21，以产生操作图像(image)。图像处理器41产生的操作图像传送至计算装置42，计算装置42从该操作图像，产生一亮度波形图。特而言之，操作图像包含矩阵式排列的多个像素。在一实施例中，该亮度波形图为将该操作图像的每一行的所有像素的亮度值相加，所取得的沿该操作图像的列方向亮度分布图。在另一实施例中，该亮度波形图为将该操作图像的每一列的所有像素的亮度值相加，所取得的沿该操作图像行方向的亮度分布图。此外，该亮度分布图也可以利用其他方法计算。以例言，光学触控系统2或3可先获取一张感测区域上的背景图像。接着，当光学触控系统2或3获取一张操作图像后，计算装置42将该操作图像与该背景图像相减，如此便可取得代表每一列或每一行亮度信息的亮度波形图。图5为一流程图，其显示本发明一实施例的一种光学触控系统的图像处理方法的步骤。参照图5和图8所示，在步骤S51中，感测器提取一操作图像。在步骤S52中，光学触控系统根据该操作图像，产生代表该操作图像的一亮度波形图8，如图8所示。在一实施例中，该亮度波形图8为将该操作图像的每一行或每一列的所有像素的亮度值相加，所取得的沿该操作图像的列或行方向亮度分布图。在另一实施例中，亮度波形图也可由一操作图像与一背景图像相减而得。在步骤S53中，根据图8的亮度波形图8的亮度信息，选择一目标信号81。在本实施例中，物件是在感测器上是形成遮蔽图案，因此光学触控系统将选择较背景亮度值为低的部分，作为目标信号81。在另一实施例中，若物件在感测器上是形成反光图案，则光学触控系统将会选择较背景亮度值为高的部分，作为目标信号。 在一实施例中，目标信号的选择可根据物件产生的遮蔽信号/反射信号与背景信号间的差异来判断。其中一种方法为先分别取得一操作图像与一背景图像。接着，取得分别取得操作图像的亮度波形图(如图8所示)与背景图像的背景图像亮度波形图(如图10所示)。然后，将亮度波形图与背景图像亮度波形图相减，可得如图13所示的亮度差异分布图。最后，找出亮度差异分布图上有明显亮度差异的差异信号131、132和133。在本实施例中，差异信号131、132和133分别对应图8的目标信号83、81和遮蔽信号82。在步骤S54中，计算在该目标信号81的至少一上升斜率和至少一下降斜率。在本实施例中，如图9和图10所示，目标信号81可区分成一第一区段812与一第二区段813，其中该第一区段812包含一上升边缘(riSingedge)8121，而该第二区段813包含一下降边缘(falling edge)8122。该至少一上升斜率代表该上升边缘8121的陡峭程度。类似地，该至少一下降斜率代表该下降边缘8122的陡峭程度。在本实施例中，图9内的上升边缘8121和下降边缘8122的定义依照图8显示的列或行方向而定，但本发明不以此为限。该两者定义可因列或行方向定义不同而不同。有许多方法可计算上升斜率和下降斜率，以下列举部分方法，但本发明不以此为限。在一实施例中，在第一区段812中，先选择多个点8111和8112。然后，计算出通过该多个点8111和8112的一直线814，其中该直线814的斜率即为一上升斜率。类似地，在第二区段813中，选择多个点8112和8113。在本实施例中，在第一区段812中选择的点8111和8112与在第二区段813中选择的点8113和8112有一点8112重复。接着，计算出通过多个点8112和8113的一直线815，其中该直线815的斜率即为一下降斜率。决定直线814与直线815的点8111、8112和8113可多种不同的选择。以下列举数种方式，本发明不以此为限。决定该直线814的点8111可为该目标信号81内的一边界点，或靠近该边界点的点。决定该直线815的点8113可为该目标信号81的另一边界点，或靠近该另一边界点的点。在本实施例中，共同决定该直线814与该直线815的点8112可为该目标信号81的两边界点的中点或接近该中点的点。在一实施例中，共同决定该直线814与该直线815的点8112可为该目标信号81内的一极值点或接近该极值点的点。当物件是在感测器上是形成遮蔽图案时，该极值点为亮度最小点；而当物件在感测器上是形成反光图案，则该极值点为亮度最大点。在另一实施例中，参照图10所示，在第一区段812中，先选择多个点8114和8115。