專利名稱：紅外線與雙攝像頭結(jié)合的多點定位觸摸裝置及方法
紅外線與雙攝像頭結(jié)合的多點定位觸^莫裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯示屏領(lǐng)域，特別涉及紅外線與雙攝像頭結(jié)合的多點定位觸摸 裝置及方法。
背景技術(shù)：
電子觸摸技術(shù)給人機交互方式提供了極大的方便，技術(shù)上也提供了多種解 決方法，而且性能和可靠性也在不斷的完善。目前市場上常見的電子觸摸技術(shù)
有兩種方式:一種是^皮動方式，利用電阻、電容、紅外掃描技術(shù)，特點是不需經(jīng)
過特珠制作的電子筆即可實現(xiàn)觸摸定位；另外一種是主動方式，如電磁定位、
超聲波定位，這種方式需要經(jīng)過特殊制作的電子筆才能實現(xiàn)觸摸定位， 一旦筆 丟失或損壞，整個定位系統(tǒng)就沒法工作。隨著電子觸"J莫技術(shù)的不斷發(fā)展，紅外 掃描定位技術(shù)有其獨特的優(yōu)勢，例如與電阻、電容定位相比，可以做到完全的
透光性，耐磨性；與電磁定位、超聲波定位技術(shù)相比，紅外定位技術(shù)無需使用 特殊電子筆，使用方便；除此以外，紅外定位技術(shù)還能4艮便捷的應(yīng)用在大尺寸 觸摸屏，可應(yīng)用于背才更電視、前投影機或PDP/LCD顯示設(shè)備中。
雖然紅外定位技術(shù)有諸多的優(yōu)點，但是現(xiàn)有的紅外定位技術(shù)，通常是通過 紅外發(fā)射管和紅外接收管形成的縱橫交叉的紅外網(wǎng)，實現(xiàn)觸摸定位。其只能實 現(xiàn)單點定位，用一個手指操作觸摸屏，其本質(zhì)上只是代替了傳統(tǒng)的鼠標(biāo)、鍵盤 等輸入設(shè)備，沒能實現(xiàn)準(zhǔn)確的多點定位，多個手指同時操作主機甚至是多人同 時操作主4兒的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)筒單，響應(yīng)速度快、可靠性高的支持多點觸摸的紅外線與雙攝像頭結(jié)合的多點定位觸摸裝置及方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
紅外線與雙攝像頭結(jié)合的多點定位觸摸裝置，它包括紅外掃描模塊、吸光 帶、攝像頭模塊及主控制模塊.
所述紅外掃描模塊，包括紅外發(fā)射模塊和紅外接收模塊，其中紅外發(fā)射模 塊與接收模塊配對使用，在橫縱兩方向上形成光柵掃描網(wǎng)，即書寫平面，書寫 平面平4于于顯示屏幕。
所述攝像頭模塊，包括兩個攝像頭，其放置在觸摸屏較長邊的發(fā)射模塊上， 鏡頭的光軸中心線平行于書寫平面或在書寫平面內(nèi)，一個攝像頭拍攝到一部分 的顯示區(qū)域，尤其是拍攝到該區(qū)域的吸光帶，另一個攝像頭拍攝剩下的另一部 分顯示區(qū)域，尤其是拍攝到該區(qū)域的吸光帶，兩個攝像頭拍攝區(qū)域的總和覆蓋 吸光帶的全部，攝像頭模塊用于檢測在書寫平面內(nèi)所有觸摸物的位置信息、顏 色和大小。此外，攝像裝置的鏡頭的光軸中心線最好平行于所述紅外掃描網(wǎng)構(gòu) 成的平面，或者該光軸中心線可直接位于該平面內(nèi)。其取景取包含整個吸光帶 的高度即可，數(shù)據(jù)量非常小。
所述吸光帶，放置在除攝像頭模塊所放置的觸摸屏邊外的其余三邊上，其 吸收包括紅外發(fā)射模塊發(fā)射的紅外光，以及其他可見光。
