CN108496148A - 处理来自触摸屏面板的信号 - Google Patents

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Abstract

描述了一种方法，该方法包括：接收(S3)通过测量触摸面板传感器区域阵列(图4；In,m)获得的第一阵列值。该方法还包括通过从第一阵列值中减去参考阵列值生成(S4)第二阵列值。该方法还包括根据第二阵列值确定(S5)至少一个触摸事件的出现，当确定结果为负(S8)时，通过使用加权因子使参考阵列和第一阵列指数平滑来生成新的参考阵列，并存储所述新的参考矩阵，其中，加权因子为零；当确定结果为正(S6)时，输出第二阵列。

Description

处理来自触摸屏面板的信号
技术领域
本发明涉及处理来自触摸屏面板的信号。
背景技术
触摸屏面板(TouchScreen Panel，TSP)广泛用于客户电子设备。电阻式触摸屏面板和电容式触摸屏面板已被广泛用作用于数据处理设备的输入装置，特别地用于诸如智能手机、平板电脑和膝上电脑之类的移动设备的输入装置。人们对例如如US 2014/0008203A1中所描述的压力感应式触摸屏面板的兴趣日益增加。
无论触摸屏面板使用何种机制来检测用户输入，用户输入的误登记(mis-registration)都是不希望的。例如，对用户使用食指或触控笔进行的交互的出现或位置的误登记。还需要使触摸屏面板保持低功耗以避免缩短移动设备的电池寿命。影响触摸登记和功耗的主要因素中的两个是来自触摸屏面板的输出信号中的噪声和多值偏移。
触摸屏面板通常被布置成以二维网格或阵列布置方式来记录用户交互或触摸事件。如本文中所使用的，术语“触摸事件”指的是用户通过使用食指/手指或合适的触控笔触摸或按压触摸屏面板来与触摸屏交互。本文中，从具有二维网格或阵列布置方式的触摸屏面板输出的信号被整理到对应的阵列或帧中。这种帧可以表示为图像以帮助将来自触摸屏的输出信号总体上可视化。
图1示出了触摸屏面板中的噪声源。在示出帧F单、F0的灰度图中，标有“DB”的区域对应于低信号水平，标有“LB”的区域对应于中信号水平，而标有“R”的区域对应于高信号水平。
参照图1，触摸屏面板中的噪声信号可以来自多个源，该多个源例如包括随机或不规则噪声分量1、确定性或共模噪声分量2和偏移3。随机噪声分量1表示不规则噪声，例如来自触摸屏电路的热噪声。确定性噪声分量2表示***源，例如50Hz-60Hz处的主电源拾取、由显示器生成的噪声、包括由移动设备的充电器导致的供电尖峰的共模噪声。确定性噪声分量2包括触摸屏面板中的规则但非期望的信号。确定性噪声分量2可以由包括触摸屏面板的设备的其它组件引起、或者可以由周围环境产生。对随机噪声分量1和确定性噪声分量2求和产生噪声信号4。在实际中，常常很困难或不可能将噪声4严格地分成随机分量1和确定性分量2，并且不同的频率带宽可以包括来自随机分量1和确定性分量2的更大或更小的贡献。偏移3在触摸屏面板的网格或阵列上可以是不均匀的。由于来自单个电极、电极的交点、传感器等的读数通常会具有略微不同的DC偏移，所以会产生偏移3。偏移3不一定是DC，并且在一些触摸屏面板中，偏移3可以随时间缓慢改变或漂移。偏移3可以由包括触摸屏面板的设备的硬件产生，或者可以由周围环境中的诸如例如环境温度之类的因素产生。噪声4与偏移3相结合产生背景噪声帧F0。当触摸屏面板被触摸时，所产生的信号帧F单是所需触摸信号与背景噪声帧F0的叠加。
图2A、图2B和图2C示出了触摸屏信号帧F单、F多、F0。在示出帧F单、F多、F0的灰度图中，标有“DB”的区域对应于低信号水平，标有“LB”的区域对应于中信号水平，而标有“R”的区域对应于高信号水平。
再次参见图2A、图2B和图2C，触摸屏信号帧可以是单点触摸信号帧F单、多点触摸信号帧F多或诸如背景噪声帧F0之类的无触摸信号帧。术语“单点触摸”指的是用户的单个手指或单个合适的触控笔触摸或按压触摸屏面板的用户交互。术语“多点触摸”指的是用户的两个或更多个手指、或者两个或更多个触控笔、或者用户的手指与触控笔的组合同时触摸或按压触摸屏面板的用户交互。
在理想触摸屏面板中，在除了用户交互的位置之外的任何地方处，信号帧F0、F单、F多都记为零。然而，一般来说，触摸屏的二维网格或阵列布置的几乎所有位置都将具有非零值，以使得由触摸事件产生的信号必须足够大以克服噪声4和偏移3。
因此，触摸屏面板的信噪比(SNR)可能会降低，由此导致登记触摸事件失败和/或误登记未实际发生的触摸事件。为了获得高SNR，可以增大有源触摸屏面板的激励功率或者可以增大无源触摸屏面板的放大增益。然而，增大激励功率或放大增益会增加触摸屏面板的功耗，缩短包括触摸屏面板的设备的电池寿命。在提供模拟输出的触摸屏面板(例如压力感应式触摸屏面板)中，SNR会限制模拟输出信号，例如力觉信号(force-touch signals)的分辨率。
可以通过针对待登记的触摸事件减去固定值或者通过施加肯定会被超过的检测阈值来消除触摸屏面板中的单个电极、电极交点、传感器等的偏移3。然而，偏移3在触摸屏面板上的不均匀性会使单个阈值或偏移校正的应用变得困难，从而可能需要高阈值来避免触摸登记错误。
图3示出了从触摸屏面板的多个电极中获得的触摸信号。
参见图3，触摸屏面板的第一个至第N个电极具有各自的偏移值Δ1、Δ2、…ΔN。用于登记触摸事件的检测阈值应被设定在至少超过最大偏移值Δ1、Δ2、…ΔN的水平处。例如，在触摸屏面板的输出信号是与每个电极对应的电压信号时，电压阈值VTH应被设定为至少超过最大的电压偏移值Δ1、Δ2、…ΔN。根据最大的偏移值Δ1、Δ2、…ΔN设置检测阈值VTH会增大功耗，还会减小可用于使用例如来自压力感应式触摸屏的模拟输出信号的动态范围。
发明内容
本发明旨在提供对来自触摸面板的输出信号的改进处理。
根据本发明的第一方面，提供了一种方法，该方法包括接收通过测量触摸面板传感器区域获得的第一阵列值。该方法还包括基于从第一阵列值中减去参考阵列值来生成第二阵列值。该方法还包括根据第二阵列值确定是否存在至少一个触摸事件；以及当确定确定结果为否时，通过使用加权因子使参考阵列和第一阵列指数平滑来生成新的参考阵列，其中，所述加权因子是零，并存储所述新的参考矩阵；以及确定结果为是时，输出所述第二阵列。
