專利名稱：檢測觸敏設備上的手指方向的制作方法
檢測觸敏設備上的手指方向背景觸敏設備可經由包括但不限于光學、電阻、以及電容機制的若干不同機制來檢測 觸摸。在利用觸敏輸入的許多設備中，確定手指的方向可有用于例如確定在設備上顯示文 本或圖像的方向、在多用戶設備的各用戶之間進行區分、和/或允許用戶通過在圖像上旋 轉手指來控制圖像在觸敏顯示器上的旋轉。各種方法可用于確定手指在觸敏設備上的方向。例如，一個方法涉及利用模板算 法嘗試匹配指向指尖反方向的指體的圖像以尋找對理論手指的匹配。然而，此類方法可能 是難以實現的，且可能導致不正確的結果以及發生模板匹配中的錯誤時所確定的方向的突 然改變。概述因此，在以下詳細描述中描述觸摸觸敏設備的手指的方向的確定。在一個公開的 實施例中，計算設備包括被配置成向用戶顯示圖像的顯示屏幕、以及被配置成檢測觸摸該 顯示屏幕的一個或多個物體的強度敏感的觸摸傳感輸入機制。該設備還包括被配置成從第 一組觸摸數據的中心與第二組觸摸數據的中心之間的方向確定觸摸屏幕的手指的方向，并 響應于所確定的手指的方向調整顯示屏幕上的圖像。提供本概述是為了以簡化的形式介紹將在以下詳細描述中進一步描述的一些概 念。本發明內容并不旨在標識出所要求保護的主題的關鍵特征或必要特征，也不旨在用于 限定所要求保護的主題的范圍。此外，所要求保護的主題不限于解決在本發明的任一部分 中提及的任何或所有缺點的實現方式。附圖簡述
圖1示出觸敏交互式顯示設備的實施例。圖2示出圖1的實施例示意性圖示。圖3示出例示用于確定手指在觸敏設備上的方向的方法的實施例的過程流。圖4示出例示由閾值強度水平劃分的強度級別區域的強度數據的數組的實施例。圖5示出經由圖3的實施例確定的每一手指的方向。圖6示出響應于所確定的手指方向對圖像作出的調整的示意性圖示。圖7示出了電阻觸敏設備的一個實施例的示意性圖示。圖8示出了電容觸敏顯示的一個實施例的示意性圖示。詳細描述在描述觸敏設備中的手指方向的檢測之前，簡述適用環境的示例。圖1示出多用 戶觸敏顯示設備100的實施例。觸敏顯示設備100具有表型配置并包括采用觸敏輸入的水 平設置的顯示表面102，這在以下參考圖2更詳細地描述。觸敏顯示設備110可被配置成檢 測與該設備交互的一個或多個人104的觸摸。顯示設備100可用于顯示任何合適類型的內 容106或數據，包括但不限于照片數據、視頻數據、圖形數據、文檔、電子表格、演示等。盡管圖1的實施例包括具有水平設置的觸敏顯示表面的多用戶計算設備，但應該 理解，以下討論的各實施例和此處概要公開的概念可在任何合適的啟用觸摸的顯示設備上
4實現，該設備可確定觸摸數據的二維數組的強度水平。此類設備的示例包括但不限于諸如 膝上型計算機和臺式計算機等計算設備、手持式設備、蜂窩電話、便攜媒體播放器、個人數 字助理、照相機、攝影機、以及具有光學、電容、電阻、或其它合適的觸敏輸入的其它可編程 消費和商業電子產品和裝置。如此處所使用的，術語“計算設備”可包括電子地執行一個或 多個程序的任何設備。此處所描述的各實施例可例如經由諸如程序等被存儲在計算機可讀 存儲介質上并由計算設備執行的計算機可執行指令或代碼在此類設備上實現。一般而言， 程序包括執行特定任務或實現特定抽象數據類型的例程、對象、組件、數據結構等。此處所 使用的術語“程序”可指示單個程序或協同工作的多個程序，并可用于表示應用程序、服務、 或任何其它類型或種類的程序。圖2示出觸敏顯示設備100的示意性圖示。觸敏顯示設備100包括投影顯示系 統，該投影顯示系統具有圖像源202、用于增加投影顯示的光程長度和圖像尺寸的可任選的 一個或多個鏡子204、以及將圖像投影到其上的顯示屏幕206。圖像源202包括光源或燈光源208，如示出的燈、LED陣列、或其它合適的光源。 圖像源202還包括圖像產生元素210，如示出的IXD (液晶顯示)、LC0S (硅上液晶)顯示、 DLP(數字光處理)顯示、或任何其它合適的圖像產生元素。顯示屏幕206包括諸如玻璃板 等清晰的透明部分212，以及設置在該清晰的透明部分212的頂上的漫射屏幕層214。