所述主控制模塊，控制整個系統(tǒng)的運行，收集紅外接收模塊采集的觸摸數(shù) 據(jù)，及攝像頭模塊采集的觸摸物數(shù)據(jù)，最后綜合計算出實際的觸摸物坐標(biāo)、顏 色和大小，并發(fā)送給主機設(shè)備，或者將采集的所有或部分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送給主機設(shè)備， 由主機設(shè)備計算實際的觸摸坐標(biāo)、顏色和大小。
所述觸"^物，其顏色可以為除黑色以外的其他顏色。
紅外線與雙攝像頭結(jié)合的多點定位觸摸方法，包括步驟
步驟S101:啟動紅外掃描，在有觸摸物存在情況下，記錄被觸摸物遮擋的 紅外接收管的位置信息；
步驟S102:通過攝像頭模塊拍攝整個吸光帶的圖像，對所述觸摸物所在的角度信息進行分析；
步驟S103:根據(jù)步驟S101和步驟S102分析出實際觸摸物的數(shù)據(jù)信息； 步驟S104:重復(fù)步驟SIOI至步驟S103。 其中步驟S101 、步驟S102可交換順序或同步進4亍_
該方法步驟S102中將觸摸屏劃分為兩個區(qū)域，該兩個攝像頭分別對兩個區(qū) 域進行拍攝。綜合分析兩攝像頭所拍攝的圖片，在有觸摸物存在的情況下，根 據(jù)所述圖片中觸摸物反射光形成的亮條紋處在吸光帶的位荒關(guān)系，分析所述觸 摸物的角度信息；根據(jù)步驟SIOI所述位置信息，得出所有的可能的觸摸點的位 置組合，并結(jié)合所述步驟S102中的角度信息，分析出實際觸摸物的數(shù)據(jù)信息， 所述數(shù)據(jù)信息包括實際觸摸物的觸摸點的坐標(biāo)信息；
上述步驟S101判斷是否存在觸摸物的方式可以是
根據(jù)紅外接收管是否檢測到信號來判斷是否具有遮檔物，若沒有檢測到任 何信號，則可判定在這對紅外發(fā)射接收管之.間存在遮擋物并記錄^前的鋪I 信息。
或，在首次使用時，先進行一次紅外掃描，記錄無觸摸物狀態(tài)下的紅外接 收管檢測到的信號強度。再次啟動紅外掃描時，根據(jù)紅外接收管所接收到的信 號，計算出該信號相對于所述記錄的信號強度值的變化值，若變化值大于或者 等于預(yù)定值，則判定存在遮檔觸摸物，并記錄當(dāng)前的位置信息。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比具有以下有益效果
本發(fā)明的觸摸屏裝置，其同時利用了紅外掃描才莫塊的紅外掃描技術(shù)以及才聶 像裝置的圖像攝制技術(shù)，并結(jié)合這兩種技術(shù)對觸摸物進行分析，既支持單點觸 摸，也支持多點觸摸，可以多人同時操作，結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、適用性廣 且可靠性高。
本發(fā)明應(yīng)用上述觸摸屏裝置的定位方法，其采用紅外掃描為主，攝像采集 為輔，響應(yīng)速度快，且穩(wěn)定可靠；同時支持單點觸4菱和多點觸^^,且由于可采 集觸摸物的顏色以及大小信息，可以分別跟蹤每個觸摸點，從而可以對不同的
6觸摸物做出的同一個觸摸動作做出不同的響應(yīng)，使應(yīng)用變得更靈活、生動；適 用性廣，可應(yīng)用于平板電視、前投、背投等系統(tǒng)，特別適用于大屏幕顯示系統(tǒng)。


