紅外多點觸摸屏的坐標(biāo)捕獲以及修正算法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種紅外多點觸摸屏的坐標(biāo)捕獲以及修正算法，觸摸屏的四周布滿發(fā)射燈和接收燈，旨在有觸摸點時，通過接收燈信號的變化來獲得觸摸點的坐標(biāo)；每個接收燈有多個方向的接收光線，這樣，對于觸摸點來說，將會有多個光線所帶來的數(shù)學(xué)直線方程，應(yīng)用最小二乘法，將會獲得坐標(biāo)值的最優(yōu)解，達(dá)到了坐標(biāo)值誤差最小。本發(fā)明在獲得多次坐標(biāo)之后，尤其對于不斷變化的坐標(biāo)，應(yīng)用三次樣條插值法，可以達(dá)到預(yù)測坐標(biāo)值和修正原測量坐標(biāo)值的目的。
【專利說明】紅外多點觸摸屏的坐標(biāo)捕獲以及修正算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及紅外觸摸屏的坐標(biāo)捕獲以及坐標(biāo)修正算法，具體為一種紅外多點觸摸屏的坐標(biāo)捕獲以及修正算法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著蘋果公司推出的iPhone，多點觸摸技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，進而出現(xiàn)大尺寸多點觸摸屏。紅外多點觸摸屏在大尺寸觸摸屏的設(shè)計上存在絕對的優(yōu)勢，早期觀念上，紅外觸摸屏存在分辨率低、觸摸方式受限制和易受環(huán)境干擾而誤動作等技術(shù)上的局限，因而一度淡出過市場。此后第二代紅外屏部分解決了抗光干擾的問題，第三代和第四代在提升分辨率和穩(wěn)定性能上亦有所改進。在紅外多點觸摸屏坐標(biāo)捕獲的【技術(shù)領(lǐng)域】，多存在捕獲坐標(biāo)數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，誤差大，不能夠判別剔除“鬼點”，計算坐標(biāo)速度慢等問題。隨著觸摸屏尺寸的加大，信號反饋難度也隨即加大，相應(yīng)的反應(yīng)速度慢等缺點便更加明顯，為解決這一些問題，應(yīng)用最小二乘法計算坐標(biāo)顯得尤為恰到好處，坐標(biāo)計算后，又通過三次樣條插值對計算的坐標(biāo)再求出預(yù)測值，并且對未來坐標(biāo)值進行修正，極大的彌補了上述多點觸摸屏的缺點，提高了精度和靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是提供一種紅外多點觸摸屏的坐標(biāo)捕獲以及修正算法，以解決紅外觸摸屏求坐標(biāo)的過程中，誤差大，精度不夠高，速度慢的問題。
[0004]觸摸點的坐標(biāo)獲取原理見附圖1。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為: [0005]一種紅外多點觸摸屏的坐標(biāo)捕獲以及修正算法，其特征在于:包括以下兩方面:
[0006](I)應(yīng)用最小二乘法實現(xiàn)對于觸點坐標(biāo)的獲取，包括以下步驟:
[0007](a)獲得被擋連通域的起始燈的燈號和截止燈的燈號，以及連通域的大小；連通域就是被擋的同一方向的光線在水平方向或者豎直方向的寬度；
[0008](b)求得被擋連通域的中間直線的方程，組成方程組；
[0009](C)將方程組化簡獲得Ax=b的形式，所謂最小二乘法，就是求得ATAx=ATb的解，該解就是連通域的中間直線方程組的最小二乘解；
[0010](2)求得觸摸點坐標(biāo)后，應(yīng)用三次樣條插值法獲得坐標(biāo)預(yù)測值，并且對未來坐標(biāo)值進行修正；包括以下步驟:
[0011](a)連續(xù)捕獲多次坐標(biāo)值，將每次坐標(biāo)值存下，例如，捕獲5次坐標(biāo)，分別為(?, Y0)，(X1, Y1)，(x2, y2)，(x3, y3)，(x4, y4)；

hA.,6 Vx1-V- v ? - v ?_!
