光学触控系统及其物件位置的判断方法
【专利摘要】本发明提供一种光学触控系统及其物件位置的判断方法，其中光学触控系统至少包括一深度图像传感器以及一触控平面，深度图像传感器的感测范围涵盖触控平面。该判断方法包括下列步骤：首先，于深度图像传感器检测到有一物件时，通过深度图像传感器取得物件的一图像信息，其中图像信息包括物件相对于深度图像传感器的一角度信息以及一深度信息。接着，依据角度信息以及深度信息，判断物件的位置是否落在触控平面之内。通过本发明，无须在触控平面加装边条，可减少成本，使组装上更为容易，也可以避免边条脱落或歪斜的问题。
【专利说明】光学触控系统及其物件位置的判断方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种光学触控系统及其物件位置判断方法，特别是有关于一种可用于不具有边条的触控平面的光学触控系统及其物件位置判断方法。
【背景技术】
[0002]近年来，由于可以使用触控输入操作指令的设备越来越多，在一些电子装置中，例如智能型手机(smart phone)、个人数字助理(PDA)、平板电脑(TabletPC)或超便携电脑(UMPC，Ultra Mobile PC)等，都配置有一个可以直接触控的触控式显示装置(touchscreen)，可用触控的操作方式以当作主要的输入装置。触控式显示装置结合一光学式触控系统，其具有包括至少一维的感应器的触摸式表面，用以检测物件，如手指或触控笔等在其表面上的接触与移动。目前的光学式触控系统，较常见的有遮断式与反射式两种。遮断式的光学式触控系统是在触控屏幕的边缘装上反射边条，使其发射光线时，能利用边条的反射让光线布满整个触控屏幕，在其镜头看来整个触控屏幕都是亮的。对遮断式的光学式触控系统而言，当一物件例如手指放在触控屏幕上的某个位置时，该位置的光线会被手指挡住，手指在镜头上会成为一个亮度降低的区域，之后找到此亮度降低的区域便能找出手指的位置。反射式的光学式触控系统是在触控屏幕的边缘装上吸光或散光边条，使其发射光线时，碰到边条的光线会被吸收或散射，在镜头看来整个触控屏幕都是暗的。对反射式的光学式触控系统而言，当手指放在触控屏幕上，手指会反射光线，而反射后的光线会被镜头接收，因此手指在镜头上会成为一个亮度提升的区域，之后找到此亮度提升的区域便能找出手指的位置。
[0003]然而，前述两种光学式触控系统都必须使用边条，除了增加成本之外，也增加了组装上的复杂度。再者，边条固定的技术目前多与触控平面胶合，因此容易产生边条脱落或歪斜的问题，影响物件位置的判断。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供一种光学触控系统及其物件位置的判断方法，可用于不具边条的触控平面上进行物件位置的判断。
[0005]本发明实施例提供一种物件位置的判断方法，适用于一光学触控系统，其中该光学触控系统至少包括一深度图像传感器(depth image sensor)以及一触控平面,该深度图像传感器的感测范围涵盖该触控平面。方法包括于该深度图像传感器检测到有一物件时，通过该深度图像传感器取得该物件的一图像信息，其中该图像信息包括该物件相对于该深度图像传感器的一角度信息以及一深度信息。方法更包括依据该角度信息以及该深度信息，判断该物件的位置是否落在该触控平面之内。
[0006]本发明实施例另提供一种光学触控系统，其包括一深度图像传感器、一触控平面、以及一处理电路。深度图像传感器提供相应一物件的图像信息，其中图像信息包括物件相对于深度图像传感器的一角度信息以及一深度信息。深度图像传感器的感测范围涵盖触控平面。处理电路用以于深度图像传感器检测到有物件时，通过深度图像传感器取得物件的图像信息，并依据图像信息中的角度信息以及深度信息，判断物件的位置是在触控平面之内或在触控平面之外。
[0007]本发明上述方法可以通过程序码方式存在。当程序码被机器载入且执行时，机器变成用以实行本发明的装置。