接着，计算出通过多个点8114和8115的直线816，其中该直线816的斜率即为一上升斜率。多个点8114和8115可为上升边缘8121上任两点。多个点8114和8115的选择以该直线816的倾斜方式类似该上升边缘8121的延伸方式。多个点8114和8115以分开为宜。以例言，点8114可靠近上升边缘8121的上端点，而点8115可靠近上升边缘8121的下端点。在另一例中，点8114可位于上升边缘8121的上半部范围内，而点8115可位于上升边缘8121的下半部范围内。在又一例中，上升边缘8121与下降边缘8122的下端点间延伸一横向延伸段，点8115可位于横向延伸段上，而点8114可位于上升边缘8121。在一实施例中，可在第一区段812中选择超过2个点，以计算出多条直线，如此可获得多个上升斜率。在另一实施例中，也可平均这些直线的斜率，以获得一上升斜率。类似地，在第二区段813中，先选择多个点8116和8117。接着，计算出通过多个点 8116和8117的直线817，其中该直线817的斜率即为一下降斜率。多个点8116和8117可为下降边缘8122上任两点。多个点8116和8117的选择以该直线817的倾斜方式类似该下降边缘8122的延伸方式。多个点8116和8117以分开为宜。以例言，点8116可靠近下降边缘8122的上端点，而点8117可靠近下降边缘8122的下端点。在另一例中，点8116可位于下降边缘8122的上半部范围内，而点8117可位于下降边缘8122的下半部范围内。在又一例中，上升边缘8121与下降边缘8122的下端点间延伸一横向延伸段，点8117可位于横向延伸段上，而点8116可位于下降边缘8122上。在一实施例中，可在第二区段813中选择超过2个点，以计算出多条直线，如此可获得多上升斜率。在另一实施例中，也可平均这些直线的斜率，以获得一上升斜率。在步骤S55中，分别将至少一上升斜率与至少一下降斜率与一门槛值比较，以确定该目标信号81内是否为一物件信号。若该至少一上升斜率的绝对值和该至少一下降斜率的绝对值大于该门槛值时，则可将该目标信号视为一物件所产生的物件信号。之后，可在根据该物件信号的位置计算对应物件的坐标。一般而言，物件在感测区域时，会在操作图像上产生亮度与背景亮度有明显差异的图案。当操作图像转换成亮度波形图8时，在亮度波形图8上会有落差明显的遮蔽信号或反光信号。据此原理，当获得一亮度波形图8时，便可从中找出亮度波形图8上会有落差明显的信号，以决定出物件位置。参照图8所示，在本实施例中，亮度波形图8上包含一落差较小的遮蔽信号82。同样地，如图11所示，在包含上升边缘821的部分可选择任两点8211和8212，并计算出通过该两点8211和8212的直线822，以获得一上升斜率。在包含下降边缘823的部分也可选择任两点8213和8214，并计算出通过该两点8211和8212的直线823，以获得一下降斜率。由于遮蔽信号82的信号落差小，因此上升斜率与下降斜率的绝对值小，故可以一门槛值为标准，来过滤掉此类信号落差小的遮蔽信号82，以避免误判。在一实施例中，若亮度波形图有一信号，其上升斜率与下降斜率的绝对值小于一门槛值，此时光学触控系统可取一新的背景图像，以取代原有的背景图像。图6为一流程图，其显示本发明另一实施例的一种光学触控系统的图像处理方法的步骤。参照图6、图8和图12所示，在步骤S61中，感测器提取一背景图像。在步骤S62中，根据该背景图像，产生代表该背景图像的一背景亮度波形图9，如图12所示。在步骤S63中，感测器提取一操作图像。在步骤S64中，根据该操作图像，产生代表该操作图像的一亮度波形图8，如图8所
/Jn o在一实施例中，亮度波形图8和背景亮度波形图9为分别将该操作图像和该背景图像的每一行或每一列的所有像素的亮度值相加，所取得的沿该操作图像和该背景图像的列或行方向亮度分布图。在另一实施例中，操作图像与背景图像相减，也可取得代表每一列或每一行亮度信息的亮度波形图。在步骤S65中，如图8所示，根据图8的亮度波形图的亮度信息，选择一目标信号81。虽在本实施例中，该目标信号81为一遮蔽信号，但本发明不以此为限。
