專利名稱：一種觸控交互面板、交互系統(tǒng)及其交互方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明有關于模式識別技術(shù)領域，尤其是有關于人機交互技術(shù)，具體地講是一種
觸控交互面板、交互系統(tǒng)及其交互方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著數(shù)字技術(shù)的迅猛發(fā)展，在很多領域中都需要運用到快速、準確且具有人 性化的交互系統(tǒng)，例如在銀行ATM機等尤其會運用到觸摸屏式的交互系統(tǒng)。
然而，隨著例如銀行業(yè)務等運用觸摸屏式的交互系統(tǒng)來進行交互的功能的拓展， 簡單的點擊等操作已經(jīng)滿足不了更多的功能的擴展，因此就需要一種能對拖動、雙擊等操 作進行識別并進行處理的交互系統(tǒng)，對此目前提出有全反射式多點觸控式交互技術(shù)。
圖1所示的是上述的現(xiàn)有的全反射式多點觸控式交互系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1 所示，現(xiàn)有的全反射式多點觸控式交互系統(tǒng)的原理如下由LED發(fā)出的紅外光在全反射層 發(fā)生全反射，當有其他物體觸碰全反射層表面時將破壞觸碰區(qū)域的全反射條件，通過紅外 圖像采集設備以及跟蹤注冊算法得到物體的位置信息，從而提供自然的人機交互手段。
但是，這種現(xiàn)有的全反射式多點觸控式交互系統(tǒng)的缺點在于，其系統(tǒng)的魯棒性比 較差，且手指在觸摸時手感生澀。另外，該系統(tǒng)缺乏屏幕保護措施，例如皮膚的汗?jié)n對光學 反應影響較大，并且該系統(tǒng)的觸摸屏不能識別手指以外的物體。 因此，就需要一種能夠支持多種操作且對觸摸屏的影響或損壞比較少的觸控式交 互系統(tǒng)。 在此，將中國專利公開號CN101034332A的"具有觸控輸入功能的顯示裝置"專利 申請文件引用于此，作為本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是基于上述問題而提出，其目的在于提供一種觸控交互面板、交互系統(tǒng) 及其交互方法，從而向利用觸控屏幕進行交互的系統(tǒng)提供能夠支持多種操作且人為的影響 或損壞比較少的觸摸屏。 為了實現(xiàn)上述本發(fā)明的目的，本發(fā)明的實施例提供一種觸控交互面板，該面板包 括支撐層，用于支撐整個面板；全反射層，其放置于支撐層的上方，用于全反射在該全反 射層上傳遞的光；全反射耦合層，其附著在所述全反射層上，用于在外力作用下產(chǎn)生形變從 而破壞所述全反射層的全反射條件，從而在外力作用處散射所述光；投影成像層，其放置在 所述全反射耦合層的上方，用于投影圖像的成像，供用戶觀看；以及抗磨保護層，其放置在 所述投影成像層的上方，用于隔絕外部光的影響。 為了實現(xiàn)上述本發(fā)明的目的，本發(fā)明的實施例還提供一種觸控交互面板的制造方 法，該方法包括形成一支撐層；在所述支撐層上形成全反射層，用于全反射在該全反射層 上傳遞的光；在所述全反射層上形成全反射耦合層，用于在外力作用下產(chǎn)生形變從而破壞 所述全反射層的全反射條件，從而在外力作用處散射所述光；在所述全反射耦合層上形成投影成像層，用于投影圖像的成像，供用戶觀看；以及在所述投影成像層上形成抗磨保護 層，用于隔絕外部光的影響。 為了實現(xiàn)上述本發(fā)明的目的，本發(fā)明的實施例又提供一種交互系統(tǒng)，該交互系統(tǒng) 包括觸控交互面板，其包括支撐層，用于支撐整個面板；全反射層，其放置于支撐層的上 方，用于全反射在該全反射層上傳遞的光；全反射耦合層，其附著在所述全反射層上，用于 在外力作用下產(chǎn)生形變從而破壞所述全反射層的全反射條件，從而在外力作用處散射所述 光；投影成像層，其放置在所述全反射耦合層的上方，用于投影圖像的成像，供用戶觀看； 以及，抗磨保護層，其放置在所述投影成像層的上方，用于隔絕外部光的影響；投影成像單 元，用于向所述投影成像層投影影像；以及圖像處理單元，用于接收所述散射的光，根據(jù)該 接收的光獲取交互圖像，并結(jié)合所述投影的圖像對該交互圖像進行處理來判斷交互信息并 輸出。 為了實現(xiàn)上述本發(fā)明的目的，本發(fā)明的實施例另提供一種交互方法，該方法包括 以下步驟在全反射層上傳遞的光進行全反射；在外力作用下破壞所述全反射層的全反射 條件，從而在外力作用處散射所述光；投影多點觸控圖像，供用戶觀看；隔絕外部光的影 響；接收所述散射的光，根據(jù)該接收的光獲取交互圖像，并結(jié)合所述投影的多點觸控圖像對 該交互圖像進行處理來判斷交互信息并輸出。 