專利名稱：基于光纖的紅外觸摸屏定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紅外觸摸屏的定位方法，特別涉及一種基于光纖的紅外觸摸屏定位方法。
背景技術(shù)：
觸摸屏是結(jié)合顯示器使用的一種透明的絕對(duì)定位系統(tǒng)，透明和優(yōu)良的定位原理是它的技術(shù)特征。目前應(yīng)用在各場(chǎng)合的觸摸屏主要有四種電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏、表面聲波觸摸屏和紅外觸摸屏。其中紅外觸摸屏的視覺效果和定位原理都優(yōu)于其它觸摸屏技術(shù)，而且不受電流、電壓和靜電干擾，可以適宜惡劣的環(huán)境條件。采用聲學(xué)和其它材料學(xué)技術(shù)的觸屏都有其難以逾越的屏障，如單一傳感器的受損、老化，觸摸界面怕受污染、破壞性 使用，維護(hù)繁雜等等問題。但是，與其它三種觸摸屏相比，紅外觸摸屏也存在分辨率低和傳感器易損壞的問題，所以紅外屏分辨率和穩(wěn)定性能的提高是其發(fā)展前景的關(guān)鍵紅外線觸摸屏原理很簡(jiǎn)單，只是在顯示器上加上光點(diǎn)距架框，無需在屏幕表面加上涂層或接駁控制器。紅外觸摸屏是利用X、Y方向上密布的紅外線矩陣來檢測(cè)并定位用戶的觸摸。紅外觸摸屏在顯示器的前面安裝一個(gè)電路板外框，電路板在屏幕四邊排布紅外發(fā)射管和紅外接收管，一一對(duì)應(yīng)形成橫豎交叉的紅外線矩陣。用戶在觸摸屏幕時(shí)，手指就會(huì)擋住經(jīng)過該位置的橫豎兩條紅外線，因而可以判斷出觸摸點(diǎn)在屏幕的位置。任何觸摸物體都可改變觸點(diǎn)上的紅外線而實(shí)現(xiàn)觸摸屏操作。如圖I所示，觸摸屏四周設(shè)置了若干對(duì)紅外發(fā)射線路板和紅外接收線路板，所有線路組成了紅外掃描模塊，每個(gè)線路板包含了若干個(gè)紅外發(fā)射管或紅外接收管，每個(gè)正對(duì)的紅外發(fā)射管和紅外接收管成對(duì)工作，在一個(gè)掃描周期內(nèi)，所有的紅外發(fā)射管都被點(diǎn)亮一次，當(dāng)紅外接收管檢測(cè)的信號(hào)值偏離基準(zhǔn)值一定的幅度則記錄當(dāng)前的觸摸位置，最終檢測(cè)出橫向、縱向上所有觸摸位置。使用現(xiàn)有的觸摸屏定位方法，在觸摸屏外框上安裝紅外線發(fā)射與接收感測(cè)元件，觸摸屏的物理分辨率由紅外發(fā)光管和紅外接收管的對(duì)數(shù)決定，體現(xiàn)在一定尺寸的屏上，其物理分辨率就是由紅外發(fā)射管和紅外接收管的體積決定的，但是紅外對(duì)管的體積又受到目前工藝的限制，因此采用傳統(tǒng)的紅外對(duì)管在目前很難實(shí)現(xiàn)高分辨率。同時(shí)，大規(guī)模的紅外對(duì)管和傳感器成本較高，容易損壞，維護(hù)繁雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不同于傳統(tǒng)的使用紅外對(duì)管的紅外觸摸屏定位方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種基于光纖的紅外觸摸屏定位方法，包括以下步驟一、在矩形屏幕兩個(gè)或兩個(gè)以上的頂點(diǎn)分別放置紅外扇面光源；二、在矩形屏幕四條邊上分別鋪設(shè)塑料光纖，當(dāng)觸摸屏上存在不透光遮擋物時(shí)，該光纖可以給出觸摸屏上的不透光遮擋物的陰影在四邊上的起末位置的精確坐標(biāo)；三、將塑料光纖的一端鋪設(shè)在屏幕邊上，用于感測(cè)紅外光，另一端連接到光電傳感器；四、將光電傳感器接收到的光纖數(shù)據(jù)傳輸?shù)接|摸屏定位模塊；五、觸摸屏定位模塊將每個(gè)光源以及該光源對(duì)應(yīng)陰影的起末位置，構(gòu)造出一個(gè)包含遮擋物的三角形或者四邊形，通過將多個(gè)多邊形進(jìn)行重疊，得到遮擋物的位置。有益效果本發(fā)明提供了一種不使用傳統(tǒng)紅外對(duì)管方式的紅外觸摸屏定位方法，降低了觸摸屏的成本，并且提高了分辨率。


