CN101847069B - 触摸屏的多点触碰检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种触摸屏的多点触摸检测方法，涉及将所要处理的数据转变成为计算机能够处理的形式的输入装置，尤其涉及以转换方式为特点的数字转换器，包括触摸屏、电容感应电路、电容数据处理模块和***主机。一块触摸屏包括M条横向电极和N条纵向电极正交形成的M*N个互电容阵列，由电容感应电路实时不断地检测触摸屏的所有电容，获取实时的一帧与电容值相对应的二维数值数组，将无触摸的触摸屏的电容原值当作一块平地，有效触摸区当作一处“洼地”，对“洼地”进行判断和分离，分离出一点或多点有效触摸形成的“等效洼地”，并计算出其中心位置坐标。所述方法是一种具有触摸感应精度高、触摸点计算准确的更符合多点感应要求的触摸屏多点触摸的检测方法。

Description

触摸屏的多点触碰检测方法
技术领域
本发明涉及将所要处理的数据转变成为计算机能够处理的形式的输入装置，尤其涉及以转换方式为特点的数字转换器，例如触摸屏或触摸垫，特别是涉及用电容性方式转换的触摸屏的多点触碰检测方法。
背景技术
触摸屏可以有多种实现方式，流行的包括电阻式触摸屏、电容式触摸屏、表面红外触摸屏等。其中，电容式触摸屏以其透光率高、耐磨损、耐环境(温度、湿度等)变化、寿命长、可实现高级复杂功能(如多点触摸)而受到大众的欢迎。
美国专利US5825352公开一种电容式多点触摸技术。该技术在触摸屏的X轴和Y轴两个方向分别采用峰值检测法检测触摸，如图1所示，当两个手指触摸在触摸屏表面的时候，在X轴上的电容的分布会呈现如图2所示的波浪形状，通过搜寻找到两个波峰，就可以认为这两个波峰值为潜在的触摸中心点。为了增加触摸判断的准确度，波峰值处的电容值增加量还必须大于一个阈值；Y轴的处理情况与X轴方向的处理情况类似。因此，分别在X方向和Y方向进行波峰检测和阈值判断，就可以鉴别出两个触摸点。这种触摸数值增大类型的数据处理分X方向和Y方向。
中国专利CN200710188791.5公开了一种《电容式ITO触摸板的检测方法》，该方法中包括有正交的第一方向和第二方向上的两组多条感应线，多点触摸在第一方向及第二方向上产生的多个感应量的大小被用来判断本方向及另一方向上的相对位置。
上述专利均为用两个一维度的处理来反映二维度的情况，处理的精度比较低，尤其是多个手指距离比较相近的情况下，每个手指的触摸点精度计算很不准确；另外，只通过X或Y方向(第一方向和第二方向)的波峰断定触摸中心位置并不够精确，而且没有利用波峰两侧的数值信息，尤其是当触摸屏上的电容分布不是很密集的时候，触摸感应的精度比较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于避免现有技术的缺点而提供一种触摸感应精度高、触摸点计算准确的更符合多点感应要求的触摸屏多点触摸的检测方法。
本发明为解决所述技术问题而采用的技术方案是：在互电容式触摸屏上，使用二维度的检测方法，检测手指触摸触摸屏所形成电容变化的情况，通过这些电容的变化情况判断是否发生有效触摸和计算输出有效触摸等效区域的对应坐标。本发明将未有触摸时的互电容阵列当作“平地”，而将发生了有效触摸的区域当作一处“洼地”进行操作。
在本发明中，采用由本申请人递交的申请号为200810171009.3的中国专利申请《互电容式触摸屏及组合式互电容触摸屏》中提及的互电容式触摸屏，即本发明触摸屏的多点触摸检测方法，其涉及***包括触摸屏、电容感应电路、电容数据处理模块和***主机，所述触摸屏为互电容式触摸屏，横方向的电极连接为一条驱动线，纵方向的电极连接为一条感应线，每一条驱动线和每一条感应线正交形成一个待测互电容，一块触摸屏包括M条驱动线和N条感应线构成的M*N个互电容阵列。
本发明触摸屏的多点触摸检测方法所涉及***包括触摸屏、电容感应电路、电容数据处理模块和***主机，一块触摸屏包括M条横向电极和N条纵向电极正交形成的M*N个互电容阵列，M和N均为自然数，所述方法包括如下步骤：