因此，可以对从触摸面板传感器阵列测量的值进行校正以去除或降低传感器区域的噪声信号和偏移。因此，可以对校正所使用的参考阵列进行动态更新，使该校正适应于噪声环境中的变化和/或传感器区域偏移中的漂移。
触摸事件可以包括用户通过使用食指/手指或合适的触控笔触摸或按压触摸屏面板来与该触摸屏面板交互。触摸事件可以包括用户通过将食指/手指或合适的触控笔放置成靠近触摸屏面板来与该触摸屏面板交互。触摸事件可以包括用户直接触摸传感器区域或者触摸将用户与所述传感器区域分隔开的一个或多个层的外表面。
可以通过对来自各自的传感器区域的电压、电流或电荷信号进行直接测量来获得第一阵列的各个值。可以基于从各自的传感器区域直接测量到的电压、电流或电荷信号中的一个或多个参数来获得第一阵列的各个值。可以基于从各自的传感器区域以及一个或多个其他传感器区域直接测量到的两个或更多个电压、电流或电荷信号来获得第一阵列的各个值。
触摸屏面板可以包括沿第一方向延伸的多个第一电极和沿与所述第一方向不同的第二方向延伸的多个第二电极。第一电极和第二电极可以形成网格并且所述网格的各个交点可以限定各自的传感器区域。传感器阵列的每个传感器区域可以对应于各自的离散传感器。
生成第二阵列可以包括通过从第一阵列中减去参考阵列来生成第三阵列，通过使用空间低通滤波器对第三阵列进行滤波来生成第二阵列，所述空间低通滤波器具有等于参考带宽值的带宽。
因此，可以通过空间低通滤波器的平滑效应来降低与参考阵列不相关的噪声信号。
该方法还可以包括：基于第二阵列和第三阵列的差来确定第一量和第二量，与至少一个触摸事件对应的值被衰减了所述第一量，与任何触摸事件都不对应的值衰减了所述第二量，基于所述第一量和所述第二量生成新的参考带宽值，以及存储所述新的参考带宽值。
因此，可以动态更改用于对第三阵列进行空间低通滤波的带宽来优化噪声信号和触摸信号的相对衰减。这可以使得当周围环境、触摸面板传感器阵列的用户及用户例如使用食指或使用触控笔的输入方法中的一个或多个发生改变时，改善对噪声信号的降低。
确定新的参考带宽值可以包括将所述第一量与预定阈值进行比较，以及当所述第一量超过所述阈值时，通过从所述参考带宽值中减去带宽增量来生成所述新的参考带宽值。
当第一量未超过所述阈值时，可以通过将所述带宽增量加到所述参考带宽值来生成所述新的参考带宽。所述带宽增量可以被预先确定。可以基于第三矩阵来动态确定所述带宽增量。
确定新的参考带宽值可以包括基于使第一量与带宽值相关的第一模型和使第二量与所述带宽值相关的第二模型，确定最优带宽值以使得在所述第一量未超过预定阈值的情况下第二量被最大化，以及基于所述最优带宽生成新的参考带宽。
所述空间低通滤波器可以是线性滤波器。所述空间低通滤波器可以是高斯滤波器且所述空间低通滤波器的参考带宽值可以是高斯滤波器的标准差。
通过使用空间低通滤波器过滤第三阵列来生成第二阵列可以包括生成第四阵列，所述第四阵列的每项通过对所述第三阵列的包括该第三阵列的对应项的至少三个相邻行项求和来计算，以及生成第三阵列，所述第三阵列的每项通过对第四阵列的包括该第四阵列的对应项的至少三个相邻列项求和并除以各自的比例因子来计算。
所述空间低通滤波器可以是非线性滤波器。
每个第一阵列值可以基于各自传感器区域的电容。每个第一阵列值可以基于施加到各自传感器区域上的力。第一阵列的每项可以是具有基于施加到各自传感器区域的电容的第一值和基于施加到各自传感器区域上的力的第二值的子阵列，其中，在所述第一阵列上执行的操作在每个子阵列上是逐项执行的。
该方法可以使与触摸事件对应的输出信号的分量的信噪比增大1dB至5dB、5dB至10dB、10dB至15dB或者超过15dB。该方法可以使与噪声信号对应的输出信号的分量衰减超过1dB至5dB、5dB至10dB、10dB至15dB、15dB至20dB或者超过20dB。
根据本发明的第二方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序存储在计算机可读介质中，当所述计算机程序被数据处理单元执行时，使所述数据处理单元执行对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的方法。
根据本发明的第三方面，提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品存储在非暂时性计算机可读介质中，当所述计算机程序被数据处理单元执行时，使所述数据处理单元执行对来自触摸屏的输出信号进行处理的方法。
根据本发明的第四方面，提供了一种装置，包括帧读取模块，其配置成接收通过测量触摸屏面板传感器区域阵列获得的第一阵列值。所述装置还包括相关双采样器，其配置成通过从所述第一阵列值中减去参考阵列值生成第二阵列值。所述装置还包括触摸决策模块，其配置成根据所述第二阵列确定是否存在至少一个触摸事件，以及当确定结果为否时，通过使用加权因子使参考阵列和第一阵列指数平滑来生成新的参考阵列以及存储所述新的参考矩阵，以及当确定结果为是时，输出所述第二阵列。
根据本发明的第五方面，提供了一种触摸面板***，包括：触摸面板，该触摸面板包括以传感器阵列形式放置的多个传感器区域，每个传感器区域被配置成提供响应于触摸事件而改变的输出信号，以及上述装置。
触摸面板的每个给定的传感器区域可以被配置成提供基于所述给定的传感器区域的电容的输出信号。触摸面板的每个给定的传感器区域可以被配置成提供基于施加到所述给定的传感器区域上的力的输出信号。触摸面板的每个给定的传感器区域可以被配置成提供单输出信号，该单输出信号基于给定传感器区域的电容和施加到所述给定的传感器区域上的力。
附图说明
现将通过示例、参照附图来描述本发明的某些实施例，在附图中：
图1示出了触摸屏面板中的噪声源；
图2A示出了来自单点触摸事件的信号帧；
图2B示出了来自多点触摸事件的信号帧；
图2C示出了不存在触摸事件时的信号帧；
图3示出了从触摸屏面板的多个电极中获得的触摸信号；
图4示意性地示出了包括触摸屏面板和触摸控制器的触摸屏***；
图5A示意性地示出了第一投影电容触摸屏面板的电极布置；
图5B示意性地示出了第二投影电容触摸屏面板的电极布置；
图5C示意性地示出了第三投影电容触摸屏面板的电极布置；
