专利名称：框架式基于光学传感多点定位触摸监测控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种框架式基于光学传感多点定位触摸测控制系统及方法，是一种利用光学传感器成像计算多点触摸定位技术，属于现今蓬勃发展的人机交互触摸控制系统领域。
背景技术：
电子信息技术的高速发展，尤其是互联网技术的迅猛发展，使人们的生活、学习、 工作也越来越离不开各种电子产品的应用。几乎每一个电子应用都提供了一个人机互动的用户界面，如按钮、开关、键盘、鼠标等。在各种用户界面的相关技术中，触摸感应显示器 (也称“触摸屏”或“触摸面板”)提供一种以用户为中心的自然、高效的人机交互方式，在个人便携式电子产品、公共信息查询、教育、游戏、展览、演示、指挥决策等领域都有广阔的应用前景。在提高人机交互效率的同时，也极大地增加了用户感知度和操控兴趣。作为一个用户界面，触摸系统侦测到用户的触摸并将其转换为电子信号，通过信号分析，信号处理装置可确定用户触摸的位置，然后显示并执行相应的动作。传统的单点触摸只能同时响应一个触点，并没有从本质上改变传统的人机交互方式，只是用手指点击代替鼠标操作，缺乏智能性，无法多元化。多重触控技术让双手与机器自由交互成为可能，借助光学和材料学技术，构建能同时检测多个触点的触控平台，使得用户能够运用多个手指同时操作实现基于手势的交互，甚至可以让多个用户同时操作实现基于协同手势的交互。触摸屏一般由触摸检测部件和触摸屏控制器组成触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接收后送触摸屏控制器；触摸屏控制器从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将其转换成触点的坐标并送给CPU，同时接收并执行CPU发来的指令。目前普遍采用的多重触控技术主要有电容式、红外式、基于受抑内全反射式和摄像头协同式等。电容式多重触控平台在表面布满电极，当手指触摸在电极表面时，人体电场和触控屏表面形成一个耦合电流，利用这个电流进行触点的定位。电容式多重触控平台是目前应用最为成熟的多重触控平台，但是该平台在原理上把人体当作电容器元件的一个电极使用，容易出现误检漏检，而且环境温度、湿度的改变会引起漂移，定位不准，而且电容屏尺寸越大，单位成本越高。红外触摸屏是通过集成红外发射元件和接收元件的电路板实现多重触控技术。当有触点时，红外元件发出的红外信号将被触点反射从而被接收元件接收， 获得触点位置。该装置可直接安装于笔记本电脑屏幕前，安装方便，但定位精度不高，可识别的点数取决于发射元件密度。微软公司2007年5月推出的表面计算机则是基于受抑内全反射式。其主要原理是将一个红外线发射器放置在屏幕后方，当有手指碰触到屏幕时会把发射器射出来的红外线反射回去，放置于屏幕后方的四个红外线接受器就可依据反射的位置来判断手指的位置。这种装置成本低、实现技术简单，但由于基于背投技术，需要对现有电脑进行改造，需要短距广角投影仪、背投软幕等特殊装置和材料。国外有人提出一种基于两路摄像头协同检测的多重触控装置，一路摄像头置于交互区正上方，另一路摄像头置于交互区任意侧面。上方的摄像头主要用于触摸事件的检测，然后通过两路摄像头之间坐
3标变换得到触点在交互区平面的坐标。但是通过上方摄像头得到的深度信息检测触摸事件精度不高，且对用户的交互行为存在限制，如交互时手不能被身体其他部位(如头部)遮挡等，另外仅用一个侧摄像头无法解决触点间大量的遮挡问题。类似的办法也有四路模式，同样也存在多点相互遮挡情况下无法正确定位的问题。
发明内容
