CN102033658A - 一种触摸屏、触摸***及其定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种触摸屏、触摸***及其定位方法，所述定位方法包括：获取回归反射条的图像信息和红外对管阵列的接收状态信息；根据所述回归反射条的图像信息确定触摸物体的位置信息；根据所述红外对管阵列的接收状态信息确定真实触摸点的横坐标信息；根据所述回归反射条的图像信息确定的触摸物体的位置信息和所述红外对管阵列的接收状态信息确定的真实触摸点的横坐标信息确定真实触摸点的位置信息。本发明通过引入红外对管阵列解决了现有触摸屏存在的“无效触摸区域”和“鬼点”问题。

Description

一种触摸屏、触摸***及其定位方法

技术领域

本发明涉及人机交互技术领域，特别涉及一种触摸屏、触摸***及其定位方法。

背景技术

随着多媒体信息技术的发展，人们越来越多地使用触摸屏等人机交互设备，基于光学技术的触摸屏得到了越来越广泛的应用，如图1所示，为现有技术中的一种触摸屏的结构示意图，该触摸屏由边框1100、触摸面板1200、回归反射条1300、两个摄像头1400和两个光源1500构成，所述边框1100包括第一边缘1101、第二边缘1102、第三边缘1103和第四边缘1104，所述触摸面板1200固定在所述边框1100的中间，所述回归反射条1300固定在所述边框1100的第二边缘1102、第三边缘1103和第四边缘1104上，所述两个摄像头1400分别固定在所述边框1100的第一边缘1101和第二边缘1102的夹角以及第一边缘1101和第四边缘1104的夹角上，所述两个光源1500分别固定在所述两个摄像头1400的上表面上。

图1所示触摸屏至少存在以下缺点：

第一，在靠近两个摄像头所在角的公共边缘附近有一无效触摸区域。如图2所示，为图1所示的触摸屏产生无效触摸区域的示意图，当触摸物体从P1处移动到P2处时，由于其在水平方向上的移动距离较大，而其在回归反射条1300上形成的阴影的移动距离很小，无法根据阴影的位置准确确定P1和P2的位置；或者，当有两个触摸物体P1和P2时，所述两个触摸物体P1和P2在触摸表面上的距离较大，而其在回归反射条1300上分别形成的阴影的距离很小，无法根据阴影的位置准确确定P1和P2的位置，这样就在靠近边框1100的第一边缘1101附近形成了一个无效触摸区域。

第二，当有两个或两个以上触摸物体时，会产生虚假触摸点。如图3所示，为图1所示的触摸屏产生鬼点的示意图，T1和T2为两个实际存在的触摸点，但是根据三角测量法会得到四个触摸点T1、T2、G1和G2，G1和G2为虚假触摸点，称之为“鬼点(Ghost Points)”。

发明内容

本发明提供一种触摸屏，包括边框、回归反射条、摄像头、光源，还包括红外对管阵列。

所述触摸屏包括两个摄像头，每个摄像头的上表面固定有一个所述光源。

所述边框包括第一边缘、第二边缘、第三边缘和第四边缘，所述回归反射条固定在所述边框的第二边缘、第三边缘和第四边缘上，所述两个摄像头分别固定在所述边框的第一边缘和第二边缘的夹角上以及第一边缘和第四边缘的夹角上，所述红外对管阵列固定在所述边框的第一边缘上。

所述红外对管阵列由完全相同的红外对管构成，在每个所述红外对管的前方，所述边框的第一边缘的前表面上有限光孔。

所述红外对管由一个红外发射管和一个红外接收管构成，所述红外对管阵列中的每个所述红外对管的所述红外发射管和所述红外接收管并行排列，每个所述红外对管的所述红外发射管和所述红外接收管之间有一个遮光板。

所述红外对管由一个红外发射管和一个红外接收管构成，所述红外对管阵列中的每个所述红外对管的所述红外发射管和所述红外接收管叠层排列，每个所述红外对管的所述红外发射管和所述红外接收管之间有一个遮光板。

所述摄像头的上表面上还固定有一个遮光板，所述遮光板向所述摄像头的镜头方向延伸，所述遮光板和所述摄像头的上表面做成一体，或者和所述光源的下表面做成一体，或者是单独的一块遮光板。

所述光源为红外光源。

本发明提供一种触摸***，包括：

一个触摸屏；

所述触摸屏的摄像头连接一个图像处理模块，所述图像处理模块连接到主控制器，所述图像处理模块控制所述摄像头采集图像信息，在所述摄像头采集到所述图像信息后，所述图像处理模块接收并处理所述图像信息，确定由于触摸物体的遮挡而在所述回归反射条上形成的阴影在所述摄像头的电荷耦合器件上所成的像的中心所在的像素的坐标值，并将所述坐标值传输给所述主控制器；

所述触摸屏的红外对管阵列连接一个信号处理模块，所述信号处理模块连接到所述主控制器，所述信号处理模块用于确定所述红外对管阵列中没有接收到红外光线的红外接收管的序号，根据所述没有接收到红外光线的红外接收管的序号确定所述触摸物体所在位置的横坐标信息，并将所述横坐标信息传输给所述主控制器；

所述主控制器根据所述图像处理模块发送的坐标值和所述信号处理模块发送的横坐标信息确定所述触摸物体的触摸位置，并将所述触摸位置传输给主机，所述主机根据所述触摸位置执行相应的任务。