图6A示意地示出了从侧面看到的投影电容触摸屏面板；
图6B示意地示出了在触摸事件中从侧面看到的投影电容触摸屏面板；
图7A示意性地示出了来自投影电容触摸屏面板的电压输出信号；
图7B示意性地示出了来自投影电容触摸屏面板的相关双采样电压信号；
图8示意性地描绘了信噪比的改善和用于相关双采样的采样频率之间的关系；
图9示出了处理来自触摸屏面板的输出信号的第一种方法的处理流程图；
图10A示出了来自单点触摸事件的信号；
图10B示出了来自相关双采样后的单点触摸事件的信号；
图10C示出了来自多点触摸事件的信号；
图10D示出了在来自相关双采样后的多点触摸事件的信号；
图11A示出了使用采用60Hz的扫描频率的投影电容触摸屏面板的第一种方法进行的实验输出的归一化噪声的功率谱密度图；
图11B示出了使用采用30Hz的扫描频率的投影电容触摸屏面板的第一种方法进行的实验输出的归一化噪声的功率谱密度图；
图12示出了进行空间滤波以降低噪声尖峰的幅度；
图13示意性地示出了从侧面看到的用于包括触摸屏面板的背光液晶显示器的示例性堆叠件；
图14示出了来自LC显示器的由放置在该LC显示器上的铜带检测到的噪声的示波器轨迹；
图15示意性地示出了将线性空间低通滤波器的掩模应用于信号值阵列；
图16A和图16B示意性地示出了信号值的网格；
图17A至图17D为标准差分别0.5、1、2和4的高斯滤波器掩膜的系数的投影表面图；
图18示出了处理来自触摸屏面板的输出信号的第二种方法的处理流程图；
图19比较针对原始输出信号、相关双采样信号与经相关双采样且滤波后的信号的归一化噪声谱密度图；以及
图20A和图20B绘制了相对于高斯滤波器掩膜的标准差描绘的噪声尖峰衰减和触摸信号衰减。
图21为示出对谐波单频信号应用相关双采样的不同情况的表；以及
图22给出了处理来自触摸屏面板的输出信号的第一种方法和第二种方法进行测试所使用的实验投影电容触摸屏面板的细节。
具体实施方式
在下文的描述中，类似的部件由类似的附图标记来指代。
图4示意性地示出了触摸屏***5，其包括触摸屏面板6和触摸控制器7。
参见图4，触摸屏面板包括二维N×M个传感器区域In,m的网格8。In,m表示沿第一方向d1间隔放置的N个传感器区域的第n个和沿第二方向d2间隔放置的M个传感器区域中第m个。第一方向d1和第二方向d2可以例如是垂直的x方向和y方向。传感器区域In,m具有特征尺寸l并且沿第一方向d1和第二方向d2以量s间隔放置。传感器区域In,m具有有效面积As，并且可以沿第一方向d1和第二方向d2具有或不具有相同的形状。传感器区域In,m可以沿第一方向d1和第二方向d2间隔或不间隔相同的量s，例如l1≠l2。每个传感器区域In,m典型地由沿第一方向d1延伸的电极Xn和沿第二方向d2延伸的电极Ym重叠或相交来限定，第一电极X1,…,Xn,…,XN和第二电极Y1,…,Ym,…,YM限定了网格8。然而，每个传感器区域In,m可以替选地是离散传感器。传感器区域In,m可以根据触摸屏面板6的类型产生指示电容、电阻和压力中的一个或多个的信号。
触摸控制器7包括帧读取模块9、相关双采样器10、参考帧存储器11和触摸决策模块12。可选地，触摸控制器7包括空间低通滤波器13、滤波掩膜存储器(filter mask store)14、带宽决策模块15、信号衰减模型存储器16和噪声衰减模型存储器17。帧读取模块9、相关双采样器10、触摸决策模块12以及可选地空间低通滤波器13和带宽决策模块15可以由一个或多个硬件模块来提供，或者它们可以被设置为由一个或多个数据处理器执行的模块。参考帧存储器11以及可选地滤波掩膜存储器14、信号衰减模型存储器16和噪声衰减模型存储器17可以例如由易失性存储器或非易失性存储器(未示出)或存储设备(未示出)提供。当参考帧存储器11以及可选地滤波掩膜存储器14、信号衰减模型存储器16和噪声衰减模型存储器17由易失性存储器提供时，它们可以在触摸屏***5未上电时，存储在非易失性存储器或存储设备中。
帧读取模块9读取来自传感器区域In,m的输出信号并将它们整理成信号帧矩阵或阵列。来自传感器区域In,m的输出信号记为F(n,m)，其中整数索引n、m表示帧阵列中的行项和列项，该帧阵列存储来自传感器区域In,m的输出信号。以这种方式，来自传感器区域In,m的输出信号被存储在帧F(n,m)的相对位置中，该相对位置与网格8中各自的传感器区域In,m的相对位置对应。帧读取模块9以扫描频率fs读取帧F(n,m)。第一个帧读数的信号值记为F(n,m,1)，第k个帧读数的信号值记为F(n,m,k)。当触摸屏***5初始上电时，所读出的第一帧F(n,m,k)被存储到参考帧存储器11中作为参考帧F0(n,m)。可以以相似的方式将帧F(n,m,k)处理为图像，这使得能够将与触摸事件对应的触摸屏信号可视化为图像，并且还使得图像处理方法能够应用于信号帧F(n,m,k)。
帧读取模块9可以例如通过光栅扫描来扫描传感器区域In,m。可替选地，例如当传感器区域In,m是离散传感器而不是电极Xn、Ym的交点时，帧读取模块9可以同时读取每个传感器区域In,m。扫描频率fs典型地介于约20Hz和约200Hz之间。更快及更慢的扫描频率fs理论上是可能的，然而，更慢的扫描频率fs可能会导致登记短触摸事件的响应时间很慢或登记失败，并且考虑到用户交互的典型速度，更快的扫描频率fs可能是冗余的。帧读取模块9可以是有源的或无源的。当帧读取模块9是有源的时，除了读取输出信号之外，激励信号也可以被寻址到正在读取的传感器区域In,m中。例如，在投影电容触摸屏面板中，帧读取模块将激励信号发送至驱动电极Dn并读取来自感测电极Sm的输出信号。当帧读取模块9是无源的时，帧读取模块仅接收、并可选地放大来自传感器区域In,m的输出信号。例如，帧读取模块9可以接收并放大来自压力感应式触摸屏面板中的压电传感器的电荷。帧读取模块9可以同时组合多个量(例如电容或压力)的有源读数和无源读数。
相关双采样器10接收来自帧读取模块9的电流信号帧F(n,m,k)以及来自参考帧存储器11的参考帧F0(n,m)，并根据如下公式使用相关双采样来计算校正后的帧FCDS(n,m,k):
FCDS(n,m,k)＝F(n,m,k)-F0(n,m) (1)
