一種紅外線觸摸屏多點識別方法

專利名稱：一種紅外線觸摸屏多點識別方法
技術領域：
本發明涉及一種紅外線觸摸屏坐標檢測技術，尤其是檢測多個觸摸點坐標 的技術。
背景技術：
現有的紅外線觸摸屏系統中，通常采用垂直掃描方式， 一般只能做到單點 觸摸識別，當遭遇多于一個觸摸物體接觸到屏幕表面的狀況時，因為物體的相
互遮擋，導致某些觸摸物體的X或Y坐標完全或部分重疊，而無法實現觸摸賴， 測及判斷，例如，以下列舉兩種非常典型的多點識別情況
第一種如圖1所示，為單軸重疊的情況，紅外線發射管1和紅外線接收管2 分別相對設置，當物體A或B在陰影部分5區域內移動時，因為物體A與B在Y 軸上的坐標相互之間的距離靠的太近，導致A與B的Y軸坐標有全部或部分重 疊現象，按照現有的紅外觸摸垂直檢測技術，因為紅外線發射與接收的方向是 以垂直方向進行的，所以在坐標檢測時，當X或Y軸上發生兩個或多個坐標重 疊時，系統只能檢測到一個坐標，即如圖(1)中所示系統在Y軸上只能獲得一 個尺寸為R的物體的Y坐標，由于坐標重疊的原因導致在5區域內的所有活動， 包括A或B點擊、移動或者是第三、四個或更多物體切入5區時，系統無法判 斷是物體A的還是物體B的X坐標或Y坐標或是第三者或第四者還是其它物體 的，由此可見，在垂直掃描系統中，當觸摸物體的其中一個坐標X或Y與另一 個物體的坐標X或Y相互之間距離太近導致重疊時，系統將無法實現有效識別 判斷的。
第二種如圖2中所示，為單軸不重疊的情況下，當有觸摸物體C移動到由 坐標Cl(A,r!) — C2(X2J2)形成的四邊形范圍內或直接觸摸該范圍內的任何點 時，由于A與B的同時存在，且因物體A與B分別將坐標區域C1(A,&) —C2(Z2，;r2) 的Y軸及X軸坐標全部或部分遮擋，導致系統在垂直方向掃描時是無法檢測到
該區域內的任何觸摸物體的，同樣在區域di(Z3，;k3)■> z)2(z4，y4)上也會出現這種 現象，因此物體c與d所在區域即ci(^,&) —C2(^2,;f2)與￡)i(z3,y3)4"2(i4，y4)
的區域內的任何物體的坐標都是無法利用現有的垂直掃描技術4全測到的，該區
域是盲點區域或盲點。
由上述兩種情況可以看出，利用現有紅外線坐標的垂直檢測技術實現多點 觸摸是行不通的。
為了解決該類問題，專利申請號為200710028616. X， 200710031082. 6及申 請號200810025705. 3的公開文獻中公開了 一種將紅外發射、接收對管按某個傾 斜角度擺放，斜發斜收——對應的點對點掃描方式，掃描的范圍是固定的，發 射、接收管的配對關系也是固定的，配對比例是1: 1，因此掃描的角度也是固 定的，這種掃描技術的目的是能始終保持在垂直或傾斜掃描時都可以獲得相同 份量的紅外接收信號量，利用了這種斜對、斜射逐一掃描方式可以避開直線遮 擋的問題，但所涉及的技術全部是以 一種固定角度發射及固定角度接收的方案， 當有多個觸摸物體按照發射、接收的角度擺放時，原來在直線上存在的重疊問 題又會再次出現在這種斜射的方向上；而且由于掃描角度固定，每個周期(幀) 的掃描均從第一對發射接收管掃描至最后一對，其每個周期的掃描是沒有特定 目標的，相應掃描所需時間較長，當重疊物體少時，使用該方案還可以及時枱r 測出各點位置，但若是有幾個比較靠近的，或者物體大小不一時，使用該技術 檢測速度較慢，很難完成大尺寸觸摸屏高分辨率的掃描任務的。
此外專利申請號為200710117751. 1的乂〉開文獻中又/〉開了一種識別紅外線 觸摸屏上多個觸摸點的方法，它是利用非同軸單發多收的掃描方式，這種掃描 方法與美國專利US6429857B1文獻公開的一種用于提高檢測分辨率的方法相同， 同樣可以應用于實現多點觸摸，但使用這種方法時，由于在接收到的信號中， 有些光線阻斷的信號可能不是由需要進行檢測的物體造成的，而是被遮擋物造 成的，此時系統將無法區分，所以在多點檢測時產生誤判的機會可能比較多， 精確度差。而且雖然該技術中掃描角度可以改變，但是該角度是以單發射多接 收的扇形區域內進行的逐行掃描變化的，發射與接收管的配對關系是1: n，即 每掃描一個發射管就需要掃描n個接收管，而且每個周期的掃描范圍也是沒有 目標的，同樣每個周期需要由第一個發射管開始，掃描n個接收管后，再掃描 下一個發射管，至完成最后一個發射管。由此可以看出，該技術中完成一個周 期所需時間是前述三個專利中的n倍。
由此可以看出，在以上幾種公開的現有技術中，都同樣存在著一個缺點 系統的掃描刷新頻率太慢，這是因為系統掃描是在沒有目標的情況下的盲目掃
描，為了增加捕捉多點被遮擋坐標的捕獲率，在沒有多點觸摸的情況下系統也 必須要對整個觸摸屏進行無謂的多點掃描工作，或者在有多點觸摸的情況下， 而多點坐標并沒有發生重疊時，系統也必須對整個觸摸屏上的所有位置進行多 點觸摸的無謂掃描工作，否則很可能會出現漏掃的現象，由此可見，采用這些 多點掃描方式時間太長，拖慢了整個系統的掃描刷新頻率，當觸摸屏尺寸不斷 增加，或觸摸物體較多，多點掃描的響應速度就會變得很慢，會導致無法跟蹤 一個快速移動的物體。除此之外這些方法中掃描死角相對比較多，尤其是靠近 觸摸屏邊框的位置就無法實現多點觸摸了，而且這些方法可能會在多點定位的 精確度上也有一定的缺陷。

發明內容