本發(fā)明的有益效果在于系統(tǒng)的魯棒性比較好，且具有屏幕保護措施，因此能夠支 持多種操作且對觸摸屏的影響或損壞比較少。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不 構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中 圖1所示的是上述的現(xiàn)有的全反射式多點觸控式交互系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2所示的是本發(fā)明實施例1的觸控交互面板的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3所示的是本發(fā)明的實施例1的觸控交互面板的制造流程圖。 圖4所示的是本發(fā)明實施例2的觸控交互面板的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5所示的是本發(fā)明實施例2的觸控交互面板的俯視圖。 圖6所示的是本發(fā)明實施例3的交互系統(tǒng)的示意圖。 圖7A所示的是本發(fā)明實施例3的圖像處理單元的結(jié)構(gòu)框圖。 圖7B所示的是本發(fā)明實施例3的投影成像單元的結(jié)構(gòu)框圖。 圖8所示的是本發(fā)明實施例3的交互方法的流程圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施方式和附圖，對 本發(fā)明做進一步詳細說明。在此，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明用于解釋本發(fā)明，但并 不作為對本發(fā)明的限定。 本發(fā)明實施例提供一種觸控交互面板、交互系統(tǒng)及其交互方法。以下結(jié)合附圖對
本發(fā)明進行詳細說明。
實施例1
5
圖2所示的是本發(fā)明實施例1的觸控交互面板的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，本發(fā)明 實施例1的觸控交互面板包括支撐層201，用于支撐整個面板；全反射層202，其放置于支 撐層的上方，用于全反射在該全反射層上傳遞的光；全反射耦合層203，其附著在所述全反 射層上，用于在外力作用下產(chǎn)生形變從而破壞所述全反射層的全反射條件，從而在外力作 用處散射所述光；投影成像層204，其放置在所述全反射層的上方，用于投影圖像的成像， 供用戶觀看；以及抗磨保護層205，其放置在所述投影成像層的上方，用于隔絕外部光的影 響。 圖3所示的是本發(fā)明的實施例1的觸控交互面板的制造流程圖，如圖3所示，本發(fā) 明的實施例1的觸控交互面板的制造方法包括
S301 :形成一支撐層； S302 :在所述支撐層上形成全反射層，用于全反射在該全反射層上傳遞的光；
S303:在所述全反射層上形成全反射耦合層，用于在外力作用下產(chǎn)生形變從而破 壞所述全反射層的全反射條件，從而在外力作用處散射所述光； S304:在所述全反射耦合層上形成投影成像層，用于投影圖像的成像，供用戶觀 看； S305 :在所述投影成像層上形成抗磨保護層，用于隔絕外部光的影響。 通過本發(fā)明實施例1的制造方法制成的觸控交互面板具有屏幕保護措施，因此能
夠支持多種操作且對觸摸屏的影響或損壞比較少。
實施例2 圖4所示的是本發(fā)明實施例2的觸控交互面板的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，本發(fā)明 實施例2的觸控交互面板包括支撐層401，用于支撐整個面板；全反射層402，其放置于支 撐層的上方，用于全反射在該全反射層上傳遞的光；全反射耦合層403，其附著在所述全反 射層上，用于在外力作用下產(chǎn)生形變從而破壞所述全反射層的全反射條件，從而在外力作 用處散射所述光；投影成像層404，其放置在所述全反射層的上方，用于投影圖像的成像， 供用戶觀看；抗磨保護層405，其放置在所述投影成像層的上方，用于隔絕外部光的影響； 以及空氣隔離層406，位于所述全反射耦合層和所述投影成像層之間，用于隔離所述全反射 耦合層和所述投影成像層。 圖5所示的是本發(fā)明實施例2的觸控交互面板的俯視圖，如圖5所示，支撐層401 置于底層，全反射層402放置于支撐層401正上方，其上利用涂敷工藝制成全反射耦合層 403，在其上方放置投影成像層404，并利用投影成像層404的磨沙結(jié)構(gòu)在投影成像層404和 全反射耦合層403之間形成空氣隔離層406，在表面覆蓋抗磨保護層405。