其中，FCDS(n,m,k)是校正后的信号值，F(n,m,k)是与传感器区域In.m对应的读出信号值。索引k用来区分例如当前读取的信号帧F(n,m,k)和下一信号帧F(n,m,k+1)，且k没有上限。针对k的每个值，校正后的帧FCDS(n,m,k)可以表示为阵列或矩阵，其中整数值n、m指代行项和列项。相关双采样器10移除或降低偏移3及噪声4的共模分量，这可以减小触摸决策模块12误登记触摸事件的概率。
触摸决策模块12接收校正后的帧FCDS(n,m,k)并基于该校正后的帧FCDS(n,m,k)的信号值来确定是否发生了触摸事件。例如，触摸决策模块12可以施加阈值并将超过所述阈值的信号值FCDS(n,m,k)登记为与单点触摸事件或多点触摸事件对应。如果触摸决策模块12确定发生了触摸事件，则表征该触摸事件的触摸信息18被确定并发送至设备中央处理单元(CPU)19。触摸信息18可以包括诸如例如触摸事件的数量和每个触摸事件的位置之类的信息。触摸信息18为由设备CPU 19执行的操作***或应用提供输入。当触摸屏面板是力感应触摸屏面板或压力感应触摸屏面板时，触摸信息18可以包括力值或压力值。如果触摸决策模块12在校正后的帧FCDS(n,m,k)中未检测到触摸事件，则触摸决策模块12用当前校正后的帧FCDS(n,m,k)替代参考帧F0(n,m)。
以这种方式，存储的参考帧F0被动态更新以反映最新读取的帧，在该最新读取的帧中没有触摸事件发生。这使得触摸屏***5能够动态调整触摸屏面板6所经受的噪声4中的变化。
可选的空间低通滤波器13可以接收来自相关双采样器10的校正后的帧FCDS(n,m,k)并为触摸决策模块12提供滤波后的帧FLPSF(n,m,k)。针对k的每个值，滤波后的帧FLPSF(n,m,k)可以表示为阵列或矩阵，其中整数值n、m指代行项和列项。空间低通滤波器13可以采取诸如均值滤波器或高斯滤波器之类的线性滤波器的形式，并且可以根据如下公式，使用从掩膜存储器14接收到的以系数Ci,j的矩阵或阵列(尺寸为L×W)形式的掩膜来对校正后的帧FCDS(n,m,k)进行滤波：
其中，L和W是正奇整数，i和j是滤波系数Ci,j的下标。针对边缘和拐角的信号帧值，即FCDS(n,m,k)，当n＝1或n＝N且m＝1或M时，可以使用不同的掩膜系数Ci,j。空间低通滤波器衰减未被相关双采样器10移除的非相关噪声尖峰，这样可以降低触摸决策模块12误登记触摸事件的概率。
尽管空间低通滤波器13被描述为线性滤波器，但是空间低通滤波器13也可以是诸如例如中值滤波器之类的非线性滤波器。
带宽决策模块15接收滤波后的帧FLPSF(n,m,k)和来自触摸决策模块12的触摸信息18，并确定空间低通滤波器13的带宽是否需要调整。在相关双采样之后，带宽决策模块15使用触摸信息18来区分触摸信号和残余噪声。例如，与传感器区域In,m对应的、被触摸决策模块确定为触摸事件的一部分的信号值FCDS(n,m,k)、FLPSF(n,m,k)是信号值，而任何其他非零信号值是残余噪声。带宽决策模块15确定触摸信号的衰减和残余噪声的衰减，并确定是否应该通过替换掩膜存储器14中存储的系数Ci,j来更新空间低通滤波器13的带宽。例如，带宽决策模块15可以调节空间低通滤波器13的带宽以使触摸信号的衰减保持在阈值量以下的同时使残余噪声的衰减最大。
带宽决策模块15可以通过增量来更新空间低通滤波器13的带宽。可替选地，带宽决策模块15可以基于从信号衰减模型存储器16接收到的信号衰减模型和从噪声衰减模型存储器17接收到的噪声衰减模型来更新空间低通滤波器13的带宽。信号衰减模型描述了触摸信号的衰减和空间低通滤波器13的带宽之间的关系。噪声衰减模型描述了噪声信号的衰减和空间低通滤波器13的带宽之间的关系。
为了详细描述触摸控制器7，将对来自触摸屏面板6的输出信号进行处理的第一种方法和第二种方法进行描述。
对来自触摸屏面板6的输出信号进行处理的第一种方法和第二种方法可以用于任何类型的输出与以二维网格或阵列布置方式8布置的传感器区域In,m对应的信号的触摸屏面板6。然而，在对处理来自触摸屏面板6的输出信号的第一种方法和第二种方法进行描述之前，简要讨论合适类型的触摸屏面板6、即投影电容触摸屏的一个示例是有帮助的。
电容式触摸屏面板
投影电容触摸屏面板测量电极处的电容变化以检测触摸事件。术语投影电容指的是投影电容触摸屏面板的电极不需要被导电物体物理触摸就可以检测触摸事件。一般来说，投影电容触摸屏面板的电极可以被置于例如由玻璃或透明聚合物制成的屏幕之后。当导电物体、诸如例如用户的食指22(图6B)或导电触控笔触摸屏幕时，电场线会被干扰，由此调制电荷分布，从而调节电容。
可以根据单独电极的自电容或成对电极之间的互电容来操作投影电容触摸屏面板。互电容操作支持多点触摸事件，并且可能对电磁干扰(EMI)不太敏感。
图5A、图5B和图5C示意性地示出了使用互电容的投影电容触摸屏面板20、21、22的电极的示例性布置方式。
参见图5A，第一投影电容触摸屏面板20包括布置在介电材料层23上的以大量驱动电极D1、D2、…、DN形式的第一电极Xn和以大量感应电极S1、S2、…、SM形式的第二电极Ym。介电材料层23在由相互垂直的第一方向x和第二方向y限定的平面中延伸，并且具有沿与第一方向x和第二方向y垂直的第三方向的厚度，该厚度大致小于介电层23的任何平面内尺寸。感应电极Sm被放置在介电层23的第一表面(例如上表面)上，驱动电极Dn被放置在介电层23的与第三方向上的第一表面相对的第二表面上。驱动电极Dn采取矩形导电材料条的形式，沿第一方向x伸长且彼此平行放置。驱动电极Dn在与第一方向x垂直的第二方向y上以量s间隔放置。感应电极Sm采取矩形导电材料条的形式，沿第二方向y伸长且彼此平行放置。感应电极Sm在与第二方向y垂直的第一方向x上以量s间隔放置。
当投影电容触摸屏面板20覆盖或被包括在显示器(例如有机发光二极管(OLED)或液晶显示器(LC))中时，介电材料层23通常是透明的。例如，介电材料层23可以是玻璃，或者可以是诸如例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或类似塑料之类的透明聚合物。当投影电容触摸屏面板20覆盖或被包括在显示器中时，驱动电极Dn和感应电极Sm也可以是透明的。例如，驱动电极Dn和第二电极Sm可以由铟锡氧化物(ITO)或铟氧化锌(IZO)形成。