本發明的目的是為了克服現有紅外線觸摸技術中無法對多點觸摸快速而有 效的識別，同時在不增加硬件的條件下，利用現有紅外線觸摸屏的硬件結構實 現的一種可以快速識別和檢測的紅外線觸摸屏多點識別方法。
本發明的技術解決方案是 一種紅外線觸摸屏多點識別方法，它包括以下步
驟
a、 系統進行垂直掃描，判斷是否有物體坐標被捕獲；若無，返回；若有， 進入下一步驟；
b、 以步驟a中獲得的X及Y軸上有信號發生異常變化的接收管序列號范 圍分別為每個物體建立X及Y軸上的重疊區，并進入步驟c;
c、 分別以每兩個物體為一組進行X及Y軸上的重疊區坐標比較，確定X 軸和/或Y軸上的重疊區的交叉區域，對該交叉區域進行不垂直的逐行 掃描，并進入下一步；
d、 根據接收管信號變化量輸出物體實際X， Y坐標值，進入下一步；
e、 判斷是否完成全部物體的重疊區坐標比較，若無，返回步驟c,若是， 程序結束。
系統首先進行垂直掃描，同時在垂直掃描中可以獲取信號發生異常變化的 接收管序列號，由于發射管和接收管的坐標是已知的，相應重疊區的范圍也是 已知的，每個物體會分別在X軸Y軸上產生兩個重疊區，每兩個物體之間的重 疊區會分別交叉，相應的交叉區域也就是物體可能出現的位置，因此，對交叉
區域可以有目的的進行傾斜角度的掃描，即可快速獲取觸摸物體的坐標，實現 多點識別。由于能夠通過系統計算出所需掃描的遮擋區域，無需進行漫無目的 的掃描動作，所以能夠大大節省掃描時間。
作為一種優化方案，在步驟a和b之間設有步驟bl，即判斷是否有多過一 個物體的坐標值存在，若否，返回步驟a,若是，進入下一步驟。通過這個步驟 可以篩選出單獨物體的識別，避免隨時啟動多點掃描程序，節約掃描時間，提 高系統反應速率。
在步驟a和bl之間設有步驟al,即為捕獲的物體建立身份編號，并記錄物 體的坐標值。這樣可以利用現有的快速掃描方法，在盡可能短的時間內迅速捕 獲先后切入屏幕表面物體并分離，為物體建立的身份編號中可以包含時間信息， 系統可以不斷查詢及能夠對各個物體的坐標值更新，實現對每個觸摸物體身份 的鎖定和識別，可以快速重建物體移動軌跡，減少后續識別工作量。
步驟c中，分別以每兩個物體為一組進行X及Y軸上的重疊區坐標比較， 若存在重疊區重疊的情況，則確定所述交叉區域的各頂點坐標，選取角度P， 以交叉區域相對的兩個頂點為起點和終點確定對應的發射、接收管序列范圍， 并根據發射接收管序列范圍進行逐行掃描，該角度P的選取為任意角度。可以 快速識別單軸重疊情況下的物體坐標。
步驟c中，分別以每兩個物體為一組進行X及Y軸上的重疊區坐標比較， 若存在重疊區不重疊的情況，則確定各個所述交叉區域的各頂點坐標，選取角 度P,以交叉區域相對的兩個頂點為起點和終點確定對應的發射、接收管序列 范圍，并根據發射接收管序列范圍進行逐行掃描，該角度P的選取條件是tan P大于或等于相鄰兩個交叉區域之間的重疊區的對角線的斜率。即可以快速識 別物體坐標，同時可以避免同時掃描到兩個交叉區域的情況發生。
執行步驟a前，先初始化發射接收管配對角度，獲得各個發射接收管的配 對角度值，并建立角度與發射接收管配對表，所述角度P通過查表方式選取。 選取方便。
所述角度P在步驟c中即時計算選取，可以減少系統前期預算時間，有利 于提高識別速度。
每個所述的發射管與任何一個接收管配對，每個所述的接收管與任何一個 發射管配對，可以充分利用現有技術的硬件條件，減少識別區域死角，提高識
別的精確度。
本發明的優點在于能以多角度，自動選擇目標區域進行掃描，大大縮短了多 點掃描時所需要的時間，以及提高了掃描的精確度，并且能夠實現紅外線觸摸 屏對多點移動目標快速識別，例如識別圖片或窗口的放大縮小、移動、旋轉、 拋出、拖戈等間單的兩點手勢操作，及典型的三點手勢觸摸使用，不但如此， 只要觸摸點的距離不是太靠近，利用本發明的所提供技術足以能夠實現5個手 指同時觸摸，甚至兩人以上同時進行的多點觸摸。


附圖1為單軸重疊情況下的多點觸摸狀態示意圖； 附圖2為單軸不重疊情況下的多點觸摸狀態示意圖； 附圖3為圖2中物體移動后的多點觸摸狀態示意附圖4為本發明中由發射管與接收管進行各種角度配對的掃描線11連接示 意附圖5為本發明中又一種由發射管與接收管進行各種角度配對的掃描線11 連接示意附圖6為兩個物體A與B在不同位置上所形成的掃描線11的變化關系演示 附圖7為根據圖6設置掃描線11的演示圖； 附圖8為兩個物體之間僅有Y軸的重疊區發生重疊時掃描示意圖； 附圖9為兩個物體之間僅有Y軸的重疊區發生重疊的又一種掃描示意圖； 附圖10為兩個物體之間僅有X軸的重疊區發生重疊時掃描示意圖； 附圖11為兩個物體之間有X和Y軸的重疊區沒有發生重疊時掃描示意圖； 附圖12為兩個物體之間有X和Y軸的重疊區沒有發生重疊時又一種掃描示 意附圖13為圖11中掃描線角度增加90度時的掃描示意圖； 附圖14為圖12中掃描線角度增加90度時的掃描示意圖； 附圖15為相鄰發射接收管配對時的掃描示意圖； 1、發射管，2、接收管，5、重疊區，11、掃描線。
具體實施例方式