本發(fā)明實施例2的觸控交互面板還包括LED線形光源框架，其緊貼所述觸控交互 面板的四周，該LED線形光源框架是由一系列的近紅外LED(波長為850nm-940nm)連接而 成，主要負責提供近紅外光源。 在本發(fā)明實施例2中上述支撐層401由鋼化玻璃(等透明有承重堅固特性材料) 構(gòu)成，用于支撐整個面板結(jié)構(gòu)； 全反射層402采用有機玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)(以及所有可以起到全反射作 用的導光介質(zhì))經(jīng)過切割面拋光工藝制成，與LED線形近紅外光源緊密相連，LED發(fā)出的近 紅外光源進入其中產(chǎn)生全反射；
全反射耦合層403采用硅膠材料經(jīng)過涂敷加工工藝使之附著在全反射層上，它具
有高透明性(不會影響投影圖像的效果)、與有機玻璃板相似的折射率(因此近紅外光在全
反射耦合層和全反射層之間能夠順利傳輸而不破壞全反射條件)、較強的附著性能(可以
很好的附著在全反射層上不宜脫落和進入空氣)、高彈性(手指輕觸就能產(chǎn)生形變，且能迅
速恢復原有形狀)、較長的使用壽命和100攝氏度的耐高溫性能。其主要作用就是利用手指
或其他物體觸碰使之產(chǎn)生形變從而破壞其全反射條件，從而在點擊處產(chǎn)生近紅外光斑； 空氣隔離層406的作用是用隔離全反射耦合層和投影成像層，防止由于全反射耦
合層和投影成像層直接接觸導致全反射條件破壞，產(chǎn)生不正確的近紅外光斑，即其主要目
的是放置上述兩層在重力條件下發(fā)生粘合效應而產(chǎn)生錯誤的全反射反應； 投影成像層404使用背投投影膜構(gòu)成，主要用于投影圖像的成像； 抗磨保護層405由硅橡膠薄膜構(gòu)成，它具有良好的耐磨性能、良好的觸控手感、良
好的透明性、良好的紅外光隔絕性能以及較長的壽命。它的功能有保護交互面板的內(nèi)部結(jié)
構(gòu)、為用戶操作提供良好的手感、隔絕設備外部的近紅外光的影響。 實施例3 圖6所示的是本發(fā)明實施例3的交互系統(tǒng)的示意圖，如圖6所示，本發(fā)明的實施例 3的交互系統(tǒng)包括觸控交互面板601 (其結(jié)構(gòu)與上述本發(fā)明的實施例2的觸控交互面板相 同，因此在此不再贅述)；投影成像單元602，用于向所述投影成像層投影影像；以及圖像處 理單元603，用于接收所述散射的光，根據(jù)該接收的光獲取交互圖像，并結(jié)合所述投影的圖 像對該交互圖像進行處理來判斷交互信息并輸出。 圖7A所示的是本發(fā)明實施例3的圖像處理單元的結(jié)構(gòu)框圖，如圖7A所示，本發(fā) 明實施例3的圖像處理單元包括圖像采集模塊701，接收所述散射的光，根據(jù)該接收的光 獲取交互圖像；計算模塊702，結(jié)合所述投影的圖像對所述交互圖像進行處理來得到所述 交互圖像的中心坐標、方向、觸發(fā)點編碼；輸出模塊703，根據(jù)所述交互圖像的中心坐標、方 向、觸發(fā)點編碼生成交互信息并輸出。 圖7B所示的是本發(fā)明實施例3的投影成像單元的結(jié)構(gòu)框圖，如圖7B所示，本發(fā)明 實施例3的投影成像單元包括圖像輸出模塊704，用于輸出多點觸控圖像并在所述投影成 像層投影所述多點觸控圖像；實時渲染模塊705，用于根據(jù)所述交互信息，對所述多點觸控 圖像進行實時渲染。 其中，在本發(fā)明實施例3中，圖像采集模塊701使用近紅外攝像頭或CCD(由高清 晰度的高紅外響應的圖像采集設備和近紅外濾光鏡組成)捕獲近紅外交互圖像；計算模塊 702可以由獨立的服務器，例如由高性能圖像工作站(或嵌入式操作系統(tǒng)或DSP、FPGA等具 有圖像處理功能的電子器件)構(gòu)成。 圖8所示的是本發(fā)明實施例3的交互方法的流程圖。 以下結(jié)合圖8，具體描利用本發(fā)明實施例3的交互系統(tǒng)的進行交互的方法。
當沒有手指或不透明物體與本發(fā)明實施例3的交互系統(tǒng)的交互面板部分接觸時， 整個全反射層和全反射耦合層的全反射條件沒有被破壞，進行全反射(S801)因此沒有近 紅外光漏出，圖像捕捉設備不會捕捉到團塊(亮斑)，因此整個系統(tǒng)不會出現(xiàn)響應。
當有手指或不透明物體與本發(fā)明實施例3的交互系統(tǒng)的交互面板部分接觸時 (S802)，全反射耦合層由于發(fā)生形變，該處的全反射條件被破壞，近紅外光將從全反射耦合
7層散射出來并在觸碰地位置形成光斑。 此時投影成像單元向投影成像層投影多點觸控圖像供用戶觀察(S803)。
