光学触控系统及其悬浮判断方法_2

文档序号:8380595阅读:来源:国知局
所述系统光源以相同或不同发光频率相应所述图像传感器121-124的图像获取频率发光,且不同系统光源可根据相关图像传感器的图像获取而不同时发光。
[0051]所述图像传感器121-124例如分别包含CXD图像传感器、CMOS图像传感器或其他光传感器。所述图像传感器121-124用以同时或分时分别获取横跨所述触控面10的图像帧,且所述图像帧较佳包含至少一个反光条图像。当至少一个物体9靠近或接触所述触控面10时,每一个所述图像传感器121-124可获取所述物体9遮蔽其视野范围内相关反光条的图像帧。必须说明的是,图1虽显示所述图像传感器121-124设置于所述触控面10的四个角落,但其并非用以限定本发明。一实施例中,所述光学触控系统I可还包含设置于所述反光条111或113的一侧的两图像传感器。
[0052]请参照图2所示,其显示本发明实施例的光学触控系统的方块示意图。本实施例的光学触控系统I除了所述图像传感器121-124 (此处显示为传感阵列)以外,还可包含计算单元14、判断单元15以及储存单元16。本实施例中,所述计算单元14、判断单元15和储存单元16可以控制晶片实现并以软体、硬体、韧体或其组合的方式实现,并无特定限制。
[0053]如前所述,所述图像传感器121-124用以同时或分时获取并输出图像帧IF1-1F415所述计算单元14用以根据所述图像帧IF1-1F4计算每一个物体的坐标和每一个物体相对每一个图像传感器的操作深度(举例说明于后);也即,所述计算单元14可根据每一个物体相对每一个图像传感器的图像帧分别求得操作深度,例如此时每一个物体可求得4个操作深度。所述判断单元15用以将与每一个物体的坐标所位于的每一个可操作范围相关的图像传感器定义为可操作传感器,累计每一个物体相对相关的可操作传感器的操作深度超过至少一个深度阈值的累计数目,并当所述累计数目超过累计阈值时判断为接触状态;此外,所述判断单元15还可计算光影间距和/或合并光影数,并据此选择和调整所述深度阈值,借以增加判断精确度。所述储存单元16事先储存有至少一个深度阈值、至少一个累计阈值以及每一个图像传感器相对所述触控面10的可操作范围。
[0054]首先,说明所述计算单元14根据所述图像帧IF1-1F4计算每一个物体相对每一个图像传感器的操作深度的方式。请参照图3所示,在开机程序中,每一个图像传感器获取图像帧以作为参考图像帧;其中,所述参考图像帧较佳不包含任何物体图像。若计算所述参考图像帧的每一个行灰阶值之合(sum)或平均,则可得到一维参考灰阶分布(显示为实线);其中,所述一维参考灰阶分布被储存于所述储存单元16中。于操作时,每一个图像传感器获取图像帧以作为目前图像帧;其中,假设所述目前图像帧包含物体图像(如图3中凹部)。同样可通过计算所述目前图像帧的每一行灰阶值之合或平均,以得到一维目前灰阶分布(显示为虚线)。必须说明的是,图3中遮蔽光影外的区域,所述参考灰阶分布和所述目前灰阶分布大致相同,此处为清楚显示而将两分布曲线分离。
[0055]本发明中,物体相对图像传感器的操作深度(cbpth)则可以方程式(I)来计算
[0056]depth=max of (Ri_Ci)/Ri, i=l_n(I)
[0057](I)式中,Ri为参考图像帧的一维参考灰阶分布的每一个灰阶值;Ci为目前图像帧的一维目前灰阶分布的每一个灰阶值;n为图像帧的一维尺寸(此处为列解析度);本发明将操作深度定义为(I)式的最大值而物体位置例如可定义为所述最大值的像素位置。由(O式可知,物体越靠近所述触控面10,操作深度的数值越高;其中,当物体未进入图像传感器的视野内时操作深度为0,而物体接触所述触控面10时操作深度为I。此外,计算所述操作深度时,可利用(I)式计算整个一维灰阶分布的灰阶值;或者,先利用所述一维参考灰阶分布和所述一维目前灰阶分布先计算出遮蔽光影范围后,再利用(I)式计算所述遮蔽光影范围内的灰阶值。必须说明的是,本发明中操作深度的计算方式并不限于利用(I)式来计算,例如一实施例中也可将(I)式中的分母拿掉,仅计算差值。另一实施例中,操作深度可为(I)式对η的平均值。换句话说,所述操作深度可根据参考图像帧和目前图像帧的维灰阶分布求得。
[0058]接着,说明决定每一个图像传感器相对所述触控面10的可操作范围的方式。本发明中,所述可操作范围较佳于光学触控系统I出厂前预先计算并储存于所述储存单元16中。