本发明提供一种触摸***的标定方法，

在进行触摸定位之前，用一个触摸物体做n次触摸实验，记录下每一次由于所述触摸物体的遮挡而在回归反射条上形成的阴影在至少两个摄像头的电荷耦合器件上所成的像的中心所在的像素的坐标值n_k1和n_k2及所述触摸物体所在位置和所述至少两个摄像头的镜头的光心的连线与所述至少两个摄像头所在角的公共边缘的夹角θ1_k和θ2_k；

根据所述n_k1和n_k2，利用t_k＝(n_k-0.5V)/(0.5V)，t_k∈[-1，1]计算得到t_k1和t_k2，其中V为所述至少两个摄像头中每一个摄像头的电荷耦合器件的任意一行的总像素值；

根据所述t_k1和t_k2以及θ1_k和θ2_k再利用 $\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_k^{i+j}\right)A_i=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\θ}1}_k-0.25\mathrm{\π})t_k^j,j=\mathrm{0,1},...,n$ 计算得到A1₁，A1₂，…，A1_m和A2₁，A2₂，…，A2_m的值，其中m为t_k的最高次幂且m＜n。

本发明提供一种触摸***的定位方法，包括：

获取回归反射条的图像信息；

根据所述回归反射条的图像信息确定触摸物体的位置信息。

所述回归反射条的图像信息包括由于触摸物体的遮挡而在所述回归反射条上形成的阴影在至少两个摄像头的电荷耦合器件上所成的像的中心所在的像素的坐标值N1和N2。

所述根据所述回归反射条的图像信息确定触摸物体的位置信息具体为：

根据所述N1和N2和t＝(N-0.5V)/(0.5V)，t∈[-1，1]计算t1和t2，其中V为所述至少两个摄像头中每一个摄像头的电荷耦合器件的任意一行的总像素值；

根据所述t1和t2以及 $\mathrm{\θ}=\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i{t}^i+0.25\mathrm{\π},i=(\mathrm{0,1,2},...,m)$ 计算所述触摸物体所在位置和每个摄像头的镜头的光心的连线分别与所述至少两个摄像头所在角的公共边缘的夹角θ1和θ2，其中m为t的最高次幂，且m小于所述触摸***的标定方法的实验次数n，A₁，A₂，…，A_m为根据所述触摸***的标定方法计算得到的常数A1₁，A1₂，…，A1_m和A2₁，A2₂，…，A2_m；

根据所述θ1和θ2以及x＝(wtanθ2)/(tanθ1+tanθ2)和y＝(wtanθ1tanθ2)/(tanθ1+tanθ2)计算所述触摸物体的位置(x，y)，其中w为所述至少两个摄像头所在角的公共边缘的长度。

本发明还提供一种触摸***的定位方法，包括：

获取回归反射条的图像信息和红外对管阵列的接收状态信息；

根据所述回归反射条的图像信息和红外对管阵列的接收状态信息确定触摸物体的位置信息。

所述回归反射条的图像信息包括由于触摸物体的遮挡而在所述回归反射条上形成的阴影在至少两个摄像头的电荷耦合器件上所成的像的中心所在的像素的坐标值N1和N2。

所述红外对管阵列的接收状态信息包括没有接收到光线的红外对管的编号信息。

所述根据所述回归反射条的图像信息和红外对管阵列的接收状态信息确定触摸物体的位置信息具体为：

根据所述N1和N2和t＝(N-0.5V)/(0.5V)，t∈[-1，1]计算t1和t2，其中V为所述至少两个摄像头中每一个摄像头的电荷耦合器件的任意一行的总像素值；

根据所述t1和t2以及 $\mathrm{\θ}=\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i{t}^i+0.25\mathrm{\π},i=(\mathrm{0,1,2},...,m)$ 计算所述触摸物体所在位置和每个摄像头的镜头的光心的连线分别与所述至少两个摄像头所在角的公共边缘的夹角θ1和θ2，其中m为t的最高次幂，且m小于所述触摸***的标定方法的实验次数n，A₁，A₂，…，A_m为根据所述触摸***的标定方法计算得到的常数A1₁，A1₂，…，A1_m和A2₁，A2₂，…，A2_m；

根据所述θ1和θ2以及x＝(wtanθ2)/(tanθ1+tanθ2)和y＝(wtanθ1tanθ2)/(tanθ1+tanθ2)计算所述触摸物体的位置(x，y)，其中w为所述至少两个摄像头所在角的公共边缘的长度；

根据所述红外对管阵列确定的所述没有接收到光线的红外对管的编号信息确定所述触摸物体的另一个横坐标x1；

根据x和x1以及x_final＝xr+x1(1-r)计算触摸物体的位置的横坐标x_final，其中r为一个权重值，r为一个关于y的函数r＝f(y)，且 $\frac{\mathrm{dr}}{\mathrm{dy}}\≥0,$ 且f(0)＝0，且当 $y\≥\frac{w}{2}$ 时，f(y)＝1；

根据y和y_final＝y得到y_final，最终确定触摸物体的位置(x_final，y_final)。

当 $0\&le;y<\frac{w}{2}$ 时，所述 $r=f\left(y\right)=k_x\arctan \left(\frac{y}{k_y}\right),$ 其中k_x和k_y为常数。

