一種適用于光學觸摸板的自適應三點識別方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種適用于光學觸摸板的自適應三點識別方法，包括以下步驟：步驟1，在無觸點時，獲取觸摸板表面的背景序列；步驟2，在有觸點按下時，識別觸點的數量、位置坐標及半徑；步驟3，三點觸控模式下，去除假點；步驟4，將觸點的位置坐標轉為直角坐標，得到觸摸坐標。該方法可根據周圍環(huán)境的變化自動調整照明LED亮度并自動保存背景序列，實現自適應控制。運行此方法的觸摸板可支持三點觸摸以及單擊、雙擊、平移、按壓、滾動以及旋轉等不同手勢，實現友好的人機交互。
【專利說明】
一種適用于光學觸摸板的自適應三點識別方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種人機交互技術領域，特別是一種適用于光學觸摸板的自適應三點 識別方法。
【背景技術】
[0002] 隨著計算機的普及，使用電腦收集信息，展示成果已成為一種時尚。光學觸摸板作 為一種不同于現有的電容、電阻和紅外等觸摸技術的最新方案，以其易于使用、大尺寸應 用、反應速度快、節(jié)省空間等優(yōu)點，使其越來越受歡迎。
[0003] 三點觸控方式是指在單一顯示界面上進行單點、雙點或三點的多用戶的交互操 作，摒棄了鍵盤、鼠標的單點操作方式。用戶可通過雙手進行三點觸摸和單擊、雙擊、平移、 滾動以及旋轉等不同手勢觸摸板幕，實現隨心所欲操控。
[0004] 由于觸摸技術的不斷發(fā)展，光學觸摸板的劣勢也逐漸變得突出，其最明顯的缺陷 便是存在假點，所以方法上必須考慮加入假點的抑制，以提高觸點識別的準確率。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明針對現有技術的不足，提出一種可有效去除假點，具有更高精確度的適用 于光學觸摸板的自適應三點識別方法。
[0006] 本發(fā)明是適用于光學觸摸板的自適應三點識別方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1，在無觸點時，獲取觸摸板表面的背景序列；
[0008] 步驟2,在有觸點按下時，識別觸點的數量、位置坐標及半徑；
[0009] 步驟3，三點觸控模式下，去除假點；
[0010] 步驟4，將觸點的位置坐標轉為直角坐標，得到觸摸坐標。
[0011] 其中，步驟1包括如下步驟：
[0012] 步驟1-1，獲取觸摸板表面的背景序列并調整觸摸板LED照明燈的亮度；
[0013] 步驟1-2,重新獲取觸摸板表面的背景序列并保存，記為參考序列。
[0014] 步驟1-1包括如下步驟：
[0015] 步驟1-1-1，將觸摸板LED照明燈亮度設定為最低，LED照明燈亮度分為8級；
[0016] 步驟1-1-2,從觸摸板攝像頭獲取此時觸摸板表面的背景序列，計算背景序列的灰 度均值，若此灰度均值低于預設的閾值(灰度取值范圍為0-255,閾值通常設為50)，則提高1 級LED亮度；
[0017]步驟1-1-3,重復執(zhí)行步驟1-1-2,直至背景序列的灰度均值高于閾值，則LED照明 燈亮度調整完畢，此后LED照明燈亮度不再改變。
[0018] 步驟2包括如下步驟：
[0019] 步驟2-1，當有觸點按下時，通過觸摸板背景傳感器獲取觸摸板表面的背景序列記 為觸摸序列，用觸摸序列減去步驟1-4獲取的參考序列，得到背景變化的部分，記為變化序 列；
[0020] 步驟2-2，采用高斯濾波處理變化序列；
[0021] 步驟2-3,通過高斯濾波后的變換序列計算觸點的數量、位置坐標及半徑，觸點的 半徑即觸點在變換序列中的像素數;若觸點數量為1、2、3，則分別進入單點、雙點、三點觸控 模式。
[0022] 步驟3包括如下步驟：
[0023]步驟3-1，三點觸控模式下，對步驟2-3中得到的觸點半徑按由大到小排序；
[0024] 步驟3-2,觸摸板左側攝像頭識別到的半徑較大的點對應于右側攝像頭識別到的 坐標值較小的點，右側攝像頭識別到的半徑較大的點對應于左側攝像頭識別到的坐標值較 小的點，中間攝像頭對屏幕按角度進行精細劃分，提供關于觸摸點的角度信息;根據觸摸點 的角度信息去除假點，并確定真實觸點的位置坐標。
[0025] 步驟4包括：