[0008]通过本发明，无须在触控平面加装边条，可减少成本，使组装上更为容易，也可以避免边条脱落或歪斜的问题。
[0009]为使本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0011]图1是依据本发明实施例的光学触控系统的示意图；
[0012]图2是一依据本发明实施例的光学触控系统的配置示意图；
[0013]图3是依据本发明实施例的深度图像传感器所撷取到的物件的图像信息的一示意图；
[0014]图4是依据本发明实施例的最大深度信息的取得方式的示意图；
[0015]图5是一依据本发明实施例的物件位置判断方法的流程图；
[0016]图6是依据本发明另一实施例的物件位置的判断方法的流程图；
[0017]图7A是依据本发明实施例的物件分别放在不同位置所对应的触碰点的示意图；
[0018]图7B是图7A左边的深度图像传感器取得的图像信号的示意图。
[0019]附图标记
[0020]100"光学触控系统；
[0021]110、110’~深度图像传感器；
[0022]120-触控平面；
[0023]122、124、126、128~边缘；
[0024]IndexA、IndexB、Θ、Max~角度；
[0025]O、O’ ~物件；
[0026]130~处理电路；
[0027]140"存储单元；
[0028]S502-S504~步骤；
[0029]S602-S61(T 步骤；
[0030]710、720、730~手指； [0031]D印thmax~最大深度数据曲线。
【具体实施方式】[0032]图1显示依据本发明实施例的光学触控系统100的示意图。依据本发明实施例的光学触控系统100可以适用于一电子装置，如个人数字助理、个人数字助理手机、智能型手机、移动电话、移动上网装置、或迷你笔记本电脑、平板电脑、车用电脑、数码相机、多媒体播放器、游戏装置或任何类型的移动计算装置，然而，应理解的是，本发明并不限于此。举例来说，于一实施例中，光学触控系统100可作为一平板电脑的触控输入装置，用以进行各项触控输入与操作，但不限于此。光学触控系统100至少包括一深度图像传感器110、一触控平面120、一处理电路130以及一存储单元140。深度图像传感器110 (例如:一深度摄影镜头(Depth Camera))可于检测到一物件例如手指或触控笔等等时，产生相应该物件的图像信息，其中图像信息可包含物件所在位置的触控点相对于深度图像传感器110的角度信息以及其触控点相对于深度图像传感器110的一深度信息，其中，可通过该深度信息算出表示物件的位置与深度图像传感器110之间的距离。触控平面120是结合一触碰感应装置(未显示)的屏幕。触碰感应装置具有包括至少一维的感应器的触摸式表面，用以检测物件，如手指或触控笔等在其表面上的接触与移动。举例来说，触控平面120为不具有边条的一触控面板的上表面所形成的感测区域。触控平面120亦可以显示相关数据、与相关图示与界面等。
[0033]请参见图2，是显示一依据本发明实施例的光学触控系统100的配置示意图。如图2所示，触控平面120为由四个边122-128所围起来的一矩形区域，而深度图像传感器110是设置在两相邻的边122与128所形成的角落，深度图像传感器110具有从O度到最大值Max的角度(例如:110度)的一可视角度，任何在深度图像传感器110的可视角度内出现的物件都会被深度图像传感器110进行检测并撷取相关的图像信息。其中，图像信息可包含物件所在位置的触控点相对于深度图像传感器110的角度信息以及其触控点相对于深度图像传感器110的一深度信息，角度信息具有一角度值，其角度值是表示物件所在位置的触控点相对于深度图像传感器110的角度，亦即，从深度图像传感器110的O度起算的角度。如图2所示，对于物件O而言，其所在位置相对于深度图像传感器110的角度值为O度与线段129之间的夹角O。举例来说，假设夹角Θ为50度时，则物件O所在位置相对于深度图像传感器110的角度值即为50度。