还参见图5B，除了驱动电极Dn和感应电极Sm是不同的形状之外，第二投影电容触摸屏面板21与第一投影触摸屏面板20相同。在第二投影电容触摸屏面板21中，驱动电极Dn采取多个菱形区域的导电材料24的形式，在第一方向x上间隔开并通过窄导电材料条25相连接。感应电极Sm可以采取多个菱形区域的导电材料26的形式，在第二方向y上间隔开并通过窄导电材料条27相连接。
还参见图5C，除了驱动电极Dn和感应电极Sm是不同的形状之外，第三投影电容触摸屏面板22与第一投影触摸屏面板20和第二投影电容触摸屏面板21相同。在第三投影电容触摸屏面板22中，驱动电极Dn可以采取矩形条的形式，该矩形条在第一方向x上伸长并且与第一投影电容触摸屏面板20的驱动电极Dn相比较在第二方向y上具有相对更大的宽度。感应电极Sm可以采取多个相对窄的“Z型”区域的导电材料28的形式，在第二方向y上间隔开并通过窄导电材料条30相连接。第三投影电容触摸屏面板22的驱动电极Dn和感应电极Sm被布置成使得感应电极Sm的每个Z型导电区域28被放置成覆盖对应的驱动电极Dn。第三投影电容触摸屏面板22的驱动电极Dn和感应电极Sm被设定尺寸，特别地设定每个驱动电极Dn的宽度，以使得Z型导电区域28的所有部分都覆盖各自的驱动电极Dn。这有时被称为“泛洪(flooded)”配置。感应电极Sm不一定使用Z型导电区域28，而可以使用覆盖驱动电极Dn的其他窄的形状，诸如例如“H型”或“I型”导电材料区域。
第一投影电容触摸屏面板、第二投影电容触摸屏面板和第三投影电容触摸屏面板中被标记为驱动电极Dn的电极可以可替换地***作为感应电极Sn，并且被标记为感应电极Sm的电极可以可替换地***作为驱动电极Dm。在一些示例中，电极不一定具有固定的角色而是可以在驱动电极和感应电极之间交替。
投影电容触摸屏面板不一定使用关于第一投影电容触摸屏面板20、第二投影电容触摸屏面板21和第三投影电容触摸屏面板22所描述的电极布置。可替选地，可以使用任何适于测量成对电极之间的互电容的二维电极网格或阵列。
图6A示出了投影电容触摸屏面板20、21、22的示意性横截面。图6B示出了在触摸事件期间投影电容触摸屏面板20、21、22的示意性横截面。
参见图4至图6B，投影电容触摸屏面板20、21、22的电极可以用盖板玻璃(coverlens)30覆盖。盖板玻璃30一般是透明的并且可以由诸如例如玻璃或PET之类的透明材料形成。
驱动电极Dn和感应电极Sm的每个交点限定了传感器区域In,m，并且每个交点In,m可以通过触摸控制器7的寻址驱动电极Dn和感应电极Sm的适当组合的帧读取模块9来单独测量。例如，与所寻址的交点In,m对应的驱动电极Dn由驱动信号31驱动，并且从所寻址的交点In,m相应的感应电极Sm中读出输出信号32。驱动信号31可以采取电压信号的形式，诸如例如正弦波、方波、其它AC/脉冲波或DC偏置电压。每对驱动电极Dn和感应电极Sm限定了提供传感器区域In,m的交点，并且所有的交点In,m可按顺序读出以测量来自投影电容触摸屏面板20、21、22的完整信号帧F(n,m,k)。以这种方式，单点触摸事件和多点触摸事件两者都可以被登记。
在没有触摸事件时，与任何给定的交点In,m对应的驱动电极Dn和感应电极Sm限定了基线互电容CM。由帧读取模块9基于驱动信号31和输出信号31来确定驱动电极Dn和感应电极Sm之间的互电容。帧读取模块9可以使用任何已知的方法、诸如例如基于与参考信号相比驱动信号31/输出信号32的幅度、相位或频率的变化来确定驱动电极Dn和感应电极Sm之间的互电容。可替选地，帧读取模块9可以基于时间常数和/或驱动电极Dn和感应电极Sm的充电/放电次数来确定互电容。
在触摸事件期间，附加电容CF将电极和用户的食指33或合适的导电触控笔(未示出)耦合在一起。附加电容CF导致由处理器或触摸控制器测量的互电容与基线互电容CM相差量ΔC。在触摸事件期间电容变化幅度ΔC不是固定的，而可以根据诸如例如用户的食指33或合适的导电触控笔的接触面积(contact area)之类的因子的变化而改变。
以这种方式，从投影电容触摸屏面板20、21、22读出的信号帧值F(n,m,k)是针对驱动电极Dn和感应电极Sm的每个交点In,m测量的电容值的阵列。当电容变化量ΔC超过阈值量时，触摸事件被登记。如上文所描述的，噪声4和偏移3会影响所测量的电容。
尽管为了参考已经描述了使用互电容的投影电容触摸屏面板20、21、22的示例，但是对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第一种方法和第二种方法不限于使用互电容的投影电容触摸屏面板20、21、22。例如，对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第一种方法和第二种方法可以可替换地用于使用自电容的投影电容触摸屏面板、或者用于基于测量不同特性(诸如例如电阻或压力)的触摸屏面板。对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第一种方法和第二种方法可以可替换地用于基于光学方法或声学方法的触摸屏面板。对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第一种方法和第二种方法可以用于用户的食指33或触控笔的接触区域在其中生成来自多于一个传感器区域In,m的信号的任何触摸屏面板6。
在更一般的情况下，触摸屏面板6可以包括网格8，该网格8由沿第一方向d1延伸的N个电极X1、…、Xn、…、XN和沿第二方向d2延伸的M个电极Y1、…、Ym、…、YM之间的交点形成。当触摸屏面板是投影电容类型时，电极Xn、Ym可以是驱动电极Dn和感应电极Sm。然而，在其它类型的触摸屏面板中，电极Xn、Ym可以履行不同的角色。当触摸屏面板6是投影电容类型时，信号帧值F(n,m,k)可以表示驱动电极Dn和感应电极Sm之间的电容或电容变化，且与驱动电极Dn和感应电极Sm之间的电容或电容变化成正比。可替选地，当触摸屏面板6是电阻类型时，信号帧值F(n,m,k)可以表示各电极Xn、Ym之间的电阻或电阻变化，且与各电极Xn、Ym之间的电阻或电阻变化成正比。可替选地，当触摸屏面板6是力或压力感应类型时，信号帧值F(n,m,k)可以表示施加在各电极Xn、Ym之间的压力或力，且与施加在各电极Xn、Ym之间的压力或力成正比。