所述k_x＝1。

所述 $k_y=\frac{w}{2\tan 1}.$

本发明还提供一种触摸***的多点定位方法，包括：

获取回归反射条的图像信息和红外对管阵列的接收状态信息；

根据所述回归反射条的图像信息确定触摸物体的位置信息；

根据所述红外对管阵列的接收状态信息确定真实触摸点的横坐标信息；

根据所述回归反射条的图像信息确定的触摸物体的位置信息和所述红外对管阵列的接收状态信息确定的真实触摸点的横坐标信息确定真实触摸点的位置信息。

所述回归反射条的图像信息包括由于每个触摸物体的遮挡而在所述回归反射条上形成的阴影在至少两个摄像头的电荷耦合器件上所成的像的中心所在的像素的坐标值N。

所述红外对管阵列的接收状态信息包括没有接收到光线的红外对管的编号信息。

所述根据所述回归反射条的图像信息确定触摸物体的位置信息具体为：

根据所述由于每个触摸物体的遮挡而在所述回归反射条上形成的阴影在至少两个摄像头的电荷耦合器件上所成的像的中心所在的像素的坐标值N和t＝(N-0.5V)/(0.5V)，t∈[-1，1]计算t，其中V为所述至少两个摄像头中每一个摄像头的电荷耦合器件的任意一行的总像素值；

根据所述t以及 $\mathrm{\&theta;}=\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_i{t}^i+0.25\mathrm{\&pi;},i=(\mathrm{0,1,2},...,m)$ 计算所述每个触摸物体所在位置和每个摄像头的镜头的光心的连线分别与所述至少两个摄像头所在角的公共边缘的夹角θ1和θ2，其中m为t的最高次幂，且m小于所述触摸***的标定方法的实验次数n，A₁，A₂，…，A_m为根据所述触摸***的标定方法计算得到的常数A1₁，A1₂，…，A1_m和A2₁，A2₂，…，A2_m；

根据所述θ1和θ2以及x＝(wtanθ2)/(tanθ1+tanθ2)和y＝(wtanθ1tanθ2)/(tanθ1+tanθ2)计算所述每个触摸物体的位置(x，y)，其中w为所述至少两个摄像头所在角的公共边缘的长度。

所述根据所述红外对管阵列的接收状态信息确定真实触摸点的横坐标信息具体为：

根据所述红外对管阵列确定的所述没有接收到光线的红外对管的编号信息确定每个所述真实触摸点的横坐标信息x1。

所述根据所述回归反射条的图像信息确定的触摸物体的位置信息和所述红外对管阵列的接收状态信息确定的真实触摸点的横坐标信息确定真实触摸点的位置信息具体为：

根据所述真实触摸点的横坐标信息x1排除掉所述触摸***的多点定位方法所确定的触摸物体的位置(x，y)中的虚假触摸点的坐标；

根据x和x1以及x_final＝xr+x1(1-r)计算每个所述真实触摸点的横坐标x_final，其中r为一个权重值，r为一个关于y的函数r＝f(y)，且 $\frac{\mathrm{dr}}{\mathrm{dy}}\&GreaterEqual;0,$ 且f(0)＝0，且当 $y\&GreaterEqual;\frac{w}{2}$ 时，f(y)＝1；

根据y和y_final＝y得到y_final，最终确定每个所述触摸物体的位置(x_final，y_final)。

当 $0\&le;y<\frac{w}{2}$ 时，所述 $r=f\left(y\right)=k_x\arctan \left(\frac{y}{k_y}\right),$ 其中k_x和k_y为常数。

所述k_x＝1。

所述 $k_y=\frac{w}{2\tan 1}.$

本发明通过引入红外对管阵列解决了现有触摸屏存在的“无效触摸区域”和“鬼点”问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术的技术方案，下面将对本发明或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的一种触摸屏的结构示意图；

图2为图1所示的触摸屏产生无效触摸区域的示意图；

图3为图1所示的触摸屏产生鬼点的示意图；

图4为本发明中的一种触摸屏的结构示意图；

图5为图4所示的触摸屏的红外对管阵列的结构示意图；

图6为红外对管和限光孔的截面图；

图7为红外对管的结构示意图；

图8为一种红外对管阵列的排列结构示意图；

图9为一种红外对管阵列的排列结构示意图；

图10为本发明中图4所示的触摸屏的摄像头和光源的结构示意图；

图11为本发明中一种触摸***的结构示意图；

图12为图11所示的触摸***消除无效触摸区域的示意图；

图13为图11所示的触摸***消除鬼点的示意图；

图14为本发明中的一种触摸***的定位方法的流程图；

图15为根据摄像头采集的回归反射条的图像信息确定触摸物体的位置信息的示意图；

图16为本发明中的一种触摸***的多点定位方法的流程图；

图17为利用图16所示多点定位方法确定触摸物体的位置信息的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图4所示为本发明中的一种触摸屏的结构示意图，该触摸屏包括：边框1100、回归反射条1300、两个摄像头1400、两个光源1500和红外对管阵列2600，所述边框1100包括第一边缘1101、第二边缘1102、第三边缘1103和第四边缘1104，所述回归反射条1300固定在所述边框1100的第二边缘1102、第三边缘1103和第四边缘1104上，所述两个摄像头1400分别固定在所述边框1100的第一边缘1101和第二边缘1102的夹角以及第一边缘1101和第四边缘1104的夹角上，所述两个光源1500分别固定在所述两个摄像头1400的上表面上，所述红外对管阵列2600固定在所述边框1100的第一边缘1101上，该触摸屏还可以包括触摸面板1200，所述触摸面板1200固定在所述边框1100的中间。本实施例中的触摸屏还可以没有边框，包括：触摸面板、回归反射条、两个摄像头、两个光源和红外对管阵列，所述触摸面板包括第一边缘、第二边缘、第三边缘和第四边缘，所述回归反射条固定在所述触摸面板的第二边缘、第三边缘和第四边缘上，所述两个摄像头分别固定在所述触摸面板的第一边缘和第二边缘的夹角上以及第一边缘和第四边缘的夹角上，所述两个光源分别固定在所述两个摄像头的上表面上，所述红外对管阵列固定在所述触摸面板的第一边缘上。

