CN105278760B - 光学触控*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学触控***，包括：一显示单元；一光源；一反光触控装置；至少二个图像撷取单元，用以撷取该显示单元前由该反光触控装置反射该光源所发射出的光线所产生的多张图像；以及一处理器，其中该处理器依据一第一阈值分别判断在各图像撷取单元所撷取的该等图像中是否有至少一第一聚类；其中该处理器还依据该至少一第一聚类计算该反光触控装置于该显示单元上的一触控位置。

Description

光学触控***
技术领域
本发明有关于光学***，特别是有关于可利用反光触控装置判断触控点的一种光学触控***。
背景技术
随着科技进步，具有触控面板的电子装置，例如智能型手机、智能型电视、笔记本计算机、触控屏幕等等也愈来愈普遍。然而，对于许多使用者来说，其所具有的电子装置，例如是传统LCD/LED电视或显示器等等，并未具备触控功能。因此，若使用者欲让传统的电视或显示器具有触控功能，往往仅能更换具有触控功能的电视或显示器，这也往往造成使用者的负担。
发明内容
本发明提供一种光学触控***，包括：一显示单元；一光源；一反光触控装置；至少二个图像撷取单元，用以撷取该显示单元前由该反光触控装置反射该光源所发射出的光线所产生的多张图像；以及一处理器，其中该处理器依据一第一阈值分别判断在各图像撷取单元所撷取的该等图像中是否有至少一第一聚类；其中该处理还依据该至少一第一聚类计算该反光触控装置于该显示单元上的一触控位置。
附图说明
图1显示依据本发明一实施例中的光学触控***的功能方块图。
图2A显示依据本发明一实施例中光学触控***的示意图。
图2B显示依据本发明一实施例中利用光学触控***进行拍摄的示意图。
图2C显示依据本发明一实施例中利用光学触控***进行拍摄的示意图。
图2D显示依据本发明一实施例中利用光学触控***计算触控位置的示意图。
图3A显示依据本发明一实施例中的反光触控装置的结构图。
图3B显示图3A的实施例中按压反光触控装置的示意图。
图3C显示依据本发明一实施例中的反光触控装置的笔筒结构的示意图。
图4A显示依据本发明一实施例中撷取反光触控装置的反射光线的初始撷取图像的示意图。
图4B显示依据图4A的实施例中在远程撷取反光触控装置的反射光线的撷取图像的示意图。
图4C显示依据图4A的实施例中在近端撷取反光触控装置的反射光线的撷取图像的示意图。
图4D显示依据本发明另一实施例中在撷取图像设定第一阈值的示意图。
图4E显示依据本发明另一实施例中的撷取图像的示意图。
图5显示依据本发明一实施例中的触控方法的流程图。
符号说明
100～光学触控***；
110～图像撷取单元；
120～光源；
130～处理器；
140～反光触控装置；
141～笔筒；
142～笔头；
143～反光条；
145～机构肋；
150～显示单元；
230、240～边缘；
250～反光点；
260－269～校正点；
440、450、460～聚类；
470～合并聚类；
480－490～虚线；
θ、θL、θR～夹角。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1显示依据本发明一实施例中的光学触控***的功能方块图。如图1所示，光学触控***100包括至少两个图像撷取单元110及其相应的光源120、一处理器130、一反光触控装置140及一显示单元150。在一实施例中，图像撷取单元110及光源120可整合于一相机模块中，并可安装于一显示单元150的边缘或角落，其中显示单元150可以是不具备触控功能的电视、屏幕或显示器。在一实施例中，图像撷取单元110可为一红外线相机，且光源120可为红外光(infrared light)光源，但本发明并不限于此。在一实施例中，反光触控装置(例如是反光触控笔)140让使用者用以点选在显示单元150(即触控平面)上所欲操作的触控位置，且该反光触控装置140包括一反光条143(retro-reflector)，用以反射来自光源120的光线(例如红外光)，借以让图像撷取单元110检测到反射的光线并撷取图像。举例来说，图像撷取单元110持续撷取在显示单元140表面上的触控对象的图像，且处理器130分析图像撷取单元110所撷取的图像，并判断在图像中的反光点(例如反射自反光条143)及其在触控平面中的位置。