信号帧值F(n,m,k)不一定与由电极X、Ym之间的交点限定的传感器区域In,m对应。例如，当触摸屏面板6采取N×M阵列的离散单独可寻址的传感器(未示出)时，传感器区域In,m可以与离散传感器对应以使得每个帧信号值F(n,m,k)对应于从各自的传感器获得的信号。
以这种方式，由通过触摸屏面板6测量的信号帧值F(n,m,k)表示的具体物理参数根据触摸屏面板6的类型的变化而改变。无论由信号帧值F(n,m,k)表示的物理参数如何，都可以应用对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第一种方法和第二种方法来降低或移除噪声4和偏移3，以改进SNR并降低对触摸事件的误登记。
对触摸屏面板噪声源的理论分析
在不希望受理论限制的情况下，简要讨论对触摸屏面板6的SNR的理论上的处理可以有助于理解对来自触摸屏面板6的输出信号进行处理的第一种方法和第二种方法。
信噪比(SNR)是用来表示***的检测精度和分辨率的参数。SNR被定义为如下比率：
其中，SNR是信噪比，Ps是信号功率，Pn是噪声功率。在这种方式中，SNR>1意味着触摸信号、例如F(n,m,k)超过噪声4。偏移3由于可以通过减去固定值被去除而不作为噪声分量来处理。这是因为噪声4通常变化很快，而偏移3通常是恒定不变的或缓慢变化。根据触摸屏面板的类型及应用，可接受的SNR值可以大于1、大于2、大于3或大于5。在某些应用中，例如当仅测量对触摸事件出现或不出现的登记时，更低的SNR(例如SNR>1)是可接受的。然而，针对其他应用，例如针对模拟压力感应/力触摸，需要更大的SNR以使得能够区分由用户的交互施加的不同水平的压力。
图7A和图7B示意性地示出了来自投影电容触摸屏面板20、21、22的电压输出信号。
参见图7A，来自投影电容触摸屏面板20、21、22的交点In,m的输出信号32可以采取电压信号V(t)的形式。输出信号V(t)一般包括来自所需触摸信号Vs、来自偏移3V偏移和来自噪声信号4的贡献。噪声4是随机或不规则噪声1和确定性或共模噪声2的叠加。可以使用相关双采样(CDS)来校正输出信号V(t)以确定校正后的输出信号VCDS(t)。为了应用CDS，当没有触摸事件发生时记录信号以确定背景信号V0。
还参见图7B，可以减去背景信号V0。在校正后的输出信号VCDS(t)中，偏移3以及噪声4的在输出信号V(t)和背景信号V0之间相关的分量可以基本上被减小或消除。例如，噪声4的低频分量。校正后的输出信号VCDS(t)大体上包括所需信号Vs和噪声4的高频不相关分量。在CDS之后，SNR可以表示为：
其中，SNRCDS是CDS之后的信噪比，Ps是信号功率，Pn是CDS之前的噪声功率，Pn’是CDS之后的噪声功率，且α是定义为Pn与Pn’之比的表征因子。
在对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第一种方法和第二种方法中，使用单独的背景参考值F0(n,m)对来自每个交点In,m的帧信号值F(n,m)应用CDS。
图21示出了应用于谐波单频共模噪声信号情况下的不同范围的表征因子α。
还参见图21，在理想情况下，如果同时获得两个采样值，则共模噪声可以被完全消除。因此，可以认为更快的采样总是能够提供对SNR的改善。然而，实际上，更快的采样可能并不总是会改善SNR。例如，如果共模噪声采取谐波单频波形的形式，例如当0<α<1或者当α＝1时，更快的采样不一定意味着SNR的改善。在这种方式中，应用CDS可以减小或移除偏移3以及噪声4的低频共模分量。然而，CDS可能会导致噪声4的高频分量的幅度增大。当CDS没有导致高频噪声时，由于触摸信号通常是相对较低的频率，所以在一定程度上可以使用低通滤波器来补偿该幅度增大的问题。
图8示意性地描绘了表征因子α和扫描频率fs之间的关系。
参见图8，如果与噪声4的主共模分量相比扫描频率fs足够高，使得α>1，则可以认为表征因子α与扫描间隔1/fs成反比。
对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第一种方法
图9示出了处理来自触摸屏面板6的输出信号F(n,m,k)的第一种方法的处理流程图。
参见图4至图6B和图9，当启动触摸屏***5时，由帧读取模块9读出第一帧F(n,m,1)(步骤S1)。当触摸屏面板6是投影电容触摸屏面板20、21、22时，通过寻址对应的驱动电极Dn和感应电极Sm按顺序扫描每个交点In,m来读出第一帧F(n,m,1)。背景图案和参考帧F0(n,m)最初被设置成等于第一帧F(m,n,1)，并将其存储在参考帧存储器11中(步骤S2)。
当触摸屏***5工作时，帧读取模块8读出信号帧F(n,m,k)(步骤S3)。当触摸屏面板6是投影电容触摸屏面板20、21、22时，通过寻址对应的驱动电极Dn和感应电极Sm按顺序扫描每个交点In,m来读出信号帧F(n,m,k)。信号帧F(n,m,k)的读出可以与显示器(未示出)同步，该显示器位于触摸屏面板6下方或者触摸屏面板6嵌入在该显示器中。例如，可以在显示器静音/闪烁(display quiet/blinking period)期间读出信号帧F(n,m,k)。
相关双采样器10接收信号帧F(n,m,k)并根据公式1通过减去参考帧F0(n,m)来应用CDS校正以生成校正后的帧FCDS(n,m,i)(步骤S4)。由于偏移3是恒定不变的或者仅在读出的连续帧F(n,m,k)、F(n,m,k+1)之间缓慢变化，所以CDS校正对减小或移除偏移3是有效的。CDS校正对减小或移除噪声4的低频共模分量是有效的，该低频共模分量在连续帧F(n,m,k)、F(n,m,k+1)之间是相关的。
触摸决策模块12接收并分析校正后的帧FCDS(n,m,k)以确定是否发生了触摸事件(例如单点触摸事件或多点触摸事件)(步骤S5)。如果没有发生触摸事件(步骤S5：否)，则通过采用当前信号帧F(n,m,k)重写参考帧存储器11中存储的参考帧F0(n,m)来更新参考帧F0(n,m)(步骤S8)，然后由帧读取模块9读出下一信号帧F(n,m,k+1)(步骤S3)。