在某 些實施例中，可在漫射屏幕層214上設置額外的透明層(未示出)以對顯示表面提供平滑 的觀感。在其它實施例中，可省略漫射屏幕層214。繼續圖2，設備100還包括電子控制器216，該電子控制器216包括存儲器218和 微處理器220。為傳感顯示屏幕206上的觸摸，設備100包括圖像捕捉設備224，該圖像捕 捉設備224被配置成捕捉顯示屏幕206的整個背面的圖像、并向控制器216提供圖像以供 檢測出現在圖像上的手指或物體。漫射屏幕層214幫助避免不與顯示屏幕206接觸或位于 顯示屏幕206的幾微米內的物體的成像，并因此幫助了確保僅有觸摸顯示屏幕206的物體 被圖像捕捉設備224檢測到。盡管設備100被示出為具有一個圖像捕捉設備224，但應該理 解，可使用超過一個圖像捕捉設備224來捕捉顯示屏幕206的圖像。圖像捕捉設備224可包括任何合適的圖像傳感機制。合適的圖像傳感機制的示例 包括但不限于(XD和CMOS圖像傳感器。此外，圖像傳感機制可使用足夠的頻率捕捉顯示屏 幕206的圖像以檢測物體在顯示屏幕206上的運動。如屏幕206與控制器216的虛線連接 225所示，顯示屏幕206可替換地或另外包括可任選的電容、電阻或其它合適的觸摸傳感機 制。圖像捕捉設備224可被配置成檢測任何合適波長的被反射或發射的能量，包括但 不限于紅外和可見波長。為協助檢測顯示屏幕206上的觸摸，圖像捕捉設備224可進一步包 括照明，如被配置成產生紅外或可見光的一個或多個發光二極管(LED)226。來自LED 226 的光可由觸摸顯示屏幕206的手指反射并隨后被圖像捕捉設備224檢測到。與可見LED的 使用相對地，紅外LED的使用可幫助避免去除顯示屏幕206上的投影圖像的外觀。LED 226可位于交互式顯示設備200內的任何合適位置。在所示實施例中，將多 個LED 226沿顯示屏幕206的邊放置。在此位置中，來自LED的光可經由內部反射行進通 過顯示屏幕206，同時某些光可從顯示屏幕206逃逸以供顯示屏幕206上的物體的反射。在 替換實施例中，可將一個或多個LED放置在顯示屏幕206之下以使所發射的光通過顯示屏幕 206。因為多個用戶可能同時使用顯示設備200，所以向用戶演示的圖像在顯示設備 200上的合適方向可取決于哪個用戶正在觀察該圖像或與該圖像交互。因此，顯示設備200 可被配置成確定觸摸該顯示器的一個或多個手指的方向，并基于所確定的手指的方向來顯 示或調整被顯示在設備上的圖像。圖3示出例示標識手指在觸敏設備上的方向的方法300的過程流。方法300可在 能夠生成觸摸強度數據的二維數組的任何合適觸敏設備上執行，合適觸敏設備包括但不限 于光學、電容和電阻觸敏設備。方法300首先包括在302處獲取觸摸數據。例如，在光學觸 敏系統中，獲取觸摸數據可包括利用圖像捕捉設備或其它光電檢測器在顯示屏幕上的每一 像素處獲取強度數據。獲取光學觸摸數據還可包括在每一像素處糾正環境(外部)光的強 度數據。同樣，在電容或電阻觸敏設備中，獲取觸摸數據可包括檢測與觸摸強度的度量成比 例的電響應。簡要參考圖4，此圖示出觸摸強度數據的數組400的示例，其例示由各自由等強度 值線定義的“輪廓”402a_d示出的強度級別的區域，其中輪廓線定義從檢測到的觸摸的中心 向外減少的強度的區域。在圖4中，可見到來自三個手指和大拇指的觸摸的強度數據。與屏 幕接觸的手指的區域平壓在屏幕上，并因此具有基本上一致的亮度。從此區域向外移動，指 尖的末端和側面在強度上快速地減弱，同時該手指的其余部分在強度上更加緩慢地減弱， 如在這些方向中的輪廓環之間的較大間隔所示。在圖4中，顯然，隨著強度等級從觸摸的區 域向外減少，每一輪廓區域的中心比之前的環的中心距離指尖更遠。再次參考圖3，方法300接著包括確定觸摸數據的第一區域，其中基本上第一區域 內的所有觸摸數據具有高于閾值觸摸強度的強度。此處所使用的術語“確定”一般表示定 義區域的邊界，而“基本上所有”在此處用于表示第一區域的外邊界內的像素的個別或小區 域在某些實施例中可出于各種原因具有低于強度的值而仍然可被認作第一區域的一部分。 作為示例，食指的觸摸數據的第一區域在圖5中502處示出。觸摸數據的第一區域可按任何合適的方式來定義。