如图5所示，为图4所示的触摸屏的红外对管阵列的结构示意图，所述红外对管阵列2600由数个完全相同的红外对管2601构成，所述边框1100的第一边缘1101的内部为一空腔，所述红外对管阵列2600的每个红外对管2601均匀地固定在所述边框1100的第一边缘1101的内部，在每个红外对管2601的前方，所述边框1100的第一边缘1101的前表面上都有一个限光孔2602，用于限制每个红外对管2601的辐射范围，如图6所示为红外对管和限光孔的截面图，当没有限光孔2602时，红外对管2601的辐射角度范围为θ1，当加上限光孔2602后，红外对管2601的辐射角度范围为θ2，辐射角度的大小可以通过调整限光孔2602和红外对管2601之间的距离来实现；同时，该限光孔2602也可以减少回归反射条反射的光线对红外对管2601的接收管的干扰。

如图7所示为红外对管的结构示意图，所述红外对管2601由一个红外发射管E和一个红外接收管R构成，如图8所示为一种红外对管阵列的排列结构示意图，该红外对管阵列2600A由数个红外对管2601构成，每个红外对管2601的红外发射管E和红外接收管R并行排列，每个红外对管2601的红外发射管E的两侧分别有一个遮光板S，该遮光板可以避免红外发射管E发出的红外线对红外接收管R造成干扰；如图9所示为一种红外对管阵列的排列结构示意图，该红外对管阵列2600B由数个红外对管2601构成，每个红外对管2601的红外发射管E和红外接收管R叠层排列，每个红外对管2601的红外发射管E和红外接收管R之间有一个遮光板S1，该遮光板S1可以避免红外发射管E发出的红外线对红外接收管R造成干扰。

如图10所示，为本发明中图4所示的触摸屏的摄像头和光源的结构示意图，摄像头1400固定在触摸屏的边框上，光源1500固定在摄像头1400的上表面上，在摄像头的上表面上还固定有一个遮光板S2，该遮光板S2向摄像头的镜头方向延伸，该遮光板S2可以和摄像头1400的上表面做成一体的，也可以和光源1500的下表面做成一体的，还可以是单独的一块遮光板，该遮光板S2可以使光源1500发出的光的辐射范围的角度由α1缩小到α2，当触摸物体靠近摄像头1400时，由于遮光板S2遮挡了光源2400照射到摄像头附近的光线，这样触摸物体就不会反射光源发出的光线，避免了反射光线对摄像头定位的干扰。

如图11所示，为本发明中一种触摸***的结构示意图，该触摸***包括：一个如上所述的触摸屏，所述触摸屏的每个摄像头1400分别连接一个图像处理模块2700，所述图像处理模块2700连接到主控制器2900；所述触摸屏的红外对管阵列2600连接一个信号处理模块2800，所述信号处理模块2800也连接到主控制器2900；所述主控制器2900连接到主机2000。所述图像处理模块2700控制所述摄像头1400采集图像信息，在所述摄像头1400采集到一帧图像信息后，所述图像处理模块2700接收并处理该帧图像信息，确定由于该触摸物体的遮挡而在回归反射条上形成的阴影在该摄像头1400的CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)上所成的像的中心所在的像素的坐标值，并将该坐标信息传输给所述主控制器2900；所述信号处理模块2800用于确定所述红外对管阵列2600中没有接收到红外光线的红外接收管的序号，用以确定触摸物体所在位置的横坐标信息，并将该横坐标信息传输给所述主控制器2900；所述主控制器2900根据所述图像处理模块2700发送的坐标信息和所述信号处理模块2800发送的横坐标信息确定触摸物体的触摸位置，并将该触摸位置信息传输给所述主机2000，所述主机2000根据该触摸位置信息执行相应的任务，所述主机2000可以是PC(Personal Computer，个人计算机)、电视机、打印机、扫描仪、GPS导航仪、移动电话等设备。

如图12所示为图11所示的触摸***消除无效触摸区域的示意图，当有一个触摸物体P位于靠近两个摄像头1400所在角的公共边缘2101附近时，通过所述两个摄像头1400采集到的图像来确定所述触摸物体P的纵坐标，通过所述两个摄像头1400采集到的图像确定的所述触摸物体P的横坐标值以及红外对管阵列2600所连接的信号处理模块2800确定的所述触摸物体P的横坐标值的加权和来确定所述触摸物体P的横坐标值，这样就消除了无效触摸区域。

如图13所示为图11所示的触摸***消除鬼点的示意图，当有两个触摸物体T3和T4时，首先依据两个摄像头1400采集到的图像信息以及三角测量法会得到T3、T4、G3、G4四个点的坐标，再依据红外对管阵列2600检测到的T3和T4的横坐标信息可以排除掉G3和G4两点，这样就准确地确定了触摸物体的坐标。