圖l是本發(fā)明實施例的觸摸屏裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明實施例的觸摸屏裝置定位方法流程示意圖； 圖3是本發(fā)明實施例紅外掃描模塊掃描多點觸摸示意圖； 圖4是本發(fā)明實施例分區(qū)示意圖5是本發(fā)明實施例紅外掃描模塊結(jié)合4聶像裝置所采集的多點觸摸示意圖； 圖6是本發(fā)明實施例攝像裝置拍攝方法示意圖。
具體實施方式
參見圖l所示，是本發(fā)明實施例的觸摸屏裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，101 是縱向的紅外發(fā)射模塊，102是橫向的紅外發(fā)射模塊，103是縱向的紅外接收模 塊，104是橫向的紅外接收模塊，101， 102， 103與104共同組成本發(fā)明中的紅外掃 描模塊，105是攝像頭1、 106是攝像頭2， 107是吸光帶1， 108是吸光帶2， 109是 吸光帶3。此外，110, lll是一對縱向方向上的配對紅外管，U2, 113是一對橫 向方向上的配對紅外管，114，115是縱向和一黃向的紅外掃描線，其中，所有的縱 向紅外掃描線幾乎平行，所有的4黃向掃描線幾乎平行，由才黃、縱兩個方向的紅 外掃描線組成了紅外掃描網(wǎng)。
其中，攝像裝置其放置在觸4莫屏較長邊的發(fā)射模塊上，鏡頭的光軸中心線 平行于書寫平面或在書寫平面內(nèi)， 一個攝^象頭拍攝到一部分的顯示區(qū)域，尤其
是拍攝到該區(qū)域的吸光帶，另一個攝像頭拍攝剩下的另一部分顯示區(qū)域，尤其 是拍攝到該區(qū)域的吸光帶，兩個攝像頭拍攝區(qū)域的總和覆蓋吸光帶的全部，本 實施例優(yōu)選將兩個攝像頭放置在觸摸屏較長邊的發(fā)射模塊中央處。此外，攝像 裝置的鏡頭的光軸中心線最好平^f于所述紅外掃描網(wǎng)構(gòu)成的平面，或者該光軸 中心線可直接4立于該平面內(nèi)。其中，用于觸摸的觸摸物顏色為除黑色以外的其他顏色，避免其吸收光線， 無法產(chǎn)生在拍攝圖片中形成亮條紋所需的反射光。
參見圖2所示，為本發(fā)明實施例的觸4莫屏裝置定位方法流程示意圖，如圖所
示，包括以下步驟
S201:啟動紅外掃描，在有觸摸物存在的情況下，記錄^:所述觸^^物所遮 擋的紅外接收管的位置信息；
S202:將觸摸屏劃分為左區(qū)域和右區(qū)域，攝像頭l負(fù)責(zé)對左區(qū)域進行拍攝，攝 像頭2負(fù)責(zé)對右區(qū)域進行拍攝；
S203:綜合分析兩攝像頭所拍攝的圖片，在有觸摸物存在的情況下，根據(jù)所 述圖片中觸摸物反射光形成的亮條紋處在吸光帶的位置關(guān)系，分析所述觸摸物 的角度信息；
S204:根據(jù)步驟S201所述位置信息，得出所有的可能的觸摸點的位置組合， 并結(jié)合所述步驟S203中的角度信息，分析出實際觸摸物的數(shù)據(jù)信息，所述數(shù)據(jù) 信息包括 實際觸摸物的觸摸點的坐標(biāo)信息；
S205:重復(fù)步驟S201至S204。
其中，所述步驟S201. S202可以交換順序或者同步進行。 上述步驟S201判斷是否存在觸摸物的方式可以是
根據(jù)紅外接收管是否檢測到信號來判斷是否具有遮檔物，若沒有檢測到任 何信號，則可判定在這對紅外發(fā)射接收管之間存在遮擋物，并記錄該紅外接收 管的位置信息；