例如，如圖3中在306處所示， 強度數據的第一區域可通過首先確定定義第一區域的閾值強度值來定義。在某些實施例 中，在逐幀的基礎上、或在每n個幀的周期性基礎上定義閾值強度值。在周期性或逐幀基礎 上確定閾值強度值可方便適于正在改變的環境等級、用戶觸摸強度、和/或其它此類因素。 或者，如308所示，在其它實施例中可使用固定閾值強度值來確定觸摸數據的第一區域。在周期性地或逐幀地計算定義觸摸數據的第一區域的強度閾值時，可使用任何合 適的方法來確定閾值。例如，在一實施例中，可將閾值強度設置為圖像或圖像的一部分(例 如，檢測到的觸摸周圍的部分)的加權平均強度，其中與每一像素相關聯的權重是圖像的 該部分中的強度的改變(梯度)率。例如通過使用Sobel過濾器來組合像素處的水平和垂 直率梯度，可如下確定強度改變率<formula>formula see original document page 6</formula><formula>formula see original document page 7</formula>隨后，可如下從強度數據v(x，y)和sobel值s(x，y)確定閾值
<formula>formula see original document page 7</formula>應該理解，出于示例的目的描述用于確定強度閾值的此方法，而不旨在以任何方 式限制。繼續圖3，方法300接著在310包括確定觸摸數據的第二區域。觸摸數據的第二區 域對應于通常在觸摸數據的第一區域周圍、其中觸摸強度低于觸摸數據的第一區域中的觸 摸強度的區域。觸摸數據的第二區域一般將圍繞觸摸數據的第一區域，盡管在某些環境下 觸摸數據的第一和第二區域可共享其各自周邊部分的共同邊界。觸摸數據的第二區域，如同觸摸數據的第一區域，可按任何合適的方式來定義。例 如，如312所示，觸摸數據的第二區域可由低于第一區域閾值的閾值定義。這在圖5中的 504處示意性地示出。或者，如314所示，觸摸數據的第二區域可具有預先選擇的值，可對應 于作為對定義第一區域的第一強度閾值的固定偏差值的強度閾值，可對應于相關于第一區 域的像素的固定比例，和/或可對應于第一區域周圍的預先確定的形狀和/或大小的區域。 例如，第二區域可對應于圍繞第一區域的中心畫出的具有固定大小的矩形、卵形、淚滴形區 域等。矩形第二區域的示例在圖5中的506處示出。通常，定義第二區域以使得圍繞一個 手指的第二區域的外邊界避免包含來自其它附近手指的強度數據。在不考慮第二閾值的情 況下定義第二區域與使用第二閾值相比可提供減少的噪聲。再次轉到圖3，在定義觸摸數據的第一和第二區域之后，在316計算第一區域的中 心，并在318計算第二區域的中心。此處所使用的術語“中心”可表示沿每一方向的像素索 引的均值(以使得“中心”由平均x值和平均y值給出)、可表示強度的加權中心、或其它類 似值。在其中X，y值的均值用于確定第一和第二區域的中心的一個實施例中，第一和第 二區域的中心可計算如下。
<formula>formula see original document page 7</formula>求和JC(區域2)= [ x
v>閾值2
求和區域2)= ^ ；;
中心(區域1)=
中心(區域2)=
V>閾值2
n2=
v>閾值2
求和區域1)求和;K區域1) n\ ‘ nl
z求和區域2)求和jK區域2)、
V
y
n\nl在另一實施例中，第一和第二區域的“中心”對應于強度的加權中心，并如下計算， 其中項x和y是像素索引而v是與所索引的像素處的強度相等、成比例、或是其函數的加權因子。
求和VX(區域1) = ^ vx
v>閾值<formula>formula see original document page 8</formula><formula>formula see original document page 8</formula>
<formula>formula see original document page 8</formula>
<formula>formula see original document page 8</formula>