如图14所示为本发明中的一种触摸***的定位方法的流程图，所述方法包括以下步骤：

步骤3100，获取回归反射条的图像信息和红外对管阵列的接收状态信息。

利用触摸屏上的摄像头获取回归反射条的图像信息，当有触摸物体时，由于触摸物体遮挡住了光源发出的光线，就会在回归反射条上形成一个阴影区域，该区域在摄像头的CCD上成像后，就会形成一个黑色的区域，而没有阴影的区域就形成白色的背景；当没有触摸物体时，就是一个完整的白色背景。当有触摸物体时，由于触摸物体遮挡住了其正对的红外对管阵列中的红外对管的发射管发出的光线，也可能是遮挡住了回归反射条反射到触摸物体正对的红外对管阵列中的红外对管的接收管的光线，当然，还可能是上述两种情况同时发生，无论是哪种情况，最终都会导致红外对管阵列中的红外对管的接收管接收不到光线，只需记录下没有接收到光线的红外对管的编号就可以确定触摸物体的横坐标，所述红外对管阵列的接收状态信息包括没有接收到光线的红外对管的编号信息。

步骤3200，根据所述回归反射条的图像信息和红外对管阵列的接收状态信息确定触摸物体的位置信息。

根据所述回归反射条的图像信息和红外对管阵列的接收状态信息确定触摸物体的位置信息具体为：

首先，如图15所示为根据摄像头采集的回归反射条的图像信息确定触摸物体的位置信息的示意图，A点和B点为两个摄像头的光心，所述两个摄像头的视角能够覆盖整个触摸区域，当有触摸物体T位于触摸区域内时，在回归反射条上形成两个阴影，所述两个阴影的中心线分别为Sh1和Sh2，所述两个阴影在所述两个摄像头的CCD上所成像的中心线分别为Sh1’和Sh2’，Sh1和Sh1’的连线和AB的夹角为θ1，Sh1和Sh1’的连线和BA的延长线的夹角为θ3，θ1＝θ3，Sh2和Sh2’的连线和AB的夹角为θ2，Sh2和Sh2’的连线和AB的延长线的夹角为θ4，θ2＝θ4，以A点为原点，AB方向为x轴正方向，AC方向为y轴正方向建立平面直角坐标系，设AB段的长度为w，利用如下两式就可以计算出触摸物体T的坐标(x，y)，

x＝(wtanθ2)/(tanθ1+tanθ2)         (1)

y＝(wtanθ1tanθ2)/(tanθ1+tanθ2)   (2)

θ1和θ2可以采用相同的方法来计算，此处以计算θ1为例来说明该计算方法，假设摄像头的CCD的有效利用面积为V*20像素，Sh1’所在的像素值为N1，

令t＝(N1-0.5V)/(0.5V)，t∈[-1，1]，  (3)

则θ1可以用下式来计算，

$\mathrm{\&theta;}1=\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_i{t}^i+0.25\mathrm{\&pi;},i=(\mathrm{0,1,2},...,m)---\left(4\right)$

其中，A_i为一组已知的常数，接下来将说明如何确定A_i的数值。

在进行触摸定位之前，先做n(n为整数且m＜n)次实验进行标定，记录下每一次Sh1’所在像素的值n_k和其对应的角度θ1_k(k＝1，2，3，…，n)，这样每一次实验就有一个数对(n_k，θ1_k)，

令t_k＝(n_k-0.5V)/(0.5V)，t_k∈[-1，1]，(5)

这样得到数对(t_k，θ1_k)，依(4)式可以计算得到θ1_k的计算值θ1′_k：

$\mathrm{\&theta;}{1}_k^{\&prime;}=\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_i{t}_k^i+0.25\mathrm{\&pi;},i=(\mathrm{0,1,2},...,m)---\left(6\right)$

为了使θ1′_k和θ1_k之间误差最小，只需要下式最小

$I=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{({\mathrm{\&theta;}1}_k^{\&prime;}-{\mathrm{\&theta;}1}_k)}^2---\left(7\right)$

即： $I=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_i{t}_k^i+0.25\mathrm{\&pi;}-{\mathrm{\&theta;}1}_k)}^2---\left(8\right)$

式(8)为A₁，A₂，…，A_m的多元函数，因此上述问题即为求I＝I(A₁，A₂，…，A_m)的极值问题，由多元函数求极值的必要条件，得

$\frac{\&PartialD;I}{\&PartialD;A_j}=2\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}(\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_i{t}_k^i+0.25\mathrm{\&pi;}-{\mathrm{\&theta;}1}_k)t_k^j=0,j=\mathrm{0,1},...,n---\left(9\right)$

即： $\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{t}_k^{i+j}\right)A_i=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}({\mathrm{\&theta;}1}_k-0.25\mathrm{\&pi;})t_k^j,j=\mathrm{0,1},...,n---\left(10\right)$

式(10)是关于A₁，A₂，…，A_m的线性方程组，可以证明该方程组的系数矩阵为一个对称正定矩阵，故存在唯一解，这样就确定了A₁，A₂，…，A_m的数值，因此就可以利用摄像头采集的回归反射条的阴影的图像所确定的像素值N1来计算θ1的值，用同样的方法也可以计算出θ2的值，这样就可以利用式(1)和式(2)确定出触摸物体T的坐标(x，y)，该方法也可以用于确定图1所示的触摸屏中触摸物体的位置。

其次，利用红外对管阵列确定的没有接收到光线的红外对管的编号信息确定触摸物体T的另一个横坐标x1，再结合摄像头确定的触摸物体T的坐标(x，y)，利用下式来确定触摸物体T的最终位置：

x_final＝xr+x1(1-r)(11)

y_final＝y         (12)

式(11)中的r为一个权重值，r为一个关于y的函数，令

r＝f(y)           (13)