以下是發明人提出的一個實施例，目的是為了證明實現本發明專利所述的 方法是切實可行的，但實現所述的多點識別方法所需的算法可以遠遠不只限于 這一種，任何算法只要其目的是為了推算掃描角度、掃描位置以及范圍的方法 都應屬于本專利保護范圍，其中包括如何選擇及推算發射、接收管進行掃描配 對及在導通后且具備了能夠檢測交叉區域內受遮擋物體的坐標等，由于專利申 請的時間與文字敘述的有限性，所以只能做如下簡單的例子予以說明實現本專 利的可行性，當然還有更好、更優秀的算法可以;故采用，在此不作驁述。
紅外線多點觸摸技術看上去很復雜，其實只要通過仔細分析，便可將看似 復雜的多點觸摸，分解為兩種簡單的坐標重疊情況進行判斷處理，將復雜的多 點觸摸問題通過簡單的方法予以解決。第一種情況正如上說明圖1中所示情況
一樣，即有一個物體的X或Y軸坐標與另一個物體的X或Y軸坐標相互之間出 現重疊現象，這種重疊在專利中也稱為單軸重疊。第二種情況是兩個物體的X 或Y坐標沒有發生重疊現象，但會出現兩盲點區域，如同上述圖2中所示的情 況一樣。若是有多個物體之間的X或Y軸坐標相互之間同時發生以上兩種情況 時又該如何處理呢？根據圖2中，假若將物體C由區域C1(^，") —C2(X2,;T2)移
動到c'i(x、 ， n) — c'2(義'2, :r'2)，將物體D由區域"i(義3 ， &)卄。2(義4, y4)移動到 m(z'3，r3) —￡ '2(義'4,4)時，其結果正如圖3所示，由圖中可以清楚看到物體D
的坐標與物體A、 B之間又形成了新的盲點區域，同時A與C， C與D發生坐標 重疊，由此可見，無論是多么復雜的多點觸摸，只需要將觸摸屏上的物體，兩 個為 一組進行比較，然后將所遇到的情況分解成以上兩種情況了進行處理即可， 因此本專利對這兩種情況進行針對性研究，并獲得解決如上所述的兩種情況中 的坐標問題方法，于是提出了一種有效的多點識別掃描方法，并利用該掃描方 法作為解決多點觸摸問題基礎部分。
此外系統由靜止狀態開始做垂直掃描，在垂直掃描的開始時先利用各種高速 掃描方法，在盡可能短的時間內迅速捕獲先后切入屏幕表面物體分離，分離的 方法是立即為該物體建立一個身份編號以及坐標及大小尺寸信息等記錄在一個 數組內，物體的編號可以與其切入觸摸屏表面時由系統所測定的時間關聯，根 據該編號，系統能夠不斷查詢及能夠對各個物體的坐標值更新，并實現對各個 觸摸物體的身份鎖定、身份識別以及跟蹤，甚至軌跡趨勢分析方法，再加插值 計算等方法修補及重建該觸摸物在重疊區域內的軌道。利用這種方法雖然不能 夠完全徹底解決多點觸摸，但至少可以減少很多后續的坐標掃描工作。
首先在說明本專利的識別方法之前，必須先了解一下觸摸屏上的掃描角度是
如何由發射、接收管形成的，如圖4及圖5所示，為本發明中，幾種由發射管l 與接收管2進行各種角度配對的掃描線11連接示意圖。所示無論是由發射管選 擇接收管，或是由接收管選擇發射管進行角度配對其結果都是一樣的，在此說 明配對關系的方向可變性，由圖中可以看到，發射與接收管之間的X或Y軸方 向上相對位置每錯開一個位時，都會產生一個新的角度，由于在觸摸屏上的所 有發射、接收管的坐標是已知的，所以獲得角度的計算方法也是斜率的計算方
法，即直線方程tan"zZ計算獲得，由此證明分布在觸摸屏上的任何一個發射管
與任何一個接收管之間形成的角度都是可以通過計算獲得的，并且，若發射管 的坐標已知，同時掃描線11的角度也是已知，便可找到與其配對的接收管，同 樣若接收管的坐標已知，同時掃描線11的角度已知，便可找到與其配對的發射 管。當利用計算機實現本專利所述的對象選擇掃描法中所述的算法時，可利用
直線方程tan;9-Z計算出所有發射、接收管之間可以形成的配對角度，并將所有
配對角度值存入一個數據表中，通過查詢數據表的角度，同時只要知道發射管 或接收管的坐標位置便可以實現發射、接收管的配對了。所述的發射、接收管 的角度配對方法是指，有已知掃描角度/ ,同時發射管坐標已知時，可以求得接
收管的坐標；或是有已知掃描角度A,同時接收管坐標已知時，可以求得發射管 的坐標，其中求得坐標的計算方法是利用直線方程計算獲得，其中當利用計算 機實現時，獲得發射、接收管配對角度A的方法可以通過即時計算荻得或者利用 查表方式獲得。
如圖6所示，演示有兩個物體A與B在不同位置上所形成的掃描線11的變 化關系，在視圖中，當兩個物體相距距離越遠時所形成的角度就越小，越近時 所形成的角度就越大，且掃描線11將物體A與B分開兩部分，這種掃描線設置 方法的顯然可以應用于掃描角度的設置，圖6中兩個物體距離越近掃描所需的 角度就越大，當物體之間的距離逼近極小值時，掃描角度就會變為*0° ，由此 可以推斷在紅外線觸摸屏技術中，當物體之間距離太小時，只能將兩個物體當
作一個物體處理了。
又如圖7則是才艮據圖6演示了設置掃描線11的方法，設置獲得的物體A、 B 及交叉區域C、 D的掃描線ll，由此可以推定掃描線的設置方法是，首先建立好 物體各自的坐標重疊區范圍，將一個由X、 Y重疊區相交所產生的交叉區域 (^卄4)與另一個同樣由X、 Y重疊區相交所產生的交叉區域(C, ^q)之間所形 成的四邊形(ji， C2， C4)，由該四邊形的對角線^及形成的角度》作為掃 描的角度，交叉區域C4,—^)及(q—CJ則是掃描區域，同時也是在觸摸屏上物 體所在區域或是盲點區域。以上詳細說明了對掃描線的設置方法，以下則詳細 說明應如何將以上的原理變成計算機可以實施的方案。