或，在首次使用時，先進行一次紅外掃描，記錄無觸摸物狀態(tài)下的紅外接 收管檢測到的信號強度。再次啟動紅外掃描時，根據(jù)紅外接收管所接收到的信 號，計算出該信號相對于所述記錄的信號強度值的變化值，若變化值大于或者 等于預(yù)定值，則判定存在遮檔觸摸物，并記錄該紅外接收管的位置信息。
當(dāng)只有一個觸摸點時，橫向和縱向的紅外掃描線被遮擋，接收模塊檢測到 信號產(chǎn)生了變化，這樣便唯一確定了兩個掃描線的交點就是實際的觸摸點；當(dāng) 有N個(N大于或等于2)觸摸點時，在橫縱兩方向上最少都能檢測到N個遮擋點， 最多能檢測W個觸摸點，而僅僅根據(jù)遮擋點數(shù)據(jù)無法判斷實際有多少個觸摸點以及各觸摸點的位置坐標(biāo)，但能分析出所有可能的合理觸摸點組合。
參見如圖3所示，301、 304分別為兩觸摸點，按照紅外模塊掃描原理，接收 模塊將在紅外接收管305、 306、 307、 308處檢測到紅外信號變化，由此可判斷 最多可能的觸摸點為301、 302、 303、 304,但無法確定實際有多少個觸摸點， 可能的組合有如下幾種
1、301,304
2、302,303
3、301，303，304
4、301，302，304
5、301、302、303
6、302、303、304
7、301、302、303、 304
僅用紅外掃描的方式是無法檢測到實際的觸摸點數(shù)。
參見圖4所示，為本發(fā)明實施例的分區(qū)示意圖。其中，401為觸摸屏的區(qū)域 分界線，觸摸屏分為A區(qū)域和B區(qū)域，攝像頭1負(fù)責(zé)對落在A區(qū)域的觸摸物進行拍 攝，攝像頭2負(fù)責(zé)對落在B區(qū)域的觸摸物進行拍攝。
參見如圖5所示，是本發(fā)明實施例紅外掃描模塊結(jié)合攝像裝置所采集的多點 觸摸示意圖。在同一個掃描周期內(nèi)，攝像裝置與紅外掃描模塊可以是同步工作 也可以是以先后順序工作，4聶像裝置從平行于紅外掃描網(wǎng)的方向取景，取包含 整個吸光帶的高度即可，數(shù)據(jù)量非常小。兩個攝像頭拍攝區(qū)域的總和覆蓋吸光 帶的全部，509是攝像頭1所拍攝到的圖片，510是攝像頭2所拍攝到的圖片。當(dāng) 有觸摸物觸摸時，觸摸物反射的光線被攝像頭模塊所拍攝，形成一幅以吸光帶 作為背景色，含有觸摸物反射的亮條紋圖片。將該拍攝圖片與無觸摸物時拍攝 的背景色圖片進行對比分析，根據(jù)所述圖片中觸摸物反射光形成的亮條紋501、 亮條紋502在吸光帶中位置，提取觸摸物的角度位置信息。
其中，角度位置的計算可以鏡頭光軸中心線為準(zhǔn)，以偏離的角度計算，也 可以以其他任何以鏡頭為中心的線來作為計算基準(zhǔn)，而選取的這些計算手段最 終都可換算成圖中503、 504的角度信息。如圖5所示，505. 506. 507. 508是通過紅外掃描所得到的可能的觸^莫物，505， 508是拍攝到的觸摸物，從兩幅圖片中提取出觸摸物的偏離角度、顏色、以及大 小，再結(jié)合紅外掃描所得的結(jié)^,即可綜合分析得出實際的觸摸物有505，508， 排除了其他的可能。
為方便計算觸摸物的實rr...'-、小，以鏡頭為中心將屏幕分成若干個扇形區(qū)， 在某一扇形區(qū)內(nèi)拍攝同一大+的觸摸物大小也相等。由于鏡頭的不同，在使用 前要建立實物大小與距離的查洵表或者計算公式。在分析出觸摸物的坐標(biāo)位置 后，可計算出各觸摸物偏離鏡頭的距離，再通過查表或者計算得出觸摸物的實 際大小。