[0026]單點觸控模式下，設步驟2-3得到的觸點位置坐標(mL，mR)，其中mL，m R分別指此觸 點在左攝像頭采集序列中的位置和在右攝像頭采集序列中的位置，將此觸點位置坐標按照 以下公式轉化為極坐標(a，⑴：
將極坐標（a，0)轉化為直角坐標（X， y)，NL和Nr分別指左攝像頭采集序列的長度和右攝像頭采集序列的長度。
[0029]雙點及三點觸控模式的坐標計算與單點觸控類似，區(qū)別僅在于雙點和三點觸控分 別需要計算兩個和三個觸點的坐標。以雙點為例，設左序列得到的兩個觸點位置分別為mu 和mL2,右序列得到的觸點位置分別為_和mR2。經步驟3-2中方法判別，可得到雙點的觸點位 置坐標，分別設為(mu，m R1)和(mL2，mR2)，再分別代入單點位置坐標轉直角坐標過程，得到雙 點的直角坐標。
[0030] 有益效果：
[0031 ]本發(fā)明具有如下有益效果：
[0032]本發(fā)明提出了一種適用于光學觸摸板的自適應三點識別方法，其具有如下優(yōu)點：
[0033] 1、由于采用差值的方法來獲取觸摸序列信息，所以能夠自動適應不同亮度的環(huán) 境。
[0034] 2、每次開機運行時均保存初始背景序列，能夠自適應觸摸板外框形變與觸摸板附 近環(huán)境的變化。
[0035] 3、采用半徑排序法消除假點，不需添加額外硬件，具有成本低優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0036]圖1為光學觸摸板的結構。
[0037]圖2為光學觸摸板上三點識別方法流程圖。
[0038]圖3為光學觸摸板三點觸摸示意圖。
[0039]圖4為計算坐標點所在的坐標系。
[0040]圖5為三點觸摸且存在假點時左側、右側攝像頭獲取的變化序列。
[0041 ]圖6為三點觸摸且存在假點時中間攝像頭獲取的變化序列。
【具體實施方式】
[0042]為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明，下面結合附圖來對本發(fā)明中的技術 方案進行清楚、完整的描述說明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明技術方案的具體實 施方式，而不用于限制本發(fā)明的范圍。在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各 種等同形式的修改和替換均落于本申請權利要求所限定的保護范圍。
[0043]本發(fā)明公開了一種適用于光學觸摸板的自適應三點識別方法，包括以下步驟：
[0044] 步驟1，在無觸點時，獲取觸摸板表面的背景序列；
[0045] 步驟2,在有觸點按下時，識別觸點的數量、位置坐標及半徑；
[0046]步驟3,三點觸控模式下，去除假點；
[0047]步驟4,將觸點的位置坐標轉為直角坐標，得到觸摸坐標。
[0048] 其中，步驟1包括如下步驟：
[0049] 步驟1-1，獲取觸摸板表面的背景序列并調整觸摸板LED照明燈的亮度；
[0050] 步驟1-2，重新獲取觸摸板表面的背景序列并保存，記為參考序列。
[0051 ] 步驟1-1包括如下步驟：
[0052]步驟1-1-1，將觸摸板LED照明燈亮度設定為最低，LED照明燈亮度分為8級；
[0053]步驟1-1-2,從觸摸板攝像頭獲取此時觸摸板表面的背景序列，計算背景序列的灰 度均值，若此灰度均值低于預設的閾值(通常設為50 )，則提高1級LED亮度；
[0054]步驟1-1-3,重復執(zhí)行步驟1-1-2,直至背景序列的灰度均值高于閾值，則LED照明 燈亮度調整完畢，此后LED照明燈亮度不再改變。
[0055] 步驟2包括如下步驟：
[0056]步驟2-1，當有觸點按下時，通過觸摸板背景傳感器獲取觸摸板表面的背景序列記 為觸摸序列，用觸摸序列減去步驟1-4獲取的參考序列，得到背景變化的部分，記為變化序 列；
[0057] 步驟2-2，采用高斯濾波處理變化序列；
[0058]步驟2-3,通過高斯濾波后的變換序列計算觸點的數量、位置坐標及半徑;若觸點 數量為1、2、3，則分別進入單點、雙點、三點觸控模式。
[0059] 步驟3包括如下步驟：
[0060]步驟3-1，三點觸控模式下，對步驟2-3中得到的觸點半徑按由大到小排序；