當利用計算機實現所述的算法時，必須為該物體建立一個屬于自己的包括 X、 Y軸坐標重疊區，所述的重疊區是根據垂直掃描檢測時獲得的X及Y軸上的 有信號發生異常變化的接收管序列號范圍大小建立的，X及Y軸上信號發生變化 的接收管序列號范圍同時也是物體遮擋接收管的大小范圍，在實際算法中重疊 區的范圍可以根據信號發生變化的接收管序列號范圍向兩旁擴展1個或若干個 發射或接收管，或者不做擴展，直接將被遮擋接收管的序號范圍作為重疊區范 圍亦可。如圖1中所示，在觸摸屏上有物體A,在垂直掃描時，在物體A的X軸 所在區域有序列號為53, 54, 55的接收管信號發生變化，所以在X軸上建立物 體A重疊區范圍是53-〉55或52->56 (當擴展1個接收管時)，同時物體A在Y 軸上所在區域有序列號為182， 183, 184, 185的接收管信號發生變化，所以在 Y軸上建立物體A重疊區范圍是182-〉185或181-186 (當擴展l個接收管時)。
當利用計算機實現建立所述的重疊區時，在垂直掃描時，若系統的判讀結 果是，在X或Y軸上只有一組接收管坐標區域發生變化，同時在另外一個坐標 軸卻發現存在有若干組接收管坐標區域的發生變化時，這意味著觸摸屏上存在 有兩個或兩個以上的物體，且物體之間有其中一個坐標發生重疊，此時，建立 該軸重疊區時，物體可以使用相同的重疊區坐標值。如圖l所示，有物體A與B 同時存在，當垂直掃描時，在X軸上由兩組區域的接收管發生變化，分別是物 體A的所在區域有序列號22, 23, 24及物體B所在區域有53， 54, 55接收管 信號發生變化，所以在X軸上建立物體B重疊區范圍是22->24,及物體A的重 疊區范圍53->55，同時在Y軸上有182， 183， 184， 185號接收管信號發生變化， 物體A在Y軸上建立重疊區范圍是182->185,及物體B在Y軸上建立重疊區范 圍是182->185。
當完成物體各自的坐標重疊區建立后，每個物體移動時，系統需根據以上所 述的方法不斷為所有的移動物體建立其新的X、 Y重疊區。在垂直掃描中，任何 物體的坐標落入重疊區內后，都會產生坐標重疊問題，每個物體都有兩個坐標 重疊區， 一個是X軸坐標重疊區， 一個是Y軸坐標重疊區，不同的物體可以共 用相同的坐標重疊區。多個物體之間的坐標重疊區可以發生交叉，產生交叉區 域。由于每個發射、接收管坐標是已知的，所以每個交叉區域范圍的起始點與
終點坐標值是可以計算獲得，如圖l中有ai(a,")點及A2(z2，:k2),其中x!,Z2
的值是物體A在X軸上交叉區域的起點及終點坐標，獲得a =(M-l)x『，其中 M二交叉區域起點的接收管序列號，『=接收管的尺寸大小，X2-(vV-l)Xr,其 中A^交叉區域終點的接收管序列號。根據以上所述方法，同樣可以獲得物體在 Y軸上的交叉區域的起始點與終點的坐標^i。由此可見，通過重疊區坐標可以獲 得交叉區的頂點坐標。
當獲得交叉范圍坐標值后 > 便可以開始推算所需要掃描的區域以及選擇掃 描角度了，在進行推算時，無論觸摸屏上有多少個觸摸物體，系統在每次判讀 時，只需將兩個物體為一組進行重疊區對比，假設若有"個物體分別需要以兩個
為一組進行重疊區對比時，所需對比的最少次數是2!(""2)！或是￡(義—i)即是
系統進行對比時所需的循環次數，其中打是物體的數量，x是自變量，每次對比 時都要將對比物體的X, Y兩個坐標軸的重疊區坐標數據進行對比。
其對比結果只能有兩種，第一種情況，兩個物體之間有X或Y軸的重疊區發 生重疊(注兩者的X、 Y坐標同時發生重疊時不計數，因為兩個物體的觸摸點 根本不可能完全發生重疊的)，第二種情況，兩個物體之間沒有重疊區坐標發生 重疊，以下對兩種情況進行進一步的詳細分析和處理。
當第一種情況發生時，如圖8所示，沒有盲點產生，但會產生一個單軸坐標 重疊區5,在重疊區5內因為物體相互遮擋的原因，物體A與B只有一個軸坐標 ;r。， ；^是可以通過垂直掃描判讀獲得的，而另一個軸坐標&, ^是在重疊區內且 沒法準確判讀，為此系統必須將掃描線由90度改為小于或大于90度進行掃描， 然后利用直線方程計算出遮擋物體的真正坐標^， A，在開始角度掃描前，建立 物體A的X軸重疊區的范圍X！ —12, Y軸重疊區范圍是^ —6，此時，由于沒
有物體遮擋，無需選擇角度，所以此時算法可以任意選擇掃描角度，只要這個
角度存在且接收范圍容許即可，由圖8所示，有已知點Al(《,。及A2(X2,F2), 根據圖4、 5中每對發射、接收管之間形成的角度是可以計算獲得的，在X軸上 的發射、接收管配對數據中，假設系統選擇一個已知掃描角度是p,設接收管fccl 為掃描的起始點，7M，rx2可沖艮據本專利所述的發射、接收管角度配對方法獲得， hl的坐才示=X, -a , " = tan/ ， 6是已知#史，掃描的終點是&2 , 且 化2 = 12-A+7M，所以求得該算法的掃描范圍是^t妄收管由itcl4^2,發射管 是由7M47^2,在圖8的坐標上可以清楚看出掃描是由交叉區的Al點(義,^)開 始掃描到A2點(義2,72)結束的，因此位于Al點與A2點所構成的長方形區域內的 任何物體都可以獲得掃描，坐標點A1、 A2的坐標是交叉區域的邊界坐標，同時 也是系統設定的掃描區域的邊界坐標，當掃描&1一&2時，記錄有信號變化的 接收管的序列號，并通過直線方程便可獲得物體A的&值了，利用同樣方法可 以獲得物體B的^值，在圖9中所示的計算方法與圖8相同，但掃描線的角度 增加了 90度，所以掃描時發射、接收管配對發生了變化，紅外線發射、接收管 的序列號范圍也隨之變化，這樣一個物體可以由兩個方向掃描，可以增加精確 度，而且當一個角度方向有攔截物遮擋掃描路線時還可以使用另一個角度方向 進行掃描。