[0012](b)求得 hfx廠Xf1, uJ=Y^- =YtiT' di—上1^、，等同于


nj r nj+i"7 r "7+1nj T "y+i "y+inj
uJMJ_1+2MJ+ 入其中 Mj=S' ' (Xj)，其中 j=l，2，3，4，5 ;
[0013](c)應(yīng)用第二類邊界條件，即假設(shè) s' ' (Xci)=S' ' (xN+1) =0,即 Mtl=Miw=O ;[0014](d)通過以上步驟給出的的已知條件，求得方程組
[0015]2MA 入!M2=Cl1, uJMJ_1+2MJ+ 入 jMj+1=dj, uNMN_1+2MN=dN.其中，j=l, 2, 3, 4 ；
[0016](e)求得樣條曲線方程為
[0019](f)根據(jù)步驟5的樣條曲線，在每兩個測量值之間插入兩個坐標(biāo)點，作為輸出值，這樣應(yīng)用中斷方式，每隔30ms發(fā)送一次坐標(biāo)值。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0021]本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)紅外多點觸摸屏的較快速較精確的捕獲坐標(biāo)，在用戶體驗觸摸效果時，觸摸屏反應(yīng)較靈敏；例如，在放大縮小圖片時，速度較快；在畫圖板中劃線時，曲線圓滑，基本無棱角；達(dá)到了紅外觸摸屏響應(yīng)速度快，坐標(biāo)捕獲精度高的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為紅外多點觸摸屏的觸摸點坐標(biāo)獲取原理圖。
[0023]圖2為紅外多點觸摸屏的觸摸點從坐標(biāo)獲取到坐標(biāo)修正的流程圖。
【具體實施方式】
[0024]一種紅外多點觸摸屏的坐標(biāo)捕獲以及修正算法，見附圖2，其步驟如下:
[0025]( I)應(yīng)用最小二乘法實現(xiàn)對于觸點坐標(biāo)的獲取:
[0026](a)獲得被擋連通域的起始燈的燈號和截止燈的燈號，以及連通域的大??；連通域就是被擋的同一方向的光線在水平方向或者豎直方向的寬度；
[0027](b)求得被擋連通域的中間直線的方程，組成方程組；
[0028](C)將方程組化簡獲得Ax=b的形式，所謂最小二乘法，就是求得ATAx=ATb的解，該解就是連通域的中間直線方程組的最小二乘解；
[0029](2)求得觸摸點坐標(biāo)后，應(yīng)用三次樣條插值法獲得坐標(biāo)預(yù)測值，并且對未來坐標(biāo)值進行修正；包括以下步驟:
[0030](a)連續(xù)捕獲多次坐標(biāo)值，將每次坐標(biāo)值存下，例如，捕獲5次坐標(biāo)，分別為(?, y0)，(X1, J1), (x2, y2)，(x3, y3)，(x4, y4)；
[0031](b)求得 Vw1,dj=lih；{{hhZL~l±i11)' 等同于

J i+iJ J+lI j+ij+iJ
uJMJ_1+2MJ+ 入其中 Mj=S' ' (Xj)，其中 j=l，2，3，4，5 ;
[0032](c)應(yīng)用第二類邊界條件，即假設(shè) s' ' (Xtl)=S'' (xN+1)=0，即 Mq=Mn+1=0;
[0033](d)通過以上步驟給出的的已知條件，求得方程組
[0034]2MA 入!M2=Cl1, uJMJ_1+2MJ+ 入 jMj+1=dj, uNMN_1+2MN=dN.其中，j=l, 2, 3, 4 ；
[0035](e)求得樣條曲線方程為
M1,, Mj,M, ,?,.2 X, -XM A.2 X-Xi ,
[0036]s(x) = —^—(x -x) +-^(X-X1) +{y ,---T1-)-,~^iyj— ^Tl-),
Ohj6hj6Hj6hj[0037]其中，Xj^1^ x ^ Xj ；
[0038](f)根據(jù)步驟5的樣條曲線，在每兩個測量值之間插入兩個坐標(biāo)點，作為輸出值，這樣應(yīng)用中斷方式，每隔固定時間發(fā)送一次坐標(biāo)值。
[0039]具體的實施步驟如下:
[0040]1、應(yīng)用最小二乘法求得觸摸點坐標(biāo)，設(shè)有一個觸摸點，并且觸摸點擋住了 14個方向的光線，即反饋回14個連通域，具體步驟如下:
[0041](a)設(shè)連通域的起始燈的燈號分別為
[0042]nl, n2, n3, n4, n5, n7, n7, n8, n9, nlO, nil, nl2, nl3, nl4。與之相對應(yīng)的截止燈的燈號為n' I, n/ 2, n/ 3, n/ 4, n/ 5, n/ 6, n/ 7，n, 8, n/ 9, n/ 10, n/ 11, n/ 12, n/ 13,

}%\ + }%f\
n' 14。所以《1 + ^^就是第一個方向的連通域中間直線的對應(yīng)的燈的燈號，又根據(jù)所列的原方程得到了此時被擋光線的方程。同理，共得到14個方程。
[0043](b)將步驟(a)中的到的14個方程組成方程組，并寫成Ax=b的形式，A為14行2列的系數(shù)矩陣，由于計算過程中，大多是浮點數(shù)，浮點數(shù)應(yīng)用的計算時間多于整數(shù)的計算時間，所以將方程的左右兩邊同時乘以1000，再進行等價計算。
[0044](C)根據(jù)最小二乘原理，求得方程AtAx = ATb的解，便是步驟(b)中方程的最優(yōu)解。
[0045]1、獲得觸摸點的坐標(biāo)之后，應(yīng)用三次樣條插值法，求得紅外多點觸摸屏的預(yù)測坐標(biāo)值，并且對未來坐標(biāo)值進行修正，在坐標(biāo)點是連續(xù)變化的情況下，其具體步驟如下:
[0046](a)掃描觸摸板5次，得到了 5個不同的坐標(biāo)值，分別為
[0047]
【權(quán)利要求】
1.一種紅外多點觸摸屏的坐標(biāo)捕獲以及修正算法，所謂紅外多點觸摸屏就是在屏的四周布滿紅外發(fā)射燈以及對應(yīng)的紅外接收燈，水平方向有一橫排發(fā)射燈，豎直方向有一豎排發(fā)射燈，接收燈即是在相應(yīng)的對邊，觸摸點的坐標(biāo)捕獲是通過對于坐標(biāo)點擋住的光線的相應(yīng)計算，獲得觸摸點的坐標(biāo)；其特征在于:包括以下兩方面: (1)由于每個發(fā)射燈有多個方向的發(fā)射光線，每個方向便有唯一的一個直線方程來表示；通過應(yīng)用最小二乘法計算擋住的光線的方程組，便求得觸摸點的坐標(biāo)； (2)獲得觸摸點的坐標(biāo)之后，通過三次樣條插值法，獲得樣條插值曲線，不僅可以求得插值點坐標(biāo)，而且可以對未來坐標(biāo)值進行修正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外多點觸摸屏的坐標(biāo)捕獲以及修正算法，其特征在于:應(yīng)用最小二乘法實現(xiàn)對于觸點坐標(biāo)的獲取，其步驟如下: (1)獲得被擋連通域的起始燈的燈號和截止燈的燈號，以及連通域的大小；連通域就是被擋的同一方向的光線在水平方向或者豎直方向的寬度； (2)求得被擋連通域的中間直線的方程，組成方程組； (3)將方程組化簡獲得Ax=b的形式，所謂最小二乘法，就是求得ATAx=ATb的解，該解就是連通域的中間直線方程組的最小二乘解。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外多點觸摸屏的坐標(biāo)捕獲以及修正算法，其特征在于:通過三次樣條插值法，獲得樣條插值曲線，不僅可以求得插值點坐標(biāo)，而且可以對未來坐標(biāo)值進行修正；其具體實現(xiàn)步驟如下: (1)連續(xù)捕獲5次坐標(biāo)值,將每次坐標(biāo)值存下,分別為(xQ，yQ)，(x1；Y1), (x 2, y2), (x3, y3) (6)根據(jù)步驟(5)的樣條曲線，得到樣條插值，并且可判別未來數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G06F3/042GK103488352SQ201310379967
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】胡躍輝, 李小哲, 呂國強, 于芳芳, 劉志民 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)