[0059]请参照图4Α和4Β所示,图4Α显示所述触控面10为非镜面时的操作示意图而图4Β显示所述触控面10为镜面时的操作示意图;其中,此处仅以图像传感器121和反光条113为例说明。其他图像传感器与反光条的操作情形与此类似。
[0060]如图4Α所示,当没有任何物体接近所述触控面10时,所述图像传感器121可获取到所述反光条113整个反光条图像。此处假设系统的可检测最小悬浮高度为Hmin,例如1mm。如(I)式所示,由于计算操作深度时必须使得图像传感器121能够至少获取到一部分反光条图像,当物体9靠近图像传感器121预设距离时,即使所述物体9未碰触所述触控面10,所述图像传感器121可能无法获取到所述反光条113的图像,故所述预设距离内相对所述图像传感器121属于不可操作范围而成为盲区域(blind reg1n)。因此,本发明中,将物体9悬浮于所述可检测最小悬浮高度Hmin时,逐渐靠近所述图像传感器121直到所述图像传感器121无法获取到所述反光条113的图像时的预设距离Dl视为盲区域,并将所述预设距离Dl以外的范围定义为所述图像传感器121的可操作范围。根据图4A可了解,所述预设距离Dl取决于所述可检测最小悬浮高度Hmin和图像解析度;例如,当所述图像传感器121可识别的反光条图像的尺寸越小,则可缩小盲区域的面积。此外,当所述反光条113并非直接设置于所述触控面10上而相距一段距离时,则会增加盲区域的面积。换句话说,盲区域系由系统参数和所述可检测最小悬浮高度决定。
[0061]如图4B所示,为了降低盲区域的面积以增加可操作范围,所述触控面10可使用镜面,因此所述图像传感器121可获取反光条实像113和反光条虚像113'。借此,只要图像传感器121能够获取一部分反光条虚像113',所述计算单元14则能够根据(I)式计算所述操作深度,因此可大幅缩小盲区域的面积以增加可操作范围,即D2〈D1。
[0062]根据上述方法,在所述光学触控系统I出厂前,可针对每一个图像传感器计算可操作范围,如图5A-?所示的斜线区域。图5E显示图5A-?所示的可操作范围同时重叠于所述触控面10的情形。为便于说明,图5E显示盲区域B,当物体位于所述盲区域B时,所有图像传感器121-124均无法检测所述物体的操作状态。因此,在设计时优选使得所述触控面10上不存在任何盲区域。
[0063]请参照图6所示,接着说明所述判断单元15判断物体的操作状态的实施方式。此时假设单一物体PO被所述图像传感器121-124所获取。所述图像传感器121-124分别获取并输出图像帧IF1-1F4至所述计算单元14。
[0064]所述计算单元14则根据所述图像帧IF1-1F4计算所述单一物体PO相对所述触控面10的坐标;其中,根据多个图像传感器所获取的图像帧计算物体的坐标的方式已为已知,例如事先将多个图像传感器的视野范围映射(mapping)成相对所述触控面10的二维空间,则可根据图像帧计算相对所述二维空间的物体坐标。所述计算单元14还根据所述图像IF1-1F4和(I)式计算所述物体PO相对每一个图像传感器121-124的操作深度。所述计算单元14并将所述坐标和所述操作深度信息传送至所述判断单元15。
[0065]所述判断单元15先判断所述坐标是否位于所述图像传感器121-124的可操作范围,例如图6显示所述物体PO的坐标位于所述图像传感器121的可操作范围。请参照图7所示,假设所述判断单元15判断所述物体PO的坐标分别位于所述图像传感器121-123的可操作范围(显示为“Y”)但不位于所述图像传感器124的可操作范围(显示为“N”),因此所述图像传感器121-123相对所述物体PO被定义为可操作传感器而所述图像传感器124相对所述物体PO不被定义为可操作传感器。
[0066]接着,所述判断单元15比较所述物体PO相对每一个图像传感器121-123的操作深度与预存于所述储存单元16的深度阈值THO (相对所述图像传感器124的操作深度不进行比较),此处假设所述判断单元15求得所述物体PO相对所述图像传感器121、123的操作深度超过所述深度阈值THO (显示为“Y”)而相对所述图像传感器122的操作深度小于所述深度阈值THO (显示为“N”)。因此,所述判断单元15可用以
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