类似地，深度信息具有一深度值，可藉深度值估算出物件所在的位置与深度图像传感器110之间的距离。于一些实施例中，深度值是以深度图像传感器110所撷取到的物件的图像信息中的峰值光强度来表示其距离，强度愈高表示深度值越小，因此深度图像传感器110与物件两者之间的距离越近；相反地，强度愈低表示深度值越大，因此两者之间的距离越远。参见图3，是显示由深度图像传感器110所撷取到的物件O的图像信息的一示意图，其中横轴“角度”表示物件O相对于深度图像传感器110的角度值，而纵轴“深度”表示物件O相对于深度图像传感器110的深度值。由图3可知，物件O的角度值为O，深度值为D，这两个值可用于后续的位置判断。处理电路130可用以执行本案的物件位置的判断方法。另外，如图2所示，于一实施例中，可在两相邻的边126与128所形成的角落，亦即，与深度图像传感器110所在的角落相邻的角落，设置另一深度图像传感器110’来同时对物件O进行检测，使得处理电路130可同时利用两个深度图像传感器110与110’的图像信息来进一步得到物件所在位置的坐标。详细的物件位置判断方法将介绍于下。存储单元140 (例如:一存储器)可用以储存相关的数据，例如:一既定角度范围数据以及最大深度数据曲线等等，但不限于此。其中，既定角度范围数据小于深度图像传感器110的可视角度，最大深度数据曲线表示既定角度范围内每个角度所对应的最大深度值，亦即每个角度上物件O与深度图像传感器110的最远距离。其中，既定角度范围的取得方式是事先将物件O放在触控平面120的不同边缘，让存储单元140记录/储存深度图像传感器Iio在边缘时的角度范围，而取得既定角度范围。由于深度图像传感器110的取像范围的可能角度超过触控平面，因此能限制角度不在既定角度范围内的触控点是位于触控平面之外。举例来说，如图2所示，可将物件O放在触控平面120的边缘122与128分别取得一下限值IndexA与一上限值IndexB,则既定角度范围即为下限值IndexA与上限值IndexB之间的角度。假设物件所在位置的触控点在此既定角度范围之外的，即判断位于触控平面外，而在此既定角度范围内的触控点，即判断可能位于触控平面之内。
[0034]类似地，最大深度信息的取得方式是先在触控平面120的各个边缘输入触控点，记录深度图像传感器Iio所撷取到的各角度在触控平面120上最远的距离的深度值并储存于存储单元140中。由于在深度图像传感器110的图像中，同一角度上有很多触控点，但距离各不同，因此只要记录边缘位置的触控点的最远距离，就知道同角度上较近距离的触控点位于触控平面内，如图4所示。如图4所示，中间的触控点O和右下角边缘的触控点O’位于相同角度，但右下角的触控点O’距离深度图像传感器110较远。因此只要在此角度上的物件位置所对应的触控点，其距离小于右下角的触控点O’的距离，可判定其位置位于触控平面120之内。
[0035]图5显示一依据本发明实施例的物件位置判断方法的流程图，用以决定一物件的位置是否落在触控平面之内。依据本发明实施例的物件位置判断方法可以适用于一光学触控系统(例如:图1的光学触控系统100)，其中光学触控系统可应用于一电子装置，如电视机、台式电脑等，或便携式装置，如个人数字助理、智能型手机、移动电话、移动上网装置、或迷你笔记本电脑、平板电脑等的手持式装置。于此实施例中，光学触控系统包括不具边条的触控平面。
[0036]首先，如步骤S502，深度图像传感器110检测到一物件例如手指的触碰事件，于是通过深度图像传感器Iio产生相应物件的图像信息至处理电路130，其中图像信息中包括物件所在位置的触控点相对于深度图像传感器110的角度信息以及其触控点相对于深度图像传感器110的一深度信息。其中，如前述，角度信息具有一角度值且深度信息具有一深度值。
[0037]当处理电路130接收到深度图像传感器110所产生的相应物件的角度信息以及深度信息之后，如步骤S504，处理电路130便依据角度信息以及深度信息，判断物件是落在触控平面120之内或落在触控平面120之外。