以上所述的單軸坐標重疊發生在Y軸上，當單軸重疊發生在X軸上時，要選 擇有效的發射、接收管角度配對時，除了可以考慮利用X軸上的發射、接收管 進行配對，也可考慮利用在Y軸上發射、接收管進行配對，只要角度以及接收 范圍許可就行，如圖IO所示，有物體A的坐標為(x。,&)， r。的值在垂直掃描時 可以獲得，由于A與B的X軸坐標發生重疊，所以J^只能通過角度掃描求得， 在Y軸上發射、接收管配對數據中，假設系統選擇一個已知掃描角度是/ ,設發 射管7M為掃描的起始點，7M二巧-a, a = Z>xtan^， 6是已知數，掃描的終點是 73c2，且7^2 = 72-1^+7^,所以求得該算法的掃描范圍是發射管由7M — 7^2 ,接
收管是由ifcc1 —/ xl，i^2的坐標是在選擇掃描角度"后，根據本專利所述的 發射、接收管角度配對方法獲得，當掃描Txl —R2時，記錄有信號變化的發射 管的序列號，并通過直線方程便可獲得物體A的X。值了，利用同樣方法可以獲 得物體B的J^值。
當第二種情況發生時，如圖11所示，在觸摸屏上，假設有兩個真實物體A
與B分別處在不同的坐標(Xa,Ya)與(Xb，Yb)上，但在垂直掃描系統中，因為有 盲點區域存在，所以系統并不知道物體A、 B的確切坐標，在垂直掃描時，系統 只能在X軸上讀得兩個不同坐標區域的接收管信號發生變化，同時在Y軸上也 有兩個坐標區域的接收管信號發生變化，此時該算法所使用的方法是，根據X， Y軸各自坐標上的信號變化范圍，在X、 Y軸建立坐標重疊區，如圖11中所示 & ~>Z2，X3 — %4,巧—y2,;r3 — r4 ，雖然在物體A與B相互之間并沒有發生坐標
重疊，但是可以由圖11中可以清楚看見，有兩個盲點區域，即由 Cl(Z!, &) — C2(Z2, y4)形成的長方形區i或及由A (義3,") — ￡)2 (義4, y2)形成的長方 形區域，由于系統在掃描開始時，并不知道物體A與B實際所在的區域，所以
系統必須對四個區域，其中包括有A點所在的區域4(^,:rh ~>^2(z2,:r2)， B點 所在區域^("3，}^)卄s2(jr4,;r4),以及兩個盲點區域ci(z!，;t3) — C2(z2,r4)， A(;^，w —1)2(14，;^2)分別進行角度掃描，找出物體實際坐標位置，在角度掃描
開始時，假設先掃描物體A所在區域為4 考慮到需要避開盲點區域內可能 有物體存在，同時可能帶來的遮擋問題，所以在選4斧掃描角度時，在X軸上發
射、接收管配對數據中，所選角度必須滿足tan/^^,且滿足<formula>formula see original document page 14</formula>
否則在掃描物體A所在區域時，掃描線是無法避開盲點區域
ci(j^，6)4C2(;^,r4)的，當掃描物體A時，掃描范圍的起點是化i,其坐標是
<formula>formula see original document page 14</formula>， <formula>formula see original document page 14</formula> ,其中h,Xi，X2,巧，F4都是已知數，
終點是ifcc2 ， li x2《％2-X1+iM，所以求得該算法的掃描范圍是發射管由 Tx2，接收管是由/M4i^2, m,r;c2的坐標是在選擇掃描角度P后，根據本 專利所述的發射、接收管角度配對方法獲得。由以上公式可以看出，系統選擇 大于或等于"的角度進行掃描時是能夠避開盲點區域的，是符合角度選擇要求 的。當完成掃描物體A后，緊接著需要掃描的是位于其下方的盲點區域
a(j^，^) — c2(j^,1^),其原因是掃描角度可以與掃描物體A時相同，所以掃描
起點不需要另行計算，掃描范圍大小也相同，但掃描的方向與掃描物體A時剛 好相反，請看圖12所示，掃描范圍的起點坐標iM, iM《A-al，終點坐標i6c2，
i x2《- x2 - & ，發射管是由— rx2,且rxi,&2的坐標是在選擇掃描角度/
后，根據本專利所述的發射、接收管角度配對方法獲得。在圖12的坐標上可以 清楚看出掃描區域是由C2點(12,74)開始掃描到Cl點C^，&)結束的，因此位于 C2點與Cl點所構成的長方形區域內的任何物體都可以獲得掃描，同樣當掃描 7M4&2時，記錄有信號變化的接收管的序列號再利用直線方程便可荻得盲點 區域Cl — C2內任何物體的X， Y坐標值了 ，利用掃描4 — ^,d — C2區域的方法， 繼續將剩下的兩個區i或包4舌&(jr3,y3) — 52(x4,:r4)及A(X3 ，A) — Z)2 (Z4,y2)，直至 完成所有的需要掃描區域為止，系統便可獲得正確的兩個物體A與B的真實坐 標(Z。,&)與(X6，&)所在位置了。坐標點(A1， A2)， (B1，B2), (C1，C2), (D1，D2) 的坐標是交叉區域的邊界的頂點坐標，同時也是系統設定掃描區域的邊界坐標。 圖13， 14中所示的計算方法與圖11， 12相同，但掃描線的角度增加了 90度， 所以掃描時，發射接收管配對發生了變化，紅外線發射、接收管的序列號范圍 也隨之變化，這樣一個物體可以由兩個方向掃描，可以增加精確度，而且當一 個角度方向有攔截物遮擋掃描路線時還可以使用另一個角度方向進行掃描。