图2A显示依据本发明一实施例中光学触控***的示意图。如图2A所示，包括图像撷取单元110及光源120。
相机模块安装于显示单元150的边缘或角落，其中光学触控***在触控平面进行操作，其包含显示单元150的可视区域。
图2B显示依据本发明一实施例中利用光学触控***进行拍摄的示意图。在一实施例中，如图2B所示，各图像撷取单元110以一拍摄范围进行撷取图像，其中该拍摄范围的边缘可为显示单元150的边缘。举例来说，以左边的图像撷取单元110为例，其拍摄范围介于显示单元150的边缘230及240之间。更进一步而言，处理器130由来自图像撷取单元110的图像判断反光点250的位置，其中该反光点与该图像撷取单元110所连成的直线与显示单元150的边缘240之间的夹角为θ，其中夹角θ可为边缘230及240之间的任意角度。
图2C显示依据本发明一实施例中利用光学触控***进行拍摄的示意图。在一实施例中，在对光学触控***100进行校正时，在触控平面上摆放数个已知夹角角度的校正点，例如是校正点261～269，且触控平面可依夹角角度的不同分为10个分割区域。本领域的普通技术人员当了解，上述校正点的数量仅为便于说明，本发明并不以此为限，其数量及位置可视实际情况进行调整。处理器130由图像撷取单元110所撷取的图像中记录每个校正点的像素位置，并依据上述校正点的像素位置建立一夹角信息数据库或查找表(lookuptable)。
图2D显示依据本发明一实施例中利用光学触控***计算触控位置的示意图。举例来说，请先参考图2C，以左边的图像撷取单元110为例，其校正点为261～269，且触控平面可依夹角角度的不同分为10个分割区域。右边的图像撷取单元110亦具有相应的分割区域。当处理器130由撷取图像中检测到反光点，则可依据上述的夹角信息数据库或查找表判断该反光点属于那一个分割区域，并分别决定反光点与左边/右边的图像撷取单元110的直线与边缘240之间的夹角θL及θR。更进一步而言，若假设左边的图像撷取单元110的坐标为(x1,y1)，右边的图像撷取单元110的坐标为(x2,y2)，且反光点与两个图像撷取单元110之间的夹角角度已知，即可利用三角函数或是联立直线方程式求得反光点的坐标(X,Y)。
图3A显示依据本发明一实施例中的反光触控装置的结构图。图3B显示依据图3A按压反光触控装置的示意图。如图3A所示，反光触控装置140以一笔型结构为例，其包括一笔筒141、一笔头142、以及一反光条143。在一实施例中，反光条143呈环状附着于笔头142上，且反光条143在反光触控装置140未使用的状态下是会被笔筒141的一环状结构所遮挡。举例来说，在笔筒141中具有一弹簧，当使用者将反光触控装置140的笔头142按压(例如按压于触控平面)时，笔头142的一部分则会后退至笔筒141，进而露出反光条143。
图3C显示依据本发明一实施例中的反光触控装置的笔筒结构的示意图。如图3C所示，反光触控装置140的笔筒部分还包括机构肋145，且在反光触控装置140未使用的状态下，反光条143被机构肋145所遮挡。当使用者按压反光触控装置140的笔头时，则反光条143会在机构肋145中间的空间露出，借以反射来自光源120所发出的红外光。需注意的是，当反光触控装置接近图像撷取单元110时，反光条143的反射光线对图像撷取单元110而言会变成一道强光，也因此所撷取的图像往往会产生眩光(flare)或鬼影的情况，其中上述鬼影会造成触控时的精准度偏移及严重抖动。