[0038]于一实施例中，处理电路130依据角度信息以及深度信息，判断物件是落在触控平面120之内或落在触控平面120之外的步骤是依据存储单元140中所事先记录的对应于触控平面120的一既定角度范围、一最大深度信息以及前述的角度信息以及深度信息来判断物件是否落在触控平面120之内。其中，既定角度范围的取得方式是事先将物件放在触控平面120的不同边缘时，让存储单元140记录深度图像传感器110在边缘时的角度范围，而取得既定角度范围。如图2所示，介于角度下限值IndexA与上限值IndexB之间的角度即可为既定角度范围，在此既定角度范围之外的触控点，即判断位于触控平面外，而在此既定角度范围内，即判断可能位于触控平面之内。举例来说，假设IndexA为10度且IndexB为100度时，则若物件所对应的角度信息表示小于10度的角度或大于100度的角度时，便可判定物件的位置为在既定角度范围之外的位置，即判断其位置位于触控平面之外。反之，若物件所对应的角度信息表示介于10度与100度之间的角度时，则物件的位置可能落在触控平面之内，也可能落在触控平面之外，需要进一步利用深度信息来进行确认。
[0039]图6显示依据本发明另一实施例的物件位置的判断方法的流程图，用以依据深度图像传感器110所撷取到的图像中所包括的角度信息以及深度信息，判断物件的位置是落在触控平面120之内或落在触控平面120之外。
[0040]首先，如步骤S602，处理电路130判断角度信息中所表示的角度值是否在既定角度范围内。举例来说，假设既定范围为10度至100度的角度时，则处理电路130判断角度信息中所表示的角度是否在既定角度范围内即判断角度信息的角度值是否表示10度至100度之间的角度。
[0041]当角度信息表示的角度值并非落在既定角度范围内的角度时(例如:角度信息表示的角度小于10度或大于100度时)(步骤S602的否)，表示物件的位置并非落在触控平面上，因此，如步骤S604，处理电路130便直接判定物件的位置是落在触控平面之外。因此，处理电路130可删除此物件的相应触控点的信息，无须再进一步的运算。
[0042]当角度信息表示的角度值是落在既定角度范围内的角度时(例如:角度信息表示的角度大于10度且小于100度时)(步骤602的是)，表示物件的位置可能落在触控平面之内，如步骤S606，于是接着处理电路130判断相应物件的深度信息中所表示的深度值是否小于或等于对应角度信息的一最大深度值。其中对应此角度值的最大深度值可以由存储单元140的前述最大深度数据曲线中获得。
[0043]当深度信息中所表示的深度值大于对应角度信息的最大深度值时(步骤S606的否)，表示物件所在的位置落在触控平面之外，因此，如步骤S608，处理电路130便判定物件的位置系落在触控平面之外。类似地，处理电路130可于判定物件的位置是落在触控平面之外时，进一步删除相应此物件的位置的触控点的信息。
[0044]当深度信息中所表示的深度值小于或等于对应角度信息的角度值的最大深度值时(步骤S606的是)，表示物件所在的位置落在触控平面之内，于是，如步骤S610，处理电路130判定物件的位置是落在触控平面之内。之后，处理电路130便输出或储存表示此物件所在位置的触控点的相关信息至一装置以进行后续处理。举例来说，参见图2，处理电路130可利用设置在触控平面的一边缘角落的深度图像传感器110所得到的角度信息与深度信息与设置在触控平面的另一角落的另一深度图像传感器110’所得到的角度信息与深度信息通过一些演算法如数学函数例如三角函数或三角定位方法等来计算出物件在触控平面的坐标，进而执行一对应的动作。
[0045]也就是说，只有当相应物件的角度信息表示既定角度范围内的角度且其深度信息表示的深度值小于或等于最大深度值时，处理电路130才会判定物件的位置是落在触控平面之内。因此，可通过前述的简单流程来判断出物件的位置是否落在触控平面之内，进而过滤出需要进一步计算的物件的位置的触控点，可减少不必要的计算，加速运算的速度。
