专利名称：一种基于波动检测的触摸屏及其实现方法
技术领域：
本发明涉及一种触摸屏，具体来说涉及一种基于波动检测的触摸屏及其实现方法。
背景技术：
触摸屏(touch screen)又称为“触控屏”、“触控面板”，作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式，并且触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点，随着科技的不断进步和发展，到目前为止，触摸屏已经是一项很成熟的技术，并且其应用非常广泛，主要应用于公共信息的查询、领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。由于触摸屏的直观和便捷等优点，在现代计算机应用中，其使用越来越普遍。目前小到智能手机，大到电子白板，都广泛使用触摸屏技术。触摸屏技术有多种，基本要求是可以用手指或类似形状的物体进行屏幕输入操作，即定位指尖坐标并检测其点击、滑动等动作。目前市场上触摸屏类型主要有三种，电容触摸屏、压感触摸屏和红外边框定位触摸屏等。各种类型的触摸屏都有其优点，也有其固有的缺点，如压感式触摸屏需要在硬质实体白板上添加压感膜，成本较高，易于损坏，不能修复；红外边框式触摸屏易于受到光干扰，且大尺寸时成本高、分辨率较低；电容触摸屏在大尺寸时成本迅速升高，目前只应用于小型便携产品上，因此，迫切的需要一种新的触摸屏来解决上述存在的技术问题。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的技术问题提供一种结构简单，并且可以实现大尺寸、低成本，易维护、可靠性高的触摸屏以及实现触摸屏的方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种基于波动检测的触摸屏，包括显示器，其特征在于，所述触摸屏还包括设置在显示器上方并对显示器表面进行拍摄的摄像头，所述显示器的屏幕边缘或边框或壳体上设置有波动检测单元，所述波动检测单元用来检测产生于所述显示器屏幕表面的机械波动，它的核心器件是传感器，所述传感器连接检测电路，所述摄像头附近靠近显示器中心一侧设置有均匀发光并照射在显示器表面的发光器。为了避免可见光影响，特别是显示画面的影响，上述的发光器件为红外发射管，上述摄像头内部安装有透过相应红外线的滤光片。其工作原理是，当手指进入摄像头拍摄的屏幕范围内时，通过对摄像头图像的分析，可以取得指尖的位置；当手指接触屏幕或在屏幕上滑动时，将产生机械波，而此波动将在显示器结构体上传播，并通过波动检测单元被检测，产生触摸状态信息。上述两种信息都传输到计算机或处理电路，综合这两种信息，可以同时实现定位和触摸检测，从而实现触摸屏功能。上述显示器可以是液晶显示器等平板显示器，也可以是实体投影白板、投影屏幕等投影显示装置。另外，图像可以在计算机中进行处理，也可以采用专用硬件处理电路进行处理，这样可降低计算机负荷，减少通信数据量，便于无线传输。作为本发明的一种改进，所述触摸屏中的波动检测单元还包括隔音罩，所述隔音罩设置于传感器的外部，并将传感器封闭于它与显不器结构体之间，隔音罩将传感器与外界空气隔离。设置隔音罩的目的是为了最大限度的减少外界声音的干扰，便于提高检测的灵敏度。 作为本发明的一种改进，所述触摸屏中的显示器的表面可以安装硬质和有表面毛糙的触摸面板，从而保护显示器，同时加强波动的产生，提高触摸检测可靠性。采用了触摸面板后，波动检测单元可以安装在触摸面板上。作为本发明的一种改进，所述传感器设置为压电陶瓷材料制成的部件。压电陶瓷对振动检测灵敏，对空气声音振动相应较低，并且成本较低，因此，非常适合在本发明中用来作为传感器。所述波动检测单元的数量至少为一个。为了提高检测的灵敏度，波动检测单元的数量可以设置有多个，分别安装于显示器的不同位置。作为本发明的一种改进，所述触摸屏设置为用于投影显示的实体硬质白板，所述触摸屏还包括支架，通过支架来安装摄像头，波动检测单元安装于所述实体白板的背面。所述实体白板表面选择具有一定皮纹的材质，从而当手指接触其表面并滑动时，有较强的机械波产生，便于触摸检测。作为本发明的一种改进，所述波动检测单元的安装于硬质壳体内，壳体底部安装有磁铁。利用磁铁将所述波动检测单元吸附在显示器铁质结构件上，方便安装。作为本发明的一种改进，所述波动检测单元连连接到一个发光管，当有任何一个波动检测单元检测到波动时，驱动此发光管发光。所述发光管安装在能被所述摄像头捕捉到的位置。从而通过摄像头图像的分析即可了解是否有触摸动作。