根據上述說明，可以推導得出，在垂直掃描中，若有"個物體相互之間沒有 發生坐標重疊時會產生的盲點區數量是"("-1),即由5個觸摸物體所產生的盲點 數目是5x4=20個，也就是說會有20個盲點坐標在利用垂直掃描時是無法識別 的，在角度掃描中，當"個物體是分別切入觸摸屏表面，系統可利用時間差分別 捕獲"個物體的坐標，此時只需要掃描盲點區域，并檢測在這些盲點區域內有哪 些位置有物體真實存在即可，掃描循環次數是盲點的次數即"("-1),若"個物體 是同時切入觸摸屏表面，而系統此時又無法利用快速掃描方法利用時間差將不 同時間切入觸摸屏表面的物體坐標分離并捕獲時，此時系統除了需要對已知數 量的盲點區域進行掃描外，還需要掃描物體實際坐標所在的區域，此時掃描的循 環的次數是"2。圖11、 12、 13、 14所示的是單軸不重疊的情況發生時，在X軸 上獲得選擇發射、接收管之間角度配對的方法，但也同樣適用于Y軸上的發射、 接收管角度配對，因為遮擋或是信號強度差的原因，當在X軸上無法選擇到有 效的發射、接收管角度配對時，可考慮在Y軸上進行發射、接收管配對，只要 角度以及接收范圍許可就行，除此之外，若選擇發射接收管配對角度無法在Y 軸上實現時，可利用相鄰的發射、接收電路單元上的發射與接收管進行有效配 對，例如以下范例iJL明。
如圖15中所示，有物體B,因B所處位置是無法利用X或Y軸上的角度掃描 取得發射、接收管的有效配對，所以在圖15中掃描物體B的方法改用了相鄰的
發射電路板單元和接收板單元之間進行，在相鄰兩個發射、接收軸上的發射、 接收管配對數據中，選擇一個已知角度;5進行掃描，設發射管7M為掃描的起始
點，7M = 1 d + 6 ,6 = ! ,a是已知數，掃描的終點是，且
<formula>formula see original document page 16</formula>所以7^2 = 1 + %4,求得該算法的掃描范圍是發射管由 7^2 - X4 tan 〃
—Tx2，接收管是由iM —i2x2， /M,h2的坐標是在選擇掃描角度p后，根據 本專利所述的發射、接收管角度配對方法獲得，當掃描Txl —7^2時，記錄有信 號變化的發射管的序列號，并通過直線方程便可獲得物體B的J^值了。當掃描 物體A時，考慮到需要避開物體B所在區域帶來的遮擋問題，所以在Y軸上發
射、接收管配對數據中選擇掃描角度時，所選角度必須2〃， tan-2蘭，且滿足 ^ = ^ = J^^_,否則在掃描物體A所在區域時，掃描線是無法避開物體B所
在區域51(義3,&) —52(義4,74)的，掃描范圍的起點是7M，其坐標是7M2^十al, "12Wxtan>9=>fll2Wx^^~,其中^,ZbZ4，;r3,:F4都是已知數，終點是rx2，且
rx227M-("-6)，所以求得該算法的掃描范圍是發射管由7M —rx2,接收管是 由/M4&2，/M，仏2的坐標是在選擇掃描角度y9后，根據本專利所述的方法，
利用已知角度對發射、接收管進行配對獲得。
由以上分析可以清楚說明，在該算法中選擇掃描區域范圍及角度的基本推算
方法是
(1) 建立物體各自的X,Y軸坐標重疊區
(2) 將物體按兩個為一組對物體的重疊區坐標進行比較
(3) 若在比較后，結果為單軸發生重疊時，若選擇X軸上的發射接收管配對時， 在X軸的配對數據中，隨意選則一個已知角度)8，利用直線方程選擇掃描 起始點iM的坐才示，且7ixl-^-a， a = 6xtan;0, 6是已4口H掃描的纟冬點 是化2, i x2 = X2-JT1+7M ,所以求得該算法的掃描范圍是接收管由 ifccl —h2,發射管是由7H —7x2,其中rxl,rx2是由發射、接收管角度p后 配對荻得。若在Y軸上選擇發射、接收管配對時，在Y軸的配對數據中，
隨意選則一個已知角度y9 ,掃描的起始點可選擇rxl ,且Txl-巧-a, a = 6xtany9, 6是已知凄t，掃描的終點是r工2，且Fx2 = F2 -巧+ 7M ，此時與
發射管7M,7M配對的接收管/M,i^2可根據本專利所述的方法，利用已知角
度對發射、接收管進行配對獲得。
(4) 若比較后，結果發現重疊區沒有發生重疊，若選擇X軸上的發射、接收管
進行配對時，在根據條件選擇掃描角度的，且滿足 ^ =生尤2-^ 掃描的起點即是的坐標，iM^i廣al,且
^該an/ "lx義2—義1 ，其中 J^,X2，11,F4都是已知數，掃描范圍的終
點是&2，且/^2 = 12-Z+iM， 7M,7^2的坐標在選擇角度時直線方程計算 獲得。若選擇Y軸上的發射、接收管配對進行配對時，所選角度的tan/ 2^ ,
且滿足^_ = ^= & -&否則在掃描物體A所在區域時，掃描線是無法避
開物體B所在區域別(％3，&)~^2(14,74)的，掃描范圍的起點是rxi，其坐
義4 -X!