[0046]以下列举一实施例，用以辅助说明依据本发明的物件位置判断方法如何判断一物件(例如:手指或触控笔等等)是否落在触控平面之内的细节，但本发明并不限于此。
[0047]请参见图7A，图7A是显示依据本发明实施例的物件分别放在不同位置所对应的触碰点的示意图。如图7A所示，分别表示三个手指710、720、730分别放在三个不同位置所对应的触碰点。于此实施例中，假设以左边的深度图像传感器110取得的图像信号为例，而既定角度范围是介于下限值IndexA与上限值IndexB之间的角度。图7B是显示图7A左边的深度图像传感器110取得的图像信号的示意图，其中，横轴的“角度”表示物件的位置所在的触控点相对于深度图像传感器A的角度，其方向由左起算为O度，而纵轴的“深度(Depth) ”表示物件的位置所在的触控点在深度图像传感器110的图像中的强度，其中强度越高代表距离越近(深度越浅)，反之强度越低代表距离越远。参见图7B，于此实施例中，O与角度范围的下限值Index A之间的角度以及大于角度范围的下限值IndexB的角度是位于触控平面之外，最接近深度图像传感器110的手指710，其强度最强，深度值最小；次接近深度图像传感器110的手指720，强度次之，深度值次之；距离深度图像传感器110最远的手指730,强度最弱,深度值最大。也就是说,只有介于Index A与Index B之间的角度才判断可能位于触控平面内。参见图7B，由于手指710的图像的角度值是非落在该既定角度范围之内，处理电路130可判断出手指710的位置位于触控平面之外，故删除手指710所对应的触控点的信息。
[0048]最大深度数据曲线D印th_代表既定角度范围内的各角度中，在触控平面内的最小强度(最大深度信息)，也就是在触控平面内最远的距离。因此，如图7B所示，手指720的强度大于此角度的最小强度，表示手指720与深度图像传感器110的距离比最远距离还近，故处理电路130可据此深度信息判定手指720的位置是在触控平面之内，而手指730虽然在既定角度范围之内，但其强度小于此角度的最小强度，表示手指730与深度图像传感器110的距离比最远距离还远，故处理电路可据此判定手指730的位置是在触控平面之外。
[0049]因此，依据本发明的光学触控系统及其物件位置的判断方法，可利用深度图像传感器所提供的深度信息以及配合简易的边界限制，便能达到不需使用边条的技术，因此其触控平面无须加装边条，可减少成本，组装上更为容易。再者，由于触控平面无须加装边条，因此也不会发生边条脱落或歪斜的问题。
[0050]本发明的方法，或特定型态或其部份，可以以程序码的型态存在。程序码可以包含于实体媒体，如软盘、光盘、硬盘、或是任何其他机器可读取(如计算机可读取)存储媒体，亦或不限于外在形式的计算机程序产品，其中，当程序码被机器，如计算机载入且执行时，此机器变成用以参与本发明的装置。程序码也可通过一些传送媒体，如电线或电缆、光纤、或是任何传输型态进行传送，其中，当程序码被机器，如计算机接收、载入且执行时，此机器变成用以参与本发明的装置。当在一般用途处理单元实作时，程序码结合处理单元提供一操作类似于应用特定逻辑电路的独特装置。
[0051]虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的为准。
【权利要求】
1.一种物件位置的判断方法，适用于一光学触控系统，其特征在于，所述光学触控系统至少包括一深度图像传感器以及一触控平面，所述深度图像传感器的感测范围涵盖所述触控平面，所述的物件位置的判断方法包括下列步骤: 于所述深度图像传感器检测到有一物件时，通过所述深度图像传感器取得所述物件的一图像信息，其中所述图像信息包括所述物件相对于所述深度图像传感器的一角度信息以及一深度信息；以及 依据所述角度信息以及所述深度信息，判断所述物件的位置是否落在所述触控平面之内。