如果触摸事件正在发生(步骤S5：是)，则触摸决策模块确定并输出触摸信息18至设备CPU 19(步骤S6)。例如，由设备CPU 19执行的操作***的应用可以使用该触摸信息来选择选项、打开桌面上的文件夹或关闭网页浏览器应用。当触摸屏***5继续工作时(步骤S7)，读出下一信号帧F(n,m,k+1)(步骤S3)。
在读出信号帧F(n,m,k)和读出下一信号帧F(n,m,k+1)之间发生的步骤(步骤S4至S8)优选地在比扫描间隔1/fs更短的时间内进行。例如，如果信号帧在显示器静音/闪烁期间被读出，则在读出信号帧F(n,m,k)和读出下一信号帧F(n,m,k+1)之间发生的步骤(步骤S4至S8)优选地不会采取比显示器静音/闪烁周期间的间隔更长的间隔。
以这种方式，可以对从触摸屏面板6读出的信号帧应用CDS以减小或消除偏移3以及噪声4的低频共模分量。这可以改善触摸屏***5的SNR，使触摸屏***5的激励功率和/或检测阈值能够减小。这可以通过降低功耗来延长包含触摸屏***的设备的电池寿命。触摸屏***5的经改善的SNR也可以通过减小触摸事件的误登记概率来提高触摸屏***5的精度。除此之外，通过在未检测到触摸事件时动态刷新参考帧F0(n,m)，使参考帧F0(n,m)保持更新至最新，由此噪声和偏移的背景图案最为准确。这可以使得通过动态补偿偏移3中由于电子设备中的漂移或周围环境的变化而产生的缓慢变化，在延长的时间段内使用CDS来校正从触摸屏面板6读出的信号帧F(n,m,i)。周围环境的变化可以包括电磁噪声源的数量、类型和接近度的变化、温度的变化或者诸如从充电电缆***或拔出包含触摸屏***5的移动设备之类的变化。
使用对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第一种方法的示例
可以参照使用投影电容触摸屏面板的示例进行的实验来解释对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第一种方法的使用。
图22为提供用于对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第一种方法进行测试的投影电容触摸屏面板细节的表格。
参见图5A至图5C和图22，使用具有八十个驱动电极Dn(又称为发送电极或“Tx”电极)和八十个感应电极Sm(又称为接收电极或“Rx”电极)的投影电容触摸屏面板的示例来进行实验。实验的触摸屏面板使用配置在网格中的驱动电极Dn和感应电极Sm，该网格包括相对宽的驱动电极Dn和相对窄的感应电极Sm，感应电极Sm与驱动电极Dn放置在同一表面上且垂直于驱动电极Dn。在每个交点In,m处，驱动电极Dn至腰部逐渐变细，并且感应电极Sm通过跳线桥接驱动电极Dn的腰部。实验的触摸屏面板是矩形，其对角线尺寸为10.1英寸(25.7cm)，长宽比为16：9。驱动电极Dn的激励电压为10V。驱动电极Dn的宽度为3mm。感应电极Sm的与驱动电极Dn重叠的部分的最大宽度为449μm。驱动电极Dn和感应电极Sm形成感应阵列网格8，在该感应阵列网格中，交点In,m具有3mm×3mm的有效面积，传感器区域In,m以s＝2mm的间隙间隔放置。信号帧F(n,m,i)以频率30Hz或60Hz被读出。位于示例性触摸屏面板下方的显示器的像素具有56μm×56μm的尺寸。
图10A和图10B示出了单点触摸事件帧34和对应的CSD校正后的单点触摸事件帧35的灰度图。图10C和图10D示出了多点触摸事件帧36和对应的CSD校正后的多点触摸事件帧36的灰度图。在示出触摸屏面板信号帧的灰度图中，标有“DB”的区域对应于低信号水平，标有“LB”的区域对应于中间信号水平，而标有“R”的区域对应于高信号水平。
还参见图10A和图10B，将对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第一种方法应用于单点触摸事件帧34使得对应的CDS校正后的单点触摸事件帧35的偏移3和噪声4显著降低。
还参见图10C和图10D，将对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第一种方法应用于多点触摸事件帧36使得对应的CDS校正后的多点触摸事件帧37的偏移3和噪声4显著降低。
特别地，在根据对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第一种方法处理的CDS校正帧35、37中，触摸信号的对比度得到显著改善。因此，对触摸事件的数量和位置的精确确定可以得到改进。此外，通过根据第一种方法的处理移除会导致触摸事件登记失败的显著的偏移3信号，例如朝向未校正的信号帧34、36的着色为红色的区域。
图11A和图11B示出了分别以60Hz和30Hz从实验的触摸屏面板输出的归一化噪声的功率谱密度(PSD)图。归一化噪声指的是没有触摸事件的情况下记录的信号帧。
参见图11A，通过在没有触摸事件的情况下读出信号帧F(n,m,k)来研究第一种方法对实验的触摸屏面板的噪声特性的效果。在没有触摸事件因而没有触摸信号的情况下，读出的帧F(n,m,k)大体上包括噪声4和偏移3。可以通过在没有触摸事件的情况下计算并比较信号帧F(n,m,k)和校正后的帧FCDS(n,m,k)的PSD来研究第一种方法的效果。
在不进行根据第一种方法的CDS校正的情况下，由于偏移3而观察到强DC分量。在约8Hz以下，在扫描频率fs＝60处应用第一种方法导致噪声功率大大减小。在约9Hz和约17Hz之间，校正后的帧FCDS(n,m,k)的噪声功率呈现出与未校正的帧F(n,m,k)的噪声功率相当。在约18Hz以上，校正后的帧FCDS(n,m,k)的噪声功率呈现出超过未校正的帧F(n,m,k)的噪声功率。
还参见图11B，当针对fs＝30Hz的扫描频率进行相同的比较时，在使用第一种方法进行校正后观察到改善的频率范围降低到约3Hz以下。在降低的扫描频率fs处的频率范围改善的降低可能是由于在降低的采样频率处相邻帧之间的低频噪声的相对较弱的相关性。针对更高的采样频率，在相邻帧之间的噪声的相关性可以相对增加。由于偏移3表现为直流，所以无论采样频率如何，这些偏移都可以被消除。