同時隔絕外部光源的影像(S804)。 圖像采集模塊采集到帶有光斑(單個或多個)并傳送給圖像處理單元進行處理。 圖像處理單元對采集到的圖像進行圖像噪聲預處理濾除高斯噪聲；然后通過差分算法和背 景累計算法得到前景圖像(只含有團塊的圖像)；通過團塊檢測(邊緣檢測算法和橢圓擬 合算法)得到團塊的中心坐標、方向和大小信息；通過團塊跟蹤模塊得到團塊的觸發(fā)點編 碼以及事件(手指按下、手指抬起、手指拖動)；利用數(shù)據(jù)平滑算法濾除微小的抖動；然后 通過多觸點媒體接口將輸出信息傳送給投影成像部分。投影成像部分利用圖像處理部分 的數(shù)據(jù)進行實時多媒體圖象處理，處理出的多媒體影像將交由投影機輸出，供使用者觀察 (S805)。 本發(fā)明的有益效果在于系統(tǒng)的魯棒性比較好，且具有屏幕保護措施，因此能夠支 持多種操作且對觸摸屏的影響或損壞比較少。 以上所述的具體實施方式
，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步 詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式
而已，并不用于限定本發(fā)明 的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含 在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種觸控交互面板，其特征在于，該面板包括支撐層，用于支撐整個面板；全反射層，其放置于支撐層的上方，用于全反射在該全反射層上傳遞的光；全反射耦合層，其附著在所述全反射層上，用于在外力作用下產(chǎn)生形變從而破壞所述全反射層的全反射條件，從而在外力作用處散射所述光；投影成像層，其放置在所述全反射耦合層的上方，用于投影圖像的成像，供用戶觀看；以及抗磨保護層，其放置在所述投影成像層的上方，用于隔絕外部光的影響。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸控交互面板，其特征在于，所述觸控交互面板還包括空氣 隔離層，位于所述全反射耦合層和所述投影成像層之間，用于隔離所述全反射耦合層和所 述投影成像層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸控交互面板，其特征在于，所述全反射層是采用有機玻璃 經(jīng)過切割面拋光工藝制成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸控交互面板，其特征在于，所述全反射耦合層是采用硅膠 材料經(jīng)過涂敷加工工藝附著在所述全反射層上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸控交互面板，其特征在于，所述投影成像層由背投投影膜 構(gòu)成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸控交互面板，其特征在于，所述觸控交互面板還包括LED 線形光源框架，其緊貼所述觸控交互面板的四周。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的觸控交互面板，其特征在于，所述LED線形光源框架是由一系 列的近紅外LED連接而成，提供近紅外光源。
8. —種交互系統(tǒng)，其特征在于，該交互系統(tǒng)包括觸控交互面板，其包括支撐層，用于支撐整個面板；全反射層，其放置于支撐層的上 方，用于全反射在該全反射層上傳遞的光；全反射耦合層，其附著在所述全反射層上，用于 在外力作用下產(chǎn)生形變從而破壞所述全反射層的全反射條件，從而在外力作用處散射所述 光；投影成像層，其放置在所述全反射耦合層的上方，用于投影圖像的成像，供用戶觀看； 以及，抗磨保護層，其放置在所述投影成像層的上方，用于隔絕外部光的影響；投影成像單元，用于向所述投影成像層投影影像；以及圖像處理單元，用于接收所述散射的光，根據(jù)該接收的光獲取交互圖像，并結(jié)合所述投 影的圖像對該交互圖像進行處理來判斷交互信息并輸出。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的交互系統(tǒng)，其特征在于，所述觸控交互面板還包括空氣隔離 層，位于所述全反射耦合層和所述投影成像層之間，用于隔離所述全反射耦合層和所述投 影成像層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的交互系統(tǒng)，其特征在于，所述全反射層是采用有機玻璃經(jīng)過 切割面拋光工藝制成。