2.根据权利要求1所述的物件位置的判断方法，其特征在于，所述角度信息具有一角度值以及所述深度信息具有一深度值且所述依据所述角度信息以及所述深度信息，判断所述物件的位置是否落在所述触控平面之内的步骤更包括: 判断所述角度信息的所述角度值是否落在一既定角度范围内； 当判定所述角度值非落在所述既定角度范围之内时，判定所述物件的位置落在所述触控平面之外；以及 当判定所述角度值落在所述既定角度范围之内时，判断所述深度信息的所述深度值是否小于或等于一既定深度值。
3.根据权利要求2所述的物件位置的判断方法，其特征在于，所述物件位置的判断方法更包括: 当所述深度信息的所述深度值小于或等于所述既定深度值时，判定所述物件的位置落在所述触控平面之内；以及 当所述深度值大于所述既定深度值时，判定所述物件的位置落在所述触控平面之外。
4.根据权利要求3所述的物件位置的判断方法，其特征在于，所述物件位置的判断方法更包括于判定所述物件的位置落在所述触控平面之内时，储存或输出相应所述物件的一触控点的信息。
5.根据权利要求3所述的物件位置的判断方法，其特征在于，所述物件位置的判断方法更包括于判定所述物件的位置落在所述触控平面之外时，删除相应所述物件的一触控点的信息。
6.根据权利要求2所述的物件位置的判断方法，其特征在于，所述既定深度值等于所述物件相对于所述深度图像传感器的角度为所述角度信息的所述角度值时于所述触控平面上的一最大深度值。
7.根据权利要求2所述的物件位置的判断方法，其特征在于，所述深度图像传感器设置于所述触控平面的相邻两边缘且所述既定角度范围等于所述触控平面的所述相邻两边缘所形成的一夹角的一角度范围，其中所述角度范围小于所述深度图像传感器的一可视角度。
8.一种光学触控系统，其特征在于，所述光学触控系统包括: 一深度图像传感器，提供相应一物件的图像信息，其中所述图像信息包括所述物件相对于深度图像传感器的一角度信息以及一深度信息； 一触控平面，其中所述深度图像传感器的感测范围涵盖所述触控平面；以及 一处理电路，用以于所述深度图像传感器检测到有所述物件时，通过所述深度图像传感器取得所述物件的所述图像信息，并依据所述图像信息中的所述角度信息以及所述深度信息，判断所述物件的位置在所述触控平面之内或在所述触控平面之外。
9.根据权利要求8项所述的光学触控系统，其特征在于，所述角度信息具有一角度值以及所述深度信息具有一深度值且所述处理电路依据所述角度信息以及所述深度信息，判断所述物件的位置是否落在所述触控平面之内是判断所述角度信息的所述角度值是否落在一既定角度范围内，当判定所述角度值非落在所述既定角度范围之内时，所述处理电路判定所述物件的位置落在所述触控平面之外，而当判定所述角度值落在所述既定角度范围之内时，所述处理电路判断所述深度信息的所述深度值是否小于或等于一既定深度值。
10.根据权利要求9所述的光学触控系统，其特征在于，所述处理电路于所述深度信息的所述深度值小于或等于所述既定深度值时，判定所述物件的位置落在所述触控平面之内，而所述处理电路于所述深度值大于所述既定深度值时，判定所述物件的位置落在所述触控平面之外。
11.根据权利要求10所述的光学触控系统，其特征在于，所述处理电路更于判定所述物件的位置落在所述触控平面之内时，储存或输出相应所述物件的一触控点的信息。
12.根据权利要求10所述的光学触控系统，其特征在于，所述处理电路更于判定所述物件的位置落在所述触控平面之外时，删除相应所述物件的一触控点的信息。
13.根据权 利要求8所述的光学触控系统，其特征在于，所述物件为手指或触控笔。
【文档编号】G06F3/042GK103809817SQ201210475580
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月21日 优先权日:2012年11月13日
【发明者】谢升宪, 黄博亮, 魏守德, 林瑞建 申请人:纬创资通股份有限公司