一种实现触摸屏方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤，I)图像摄取，在发光器件的照射下，通过摄像头采集显示器中的图像，将采集的图像传输到计算机或处理电路；2)将上述输出图像进行分析，取得触摸位置；3)检测显示器表面产生的波动，将信号进行放大，进行幅度比较，如果大于某一阈值则输出特定电平表示触摸状态；4)将所述波动检测的输出结果和图像分析取得的触摸位置数据同时输入计算机，5)根据上述数据决定触摸动作。作为一种改进，可以将触摸状态用发光管发光表示，并通过摄像头进行读取。相对于现有技术，本发明的优点如下I)该技术方案结构简单，并且可以实现大尺寸、低成本，易维护、可靠性高的触摸屏；2)提高了检测的灵敏度，由于采用正面图像采集，避免了现有技术如红外边框技术中侧向光线干扰的问题，特别是没有屏幕表面反射造成的干扰问题；3)可以采用单摄像头，特别是廉价的USB摄像头，电路简化，安装简单，成本低；4)对触摸屏电子白板平整度要求较低，降低了白板成本，提高了可靠性，进一步降低的成本开支；5)利用高分辨率的摄像头，可以实现大面积、高分辨率的电子触摸白板。
图1为本发明实施例1结构示意 图2为本发明另一种实施例结构不意图。
图中1为显示器，2为摄像头，3为红外发射管，4为波动检测单元，5为隔音罩，6为触摸面板，7为硬质实体白板,8为支架。
具体实施例方式为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图和具体实施方式
对本发明做出进一步的说明和介绍。实施例1 :
参见图1，一种基于波动检测的触摸屏，所述触摸屏包括显示器1，它是一种平板显示器，如液晶显示器；设置在显示器I前上方并对显示器屏幕进行拍摄的摄像头2，所述摄像头2可以采用普通的USB摄像头，其图像可以直接通过USB接口传输到计算机进行图像分析；所述显示器I的表面设置有触摸面板6，其可以设置为硬质的表面毛糙的板，如毛面钢化玻璃板；触摸面板6的四角处均设置有用来检测波动信号的的波动检测单元4，其中包括传感器；所述摄像头附近设置有红外发射管3，红外发光管设置为850nm的红外LED，红外发射管安装在摄像头附近，且靠近屏幕中心一侧，从而有利于指尖处形成阴影和明显的边界线，便于尖端检测。所述的波动检测单元中的传感器连接信号放大器以及比较电路，当波动达到一定强度时，其输出高电平，否则输出低电平。检测电路的输出也通过一个接口传输到计算机。本实施例中，通过运行于计算机内的软件，实时地读取U S B摄像头的图像，同时读取波动检测输出值，当波动检测输出为I时，对图像进行分析，取得指尖位置，进而向操作系统发送相应消息，实现触摸操作。本实施例中引入了触摸面板6，所述波动检测单元安装于触摸面板6的边缘位置，这是一种改进措施，不但可以保护显示器表面，也可以提高手指触摸产生波动的效果。如果显示器表面材料满足要求，也可以不用触摸面板，这时可以将波动检测单元安装在显示器的边框上利于检测到波动的位置。本实施例中所述的传感器设置为压电陶瓷材料制成的部件。压电陶瓷具有对机械振动响应较好而对空气声音响应较弱的特点，因此是较佳的传感器选择，并且成本较低。实施例2
参见图1，作为本发明的一种改进，所述触摸屏的波动检测单元还包括隔音罩5，所述隔音罩设置于所述传感器的外部，并将传感器封闭于其内部，隔音罩将振动传感器与外界空气隔离。设置隔音罩的目的是为了最大限度的减少外界声音的干扰，提高检测的灵敏度。其余结构和优点与实施例1完全相同。实施例3
参见图2，作为本发明的另一种实施形式，所述触摸屏是一个实体硬质白板，可以用于投影显示，还包括支架8，通过支架8来安装摄像头2，波动检测单元4安装于所述实体白板的背面。其余结构和优点与实施例1完全相同。传感器仍然使用压电陶瓷器件，每个所述压电陶瓷器件靠近接入一个信号放大器和比较器，构成波动检测单元。可以设置I个波动检测单元，也可以设置多个同样的波动检测单元，实现高灵敏的触摸检测。所述实体白板表面选择具有一定皮纹的材质，从而当手指接触其表面并滑动时，有较强的机械波产生，便于触摸检测。
实施例4
作为本发明的一种改进，可以将所述波动检测单元驱动一个红外发射管，当有任何一个波动检测单元检测到波动时，驱动此红外发射管发光。将所述红外发射管安装在能被摄像头2捕捉到的位置。通过对摄像头2的图像的分析即可了解是否有触摸动作。这样，特别是在采用普通USB摄像头时，可以不需任何接口电路或对USB摄像头电路作任何改动，即可实现本发明的目的。实施例5
作为本发明的一种改进，将所述波动检测单元安装于硬质壳体内，壳体底部安装有磁铁，特别是当显示器为表面有铁质板材的实体白板时，可以利用磁铁将所述波动检测单元吸附在所述白板的背面，并通过导线连到相应电路，达到方便安装的目的。实施例6