图4A显示依据本发明一实施例中撷取反光触控装置的反射光线的初始撷取图像的示意图。图4B显示依据图4A的实施例中在远程撷取反光触控装置的反射光线的撷取图像的示意图。图4C显示依据图4A的实施例中在近端撷取反光触控装置的反射光线的撷取图像的示意图。在图4A～4C中，垂直方向(Y轴)往下为像素亮度，水平方向则表示像素的位置，例如是图2C中夹角角度不同的一维位置。当反光触控装置140一直处于未使用的状态，即反光条143未露出以反射来自光源120的红外光时，图像撷取单元110所撷取的初始撷取图像(即背景图像)如图4A所示，其中各像素的实时亮度均维持在一定数值左右。当反光触控装置140在图像撷取单元110的远处使用时，即表示反光点的位置在图像撷取单元110的远处，图像撷取单元110所撷取的图像如图4B所示，其中大部分的像素的实时亮度均维持在一定数值左右，而反光点的亮度则远较其它像素的亮度高。当反光触控装置140在图像撷取单元110的近处使用时，即表示反光点的位置在图像撷取单元110的近处，图像撷取单元110所撷取的图像如图4C所示，其中大部分的像素的实时亮度均维持在一定数值左右，而反光点及鬼影的亮度则较其它像素的亮度高，其中主影的亮度远较其它像素的亮度高，而鬼影的亮度仅稍微比除了主影之外的其它像素高。
图4D显示依据本发明另一实施例中在撷取图像设定第一阈值的示意图。在一实施例中，处理器130将撷取图像中的亮度小于一第一阈值(即虚线480)的像素滤除，借以消除鬼影的影响并准确判断触控点的位置，如图4D所示。更进一步而言，处理器130判断像素亮度大于该第一阈值及该第二阈值(即虚线490)的像素(例如聚类440)才是主影，意即反光点(触控点)。
在另一实施例中，本发明更提出一种双重阈值的图像算法来消除鬼影所造成的影响，其中双重阈值的设定原则如下：(A)让反光触控装置的主影在远程时的像素亮度的增加量可以超过第一阈值；(B)在近端时可让反光触控装置的主影的像素亮度超过第二阈值，且鬼影的像素亮度无法超过第二阈值；(C)主影及鬼影的像素亮度不能均介于第一阈值及第二阈值之间，其中第二阈值大于第一阈值。
更进一步而言，处理器130判断撷取图像中的聚类(cluster)，意即在撷取图像中像素亮度超过基准像素亮度的区域，其中本发明的双重阈值图像算法的机制如下：(A)当使用第一阈值及第二阈值在撷取图像中均未出现聚类时，则表示反光触控装置未接触触控平面；(B)当使用第一阈值会出现聚类且使用第二阈值未出现聚类时，处理器130以第一阈值的聚类计算触控点的坐标；(C)当使用第一阈值及第二阈值均有聚类出现，处理器130系忽略第一阈值的聚类信息，仅以第二阈值的聚类计算触控点的坐标。
图4E显示依据本发明另一实施例中的撷取图像的示意图。在上述实施例中，因为反光触控装置140的笔头具有结构肋之设计，反光条143所反射的红外光会被遮断而分为两个以上的区段，特别是反光触控装置140在图像撷取单元110的近端使用时，此现象更为明显，有可能造成主影被分为两段而导致误判，如图4E所示的聚类450及460。为了解决上述问题，处理器130还使用了图像合并的算法，例如处理器130判断出使用同一阈值(例如第二阈值，即虚线490)时出现两个以上的聚类时，处理器130将上述聚类450及460结合并视为同一个合并聚类470，其中并以该合并聚类470的重心为准。在一实施例中，该合并聚类的重心以其聚类的两侧边缘所围出的范围做计算。