圖I為傳統(tǒng)紅外觸摸屏的結(jié)構(gòu)圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例中紅外觸摸屏定位方法的流程圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中定位的示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中塑料光纖的擺放示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例中面狀排布的光纖束示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例中觸摸屏定位的原理示意圖。其中，I為攝像頭，2為紅外掃描模塊，3為紅外發(fā)射管，4為紅外接收管;5為本發(fā)明米用的扇面光源。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，具體說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。本實(shí)施例使用不同于傳統(tǒng)紅外觸摸屏的方法進(jìn)行紅外觸摸屏定位。圖3是本實(shí)施例中的紅外觸摸屏定位方法的流程圖。在本實(shí)施例中，進(jìn)行紅外觸摸屏定位的方法包括以下步驟一、在矩形屏幕的四條邊，架設(shè)一定寬度的框架，框架的四個(gè)角可以固定線狀激光器，框架的四條邊用于固定塑料光纖?？蚣艿拇笮】筛鶕?jù)顯示屏的大小來制作，二、在矩形觸摸屏的四個(gè)頂點(diǎn)分別放置一個(gè)紅外線狀激光器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的紅外發(fā)射管。線狀激光器是在普通的激光器上加一個(gè)玻璃鏡頭，將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)化為線狀光源。使用線裝激光器，就解決了傳統(tǒng)的LED紅外管的低光源分辨率問題。同時(shí)，使用兩組或多組位置靠近的線狀激光器可以減少誤判率，從而使得檢測(cè)器具有同時(shí)精確檢測(cè)兩個(gè)或以上的障礙物的能力，如圖3所示。三、在矩形屏幕的四條邊，使用塑料光纖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的紅外接收管，在四條邊上密集擺放，接收紅外激光管發(fā)射過來的紅外光。塑料光纖的擺放如圖4所示。根據(jù)觸摸屏尺寸和分辨率確定光纖的擺放和數(shù)目。例如，假設(shè)顯示屏尺寸為350*280mm，采用的分辨率為125*100，那么需要塑料光纖的數(shù)目就為(125+100)*2 = 450。使用密集的光纖束接收激光信號(hào)，可以大大提高接收器的密度和精度。四、將塑料光纖的一端設(shè)置于觸摸屏邊上的框架內(nèi)，將另一端匯集在一起，并且將線狀排布的光纖束轉(zhuǎn)變?yōu)槊鏍钆挪嫉墓饫w束，如圖5所示。例如，假設(shè)屏幕四條邊A，B，C，D的光纖數(shù)目分別為125，100，125，100。對(duì)應(yīng)的面狀光纖束即可為25*18的矩陣面，對(duì)應(yīng)原則可為，AB邊的1-25根光纖為面狀光纖束的第I行,26-50為第2行,51-75為第3行，......，101-125為第5行，BC邊的1-25根光纖束為第6行……DA邊的76-100為第18行。將線狀排布的光纖束轉(zhuǎn)變?yōu)槊鏍钆挪嫉墓饫w束，可以將原先需要大量光電傳感器接收的信號(hào)轉(zhuǎn)化為小型單一光電傳感器可接收的信號(hào)，從而大大提高了信號(hào)的接收速度和數(shù)量，以及信號(hào)的接收分辨率。五、將塑料光纖的另一端連接到光電傳感設(shè)備。由于將光纖束轉(zhuǎn)變成了面狀光纖束，因此，本實(shí)施例采用圖像傳感器CCD或CMOS接收光電信號(hào)，從而大大提高了接收信號(hào)的分辨率和精度，并大大簡(jiǎn)化了軟件模塊實(shí)現(xiàn)的難度。六、將圖像傳感器CXD或CMOS與主控芯片S3C2440處理器連接，以將圖像傳感器CCD或CMOS從塑料光纖接收的信號(hào)傳輸?shù)街骺匦酒?。主控芯片的操作系統(tǒng)選擇嵌入式Iinux0在主控芯片上移植Opencv環(huán)境，使嵌入式系統(tǒng)有了圖像處理的功能，成為集發(fā)射、控制、處理、顯示于一體的綜合的系統(tǒng)的控制核心。