求和v(區域1) +求和v(區域2)‘求和v(區域1) +求和v(區域2)
在以上等式中，第一區域中的像素被定義為具有高于閾值的強度，同時第二區域 中的像素被定義為具有等于或低于閾值的強度。然而，應該理解，第一區域可包括等于或高于閾值強度的像素，且第二區域可具有低于閾值的像素。因此，在此處使用的術語“高于閾 值”、“超過閾值”等可表示“大于”或“大于或等于”。在確定第一和第二區域的中心之后，可在320處經由計算來確定中心之間的方向。方向=單位(中心(區域1)-中心(區域2))，其中
<formula>formula see original document page 9</formula>在確定手指在觸敏設備上的方向之后，如322所示，可按基于所確定的方向的方 式顯示或調整被顯示在設備上的圖像。此類調整的示例的說明在圖6中示出，其中面向第 一用戶的照片被觸摸并拖向坐在自第一用戶繞圖1的設備90度處的第二用戶。最初，如 600所示，照片面向第一用戶。在被觸摸并拖向第二用戶時，在602示出的第二用戶的手指 的方向被檢測到，且如602'所示，照片基于所檢測到的方向被旋轉成面向第二用戶。這允 許第二用戶在不必學習進行旋轉的任何觸摸手勢的情況下，以直觀的方式通過單個動作移 動并查看照片。如上所述，此處所述的各實施例還可與除光學觸敏機制以外的觸敏機制一起使 用。首先，圖7示出電阻觸敏顯示700的簡單示意性圖示。電阻觸敏顯示700包括被保持 在由一個或多個間隔(未示出)隔開的安排中的兩個層702、704。每一層包括面向其它層 的導電涂層，且這些層中至少一個包括電阻涂層。將電壓VI施加到層702，并將電壓V2施 加到層704。在被觸摸時，層702和704被一起按下，進而完成了層702與704之間的電路。 (x,y)觸摸位置和觸摸強度的度量可由控制器706通過分析由接觸層產生的信號的特性來 確定。接著，圖8示出電容觸敏顯示800的簡單示意性圖示。電容觸敏顯示800包括電 容層802，其包括諸如銦錫氧化物等透明導體的行和列。在屏幕被觸摸時，只要觸摸物體是 導電的，一些電荷就被轉移到該觸摸物體上。通過測量屏幕的每個角處的電壓來檢測所存 儲的電荷的減少，且(x，y)觸摸位置和觸摸壓力的強度可由控制器804從這些電壓測量中確定。這些系統中的每一個可被配置成輸出觸敏數據，并因此如此處所述地可用于確定 手指的方向，盡管數據點的密度可能低于在光學觸摸傳感機制中可達成的密度。還應該理 解，此處所述的配置和/或方法在本質上示例性的，且這些具體實施例或示例不是局限性 的，因為多個變體是可能。此處所述的具體例程或方法可表示任何數量的處理策略中的一 個或多個。如此，可按所示的順序、其它順序、并行、或在某些情況中省略執行所示的各種動 作。同樣，任何上述過程不是達成此處所述的各實施例的特征和/或結果所必需的，而是為 說明和描述的方便而提供的。本發明的主題包括各種過程、系統和配置的所有新穎和非顯而易見的組合和子組 合、和此處所公開的其它特征、功能、動作、和/或特性、以及其任何和全部等效物。
權利要求
一種計算設備，包括被配置成向用戶顯示圖像的顯示屏幕；被配置成獲取觸摸強度數據的數組并從所述觸摸強度數據的數組檢測觸摸所述顯示屏幕的一個或多個物體的強度敏感觸摸傳感輸入機制；以及包括處理器和存儲器的控制器，所述存儲器包含可由所述處理器執行以從具有較高強度的觸摸數據的第一區域的中心與具有較低強度的觸摸數據的第二區域的中心之間的方向確定觸摸所述顯示屏幕的手指的方向，并響應于所確定的觸摸所述顯示屏幕的手指的方向調整所述顯示屏幕上的圖像。
2.如權利要求1所述的設備，其特征在于，可執行所述指令以將觸摸數據的第一區域 定義為超過閾值強度值的觸摸數據。
3.如權利要求2所述的設備，其特征在于，所述閾值強度值包括觸摸強度數據的集合 的加權平均強度。
4.如權利要求3所述的設備，其特征在于，所述加權平均強度中的每一強度值由包括 所述強度值的梯度的加權因子加權。
5.如權利要求1所述的設備，其特征在于，可執行所述指令以將觸摸數據的第二區域 確定為具有圍繞觸摸數據的所述第一區域的預先選擇的形狀。