且 $\frac{\mathrm{dr}}{\mathrm{dy}}\&GreaterEqual;0,$ 且f(0)＝0，且当 $y\&GreaterEqual;\frac{w}{2}$ 时，f(y)＝1

当 $0\&le;y<\frac{w}{2}$ 时，我们可以取：

$r=f\left(y\right)=k_x\arctan \left(\frac{y}{k_y}\right)---\left(14\right)$

再特殊化，取k_x＝1，得

$r=f\left(y\right)=\arctan \left(\frac{y}{k_y}\right)---\left(15\right)$

将 $f\left(\frac{w}{2}\right)=1$ 代入式(15)可得

$k_y=\frac{w}{2\tan 1}---\left(16\right)$

因此，可得：

$r=\arctan \left(\frac{2y\tan 1}{w}\right)---\left(17\right)$

这样就可以确定触摸物体T的最终位置(x_final，y_final)。

如图16所示为本发明中的一种触摸***的多点定位方法的流程图，所述方法包括以下步骤：

步骤4100，获取回归反射条的图像信息和红外对管阵列的接收状态信息。

利用触摸屏上的摄像头获取回归反射条的图像信息，当有触摸物体时，由于触摸物体遮挡住了光源发出的光线，就会在回归反射条上形成一个阴影区域，该区域在摄像头的CCD上成像后，就会形成一个黑色的区域，而没有阴影的区域就形成白色的背景；当没有触摸物体时，就是一个完整的白色背景。当有触摸物体时，由于触摸物体遮挡住了其正对的红外对管阵列中的红外对管的发射管发出的光线，也可能是遮挡住了回归反射条反射到触摸物体正对的红外对管阵列中的红外对管的接收管的光线，当然，还可能是上述两种情况同时发生，无论是哪种情况，最终都会导致红外对管阵列中的红外对管的接收管接收不到光线，只需记录下没有接收到光线的红外对管的编号就可以确定触摸物体的横坐标，所述红外对管阵列的接收状态信息就是没有接收到光线的红外对管的编号信息。

步骤4200，根据所述回归反射条的图像信息确定触摸物体的位置信息。

如图17所示为本发明中利用图16所示多点定位方法确定触摸物体的位置信息的示意图，当有两个触摸物体T5和T6位于触摸区域时，利用式(1)和式(2)提供的定位方法可以得到四个触摸位置信息，也就是T5、T6、T5’和T6’，其中包含两个鬼点T5’和T6’。

步骤4300，根据所述红外对管阵列的接收状态信息确定真实触摸点的横坐标信息。

由于鬼点T5’和T6’并没有遮挡红外对管阵列发出的光线，因此鬼点T5’和T6’正对的红外对管的接收管可以接收到光线，所以根据所述红外对管阵列的接收状态信息就可以确定真实的触摸点的横坐标信息，这样也就排出了鬼点。

步骤4400，根据所述回归反射条的图像信息确定的触摸物体的位置信息和所述红外对管阵列的接收状态信息确定的真实触摸点的横坐标信息确定真实触摸点的位置信息。

利用式(11)和式(12)提供的定位方法确定真实触摸点的位置信息。

本实施例中的步骤4200和步骤4300没有先后顺序之分，可以调换其执行顺序。

本发明通过引入红外对管阵列解决了现有触摸屏存在的“无效触摸区域”和“鬼点”问题。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (29)

1.一种触摸屏，包括边框、回归反射条、摄像头、光源，其特征在于，还包括红外对管阵列。

2.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述触摸屏包括两个摄像头，每个摄像头的上表面固定有一个所述光源。

3.如权利要求2所述的触摸屏，其特征在于，所述边框包括第一边缘、第二边缘、第三边缘和第四边缘，所述回归反射条固定在所述边框的第二边缘、第三边缘和第四边缘上，所述两个摄像头分别固定在所述边框的第一边缘和第二边缘的夹角上以及第一边缘和第四边缘的夹角上，所述红外对管阵列固定在所述边框的第一边缘上。

4.如权利要求3所述的触摸屏，其特征在于，所述红外对管阵列由完全相同的红外对管构成，在每个所述红外对管的前方，所述边框的第一边缘的前表面上有限光孔。

5.如权利要求4所述的触摸屏，其特征在于，所述红外对管由一个红外发射管和一个红外接收管构成，所述红外对管阵列中的每个所述红外对管的所述红外发射管和所述红外接收管并行排列，每个所述红外对管的所述红外发射管和所述红外接收管之间有一个遮光板。

6.如权利要求4所述的触摸屏，其特征在于，所述红外对管由一个红外发射管和一个红外接收管构成，所述红外对管阵列中的每个所述红外对管的所述红外发射管和所述红外接收管叠层排列，每个所述红外对管的所述红外发射管和所述红外接收管之间有一个遮光板。

7.如权利要求3所述的触摸屏，其特征在于，所述摄像头的上表面上还固定有一个遮光板，所述遮光板向所述摄像头的镜头方向延伸，所述遮光板和所述摄像头的上表面做成一体，或者和所述光源的下表面做成一体，或者是单独的一块遮光板。

8.如权利要求1至7任意一项所述的触摸屏，其特征在于，所述光源为红外光源。

9.一种触摸***，其特征在于，包括：

如权利要求1至8中任意一个所述的触摸屏；

所述触摸屏的摄像头连接一个图像处理模块，所述图像处理模块连接到主控制器，所述图像处理模块控制所述摄像头采集图像信息，在所述摄像头采集到所述图像信息后，所述图像处理模块接收并处理所述图像信息，确定由于触摸物体的遮挡而在所述回归反射条上形成的阴影在所述摄像头的电荷耦合器件上所成的像的中心所在的像素的坐标值，并将所述坐标值传输给所述主控制器；