已知數，終點是73c2，且rx22r:d-^-y2),所以求得該算法的掃描范圍是 發射管由7M —&2，接收管是由/ixl —i xl,^2的坐標是在選擇掃描 角度/9后，根據本專利所述的方法，利用已知角度對發射、接收管進行配 對獲得。
(5) 在角度掃描時，若上述方法(3) (4)中無法獲得發射、接收管的有效配 對時，可考慮利用相鄰的發射電路板單元與接收電路板單元上的發射、接 收管進行配對，在相鄰兩個發射、接收軸上的發射、接收管配對數據中選 擇 一 個已知角度P進行掃描，設發射管7M為掃描的起始點，
= X 3 + 6 ， 6 = 1 , fl是已知數，掃描的終點是&2 ，且 j tan/
tan/ = _^_，所以7^-l +義 求得該算法的掃描范圍是發射管由 rx2 _ X4 tan /
7M4Tx2，接收管是由i x1 —J x2， JW,化2的坐標是在選4奪掃描角度-后， 根據本專利所述的方法，利用已知角度對發射、接收管進行配對獲得。 以下進一步總結實現本發明方法的步驟是
(1) 觸摸系統進行垂直掃描，繼續下一步；
(2) 垂直掃描觸摸屏，判斷是否有物體坐標捕獲，繼續下一步；
(3) 當有坐標捕獲后，為每個物體建立自己的身份編號，繼續下一步；
(4) 為每個物體建立X、 Y軸重疊區，并自動更新每個物體的重疊區范圍，繼 續下一步；
(5) 判斷是否有多過一個物體坐標存在，若是進入下一步，若否返回步驟(2);
(6) 建立算法，將發射與接收管配對角度與范圍初始化，并獲得各個發射、接 收管角度配對的初始值并建立角度配對數據表，繼續下一步；
(7) 將物體分為兩個一組進行重疊區坐標比較，判斷兩個物體之間是否有坐標 X或Y發生重疊，若是繼續下一步，否則進入步驟(9);
(8) 當有重疊區坐標發生重疊時，可取X軸上的發射、接收管進行角度配對， 在X軸的配對數據中，隨意選則一個已知角度"，根據/ 值利用直線方程 計算出的掃4笛起始點Rxl，且i jd-;^-a, " = 6xtan/0, 6是已知lt,掃描 的終點是&2， &2 = 12-X1+iM，所以求得該算法的掃描范圍是接收管由
—i x2，發射管是由73d — r;c2，其中7M，r;c2是由角度/ 后配對獲得。若 在Y軸上選擇發射、接收管配對時，在Y軸的配對數據中，隨意選則一個 已知角度"，掃描的起始點可選擇7M,且2M-:r廣"，"=Z)xtan", 6是已
知數，掃描的終點是rx2，且rx2-:^-A+r:d,此時與發射管rxi，rx2配對
的接收管iM,/ x2可才艮據本專利所述的方法，利用已知角度對發射、接收管 進行配對獲得，進入步驟UO); (9 )當重疊區坐標沒有發生重疊時，可取X軸上的發射、接收管進行角度配對，
在X軸的配對數據中，在根據條件選擇掃描角度的tan"2丑，且滿足 <formula>formula see original document page 18</formula>，掃描的起點坐標&1是<formula>formula see original document page 18</formula> , 且
。l2Wxtanyg=>fll^lx 2—Al,其中^,J^，X2,&,y4都是已知數，掃描范圍
的終點是尨2 ，且= X2 - ^ + hi ， 7M， rx2的坐標是在選擇掃描角/ 度后 利用發射、接收管配對獲得。若選擇Y軸上的發射、接收管配對進行配對
時，在Y軸的配對數據中，所選角度的tan"2豆，且滿足蘭=^- r4_A
否則在掃描物體A所在區域時，掃描線是無法避開物體B所在區域 51(義3,73) — 52(14，74)的，掃描范圍的起點是rxl，其坐才示是rxl^X！+al ,
fll261xtan>g=>fll^x & ，其中^,^，義4，;K3,;F4都是已知數，終點是
X4 -^
rx2,且rx2 2 7M-(巧-6),此時與發射管7M,rx2配對的接收管iM,i x2可根 據本專利所述的方法，利用已知角度對發射、接收管進行配對獲得。繼續
下一步；
(10) 若在步驟(8)、 (9)中無法取得發射、接收管的有效配對，在角度掃
收管進行配對，在相鄰連個發射、接收軸上的發射、接收管配對數據中選
擇一 個已知角度/ 進行掃描，設發射管為掃描的起始點，
m = z 2 + 6 ， 6 = ! ， a是已知數，掃描的終點是rx2 ,且
tan"-^~—,所以7^2 = 1 +義4,求得該算法的掃描范圍是發射管由 〃 nZ4 tan々 4
7M — T:c2,接收管是由iM — i x2 , iM,i Jc2的坐標是在選擇掃描角度/ 后， 根據本專利所述的方法，利用已知角度對發射、接收管進行配對獲得，繼 續下一步；
(11) 根據設置好的掃描范圍ifcd ——Tx2，將此范圍內角度配對的 紅外發射、接收管進行的逐行掃描，并同時讀取每對管接收到的信號變化
量，根據信號變化量利用直線方程計算物體實際坐標位置，繼續下一步；