如圖6, 601是4黃縱兩方向的紅外掃描4莫塊組成的紅外掃描網(wǎng)平面，602是顯 示設(shè)備平面，603是攝像頭鏡頭1的廣軸中心線，604是攝像頭鏡頭2的廣軸中心 線，它們均平行于紅外掃描網(wǎng)平面或在這個平面內(nèi)，605、 606是攝像頭1的取景 范圍，606、 607是攝像頭2的取景范圍，兩個攝像頭的總拍攝范圍覆蓋整個顯示 設(shè)備，608是兩個攝像頭拍攝圖片的高度，根據(jù)需要可以適當(dāng)調(diào)整，609是放置 在A區(qū)域的觸摸物，610是放置在B區(qū)域的觸摸物，611是攝^象頭1拍攝到的照片， 612是攝像頭2拍攝到的照片，613是觸摸物反射光在拍攝圖片611中形成的亮條 紋，614是觸摸物反射光在拍攝圖片612中形成的亮條紋，根據(jù)觸摸物離照片最 左端或最右端的距離查表或計算出觸摸物的角度信息。這個計算過程可以是由 攝像頭模塊完成，攝像頭模塊將計算所得結(jié)果發(fā)送給主控制模塊，也可以是攝 像頭模塊將所拍得的圖片發(fā)送給主控制模塊，由主控制模塊執(zhí)行計算的過程。
主控制模塊根據(jù)紅外接收模塊所采集的觸摸數(shù)據(jù)，以及該圖片中所采集的 觸摸物數(shù)據(jù)，綜合計算出實際的觸摸物的位置坐標(biāo)、顏色以及大小，并發(fā)送給 主機設(shè)備，或者是主控制模塊將所采集的上述觸摸數(shù)據(jù)和觸摸物數(shù)據(jù)發(fā)送給主 機設(shè)備，由主機設(shè)備計算出實際的觸摸物的坐標(biāo)、顏色以及大小。
根據(jù)觸摸物的顏色以及大小等信息，主機設(shè)備可以對每個操作者的使用狀 態(tài)進行單獨的跟蹤管理，比如:無緣的粗藍(lán)色筆畫出來的線是藍(lán)色的粗線，用無 緣的細(xì)紅色筆畫出來的線是細(xì)紅線，這使得在交互式的多媒體應(yīng)用中顯得更生 動、直觀，且還可以應(yīng)用于其他各場合。
10此外，由于在觸摸屏的應(yīng)用中，實時性的要求比較高，攝像失袞置的啄光 時間比較短，為了達(dá)到更好的拍攝效果，提高攝像裝置的清晰度，可以采用以 下幾種方案
1、 在無緣筆(相當(dāng)于觸摸物)上涂上高反光材料，即使戶!帶高反光材料的觸
摸物或者是在觸摸物上使用高反光材料的配件，例如中空-'r、';筆套，從而筆套可 以方便地套在筆上或者手指上；
2、 為攝像裝置增加外部輔助光源，有利于增強反射光， 根據(jù)本發(fā)明的定位方法，其可達(dá)到以下有益效果
1、 定位技術(shù)采用紅外掃描為主，攝像采集為輔，響應(yīng)速度快，且穩(wěn)定可靠；
2、 同時支持單點觸摸和多點觸摸，且由于可采集觸摸物的顏色以及大小信 息，可以分別跟蹤每個觸摸點，從而可以對不同的觸摸物做出的同一個觸摸動 作做出不同的響應(yīng)，使應(yīng)用變得更靈活、生動；
3、 適用性廣，可應(yīng)用于平板電視、前投、背投等系統(tǒng)，特別適用于大屏幕 顯示系統(tǒng)。
以上所述的本發(fā)明實施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明 的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
ii
權(quán)利要求
1、一種紅外線與雙攝像頭結(jié)合的多點定位觸摸裝置，其包括配對使用的紅外發(fā)射模塊和紅外接收模塊，其特征在于，其進一步包括吸光帶、攝像頭模塊及主控制模塊，該攝像頭模塊包括兩個攝像頭，攝像頭模塊設(shè)置在可拍攝到整個吸光帶的位置。