A.电容感应电路检测触摸屏的所有电容，获取实时的M*N个与电容值相对应的二维数值，这些数值所形成的一个二维数值数组用来作为触摸点检测的数据源，发生触摸的区域比未发生触摸的区域的电容值小，把未发生触摸的整体区域的原始数值当成一块平地，发生有效触摸的区域就会呈现凹陷，将该凹陷当作一处“洼地”；
B.根据上一步骤A获取的二维数值数组判断是否发生了有效触摸，即寻找“洼地”，如果没有“洼地”，返回步骤A；如果有“洼地”，执行下一步骤C；所述寻找“洼地”，即对整个区域进行有无“洼地”判断的方法是，判断步骤A获取的二维数值数组中有无一定数量的小于某触摸阈值的数值群，这些数值群形成的区域为中间低、周围渐高的“洼地”；依据上述条件即可将“洼地”分离出来；
C.分离出发生有效触摸的“洼地”；
E.确定发生有效触摸的“洼地”的等效“洼地”；
F.计算并输出与发生有效触摸的“洼地”的等效“洼地”所对应的坐标并返回步骤A。
步骤A中所述与电容值相对应的二维数值可以是实际电容值的二维数值；亦可以是实际电容值经一定变换后所得的二维数值。
当只有一个触摸点时，产生一处“洼地”，当发生多点触摸时，会产生多处“洼地”，这多处“洼地”必须统一为其等效的“洼地”，步骤C中所述确定发生有效触摸的“洼地”的等效“洼地”为包括具有一定数量的小于某触摸阈值的数值群的所有点以及所有这些点相互连接线上的点所组成的区域。
步骤F所述发生有效触摸的“洼地”的等效“洼地”所对应的坐标可以是“洼地”图形的中心位置坐标，可以用以下公式计算所述中心位置坐标：
X M = Σ i ( x i * Δ C i ) Σ i Δ C i Y M = Σ i ( y i * Δ C i ) Σ i Δ C i ,
式中，i表示一处“洼地”内电容节点的序号，xi，yi分别表示i序号节点的横/纵坐标，Ci表示i序号节点的对应电容值，ΔCi表示i序号节点的对应电容值变化量。
电容感应电路不断地检测触摸屏的所有电容，获得实时的M*N个与电容值对应的二维数值，这些数值所形成的一个二维数值数组用来作为触摸点检测的数据源，发生触摸的区域比未发生触摸的区域的电容值小，把未发生触摸的整体区域的原始数值当成一块平地，发生有效触摸的区域就会呈现凹陷，将该凹陷当作一处“洼地”；
好像一架照相机在给触摸屏反复拍摄照片。每一幅电容照片是一个二维数值数组，手指触摸触摸屏表面的时候，手指覆盖的区域的电容的容值会变小，这些值的变化就会反映在电容照片之中。电容感应电路获得一帧新的电容图像之后，该电容图像的数据用来作为新的触摸点检测的数据源。如果把二维的电容照片看作一幅地形高度图，一个手指触摸的有效触摸区域就是一个凹陷的“洼地”，对于多个手指的多点触摸，就会在图上形成多个凹陷的“洼地”。手指中心的下方，是电容改变量最大的地方，就是“洼地”的中心。在电容图像上将所有的有效触摸形成的“洼地”分离出来，每一处“洼地”的特征符合：单块“洼地”之内的点的电容值小于平地的电容值(“0”值)，多块“洼地”中的点及各点间相连的点所组成的区域被认为是该触摸的“等效洼地”。如果不存在符合条件的“洼地”，则判断这一帧没有有效触摸；如果有“洼地”存在，则计算该次触摸的“等效洼地”并计算出与该“等效洼地”对应的坐标。
与该“等效洼地”对应的坐标可以是其中心位置的坐标，可用如下公式计算：
X M = Σ i ( x i * Δ C i ) Σ i Δ C i Y M = Σ i ( y i * Δ C i ) Σ i Δ C i ,
式中，i表示一处“洼地”内电容节点的序号，xi，yi分别表示i序号节点的横/纵坐标，Ci表示i序号节点的对应电容值，ΔCi表示i序号节点的对应电容值变化量。
所述步骤A中M*N个与电容值相对应的二维数值是每个电容值与“电容差值图像法”定义的未经触摸的“0”值的差值所组成的二维数值。