所述触摸屏的红外对管阵列连接一个信号处理模块，所述信号处理模块连接到所述主控制器，所述信号处理模块用于确定所述红外对管阵列中没有接收到红外光线的红外接收管的序号，根据所述没有接收到红外光线的红外接收管的序号确定所述触摸物体所在位置的横坐标信息，并将所述横坐标信息传输给所述主控制器；

所述主控制器根据所述图像处理模块发送的坐标值和所述信号处理模块发送的横坐标信息确定所述触摸物体的触摸位置，并将所述触摸位置传输给主机，所述主机根据所述触摸位置执行相应的任务。

10.一种触摸***的标定方法，其特征在于，

在进行触摸定位之前，用一个触摸物体做n次触摸实验，记录下每一次由于所述触摸物体的遮挡而在回归反射条上形成的阴影在至少两个摄像头的电荷耦合器件上所成的像的中心所在的像素的坐标值n_k1和n_k2及所述触摸物体所在位置和所述至少两个摄像头的镜头的光心的连线与所述至少两个摄像头所在角的公共边缘的夹角θ1_k和θ2_k；

根据所述n_k1和n_k2，利用t_k＝(n_k-0.5V)/(0.5V)，t_k∈[-1，1]计算得到t_k1和t_k2，其中V为所述至少两个摄像头中每一个摄像头的电荷耦合器件的任意一行的总像素值；

根据所述t_k1和t_k2以及θ1_k和θ2_k，再利用 $\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{t}_k^{i+j}\right)A_i=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}({\mathrm{\&theta;}1}_k-0.25\mathrm{\&pi;})t_k^j,j=\mathrm{0,1},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,n$ 计算得到A1₁，A1₂，…，A1_m和A2₁，A2₂，…，A2_m的值，其中m为t_k的最高次幂，且m＜n。

11.一种触摸***的定位方法，其特征在于，包括：

获取回归反射条的图像信息；

根据所述回归反射条的图像信息确定触摸物体的位置信息。

12.如权利要求11所述的触摸***的定位方法，其特征在于，所述回归反射条的图像信息包括由于触摸物体的遮挡而在所述回归反射条上形成的阴影在至少两个摄像头的电荷耦合器件上所成的像的中心所在的像素的坐标值N1和N2。

13.如权利要求12所述的触摸***的定位方法，其特征在于，所述根据所述回归反射条的图像信息确定触摸物体的位置信息具体为：

根据所述N1和N2和t＝(N-0.5V)/(0.5V)，t∈[-1，1]计算t1和t2，其中V为所述至少两个摄像头中每一个摄像头的电荷耦合器件的任意一行的总像素值；

根据所述t1和t2以及 $\mathrm{\&theta;}=\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_i{t}^i+0.25\mathrm{\&pi;},i=(\mathrm{0,1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,m)$ 计算所述触摸物体所在位置和每个摄像头的镜头的光心的连线分别与所述至少两个摄像头所在角的公共边缘的夹角θ1和θ2，其中m为t的最高次幂，且m小于权利要求10所述的触摸***的标定方法的实验次数n，A₁，A₂，…，A_m为根据权利要求10所述的触摸***的标定方法计算得到的常数A1₁，A1₂，…，A1_m和A2₁，A2₂，…，A2_m；

根据所述θ1和θ2以及x＝(wtanθ2)/(tanθ1+tanθ2)和y＝(wtanθ1tanθ2)/(tanθ1+tanθ2)计算所述触摸物体的位置(x，y)，其中w为所述至少两个摄像头所在角的公共边缘的长度。

14.一种触摸***的定位方法，其特征在于，包括：

获取回归反射条的图像信息和红外对管阵列的接收状态信息；

根据所述回归反射条的图像信息和红外对管阵列的接收状态信息确定触摸物体的位置信息。

15.如权利要求14所述的触摸***的定位方法，其特征在于，所述回归反射条的图像信息包括由于触摸物体的遮挡而在所述回归反射条上形成的阴影在至少两个摄像头的电荷耦合器件上所成的像的中心所在的像素的坐标值N1和N2。

16.如权利要求15所述的触摸***的定位方法，其特征在于，所述红外对管阵列的接收状态信息包括没有接收到光线的红外对管的编号信息。

17.如权利要求16所述的触摸***的定位方法，其特征在于，所述根据所述回归反射条的图像信息和红外对管阵列的接收状态信息确定触摸物体的位置信息具体为：

根据所述N1和N2和t＝(N-0.5V)/(0.5V)，t∈[-1，1]计算t1和t2，其中V为所述至少两个摄像头中每一个摄像头的电荷耦合器件的任意一行的总像素值；

根据所述t1和t2以及 $\mathrm{\&theta;}=\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_i{t}^i+0.25\mathrm{\&pi;},i=(\mathrm{0,1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,m)$ 计算所述触摸物体所在位置和每个摄像头的镜头的光心的连线分别与所述至少两个摄像头所在角的公共边缘的夹角θ1和θ2，其中m为t的最高次幂，且m小于权利要求10所述的触摸***的标定方法的实验次数n，A₁，A₂，…，A_m为根据权利要求10所述的触摸***的标定方法计算得到的常数A1₁，A1₂，…，A1_m和A2₁，A2₂，…，A2_m；