[0061]步驟3-2,觸摸板左側攝像頭識別到的半徑較大的點對應于右側攝像頭識別到的 坐標值較小的點，右側攝像頭識別到的半徑較大的點對應于左側攝像頭識別到的坐標值較 小的點，中間攝像頭對屏幕按角度進行精細劃分，提供關于觸摸點的角度信息;根據觸摸點 的角度信息去除假點，并確定真實觸點的位置坐標。
[0062] 步驟4包括：
[0063]單點觸控模式下，設步驟2-3得到的觸點位置坐標為(mL，mR)，其中m L，mR分別指此 觸點在左攝像頭采集序列中的位置和在右攝像頭采集序列中的位置，將此觸點位置坐標按 照以下公式轉化為極坐標(a，⑴：
將極坐標(a，0)轉化為直角坐標(x， y)，NL和Nr分別指左攝像頭采集序列的長度和右攝像頭采集序列的長度。
[0066]雙點及三點觸控模式的坐標計算與單點觸控極為類似，區(qū)別僅在于雙點和三點觸 控分別需要計算兩個和三個觸點的坐標。以雙點為例，設左序列得到的兩個觸點位置分別 為咖和趾2,右序列得到的觸點位置分別為m R1和咖2。經步驟3-2中方法判別，可得到雙點的觸 點位置坐標，分別設為(mu，m R1)和(mL2，mR2)，再分別代入單點位置坐標轉直角坐標過程，得 到雙點的直角坐標。
[0067] 實施例
[0068] 1、光學觸摸板架構
[0069] 圖1即為光學觸摸板的主要結構，1為反射條，2為攝像頭，3為顯示器外框，4為控制 單元線路板，3個攝像頭分別安裝在左上角、右上角、中間位置，分別記為左側攝像頭、右側 攝像頭和中間攝像頭。左側及右側攝像頭與豎直方向成45°指向反射條方向，中間攝像頭則 與豎直方向同向，反射條將LED發(fā)出的光線反射回攝像頭。當存在觸摸時，會遮擋部分反射 回攝像頭的光線，形成觸摸序列，經過處理此序列即可識別觸摸的位置。
[0070] 2、三點識別方法流程
[0071] 光學觸摸板的雙觸點識別方法，主要分為以下4個部分：（1)獲取背景序列；（2)觸 點位置識別；（3)三點模式下去除假點；（4)極坐標轉直角坐標。流程圖如圖2所示。
[0072] 3、背景序列獲取
[0073]在無觸點的情況下，從攝像頭獲取的序列即為背景序列。為了給下面的識別方法 提供清晰的背景序列與觸摸序列，必須調整LED的亮度。LED亮度分為8級。首先將LED亮度設 定為最低，從攝像頭獲取此時的背景序列，計算背景序列的灰度均值，若此灰度均值低于預 設的閾值，則提高1級LED亮度，重復從獲取背景圖像到提高1級LED亮度的步驟，直至背景圖 像灰度均值高于閾值。此時LED亮度調整完畢，這時從攝像頭獲取的圖像即為最終的背景圖 像，保存此背景圖像供后續(xù)使用。此后照明LED亮度不必再改變。
[0074] 4、觸點位置識別
[0075]當有觸點按下時，觸摸板的觸點情況如圖3所示，以觸點在A處為例。此時，從攝像 頭獲取的序列即為觸摸序列。用背景序列減去觸摸序列即可得圖像變化的部分，稱作變化 序列，三點模式下變化序列如圖5所示。由于手指的遮擋出現了黑斑，黑斑中心的位置即為 觸摸的位置。記黑斑中心距圖像最左側為m像素，記圖像長N像素，則根據如下公式計算得到 A點處距左邊框的角度值a:
[0077]由右側攝像頭圖像按照計算a的方法計算得A點距上邊框的角度值0。
[0078]黑斑的半徑r為黑斑右邊界坐標er減去黑斑左邊接坐標ei，即：
[0079] r = er-ei (2)
[0080] 4、去除假點
[0081] 以有兩個點相互遮擋為例，論述假點去除過程。當三個觸點時，設為A點、B點與D 點。由于觸摸點相互遮擋，左側攝像頭與右側攝像頭均產生如圖5所示的兩個黑斑，中間攝 像頭則有三個黑斑，如圖6所示。通過上述觸點位置識別方法，可計算出三個觸點距左邊框 的角度〇1，<1 2，(13，其中€[2 = (13;距右邊框的角度01，02，03，其中0 1 = 02。此種情況下，產生4個觸 點坐標點組合PhAhPh，&)，？(02，0 1)，？(€12，&)。實際觸摸點為3個，需要去除假點。
[0082] 根據中間攝像頭獲得的黑斑序列，對三個觸點的角度關系進行更明確的劃分。假 若真點從左至右為C、B、D，則C點和B點的角度和B與D的角度相當，但從黑斑序列可看出，第1 點距離第2點角度更大，因而排除C點，最終確定真點為A、B、D，極坐標分別為(cnjOJas， 01)，（〇2，02)。