步骤A中所述M*N个与电容值相对应的二维数值是每个电容值与“电容差值图像法”定义的未经触摸的“0”值的差值经一阶Butterworth滤波器进行差值滤波所获得的二维数值。
所述“电容差值图像法”是指在触摸屏使用之前，***针对触摸屏上的电容阵列做一次校准工作；校准的目的就是记录在良好条件之下，触摸屏表面没有触摸的时候所有电容的值；该电容值作为“0”值；正常工作的时候，采样得到的电容值与“0”值做差，得到电容差值图像。
步骤C中所述有效触摸的“洼地”满足以下两个条件：有效触摸的“洼地”的凹陷程度系数
Figure GSB00000675093800042
小于某一阈值且有效触摸的“洼地”内部的梯度分布符合“洼地”内部的梯度平稳变化，其中Valley表示凹陷的谷底及谷底周围的电容值的和，“洼地”的容积V使用公式
Figure GSB00000675093800043
计算，其中i表示一处“洼地”内电容节点的序号，Ci表示i序号节点的对应电容值；所述有效触摸的“洼地”的梯度分布符合“洼地”内部的梯度平稳变化为：“洼地”边缘梯度较小，然后递增，接近谷底处梯度递减，谷底处梯度在“0”值附近。
为了实施上的方便，与电容值相对应的二维数值可以是实际电容值的二维数值或者是实际电容值经一定变换后所得的二维数值。可以将实测电容值转化为与电容值相对应的数值进行运作，与电容值相对应的数值可以是实际电容值乘以某一系数的数值、亦可以是实际电容值与某一阈值(“0”值)的差值或实际电容值与某一阈值(“0”值)的差值乘以某一系数的数值。也就是，在计算“洼地”中心的时候，对发生有效触摸的“洼地”边缘处的节点进行比较判断，如果其电容变化值小于某变化阈值，则对它乘以一个小于1大于0的系数。
得到“洼地”中心位置的坐标之后，为了平滑，对发生有效触摸的“洼地”的等效“洼地”的中心位置在时间上进行平滑滤波。
本发明的有益效果是：使用二维数组的检测方法，可以真实地反映手指触摸触摸屏所形成电容变化的客观情况，因而，触摸的判断和触摸中心点的计算都更加精确。对于一些非典型的情况，如两个触摸点比较靠近，或者有非手指等不规则物体的检测等，都能够有效地检测出来。
附图说明
下面结合各附图对本发明作进一步的描述。
图1是用手指触摸触摸屏的示意图；
图2是一维度处理技术中两个手指触摸在触摸屏表面的时候，在一个方向轴上的电容分布图；
图3是本发明方法涉及的***框图；
图4是本发明方法涉及***的互电容式触摸屏中互电容结构示意图；
图5(a)是未触摸时的电容示意图；
图5(b)是有两点触摸时的电容示意图；
图6是本发明第一实施例的方法流程图；
图7是本发明第二实施例的方法流程图。
各图中：10A、10B为手指、20为触摸屏、210、211为横方向电极、310、311为纵方向电极。
具体实施方式
以下结合附图所示各实施例作进一步详述。
参见附图3、4、5，本发明的检测方法其检测***包含4个部分：触摸屏，电容感应电路，电容数据处理模块，***主机。触摸屏为互电容式触摸屏，横方向的电极210、211等连接为一条驱动线，纵方向的电极310、311等连接为一条感应线，每一条驱动线和每一条感应线正交形成一个待测互电容，一块触摸屏包括M条驱动线和N条感应线构成的M*N个互电容阵列。电容感应电路能够实时不断的检测触摸屏的所有电容，获得实时的M*N个与电容值相对应的数据，好像一个照相机在给触摸屏反复拍摄照片。每一幅电容照片是一个二维数值数组，手指接触触摸屏表面的时候，手指覆盖的区域的电容的容值会变小，这些值的变化就会反映在电容照片之中。如果把二维的电容照片看作一幅地形高度图，手指触摸的区域就会形成一处“洼地”，对于多点触摸，就会在图上形成多处“洼地”，如图5(b)所示，颜色越黑表示数值越小。
在本发明的第一实施例中，步骤1所述的电容值是实际电容值，触摸屏检测电路获得一帧新的电容图像之后，电容图像的电容值数据作为新的触摸点检测的数据源。
在本发明的第一实施例中，步骤B中判断是否发生了有效触摸，即对整个区域进行有无“洼地”判断的方法是：判断步骤A获取的M*N个二维数值数组中有无一定数量的小于某触摸阈值的数值群，这些数值群形成的区域为中间低、周围渐高的“洼地”。