图5显示依据本发明一实施例中的触控方法的流程图。在步骤S510中，图像撷取单元110持续撷取背景图像。在步骤S520，处理器130依据背景图像的亮度设定一第一阈值及一第二阈值，例如可使用固定比例或固定位移数值的方式设定该第一阈值及该第二阈值。在步骤S530，处理器130依据该第一阈值及该第二阈值判断在背景图像中的聚类状态。当处理器130利用该第一阈值及该第二阈值判断在背景图像中均没有聚类产生，其表示反光触控装置140尚未接触触控平面，此时处理器130不进行任何输出(步骤S540)。当处理器130判断在背景图像中仅有利用该第一阈值所产生的一第一聚类时，处理器130计算此聚类的重心(步骤S550)。当处理器130判断在背景图像中有利用该第一阈值及该第二阈值所分别产生的至少一第一聚类及至少一第二聚类时，处理器130仅采用该至少一第二聚类(步骤S555)，且处理器130还判断该至少一第二聚类的数目是否超过一个(步骤S560)，若是，则处理器130将该等第二聚类结合为一合并聚类(步骤S570)，并接着计算该合并聚类的重心(同样为步骤S550)，若否，则处理器130计算该第二聚类的重心(同样为步骤S550)。
在步骤S580，处理器130依据一校正表取得该重心的位置相对于该图像撷取单元在操作空间的一角度信息。需注意的是，处理器130分别对各图像撷取单元110进行上述流程。在步骤S590，处理器130依据相应于各图像撷取单元110(例如至少两个图像撷取单元)的该角度信息计算触控点的位置。
综上所述，本发明提供一种光学触控***及触控方法，其中光学触控***可外挂安装于不具有触控功能的显示单元，例如是电视、屏幕或显示器，从而让这些显示单元额外具有触控功能，进而增加使用者的便利性。
本发明虽以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (8)

1.一种光学触控***，包括：
一显示单元；
一光源；
一反光触控装置；
至少二个图像撷取单元，用以撷取该显示单元前由该反光触控装置反射该光源所发射出的光线所产生的多张图像；以及
一处理器，其中该处理器依据一第一阈值分别判断在各图像撷取单元所撷取的该等图像中是否有至少一第一聚类；
其中该处理器还依据一第二阈值分别判断在各图像撷取单元所撷取的该等图像中是否有至少一第二聚类，
所述第一阈值与第二阈值被设定使得：当所述反光触控装置的主影在远程时的像素亮度的增加量超过第一阈值；当所述反光触控装置的主影在近端时，所述反光触控装置的主影的像素亮度超过第二阈值并且所述反光触控装置的鬼影的像素亮度不超过第二阈值；以及所述反光触控装置的主影和鬼影的像素亮度不能够同时介于第一阈值以及第二阈值之间，其中第二阈值大于第一阈值，
其中该处理器还依据该至少一第一聚类和该至少一第二聚类计算该反光触控装置于该显示单元上的一触控位置。
2.如权利要求1所述的光学触控***，其中该光源为一红外线光源，且该等图像撷取单元为一红外线摄像机。
3.如权利要求1所述的光学触控***，其中当该处理器依据该第一阈值及该第二阈值而判断在该等图像中没有该第一聚类及该第二聚类时，该处理器不进行任何输出。
4.如权利要求1所述的光学触控***，其中当该处理器判断在该等图像中仅有相应于该第一阈值的该第一聚类时，该处理器计算该第一聚类的重心。
5.如权利要求4所述的光学触控***，其中当该处理器判断在该等图像中有相应于该第一阈值的该第一聚类以及相应于该第二阈值的该至少一第二聚类时，该处理器还判断该至少一第二聚类的数目是否大于1，
若是，该处理器将该等第二聚类结合为一合并聚类，并计算该合并聚类的重心，
若否，该处理器直接计算该第二聚类的重心。
6.如权利要求5所述的光学触控***，其中该处理器依据一校正表取得该重心与各图像撷取单元在该显示单元前的一操作空间的一角度信息。
7.如权利要求6所述的光学触控***，其中该处理器还依据相应于各图像撷取单元的该角度信息计算该触控位置。
8.如权利要求1所述的光学触控***，其中该反光触控装置为一反光触控笔，其包括一笔筒、一笔头及一反光条，其中该反光条依附于该笔头且被该笔筒所遮挡，其中当使用者按压该笔头时，该反光条露出以反射来自该光源所发出的光线。
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