在步骤S66中，计算目标信号81的一第一亮度信息。在一实施例中，第一亮度信息为目标信号81的亮度总和。在另一实施例中，第一亮度信息(Il)为目标信号81的亮度平均。在步骤S67中，计算该背景亮度波形图9上，对应目标信号81的一背景信号81'(图12)的第二亮度信息(12)。在一实施例中，亮度信息为背景信号81'的亮度总和。在另一实施例中，亮度信息为背景信号81'的亮度平均。在步骤S68中，计算第二亮度信息(12)与第一亮度信息(Il)的比值(12/11)。在步骤S69中，比较该比值(12/11)与一门槛值，以决定目标信号81是否为物件信号。在本实施例中，物件在感测器上产生遮蔽图像，因此当比值(12/11)大于一门槛值时，目标信号81则可视为由物件产生的物件信号。特而言之，参照图8与图12所示，若选择遮蔽信号82和其对应的背景信号82'(图12)，则会计算出小于门槛值的比值。因为比值小于门槛值，所以遮蔽信号82不会被视为由一个物件所产生。在一实施例中，当操作图像所产生的亮度波形图中包含一目标信号，其亮度信息与对应的背景信号的亮度信息间的比值小于门槛值时，光学触控系统会提取一新的背景图像，以更新旧的背景图像。在一实施例中，若光学触控系统是设计以在感测器上产生物件反射图像，则当比值小于一门槛值时，目标信号可视为由物件产生的物件信号。相对地，比值大于一门槛值时，目标信号则可能为假信号。图7为一流程图，其显示本发明一实施例的图像处理方法的步骤。参照图8、图12和图13所示，在步骤S71中，首先提取一背景图像。在步骤S72中，产生代表该背景图像的一背景亮度波形图(如图10所示)所示。在步骤S73中，提取一操作图像。在步骤S74中，产生代表该操作图像的一亮度波形图(如图8所示)。在步骤S75中，在亮度波形图上,选择一第一目标信号81与一第二目标信号83。第一目标信号81与一第二目标信号83为操作图像和背景图像间亮度差异明显的区域。在一实施例中，第一目标信号81与一第二目标信号83的选择可将操作图像和背景图像相减，取得亮度差异分布图，然后在亮度差异分布图上选择亮度差异明显的区域。在步骤S76中，计算出第一目标信号的一第一亮度信息。在步骤S77中，计算出第二目标信号的一第二亮度信息。在步骤S78中，计算在背景图像上，相应第一目标信号的一背景信号的第三亮度信息。在步骤S79中，计算在背景图像上，相应第二目标信号的一背景信号的第四亮度信息。在步骤S80中，若该第一亮度信息大于该第三亮度信息，和该第二亮度信息小于该第四亮度信息时，表示亮度波形图上同时存在有遮蔽信号与反射信号。通常，亮度波形图上不应该同时存在有遮蔽信号与反射信号，因此当遮蔽信号与反射信号同时存在时，表示操作图像有杂点干扰，可能会影响物件坐标的计算正确性，故需取一新的操作图像。在一实施例中，若该第一亮度信息大于该第三亮度信息，和该第二亮度信息小于该第四亮度信息时，则更新该背景图像。在部分情况下，亮度波形图上同时存在有遮蔽信号与反射信号可能是背景亮度分布改变。此时，可以更新背景图像，来克服此异常结果。
本申请的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域技术人员仍可能基于本申请的启示及揭示而作种种不背离本揭示精神的替换及修饰。因此，本申请的保护范围应不限于实施例所揭示，而应包括各种不背离本揭示的替换及修饰，并为是否的权利要求所涵
至Jhl o
权利要求
1.一种光学触控系统的图像处理方法，包含下列步骤 提取一操作图像，并产生代表该操作图像的一亮度波形图； 根据该亮度波形图的亮度信息，选择该亮度波形图的一目标信号； 计算该目标信号的至少一上升斜率以及至少一下降斜率；以及若该上升斜率的绝对值和该下降斜率的绝对值均大于一门槛值，则选择该目标信号为一物件信号。
2.根据权利要求I所述的图像处理方法，其中该目标信号包含一第一区段与一第二区段，其中该第一区段包含一上升边缘，而该第二区段包含一下降边缘，其中该上升斜率为代表该第一区段中多个点的一第一直线的斜率，而该下降斜率为代表该第二区段中多个点的一第二直线的斜率。
3.根据权利要求2所述的图像处理方法，其中该第一区段中的所述多个点之一为该目标信号的一第一边界点。