所述步骤F中所述
在本发明的第一实施例中，步骤E中发生有效触摸的“洼地”的等效“洼地”所对应的坐标为该“洼地”的中心位置坐标，其计算公式为：
X M = Σ i ( x i * Δ C i ) Σ i Δ C i Y M = Σ i ( y i * Δ C i ) Σ i Δ C i ,
式中，i表示一处“洼地”内电容节点的序号，xi，yi分别表示i序号节点的横/纵坐标，Ci表示i序号节点的对应电容值，ΔCi表示i序号节点的对应电容值变化量。
在本发明的第二实施例中，步骤A中所述M*N个与电容值相对应的二维数值，是每个电容值与“电容差值图像法”定义的未经触摸的“0”值的差值所组成的二维数值。即在触摸屏使用之前，***针对触摸屏上的电容阵列做一次校准工作。校准的目的就是记录在良好条件之下，触摸屏表面没有触摸的时候所有电容的值。该电容值作为阈值(“0”值)。正常工作的时候，采样得到的电容值与电容“0”值做差，得到电容差值图像。电容差值图像较原始的电容图像更容易处理。对于差值图像，如果没有触摸，那么所有节点的值在“0”值附近，当发生触摸的时候，会在“0”值附近形成若干个“洼地”值，在“0”值的平地基础上做“洼地”判断更加方便。
在本发明的第二实施例中，为了使得计算结果更加平滑，针对电容差值做平滑滤波，即电容差值阵列当中的每个值，都在时间上做平滑低通滤波，滤波器采用一阶Butterworth滤波器。对滤波之后的电容差值图像按第一实施例的办法进行“洼地”分离，对分离出的每一处“洼地”进行容积和形状判断。
容积的计算公式可以使用
Figure GSB00000675093800071
进行计算。“洼地”的形状可以通过两个途径判断。其一，判断“洼地”的凹陷程度。凹陷程度系数
Figure GSB00000675093800072
其中，Valley表示凹陷的谷底及谷底周围的值的和，V表示“洼地”的容积。凹陷程度系数D的值越大，表示凹陷较平坦；D的值越小，表示凹陷越陡峭。手指触摸触摸屏形成的“洼地”比较陡峭，因此D的值应该小于某个凹陷阈值D0；其二，判断“洼地”内部的梯度分布，正确的“洼地”内部的梯度平稳变化，“洼地”边缘梯度较小，然后递增，接近谷底处梯度递减，谷底处梯度在“0”值附近。“洼地”满足凹陷程度和梯度分布两个条件，这样的“洼地”才是有效的触摸区域。
当多个手指位置比较靠近的时候，会形成连通的“洼地”，其特点是“洼地”内部有多个谷底。这时，可以判断两个谷底之间的脊，如果脊的高度和相邻谷底的高度很接近，则可以合并两个谷底，这两个谷底属于一个触摸；如果脊的高度和相邻谷底的高度相差比较大，则分离两个谷底，它们代表两个触摸区域。
在计算“洼地”中心的时候，“洼地”边缘的噪声对中心的影响比较大，因此为了使得得到的触摸中心更加稳定，对“洼地”边缘进行弱化。在一个边缘弱化的实施例中，对“洼地”边缘处的节点进行比较判断，如果其电容变化值小于某变化阈值，则对它乘以一个小于1大于0的系数，对其进行弱化。
得到“洼地”中心点的坐标之后，为了平滑，可对其在时间上进行平滑滤波。在一个实施例中，为了使得滤波的效果与实际符合，即在连续两帧数据中手指触摸位置变化不大的时候，尽量稳定，低通滤波的系数较大，这样，坐标的粘滞效应比较明显；在手指触摸位置变化较大的时候，低通滤波的系数较小，这样，计算坐标能够尽快地跟上手指的变化。

Claims (8)

1.一种触摸屏的多点触摸检测方法，涉及***包括触摸屏、电容感应电路、电容数据处理模块和***主机，一块触摸屏包括M条横向电极和N条纵向电极正交形成的M*N个互电容阵列，M和N均为自然数，其特征在于所述方法包括如下步骤：
A.电容感应电路检测触摸屏的所有电容，获取实时的M*N个与电容值相对应的二维数值，这些数值所形成的一个二维数值数组用来作为触摸点检测的数据源，发生触摸的区域比未发生触摸的区域的电容值小，把未发生触摸的整体区域的原始数值当成一块平地，发生有效触摸的区域就会呈现凹陷，将该凹陷当作一处“洼地”；