七、在主控芯片中設(shè)置控制系統(tǒng)時(shí)序的模塊和觸摸屏定位模塊，制系統(tǒng)時(shí)序的模 塊控制4個(gè)紅外激光管的分時(shí)發(fā)射掃描，控制CMOS傳感器的接收與紅外管的發(fā)射時(shí)鐘同步，接收CMOS傳來的圖像信號(hào)并利用opencv 二值化處理。八、在觸摸屏定位模塊中，通過CMOS傳來的圖像信號(hào)判斷屏幕觸摸的位置。圖6所示為本實(shí)施例進(jìn)行觸摸屏定位的示意圖。四個(gè)光源以及對(duì)應(yīng)的陰影可以產(chǎn)生四個(gè)多邊形(三角形或者四邊形)，將四個(gè)多邊形進(jìn)行重疊，就可以得到比較精確的遮擋物位置。本實(shí)施例中，使用了一種特定的計(jì)算多個(gè)多邊形重疊部分的方法。該方法流程簡(jiǎn)單，非常易于實(shí)現(xiàn)。該方法的實(shí)現(xiàn)過程為I)求出初始的多個(gè)多邊形，每個(gè)多邊形包括一個(gè)頂點(diǎn)集合及一個(gè)邊集合，假設(shè)第i個(gè)多邊形為Poly [i],其頂點(diǎn)集合為Poly [i]. pointSet,邊集合為Poly [i] edgeSet ;具體過程為(I)求出多邊形頂點(diǎn)坐標(biāo)i)將光源點(diǎn)坐標(biāo)加入 Poly [i]. pointSet ；ii)獲取陰影起末位置ps和pe坐標(biāo),若ps和pe在觸摸屏的一條邊上,則將ps和pe加入Poly [i]. pointSet集合,如果ps和pe各在不同邊上,則將ps’pe以及兩邊交點(diǎn)加A Poly [i]. pointSet 集合；(2)頂點(diǎn)排序?qū)ふ襶值最小的頂點(diǎn)，如果存在多個(gè)，則在y值相同的頂點(diǎn)中尋找x值最小的頂點(diǎn)，稱其為基點(diǎn)；依次求出所有的點(diǎn)與基點(diǎn)構(gòu)成的向量與X軸上的正方向單位向量的夾角的余弦值，然后根據(jù)余弦值的大小排序；(3)根據(jù)排序后得到的點(diǎn)，按照順序依次連接，獲得Poly[i]的每一條邊；2)求出任意兩個(gè)多邊形的重疊部分假設(shè)兩個(gè)多邊形為Pl和P2，所求部分為p3 (I)求出pl每條邊與p2每條邊的交點(diǎn)；(2)以pl為基準(zhǔn)，判斷p2中的每一個(gè)點(diǎn)是否在pl內(nèi)，如果在pl內(nèi)，則把該點(diǎn)收入集合p3. pointSet中，否則,求出該點(diǎn)與前一個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的邊與pl的所有邊的交點(diǎn)，收入集合p3.pointSet 中；(3)以p2為基準(zhǔn)，對(duì)pl每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行判定；
(4)去掉p3中重復(fù)的點(diǎn)；(5)對(duì)p3中的點(diǎn)進(jìn)行排序；(6)求出p3的所有邊；3)以求出的重疊部分p3作為pl，以還未計(jì)算的多邊形作為p2，重復(fù)步驟2)，直到求出所有多邊形的重疊部分。
本發(fā)明不僅限于以上實(shí)施例，凡是利用本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路，做一些簡(jiǎn)單變化的設(shè)計(jì)，都應(yīng)計(jì)入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于光纖的紅外觸摸屏定位方法，包括以下步驟 一、在矩形屏幕兩個(gè)或兩個(gè)以上的頂點(diǎn)分別放置紅外扇面光源； 二、在矩形屏幕四條邊上分別鋪設(shè)塑料光纖，當(dāng)觸摸屏上存在不透光遮擋物時(shí)，該光纖可以給出觸摸屏上的不透光遮擋物的陰影在四邊上的起末位置的精確坐標(biāo)； 三、將塑料光纖的一端鋪設(shè)在屏幕邊上，用于感測(cè)紅外光，另一端連接到光電傳感器； 四、將光電傳感器接收到的光纖數(shù)據(jù)傳輸?shù)接|摸屏定位模塊； 