针对各种现有技术的不足，提出了一种框架式基于光学传感多点定位触摸监测控制系统。本系统由一整套的硬件和软件构成，硬件包括框架式表面计算平台(即多路光学传感设备)、显示屏幕，以及检测计算服务器，软件系统包括光学成像检测算法及多触点的检测算法。本发明提供了一种框架式基于光学传感多点定位触摸监测控制系统，包括有显示屏幕、服务器和光学传感器，在显示屏幕上设置有触摸区域，在触摸区域外围加硬件框架， 在框架内触摸区域周边安装有根据触摸点数目配置的相应数目的光学传感器，并安置在适当的位置。下面以系统设计最多同时触摸点为N个时为例优选的，上述最多触摸点为N个，光学传感器的数目为大于N+1个，放置位置为在显示屏幕四角和四周，均勻排列。优选的，上述光学传感器加装镜头以检测整个触摸范围。本发明还提供了一种基于上述的框架式基于光学传感多点定位触摸监测控制系统的处理方法，包括以下步骤步骤一、设置表面计算平台，当触摸物体进入触摸区域时，获取多路不同角度的触摸物体的光学成像信息；步骤二、对多重触控检测算法对成像信息分析处理，计算出多个触摸点的屏幕位置坐标；步骤三、将触点的位置坐标发送至应用软件；优选的，上述步骤一包括以下步骤Sll)根据系统设计的触摸点数目，合理放置光学成像传感器以及合理分配位置；S12)当有触摸物体进入触摸区域，传感器对其进行成像，将成像信息送入后端服务器；S13)服务器对获取的图像处理，解析出触摸物体。优选的，上述步骤二包括以下步骤S21)根据所检测到的物体位置，得出每个光学传感器光心与物体位置所连成的直线.S22)将上述步骤得到的所有直线映射到触摸平面所在的坐标系，在此坐标系中， 如果每个传感器发出的直线均有交点，且根据传感器位置判定假点情况可剔除时，此位置即判断为触摸点的位置。本发明的创新点及特征在于系统采用光学成像技术，在框架式形式下，通过多个光学传感器，多个角度对同一触摸目标的成像信息，采用专用检测算法，对多个触摸目标进行判断。本系统和目前现有的多点触摸屏检测原理完全不同。并已经证明，随着所获得的成像信息的增加，可判断的触点目标数目理论上是可以任意多的。有效解决了多点触摸系统中的框架式结构设计中，由于侧面检测多点，当多点互相遮挡时所产生的假点，漏点情况。系统采用框架式的表面结构，不需要在显示屏上加装复杂的硬件，其厚度可控制在1-5厘米内，适合各种安装场景，如墙面，桌面，或单机的卧式，立式安装。采用所有光学成像仪目标重合的方法作为触摸点判断算法。触摸点在触摸区中与成像仪光心所形成的直线必都交于一点，将不同角度的成像信息综合计算得到触摸点在触摸区的位置信息。相比较于目前常用的多重触控系统，本发明通过使用框架式表面计算平台，光学传感设备和多重触控检测算法，并充分考虑由于触摸物相互间的遮挡而产生的假点问题进行系统设计，大大提高了多重触控检测的精准性和实用性，有效降低了设备硬件成本。
图1是本发明的系统结构流程示意图；图2是本发明框架式表面计算平台结构组成示意图；图3是本发明方法触摸检测算法流程图。
具体实施例方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步的详细描述。参见图1，根据本系统的流程结构图，介绍本发明基于框架式表面计算平台及多触点的检测方法的具体操作步骤步骤1(参见图2所示)、表面计算平台获取多路不同角度的触摸物体成像信息，该步骤包括下列具体操作内容步骤1A、根据系统设计的触摸物数目，合理放置成像传感器的位置。如系统设计要求最多判断N个触摸点，则需要超过N+1个传感器，在四角放置四个，其他位置均勻放置，使得所有传感器的成像角度最佳。系统如需加大判断点数目，则相应增加安放的传感器数目。步骤1B、对每一个传感器来说，当有触摸物体进入触摸区域，传感器对其进行成像，将成像信息送入后端服务器。步骤1C、服务器对获取的图像进行图像处理，以分辨出触摸物体。步骤2、利用多触点的检测算法对汇总来的各路传感器成像信息进行分析处理，得到触摸点的位置信息，流程图如图3所示，具体操作内容如下步骤2A、由于触摸平面的面积较大，传感器的视角涉及整个平面需要在90至180 角度，必须加装广角镜头。根据检测的物体位置，得出每个传感器光心与物体位置所连成的直线。步骤2B、将上述步骤得到的所有直线映射到触摸平面所在的坐标系，在此坐标系中，如果每个传感器发出的直线均有交点，且根据传感器位置判定假点情况可剔除时，此位置即判断为触摸点的位置。