2、 如權(quán)利要求1所述的紅外線與雙攝像頭結(jié)合的多點定位觸摸裝置，其特 征在于，該紅外發(fā)射模塊和紅外接收模塊在橫縱兩個方向上形成平行于顯示屏 幕的光柵掃描網(wǎng)，該攝像頭模塊的鏡頭光軸中心線平行于該光沖冊掃描網(wǎng)，或該 光軸中心線位于該光柵掃描網(wǎng)所在平面內(nèi)。
3、 如權(quán)利要求2所述的紅外線與雙攝像頭結(jié)合的多點定位觸摸裝置，其特 征在于，該兩個攝像頭放置在觸摸屏的較長邊上，該吸光帶放置在觸摸屏的其 余三邊上，該兩個攝像頭拍攝區(qū)域的總和覆蓋吸光帶的全部。
4、 如權(quán)利要求1所述的紅外線與雙攝像頭結(jié)合的多點定位觸摸裝置，其特 征在于，該裝置的觸摸物顏色采用除黑色外的任意其他顏色。
5、 如權(quán)利要求4所述的紅外線與雙攝像頭結(jié)合的多點定位觸摸裝置，其特 征在于，該觸摸物涂有高反光材料。
6、 如權(quán)利要求1或4所述的紅外線與雙對聶像頭結(jié)合的多點定位觸摸裝置， 其特征在于，其進一步包括攝像裝置的外部輔助光源。
7、 一種采用如4又利要求1~6所述的紅外線與雙攝<象頭結(jié)合的多點定位觸摸 方法，該方法包括步驟S101:在有觸摸物存在情況下，記錄纟皮觸摸物遮擋的紅 外接收管的位置信息；其特征在于，其還包括步驟S102:通過攝像頭模塊拍攝整個吸光帶的圖像，對所述觸摸物所在的 角度信息進行分析；步驟S103:根據(jù)步驟S101和步驟S102分析出實際觸摸物 的數(shù)據(jù)信息；步驟S104:重復(fù)步驟S101至步驟S103。
8、 如權(quán)利要求7所述的紅外線與雙攝像頭結(jié)合的多點定位觸摸方法，其特征在于，步驟S101、步驟S102可交換順序或同步進^f亍。
9、 如權(quán)利要求7所述的紅外線與雙攝像頭結(jié)合的多點定位觸摸方法，其特 征在于，該方法中將觸摸屏劃分為兩個區(qū)域，該兩個攝像頭分別對兩個區(qū)域進 行拍攝。
10、 如權(quán)利要求7所述的紅外線與雙攝像頭結(jié)合的多點定位觸摸方法，其 特征在于，其進一步包括初始化步驟首次使用時先進行一次紅外掃描，記錄 無觸摸物狀態(tài)下的紅外接收管檢測到的信號強度作為對比參照值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種紅外線與雙攝像頭結(jié)合的多點定位觸摸裝置及方法，其結(jié)合紅外掃描模塊的紅外掃描技術(shù)與攝像裝置的攝像技術(shù)，通過紅外掃描技術(shù)初步獲取觸摸物的橫向和縱向坐標(biāo)值，以及，根據(jù)攝像裝置所拍攝的觸摸物反射光形成的亮條紋在以吸光帶為背景的圖片中位置，而提取的坐標(biāo)角度信息，來確定實際的觸摸點的坐標(biāo)，結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、適用性廣且可靠性高。
文檔編號G06F3/042GK101581998SQ200910038490
公開日2009年11月18日 申請日期2009年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月8日
發(fā)明者周春景, 鐘杰婷 申請人:廣東威創(chuàng)視訊科技股份有限公司