根据所述θ1和θ2以及x＝(wtanθ2)/(tanθ1+tanθ2)和y＝(wtanθ1tanθ2)/(tanθ1+tanθ2)计算所述触摸物体的位置(x，y)，其中w为所述至少两个摄像头所在角的公共边缘的长度；

根据所述红外对管阵列确定的所述没有接收到光线的红外对管的编号信息确定所述触摸物体的另一个横坐标x1；

根据x和x1以及x_final＝yr+x1(1-r)计算触摸物体的位置的横坐标x_final，其中r为一个权重值，r为一个关于y的函数r＝f(y)，且 $\frac{\mathrm{dr}}{\mathrm{dy}}\&GreaterEqual;0,$ 且f(0)＝0，且当 $y\&GreaterEqual;\frac{w}{2}$ 时，f(y)＝1；

根据y和y_final＝y得到y_final，最终确定触摸物体的位置(x_final，y_final)。

18.如权利要求17所述的触摸***的定位方法，其特征在于，当 $0\&le;y<\frac{w}{2}$ 时，所述 $r=f\left(y\right)k_x\arctan \left(\frac{y}{k_y}\right),$ 其中k_x和k_y为常数。

19.如权利要求18所述的触摸***的定位方法，其特征在于，所述k_x＝1。

20.如权利要求19所述的触摸***的定位方法，其特征在于，所述 $k_y=\frac{w}{2\tan 1}.$

21.一种触摸***的多点定位方法，其特征在于，包括：

获取回归反射条的图像信息和红外对管阵列的接收状态信息；

根据所述回归反射条的图像信息确定触摸物体的位置信息；

根据所述红外对管阵列的接收状态信息确定真实触摸点的横坐标信息；

根据所述回归反射条的图像信息确定的触摸物体的位置信息和所述红外对管阵列的接收状态信息确定的真实触摸点的横坐标信息确定真实触摸点的位置信息。

22.如权利要求21所述的触摸***的多点定位方法，其特征在于，所述回归反射条的图像信息包括由于每个触摸物体的遮挡而在所述回归反射条上形成的阴影在至少两个摄像头的电荷耦合器件上所成的像的中心所在的像素的坐标值N。

23.如权利要求22所述的触摸***的多点定位方法，其特征在于，所述红外对管阵列的接收状态信息包括没有接收到光线的红外对管的编号信息。

24.如权利要求23所述的触摸***的多点定位方法，其特征在于，所述根据所述回归反射条的图像信息确定触摸物体的位置信息具体为：

根据所述由于每个触摸物体的遮挡而在所述回归反射条上形成的阴影在至少两个摄像头的电荷耦合器件上所成的像的中心所在的像素的坐标值N和t＝(N-0.5V)/(0.5V)，t∈[-1，1]计算t，其中V为所述至少两个摄像头中每一个摄像头的电荷耦合器件的任意一行的总像素值；

根据所述t以及 $\mathrm{\&theta;}=\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_i{t}^i+0.25\mathrm{\&pi;},i=(\mathrm{0,1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,m)$ 计算所述每个触摸物体所在位置和每个摄像头的镜头的光心的连线分别与所述至少两个摄像头所在角的公共边缘的夹角θ1和θ2，其中m为t的最高次幂，且m小于权利要求10所述的触摸***的标定方法的实验次数n，A₁，A₂，…，A_m为根据权利要求10所述的触摸***的标定方法计算得到的常数A1₁，A1₂，…，A1_m和A2₁，A2₂，…，A2_m；

根据所述θ1和θ2以及x＝(wtanθ2)/(tanθ1+tanθ2)和y＝(wtanθ1tanθ2)/(tanθ1+tanθ2)计算所述每个触摸物体的位置(x，y)，其中w为所述至少两个摄像头所在角的公共边缘的长度。

25.如权利要求24所述的触摸***的多点定位方法，其特征在于，所述根据所述红外对管阵列的接收状态信息确定真实触摸点的横坐标信息具体为：

根据所述红外对管阵列确定的所述没有接收到光线的红外对管的编号信息确定每个所述真实触摸点的横坐标信息x1。

26.如权利要求25所述的触摸***的多点定位方法，其特征在于，所述根据所述回归反射条的图像信息确定的触摸物体的位置信息和所述红外对管阵列的接收状态信息确定的真实触摸点的横坐标信息确定真实触摸点的位置信息具体为：

根据所述真实触摸点的横坐标信息x1排除掉如权利要求24所述的触摸***的多点定位方法所确定的触摸物体的位置(x，y)中的虚假触摸点的坐标；

根据x和x1以及x_final＝xr+x1(1-r)计算每个所述真实触摸点的横坐标x_final，其中r为一个权重值，r为一个关于y的函数r＝f(y)，且 $\frac{\mathrm{dr}}{\mathrm{dy}}\&GreaterEqual;0,$ 且f(0)＝0，且当 $y\&GreaterEqual;\frac{w}{2}$ 时，f(y)＝1；

根据y和y_final＝y得到y_final，最终确定每个所述触摸物体的位置(x_final，y_final)。

27.如权利要求26所述的触摸***的定位方法，其特征在于，当 $0\&le;y<\frac{w}{2}$ 时，所述 $r=f\left(y\right)=k_x\arctan \left(\frac{y}{k_y}\right),$ 其中k_x和k_y为常数。

28.如权利要求27所述的触摸***的定位方法，其特征在于，所述k_x＝1。

29.如权利要求28所述的触摸***的定位方法，其特征在于，所述 $k_y=\frac{w}{2\tan 1}.$

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