步骤2C、根据传感器获取图像的帧率，每隔一定周期(一般为每秒30 120帧)， 对成像信息进行分析处理，将判断结果送入通讯模块处理。步骤3、通讯模块对位置坐标按一定协议格式封装并发送至应用软件。以上所述， 仅是用以说明本发明的具体实施案例而已，并非用以限定本发明的可实施范围，举凡本领域熟练技术人员在未脱离本发明所指示的精神与原理下所完成的一切等效改变或修饰，仍应由本发明权利要求的范围所覆盖。
权利要求
1.一种框架式基于光学传感多点定位触摸监测控制系统，包括有显示屏幕、光学传感器和信息处理服务器，其特征在于在显示屏幕上设置有触摸区域，在触摸区域外围加硬件框架，在框架内触摸区域周边安装有根据触摸点数目配置的相应数目的光学传感器，并安置在适当的位置。
2.如权利要求1所述的基于光学传感多点定位触摸监测控制系统，其特征在于a.单一触点的定位需两个或以上的光学传感器协同完成；b.每个光学传感器在配装合适镜头时能监测整个触摸面的范围；c.光学传感器的数量和位置决定系统所能正确检测的点的数量；d.检测最多点时无假点，无漏点的情况。
3.一种基于如权利要求1所述的光学传感多点定位触摸监测控制系统的处理方法，其特征在于包括以下步骤步骤一、触摸物体进入触摸区域；步骤二、设置表面计算平台，获取多路不同角度的触摸物体的光学成像信息； 步骤三、以多点触控检测算法对成像信息分析处理，计算出多个触摸点的屏幕位置坐标；步骤四、对触点位置坐标信息传输，以便应用软件接收处理。
4.如权利要求3所述的光学传感多点定位触摸监测控制系统的处理方法，其特征在于所述步骤二包括以下步骤521)根据系统设计的触摸物数目，合理放置光学传感器以及合理分配位置；522)当有触摸物体进入触摸区域，传感器对其进行成像，将成像信息送入后端服务器；523)服务器对获取的图像处理后解析出触摸物体。
5.如权利要求3所述的光学传感多点定位触摸监测控制系统的操作方法，其特征在于所述步骤三包括以下步骤531)根据所检测到的物体位置，得出每个光学传感器光心与物体位置所连成的直线；532)将上述步骤得到的所有直线映射到触摸平面所在的坐标系，在此坐标系中，如果每个传感器发出的直线均有交点，且根据传感器位置判定假点情况可剔除时，此位置即判断为触摸点的位置。
全文摘要
本发明公开了一种框架式基于光学传感多点定位触摸监测控制系统及方法，涉及一种框架式基于多路光学传感器协同工作的多触点的检测方法。系统由信息采集和处理系统部分组成。在触摸面外围加硬件框架，在框架四角及触摸面四周分别设置光学传感器，传感器的视角对准垂直于触摸平面的立面，各传感器对进入触摸平面的目标分别检测。光学传感器的数量及位置由需检测的触点数目所决定。多触摸点的检测方法是先由传感器成像信息得到目标在触摸区域的相关信息，然后将所有这些信息综合，通过检测算法得到所有真实触摸点的位置，并进行系统矫正，最后将位置信息转换成触摸区的坐标，完成检测。采用本发明所述系统和检测方法能真正检测并定位任意多个触摸点，无假点，无漏点，检测精度高，不限定触摸物的类型，手触，笔触或其他方式均可。
文档编号G06F3/042GK102221941SQ20111017288
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年6月24日
发明者娄思华 申请人:武汉传威光控科技有限公司