6.如權利要求1所述的設備，其特征在于，可執行所述指令以將觸摸數據的所述第一 區域確定為超過第一閾值強度的數據并將觸摸數據的第二區域確定為超過低于所述第一 閾值強度的第二閾值強度的數據。
7.一種計算設備，包括顯示屏幕；被配置成獲取觸摸強度數據的數組并從所述觸摸強度數據中檢測觸摸所述顯示屏幕 的一個或多個手指的觸敏輸入；以及包括處理器和存儲器的控制器，所述存儲器包含可由所述處理器執行以通過檢測其中 基本上所有像素都具有超過閾值強度的強度的觸摸數據的第一區域、檢測圍繞觸摸數據的 所述第一區域的觸摸數據的第二區域、計算觸摸數據的所述第一區域的中心、計算觸摸數 據的所述第二區域的中心、以及確定觸摸數據的所述第一區域的中心與觸摸數據的所述第 二區域的中心之間的方向來確定在所述屏幕上檢測到的每一手指的方向。
8.如權利要求7所述的設備，其特征在于，所述觸敏輸入包括光學觸摸傳感機制。
9.如權利要求7所述的設備，其特征在于，所述觸敏輸入包括電容觸摸傳感機制和電 阻觸摸傳感機制中的一個或多個。
10.如權利要求7所述的設備，其特征在于，可執行所述指令來通過將每一像素處的強 度用作加權因子來將像素的第一和第二區域的中心計算為加權中心。
11.如權利要求7所述的設備，其特征在于，可執行所述指令以將所述第二區域的外邊 界定義為具有比所述第一區域的外邊界低預先選擇的量的強度。
12.如權利要求7所述的設備，其特征在于，可執行所述指令以將所述第二區域的外邊 界確定為具有預先選擇的形狀。
13.如權利要求7所述的設備，其特征在于，可執行所述指令以從所述觸摸數據的加權 平均強度中確定所述閾值強度，且其中將每一像素處的梯度用作該像素處的強度的加權因子。
14.在包括觸敏輸入的計算設備中確定觸摸所述觸敏輸入的手指的方向的方法，所述 方法包括獲取來自所述輸入設備的觸摸數據的二維數組；確定其中基本上每一像素的強度都具有超過閾值強度的強度的所述數組中的觸摸數 據的第一區域；確定至少部分圍繞觸摸數據的所述第一區域的觸摸數據的第二區域；計算觸摸數據的所述第一區域的強度的加權中心；計算觸摸數據的所述第二區域的強度的加權中心；確定觸摸數據的所述第二區域的強度的所述加權中心與觸摸數據的所述第一區域的 強度的所述加權中心之間的方向；以及基于所述方向在所述觸敏設備上顯示圖像。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，將每一像素處的所述強度用作確定觸摸 數據的所述第一和第二區域中的強度的所述加權中心的加權因子。
16.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述第二區域的外邊界從所述第一區域 的外邊界延伸預先選擇的距離。
17.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述第二區域具有圍繞所述第一區域的 外邊界的預先選擇的形狀。
18.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述閾值強度是第一閾值強度，且其中所 述第二區域包括超過第二閾值強度的強度值。
19.如權利要求14所述的方法，其特征在于，從由每一像素處的梯度加權的所述觸摸 數據的加權平均強度確定所述閾值強度。
20.如權利要求19所述的方法，其特征在于，經由Sobel過濾器確定每一像素處的所述 梯度。
全文摘要
公開了觸摸觸敏設備的手指的方向的確定。在一個實施例中，計算設備包括被配置成向用戶顯示圖像的顯示屏幕、以及被配置成檢測觸摸該顯示屏幕的一個或多個物體的強度敏感觸摸傳感輸入機制。該設備還包括被配置成從第一組觸摸數據的中心與第二組觸摸數據的中心之間的方向確定觸摸屏幕的手指的方向，并響應于所確定的手指的方向調整顯示屏幕上的圖像。
文檔編號H04B1/40GK101809880SQ200880109421
公開日2010年8月18日 申請日期2008年9月17日 優先權日2007年9月28日
發明者N·基姆 申請人:微軟公司