五、觸摸屏定位模塊將每個(gè)光源以及該光源對(duì)應(yīng)陰影的起末位置，構(gòu)造出一個(gè)包含遮擋物的三角形或者四邊形，通過將多個(gè)多邊形進(jìn)行重疊，得到遮擋物的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于光纖的紅外觸摸屏定位方法，其特征在于，所述扇 面光源為紅外線狀激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種基于光纖的紅外觸摸屏定位方法，其特征在于，所述扇面光源為4個(gè)，分別位于矩形觸摸屏的四個(gè)頂點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于光纖的紅外觸摸屏定位方法，其特征在于，在步驟一之前，還包括在矩形屏幕的四條邊架設(shè)一定寬度的框架的步驟，框架的四個(gè)角用于固定線狀激光器，框架的四條邊用于固定塑料光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于光纖的紅外觸摸屏定位方法，其特征在于，在步驟三中，將塑料光纖的一端設(shè)置于觸摸屏邊上的框架內(nèi)，將另一端匯集在一起，并且將線狀排布的光纖束轉(zhuǎn)變?yōu)槊鏍钆挪嫉墓饫w束。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于光纖的紅外觸摸屏定位方法,其特征在于,所述光電傳感器為圖像傳感器CXD或CMOS。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種基于光纖的紅外觸摸屏定位方法，其特征在于，觸摸屏定位模塊計(jì)算多個(gè)多邊形重疊部分的方法為 I)求出初始的多個(gè)多邊形，每個(gè)多邊形包括一個(gè)頂點(diǎn)集合及一個(gè)邊集合，假設(shè)第i個(gè)多邊形為Poly[i],其頂點(diǎn)集合為Poly[i]. pointSet,邊集合為Poly[i]. edgeSet ;具體過程為 (1)求出多邊形頂點(diǎn)坐標(biāo) 1)將光源點(diǎn)坐標(biāo)加入Poly[i]. pointSet ； ii)獲取陰影起末位置ps和pe坐標(biāo),若ps和pe在觸摸屏的一條邊上,則將ps和pe加入Poly [i]. pointSet集合,如果ps和pe各在不同邊上,則將ps, pe以及兩邊交點(diǎn)加入Poly [i]. pointSet 集合； (2)頂點(diǎn)排序 尋找I值最小的頂點(diǎn)，如果存在多個(gè)，則在I值相同的頂點(diǎn)中尋找X值最小的頂點(diǎn)，稱其為基點(diǎn)； 依次求出所有的點(diǎn)與基點(diǎn)構(gòu)成的向量與X軸上的正方向單位向量的夾角的余弦值，然后根據(jù)余弦值的大小排序； (3)根據(jù)排序后得到的點(diǎn)，按照順序依次連接，獲得Poly[i]的每一條邊； 2)求出任意兩個(gè)多邊形的重疊部分假設(shè)兩個(gè)多邊形為Pl和p2，所求部分為p3 (1)求出pi每條邊與p2每條邊的交點(diǎn)； (2)以Pl為基準(zhǔn)，判斷p2中的每一個(gè)點(diǎn)是否在pi內(nèi)，如果在pi內(nèi)，則把該點(diǎn)收入集合p3. pointSet中，否則，求出該點(diǎn)與前一個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的邊與pi的所有邊的交點(diǎn)，收入集合p3.pointSet 中； (3)以p2為基準(zhǔn)，對(duì)pi每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行判定； (4)去掉p3中重復(fù)的點(diǎn)； (5)對(duì)p3中的點(diǎn)進(jìn)行排序； (6)求出p3的所有邊； 3)以求出的重疊部分p3作為pl，以還未計(jì)算的多邊形作為p2，重復(fù)步驟2)，直到求出所有多邊形的重疊部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-6任一項(xiàng)所述的一種基于光纖的紅外觸摸屏定位方法,其特征在于，觸摸屏定位模塊計(jì)算多個(gè)多邊形重疊部分的方法為 I)求出初始的多個(gè)多邊形，每個(gè)多邊形包括一個(gè)頂點(diǎn)集合及一個(gè)邊集合，假設(shè)第i個(gè)多邊形為Poly[i],其頂點(diǎn)集合為Poly[i]. pointSet,邊集合為Poly[i]. edgeSet ;具體過程為 (1)求出多邊形頂點(diǎn)坐標(biāo) 1)將光源點(diǎn)坐標(biāo)加入Poly[i]. pointSet ； ii)獲取陰影起末位置ps和pe坐標(biāo),若ps和pe在觸摸屏的一條邊上,則將ps和pe加入Poly [i]. pointSet集合,如果ps和pe各在不同邊上,則將ps, pe以及兩邊交點(diǎn)加入Poly [i]. pointSet 集合； (2)頂點(diǎn)排序 尋找I值最小的頂點(diǎn)，如果存在多個(gè)，則在I值相同的頂點(diǎn)中尋找X值最小的頂點(diǎn)，稱其為基點(diǎn)； 依次求出所有的點(diǎn)與基點(diǎn)構(gòu)成的向量與X軸上的正方向單位向量的夾角的余弦值，然后根據(jù)余弦值的大小排序； (3)根據(jù)排序后得到的點(diǎn)，按照順序依次連接，獲得Poly[i]的每一條邊； 2)求出任意兩個(gè)多邊形的重疊部分假設(shè)兩個(gè)多邊形為Pl和p2，所求部分為p3 (1)求出pl每條邊與p2每條邊的交點(diǎn)； (2)以Pl為基準(zhǔn)，判斷p2中的每一個(gè)點(diǎn)是否在pl內(nèi)，如果在pl內(nèi)，則把該點(diǎn)收入集合p3. pointSet中，否則,求出該點(diǎn)與前一個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的邊與pl的所有邊的交點(diǎn)，收入集合p3.pointSet 中； (3)以p2為基準(zhǔn)，對(duì)pl每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行判定； (4)去掉p3中重復(fù)的點(diǎn)； (5)對(duì)p3中的點(diǎn)進(jìn)行排序； (7)求出p3的所有邊； 3)以求出的重疊部分p3作為pl，以還未計(jì)算的多邊形作為p2，重復(fù)步驟2)，直到求出所有多邊形的重疊部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種基于光纖的紅外觸摸屏定位方法,其特征在于,在步驟四中，將圖像傳感器C⑶或CMOS與主控芯片連接，在主控芯片中設(shè)置控制系統(tǒng)時(shí)序的模塊和觸摸屏定位模塊，所述控制系統(tǒng)時(shí)序的模塊用于控制4個(gè)紅外激光管的分時(shí)發(fā)射掃描，控制CMOS傳感器的接收與紅外管的發(fā)射時(shí)鐘同步。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于光纖的紅外觸摸屏定位方法,其特征在于，所述主控芯片為S3C2440處理器，主控芯片的操作系統(tǒng)選擇嵌入式linux，在主控芯片上移植 Opencv 環(huán)境。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于光纖的紅外觸摸屏定位方法，包括以下步驟一、在矩形屏幕兩個(gè)或兩個(gè)以上的頂點(diǎn)分別放置紅外扇面光源；二、在矩形屏幕四條邊上分別鋪設(shè)塑料光纖，當(dāng)觸摸屏上存在不透光遮擋物時(shí)，該光纖可以給出觸摸屏上的不透光遮擋物的陰影在四邊上的起末位置的精確坐標(biāo)；三、將塑料光纖的一端鋪設(shè)在屏幕邊上，用于感測(cè)紅外光，另一端連接到光電傳感器；四、將光電傳感器接收到的光纖數(shù)據(jù)傳輸?shù)接|摸屏定位模塊；五、觸摸屏定位模塊將每個(gè)光源以及該光源對(duì)應(yīng)陰影的起末位置，構(gòu)造出一個(gè)包含遮擋物的三角形或者四邊形，通過將多個(gè)多邊形進(jìn)行重疊，得到遮擋物的位置。本發(fā)明降低了觸摸屏的成本，并且提高了分辨率。
文檔編號(hào)G06F3/042GK102750047SQ20121018381
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月5日
發(fā)明者李鵬, 梁云昭, 梁漢, 王主彬, 符積高, 陳博 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)