B.根据上一步骤A获取的二维数值数组判断是否发生了有效触摸，即寻找“洼地”，如果没有“洼地”，返回步骤A；如果有“洼地”，执行下一步骤C；所述寻找“洼地”，即对整个区域进行有无“洼地”判断的方法是，判断步骤A获取的二维数值数组中有无一定数量的小于某触摸阈值的数值群，这些数值群形成的区域为中间低、周围渐高的“洼地”；
C.分离出发生有效触摸的“洼地”；
E.确定发生有效触摸的“洼地”的等效“洼地”，所述等效“洼地”包括具有一定数量的小于某触摸阈值的数值群的所有点以及所有这些点相互连接线上的点所组成的区域；
F.计算并输出与发生有效触摸的“洼地”的等效“洼地”所对应的坐标并返回步骤A。
2.根据权利要求1所述的触摸屏的多点触摸检测方法，其特征在于：
步骤A中所述与电容值相对应的二维数值是实际电容值的二维数值或者是实际电容值经一定变换后所得的二维数值。
3.根据权利要求1所述的触摸屏的多点触摸检测方法，其特征在于：
所述步骤F中所述发生有效触摸的“洼地”的等效“洼地”所对应的坐标为该“洼地”的中心位置坐标，中心位置坐标的计算公式为：
X M = Σ i ( x i * ΔC i ) Σ i ΔC i Y M = Σ i ( y i * ΔC i ) Σ i ΔC i ,
式中，i表示一处“洼地”内电容节点的序号，xi，yi分别表示i序号节点的横/纵坐标，Ci表示i序号节点的对应电容值，ΔCi表示i序号节点的对应电容值变化量。
4.根据权利要求1所述的触摸屏的多点触摸检测方法，其特征在于：
所述步骤A中M*N个与电容值相对应的二维数值是每个电容值与“电容差值图像法”定义的未经触摸的“0”值的差值所组成的二维数值；
所述“电容差值图像法”是指在触摸屏使用之前，***针对触摸屏上的电容阵列做一次校准工作；校准的目的就是记录在良好条件之下，触摸屏表面没有触摸的时候所有电容的值；该电容值作为“0”值；正常工作的时候，采样得到的电容值与“0”值做差，得到电容差值图像。
5.根据权利要求1所述的触摸屏的多点触摸检测方法，其特征在于：
步骤A中所述M*N个与电容值相对应的二维数值是每个电容值与“电容差值图像法”定义的未经触摸的“0”值的差值经一阶Butterworth滤波器进行差值滤波所获得的二维数值；
所述“电容差值图像法”是指在触摸屏使用之前，***针对触摸屏上的电容阵列做一次校准工作；校准的目的就是记录在良好条件之下，触摸屏表面没有触摸的时候所有电容的值；该电容值作为“0”值；正常工作的时候，采样得到的电容值与“0”值做差，得到电容差值图像。
6.根据权利要求1所述的触摸屏的多点触摸检测方法，其特征在于：
步骤C中所述有效触摸的“洼地”满足以下两个条件：有效触摸的“洼地”的凹陷程度系数
Figure FSB00000718031800021
小于某一阈值且有效触摸的“洼地”内部的梯度分布符合“洼地”内部的梯度平稳变化，其中Valley表示凹陷的谷底及谷底周围的电容值的和，“洼地”的容积V使用公式
Figure FSB00000718031800022
计算，其中i表示一处“洼地”内电容节点的序号，Ci表示i序号节点的对应电容值；
所述有效触摸的“洼地”的梯度分布符合“洼地”内部的梯度平稳变化为：“洼地”边缘梯度较小，然后递增，接近谷底处梯度递减，谷底处梯度在“0”值附近。
7.根据权利要求3所述的触摸屏的多点触摸检测方法，其特征在于：
在计算“洼地”中心的时候，对发生有效触摸的“洼地”边缘处的节点进行比较判断，如果其电容变化值小于某变化阈值，则对它乘以一个小于1大于0的系数。
8.根据权利要求3所述的触摸屏的多点触摸检测方法，其特征在于：
对发生有效触摸的“洼地”的等效“洼地”的中心位置在时间上进行平滑滤波。
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