(12) 判斷是否完成所有物體的X， Y軸坐標重疊比較，若是則繼續下一步，
若否則返回到步驟(7);
(13) 程序結束。
如上所述識別方法的優點是，通用性強，角度選擇準確，角度可以隨便調 整只要在掃描角度選擇時能夠避開遮擋物即可。
本方法中可利用直線方程tan"-Z計算出所有發射、接收管之間可以形成的
配對角度，并將所有配對角度值存入角度與發射接收管配對表中，通過查詢數 據表的角度，同時只要知道發射管或接收管的坐標位置便可以對發射、接收管 進行配對了。所述的發射、接收管的角度配對方法是，有已知掃描角度〃，同時
發射管坐標已知時，可以利用直線方程求得接收管的坐標；或是有已知掃描角 度々，同時接收管坐標已知時，可以求得發射管的坐標，其中求得坐標的計算方 法是利用直線方程計算獲得，其中當利用電腦實現算法時，獲得發射、接收管 配對角度々的方法可以通過即時計算獲得或者利用查表方式獲得。
權利要求
1、一種紅外線觸摸屏多點識別方法，其特征在于:它包括以下步驟:a、系統進行垂直掃描，判斷是否有物體坐標被捕獲；若否，返回；若是，進入下一步驟；b、以步驟a中獲得的X及Y軸上有信號發生異常變化的接收管序列號范圍分別為每個物體建立X及Y軸上的重疊區，并進入下一步驟；c、分別以每兩個物體為一組進行X及Y軸上的重疊區坐標比較，確定重疊區的交叉區域，對該交叉區域進行不垂直的逐行掃描，進入下一步；d、根據接收管信號變化量輸出物體實際X，Y坐標值，并進入下一步；e、判斷是否完成全部物體的重疊區坐標比較，若否，返回到步驟c，若是，程序結束。
2、 根據權利要求1所述的一種紅外線觸摸屏多點識別方法，其特征在于在 步驟a和b之間還有步驟bl,即判斷是否有多過一個物體的坐標值存在， 若否，返回步驟a,若是，進入下一步驟。
3、 根據權利要求2所述的一種紅外線觸摸屏多點識別方法，其特征在于在 步驟a和bl之間還有步驟al:為捕獲的物體建立身份編號，并記錄物體 的坐標值。
4、 根據權利要求1或2或3所述的一種紅外線觸摸屏多點識別方法，其特征 在于步驟c中，分別以每兩個物體為一組進行X及Y軸上的重疊區坐標 比較，若存在重疊區重疊的情況，則確定所述交叉區域的各頂點坐標，選 取角度P,以交叉區域相對的兩個頂點為起點和終點確定對應的發射、接 收管序列范圍，并根據發射接收管序列范圍進行逐行掃描，該角度P的選 取為任意角度。
5、 根據權利要求1或2或3所述的一種紅外線觸摸屏多點識別方法，其特征 在于步驟c中，分別以每兩個物體為一組進行X及Y軸上的重疊區坐標 比較，若存在重疊區不重疊的情況，則確定各個所述交叉區域的各頂點坐 標，選取角度P，以交叉區域相對的兩個頂點為起點和終點確定對應的發 射、接收管序列號范圍，并才艮據發射接收管序列范圍進行逐行掃描，該角 度e的選取條件是tan^大于或等于相鄰兩個交叉區域之間的重疊區的 對角線的斜率。
6、 根據權利要求4所述的一種紅外線觸摸屏多點識別方法，其特征在于執行步驟a前，先初始化發射接收管配對角度，獲得各個發射接收管的配對角度值，并建立角度與發射接收管配對表，所述角度p是通過查表方式選 取的。
7、 根據權利要求5所述的一種紅外線觸摸屏多點識別方法，其特征在于執 行步驟a前，先初始化發射接收管配對角度，獲得各個發射接收管的配對 角度值，并建立角度與發射接收管配對表，所述角度P是通過查表方式選 取的。
8、 根據權利要求4所述的一種紅外線觸摸屏多點識別方法，其特征在于所 述角度P是在步驟c中即時計算選取的。
9、 根據權利要求5所述的一種紅外線觸摸屏多點識別方法，其特征在于所 述角度P是在步驟c中即時計算選取的。
10、 根據權利要求4所述的一種紅外線觸摸屏多點識別方法，其特征在于每 個所述的發射管與任何一個接收管配對，每個所述的接收管與任何一個發 射管配對。
11、 根據權利要求5所述的一種紅外線觸摸屏多點識別方法，其特征在于每 個所述的發射管與任何一個接收管配對，每個所述的接收管與任何一個發 射管配對。
全文摘要
本發明公開了一種紅外線觸摸屏多點識別方法，系統進行垂直掃描，判斷是否有物體坐標被捕獲；為捕獲的物體建立身份編號，并記錄物體的坐標值，判斷是否有多過一個物體的坐標值存在，以獲得的X及Y軸上有信號發生異常變化的接收管序列號范圍分別為每個物體建立X及Y軸上的重疊區，分別以每兩個物體為一組進行X及Y軸上的重疊區坐標比較，確定X軸和/或Y軸上的重疊區的交叉區域，對該交叉區域進行不垂直的逐行掃描；根據接收管信號變化量輸出物體實際坐標值；直至完成全部物體的重疊區坐標比較。本發明的優點在于能以多角度，自動選擇目標區域進行掃描，縮短了多點掃描時所需要的時間，提高了掃描的精確度，能夠實現對多點移動目標的快速識別。
文檔編號G06F3/042GK101387931SQ20081019914
公開日2009年3月18日 申請日期2008年10月14日 優先權日2008年10月14日
發明者偉 賀 申請人:偉 賀