[0083]以上對于有兩個點相互遮擋的假點去除分析，可推廣至更多遮擋和無遮擋情況。 當觸摸點沒有相互遮擋時，最多會出現9種可能的情況，此時需先通過左側和右側攝像頭的 黑斑半徑大小來去除部分假點。記左側攝像頭三黑斑的大小為^^ 2^3。將觸點的半徑進行 由大到小的排序，得左側攝像頭識別到的半徑較大的點對應于右側攝像頭識別到 的坐標值較小的點，根據上述規(guī)律可排除5個假點坐標，剩余的1個假點坐標采用中間攝像 頭進行精確角度分析來排除。
[0084] 5、極坐標轉直角坐標
[0085]極坐標(a，0)不可直接使用，需轉換為直角坐標。將極坐標帶入公式：
⑶
[0087]即可得到歸一化的直角坐標(x，y)，以兩攝像頭之間的直線距離L為單位1，如圖3 中所示。以兩攝像頭所確定的直線為x軸，以垂直于x軸，過兩攝像頭連線中點的直線為y軸 構成坐標系，如圖4所示。
[0088]本發(fā)明提供了一種適用于光學觸摸板的自適應三點識別方法，具體實現該技術方 案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的 普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進 和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。本實施例中未明確的各組成部分均可用現有技術加以 實現。
【主權項】
1. 一種適用于光學觸摸板的自適應=點識別方法，其特征在于，包括W下步驟： 步驟1，在無觸點時，獲取觸摸板表面的背景序列； 步驟2，在有觸點按下時，識別觸點的數量、位置坐標及半徑； 步驟3，=點觸控模式下，去除假點； 步驟4，將觸點的位置坐標轉為直角坐標，得到觸摸坐標。2. 根據權利要求1所述的一種適用于光學觸摸板的自適應=點識別方法，其特征在于， 步驟1包括如下步驟： 步驟1-1，獲取觸摸板表面的背景序列并調整觸摸板照明燈的亮度； 步驟1-2，重新獲取觸摸板表面的背景序列并保存，記為參考序列。3. 根據權利要求2所述的一種適用于光學觸摸板的自適應=點識別方法，其特征在于， 步驟1-1包括如下步驟： 步驟1-1-1，將觸摸板L邸照明燈亮度設定為最低，L邸照明燈亮度分為8級； 步驟1-1-2,從觸摸板攝像頭獲取此時觸摸板表面的背景序列，計算背景序列的灰度均 值，若此灰度均值低于預設的闊值，則提高1級L邸亮度； 步驟1-1-3,重復執(zhí)行步驟1-1-2,直至背景序列的灰度均值高于闊值，則照明燈亮度調 整完畢，此后L邸照明燈亮度不再改變。4. 根據權利要求3所述的一種適用于光學觸摸板的自適應=點識別方法，其特征在于， 步驟2包括如下步驟： 步驟2-1，當有觸點按下時，通過觸摸板背景傳感器獲取觸摸板表面的背景序列記為觸 摸序列，用觸摸序列減去步驟1-4獲取的參考序列，得到背景變化的部分，記為變化序列； 步驟2-2,采用高斯濾波處理變化序列； 步驟2-3,通過高斯濾波后的變換序列計算觸點的數量、位置坐標及半徑，觸點的半徑 即觸點在變換序列中的像素數;若觸點數量為1、2、3,則分別進入單點、雙點、=點觸控模 式。5. 根據權利要求4所述的一種適用于光學觸摸板的自適應=點識別方法，其特征在于， 步驟3包括如下步驟： 步驟3-1，=點觸控模式下，對步驟2-3中得到的觸點半徑按由大到小排序； 步驟3-2,觸摸板左側攝像頭識別到的半徑較大的點對應于右側攝像頭識別到的坐標 值較小的點，右側攝像頭識別到的半徑較大的點對應于左側攝像頭識別到的坐標值較小的 點，中間攝像頭對屏幕按角度進行精細劃分，提供關于觸摸點的角度信息;根據觸摸點的角 度信息去除假點，并確定真實觸點的位置坐標。6. 根據權利要求5所述的一種適用于光學觸摸板的自適應=點識別方法，其特征在于， 步驟4包括： 單點觸控模式下，設步驟2-3得到的觸點位置坐標為(mL，郵），其中niL，郵分別指此觸點在 左攝像頭采集序列中的位置和在右攝像頭采集序列中的位置，將此觸點位置坐標按照W下 公式轉化為極坐標(a，e):按照公式.I極坐標(a,0)轉化為直角坐標（x，y)，化 和Nr分別指左攝像頭采集序列的長度和右攝像頭采集序列的長度。
【文檔編號】G06F3/042GK105912173SQ201610222035
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月11日
【發(fā)明人】劉文松, 俞劍, 翟海濤, 茅文深, 顧晶, 薩出拉, 趙玉麗
【申請人】中國電子科技集團公司第二十八研究所