4.根据权利要求3所述的图像处理方法，其中该第二区段中的所述多个点之一为该目标信号的一第二边界点。
5.根据权利要求4所述的图像处理方法，其中该第一区段中的所述多个点包含该第一边界点与该第二边界点的中点。
6.根据权利要求4所述的图像处理方法，其中该第二区段中的所述多个点包含该第一边界点与该第二边界点的中点。
7.根据权利要求2所述的图像处理方法，其中该第一区段中的所述多个点包含该目标信号的一极值点。
8.根据权利要求2所述的图像处理方法，其中该第二区段中的所述多个点包含该目标信号的一极值点。
9.根据权利要求I所述的图像处理方法，更包含下列步骤 若该上升斜率的该绝对值或该下降斜率的该绝对值小于该门槛值，则取一新的背景图像。
10.根据权利要求I所述的图像处理方法，更包含下列步骤 将该操作图像每一行或每一列所有像素的亮度相加，而取得沿该操作图像列方向或行方向分布的该亮度波形图的该亮度波形图。
11.根据权利要求I所述的图像处理方法，更包含下列步骤 该亮度波形图由该操作图像与一背景图像相减而取得。
12.一种光学触控系统的图像处理方法，包含下列步骤 提取一背景图像，并产生代表该背景图像的一背景亮度波形图； 提取一操作图像，并产生代表该操作图像的一亮度波形图； 根据该亮度波形图的亮度信息，选择该亮度波形图的一目标信号； 计算该目标信号的一第一亮度信息； 计算在该背景亮度波形图上，对应该目标信号的一背景信号的一第二亮度信息；以及若该第二亮度信息与该第一亮度信息的一比值大于一门槛值，则选择该目标信号为一物件信号。
13.根据权利要求12所述的图像处理方法，其中该第一亮度信息与该第二亮度信息为平均亮度或亮度总和。
14.根据权利要求12所述的图像处理方法，更包含下列步骤 若该比值小于该门槛值，则更新该背景图像。
15.根据权利要求12所述的图像处理方法，其中选择该亮度波形图的一目标信号的步骤包含该亮度波形图与该背景亮度波形图相减。
16.根据权利要求12所述的图像处理方法，更包含下列步骤 将该操作图像每一行或每一列所有像素的亮度相加，而取得沿该操作图像列方向或行方向分布的该亮度波形图。
17.根据权利要求12所述的图像处理方法，更包含下列步骤 该亮度波形图由该操作图像与该背景图像相减而取得。
18.一种光学触控系统的图像处理方法，包含下列步骤 提取一背景图像，并产生代表该背景图像的一背景亮度波形图； 提取一操作图像，并产生代表该操作图像的一亮度波形图； 根据该亮度波形图的亮度信息，选择一第一目标信号与一第二目标信号； 计算该第一目标信号的一第一亮度信息与该第二目标信号的一第二亮度信息； 计算在该背景亮度波形图上相应该第一目标信号的一背景信号的第三亮度信息； 计算在该背景亮度波形图上相应该第二目标信号的一背景信号的第四亮度信息；以及若该第一亮度信息大于该第三亮度信息，和该第二亮度信息小于该第四亮度信息时，取一新的操作图像。
19.根据权利要求18所述的图像处理方法，更包含下列步骤 若该第一亮度信息大于该第三亮度信息，和该第二亮度信息小于该第四亮度信息时，则更新该背景图像。
20.根据权利要求18所述的图像处理方法,其中选择一第一目标信号与一第二目标信号的步骤包含该亮度波形图与该背景亮度波形图相减。
21.根据权利要求18所述的图像处理方法，更包含下列步骤 将该操作图像每一行或每一列所有像素的亮度相加，而取得沿该操作图像列方向或行方向分布的该亮度波形图。
22.根据权利要求18所述的图像处理方法，更包含下列步骤 该亮度波形图由该操作图像与一背景图像相减而取得。
全文摘要
一种光学触控系统的图像处理方法，包含下列步骤提取一操作图像，并产生代表该操作图像的一亮度波形图；根据该亮度波形图的亮度信息，选择该亮度波形图的一目标信号；计算该目标信号的至少一上升斜率以及至少一下降斜率；以及若该上升斜率的绝对值和该下降斜率的绝对值均大于一门槛值，则选择该目标信号为一物件信号。本发明可以提高光学触控屏幕的精确度。
文档编号G06F3/042GK102750043SQ20111009996
公开日2012年10月24日 申请日期2011年4月21日 优先权日2011年4月21日
发明者林志新, 林育佳, 苏宗敏, 蔡政男, 许登伟 申请人:原相科技股份有限公司