参见图1，一种实现触摸屏方法，所述方法包括以下步骤，I)图像摄取，在发光器件的照射下，通过摄像头采集显示器中的图像，将采集的图像传输到计算机或处理电路；2)将上述输出图像进行分析，取得触摸位置；3)检测显示器I表面产生的波动，将信号进行放大，进行幅度比较，如果大于某一阈值则输出特定电平表示触摸状态；4)将所述波动检测的输出结果和图像分析取得的触摸位置数据同时输入计算机，5)根据上述数据决定触摸动作，可以将触摸状态用发光管发光表示，并通过摄像头2进行读取。需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上，所作出的等同替换或者替代，均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于波动检测的触摸屏，包括显示器，其特征在于，所述触摸屏还包括设置在显示器上方并对显示器表面进行拍摄的摄像头，所述显示器的屏幕边缘或边框或壳体上设置有波动检测单元，所述波动检测单元用来检测产生于所述显示器屏幕表面的机械波动，所述波动检测单元包括传感器，所述传感器连接检测电路，所述摄像头附近靠近显示器中心一侧设置有均匀发光并照射在显示器表面的发光器。
2.根据权利要求1所述的一种基于波动检测的触摸屏，其特征在于，所述的发光器件为红外发射管，所述摄像头内部安装有透过其红外线的滤光片。
3.根据权利要求1所述的一种基于波动检测的触摸屏，其特征在于，所述波动检测单元还包括隔音罩，所述隔音罩设置于传感器的外部，并将传感器封闭于其内部。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于波动检测的触摸屏，其特征在于，在所述显示器表面安装有触摸面板，所述触摸面板设置为表面毛糙的硬质板，所述波动检测单元安装于所述触摸面板的边缘。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种基于波动检测的触摸屏，其特征在于，所述波动检测单元内的传感器设置为压电陶瓷材料制成的部件；所述波动检测单元的数量至少为一个，分布于显示器边框或壳体结构的不同位置。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种基于波动检测的触摸屏，其特征在于，所述触摸屏设置为用于投影显示的实体硬质白板，所述触摸屏还包括支架，通过支架来安装摄像头，波动检测单元安装于所述实体白板的背面。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种基于波动检测的触摸屏，其特征在于，所述波动检测单元安装于硬质壳体内，壳体底部安装有磁铁。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种基于波动检测的触摸屏，其特征在于，所述波动检测单元连接到发光管，当波动检测单元检测到波动时，驱动此发光管发光，所述发光管安装在能被所述摄像头捕捉到的位置。
9.一种采用如上述权利要求所述设备实现触摸屏方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤，I)图像摄取，在发光器件的照射下，通过摄像头采集显示器中的图像，将采集的图像传输到计算机或处理电路；2)将上述输出图像进行分析，取得触摸位置；3)检测显示器表面产生的波动，将信号进行放大，进行幅度比较，如果大于某一阈值则输出特定电平表示触摸状态；4)将所述波动检测的输出结果和图像分析取得的触摸位置数据同时输入计算机，5)根据上述数据决定触摸动作。
10.根据权利要求9所述的实现触摸屏方法，其特征在于，将触摸状态用发光管发光表示，并通过摄像头进行读取。
全文摘要
本发明涉及一种基于波动检测的触摸屏，其特征在于，所述触摸屏包括显示器，设置在显示器前上方并对显示器屏幕进行拍摄的摄像头,所述显示器的表面设置有触摸面板，触摸面板上设置有用来检测波动的传感器，所述摄像头附近靠近显示器中心一侧设置有红外发射管，所述触摸屏还包括隔音罩，所述隔音罩设置于传感器的外部，并将传感器封闭于其内部。该技术方案具有如下优点，1)结构简单，并且该触摸屏具有大尺寸，易维护，可靠性高的优点；2)提高了检测的灵敏度；3)可以采用单摄像头，特别是廉价的USB摄像头，电路简化，安装简单，成本低。
文档编号G06F3/041GK103019452SQ201210572970
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者白如斌, 甄炜明 申请人:江苏天绘智能科技有限公司