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的交互系統(tǒng)，其特征在于，所述全反射耦合層是采用硅膠材料 經(jīng)過涂敷加工工藝附著在所述全反射層上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的交互系統(tǒng)，其特征在于，所述投影成像層由背投投影膜構(gòu)成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的交互系統(tǒng)，其特征在于，所述觸控交互面板還包括LED線形 光源框架，其緊貼所述觸控交互面板的四周。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的交互系統(tǒng)，其特征在于，所述LED線形光源框架是由一系列 的近紅外LED連接而成，提供近紅外光源。
15. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的交互系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像處理單元包括 圖像采集模塊，接收所述散射的光，根據(jù)該接收的光獲取交互圖像； 計算模塊，結(jié)合所述投影的圖像對所述交互圖像進行處理來得到所述交互圖像的中心坐標、方向、觸發(fā)點編碼；輸出模塊，根據(jù)所述交互圖像的中心坐標、方向、觸發(fā)點編碼生成交互信息并輸出。
16. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的交互系統(tǒng)，其特征在于，所述投影成像單元包括 圖像輸出模塊，用于輸出多點觸控圖像并在所述投影成像層投影所述多點觸控圖像； 實時渲染模塊，用于根據(jù)所述交互信息，對所述多點觸控圖像進行實時渲染。
17. —種交互方法，其特征在于，所述交互方法包括以下步驟 在全反射層上傳遞的光進行全反射；在外力作用下破壞所述全反射層的全反射條件，從而在外力作用處散射所述光； 投影多點觸控圖像，供用戶觀看； 隔絕外部光的影響；接收所述散射的光，根據(jù)該接收的光獲取交互圖像，并結(jié)合所述投影的多點觸控圖像 對該交互圖像進行處理來判斷交互信息并輸出。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的交互方法，其特征在于，所述結(jié)合投影的多點觸控圖像對 交互圖像進行處理來判斷交互信息并輸出的步驟包括結(jié)合所述投影的圖像對所述交互圖像進行處理來得到所述交互圖像的中心坐標、方 向、觸發(fā)點編碼；根據(jù)所述交互圖像的中心坐標、方向、觸發(fā)點編碼生成交互信息并輸出。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的交互方法，其特征在于，所述投影多點觸控圖像，供用戶觀 看的步驟包括輸出多點觸控圖像并在所述投影成像層投影所述多點觸控圖像； 根據(jù)所述交互信息，對所述多點觸控圖像進行實時渲染。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的交互方法，其特征在于，所述結(jié)合投影的多點觸控圖像對 該交互圖像進行處理來判斷交互信息的步驟包括對獲取交互圖像進行圖像噪聲預處理濾除高斯噪聲； 通過差分算法和背景累計算法得到前景圖像；通過邊緣檢測算法和橢圓擬合算法對所述前景圖像進行出來得到交互圖像的中心坐 標、方向和大小信息；獲取交互圖像處的觸發(fā)點編碼以及事件，該事件包括物體的按下、抬起、拖動； 利用數(shù)據(jù)平滑算法濾除微小的抖動。
全文摘要
本發(fā)明提供一種觸控交互面板、交互系統(tǒng)及其交互方法，該面板包括支撐層，用于支撐整個面板；全反射層，其放置于支撐層的上方，用于全反射在該全反射層上傳遞的光；全反射耦合層，其附著在所述全反射層上，用于在外力作用下產(chǎn)生形變從而破壞所述全反射層的全反射條件，從而在外力作用處散射所述光；投影成像層，其放置在所述全反射耦合層的上方，用于投影圖像的成像，供用戶觀看；以及抗磨保護層，其放置在所述投影成像層的上方，用于隔絕外部光的影響。本發(fā)明的有益效果在于系統(tǒng)的魯棒性比較好，且具有屏幕保護措施，因此能夠支持多種操作且對觸摸屏的影響或損壞比較少。
文檔編號G06F3/042GK101739178SQ20081022589
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者孟艷, 李暉, 雷錦超, 魏舜儀 申請人:北京威亞視訊科技有限公司