如上文所解释的，CDS可以具有在特定带宽内引入高频噪声的效果。该效果与采样频率有关并将参照以下示例来解释，在这些示例中，频率为fs/2的谐波单频噪声波形H(t)在扫描频率fs处受到CDS校正。然后，两个相邻采样时刻之间的间隔等于相位π。在该示例中，在CDS之后的输出可以表达为：
其中，HCDS是应用CDS之后的噪声信号，H0是噪声波形H(t)的幅度，是噪声波形H(t)的初始相位，t是时间。公式5指示噪声波形、例如具有CDS采样频率fs的一半的频率fs/2的H(t)，噪声波形HCDS的幅度在CDS之后倍增。可以对噪声波形和扫描频率fs的其他比率进行类似的分析。
可以通过滤除高频分量来减轻由于应用了第一种方法而在高频处的噪声分量的适度(modest)。由于与触摸事件对应的信号通常是低频，例如与触摸屏面板的用户交互通常发生在几Hz或更小的频率处，因此上述操作是可行的。实验结果表明，在高达约10％的扫描频率fs处，当扫描频率fs是30Hz和60Hz时，SNR可以分别增大5.9dB和7.6dB。在约10％的扫描频率fs以上，SNR不会得到改善，甚至还可能恶化。
以这种方式，对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第一种方法可以基本上减小包含触摸信号的频带内的噪声4的共模分量以及偏移3。
第一种方法的时间预算
对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第一种方法可以移除或减少偏移3以及噪声4的低频共模分量。第一种方法的重复步骤(图8，步骤S4至S8)所花费的时间应该优选地不超过读出连续的信号帧F(n,m,k)、F(n,m,k+1)之间的扫描间隔1/fs。例如，针对60Hz的扫描频率，用于第一种方法的CDS校正的计算时间应该小于16.7ms。
计算时间一般取决于算法的复杂性。触摸屏面板6的待扫描的交点In,m的数量是N×M。第一种方法的计算时间为O(N×M)。针对上文中所描述的实验触摸屏面板，N＝80且M＝80，使得N×M＝6400。许多当前可用的移动设备中的处理器包括具有GHz范围的计算能力的处理器。例如，当N×M＝6400时，1GHz的处理器会花费～6.4μs来执行第一种方法的重复步骤(图8，步骤S4至S8)。
以这种方式，可以在包括触摸屏***5的设备中实施第一种方法而不需要降低扫描频率fs。
处理来自触摸屏面板的输出信号的第一种方法的能量预算
用于测量每个传感器区域In,m的信号帧值F(n,m,k)的能量可以由以下公式近似给出：
其中，E是用于测量一个传感器区域In,m的能量，P是帧读取模块9使用的功率，fs是扫描频率。例如，如果帧读取模块9以fs＝75kHz的频率扫描交点且具有2.5mW的功耗，则将需要E＝1/30μJ来读取每个交点In,m。例如，如果触摸屏面板6包括N×M网格8，则用于扫描每个交点In,m的总功率(P总)可以表达为：
P总＝(ENM)fs (7)
其中，P是处理器或触摸控制器所使用的功率，E是用于测量一个交点的能量，N和M是网格8的尺寸，fs是扫描频率。例如，如果用于典型移动设备、例如智能手机的投影电容触摸屏面板包括沿第一方向x的九个电极Xn和沿第二方向y的十六个电极Yn，则该电容触摸屏面板将具有144个电极传感器区域/交点In,m。在该示例中，如果以频率fs＝60Hz来扫描智能手机的触摸屏面板，则用于测量整个面板一次的功耗将是0.288mW，用于扫描每个信号帧F(n,m,k)的能量消耗将是4.8μJ。
用于处理与第一种方法相关联的操作的功耗由以下公式近似给出：
其中，ECDS是CDS操作的功耗，N和M是网格8的尺寸，η是处理器或触摸控制器的功率效率。目前使用的嵌入式处理器(例如ARM(RTM)Cortex(RTM)A5处理器)的示例具有每秒2000万条指令(MIPS)/mW的功率效率η。因此，功耗ECDS可以约为7.2nW，且计算时间约为0.14μs。在这种方式中，通过应用第一种方法产生的额外能量消耗约为1fJ，远小于常用的处理器或触摸控制器的能量消耗。
空间滤波移除噪声尖峰
如上文所解释的，对来自触摸屏面板6的输出信号进行处理的第一种方法可以在偏移3以及噪声4的低频共模分量方面提供实质性的改进。然而，当信号帧F(n,m,k)和噪声参考帧F0(n,m)之间的相关性变弱时，噪声尖峰可能会保留、尤其是在高频处保留。当对触摸信号和噪声尖峰的特性进行分析时，注意到来自触摸事件的信号与噪声尖峰相比可能具有更低的空间频率。
对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第二种方法将根据第一种方法对信号帧F(m,n,k)的CDS校正与使用空间低通滤波器13对校正后的帧FCDS(n,m,k)的空间滤波相结合。
在解释第二种方法之前，大体上对校正后的帧FCDS(n,m,k)的空间滤波进行简要讨论是有帮助的。
图12示出了降低噪声尖峰的幅度的空间滤波。在示出触摸屏帧的灰度图中，标有“DB”的区域对应于低信号水平，标有“LB”的区域对应于中间信号水平，而标有“R”的区域对应于高信号水平。
参见图1、图4和图12，校正后的信号帧FCDS(n,m,k)可以包括噪声尖峰38，噪声尖峰38例如由噪声4的随机分量或噪声4的高频共模分量产生，该随机分量或高频共模分量与CDS校正所使用的参考帧F0(n,m)不相关。噪声尖峰38可以例如采取当与例如周围交点In+1,m、In,m+1等处的信号值FCDS(n+1,m,k)、FCDS(n,m+1,k)相比较时在交点In,m处的异常高的信号值FCDS(n,m,k)的形式。当这些帧在此处被处理为图像时，交点处的值也可以指“像素”值。可以使用空间低通滤波器13来处理校正后的帧FCDS(n,m,k)以产生滤波后的帧FLPSF(n,m,k)。空间低通滤波器13具有如下效果：通过将噪声尖峰38与相邻交点的值混合来对噪声尖峰38进行平均化，从而导致滤波后的尖峰39的幅度减小。
对触摸信号的空间滤波有可能会引入不希望的效果。例如，触摸信号也可以通过空间低通滤波器13来减小，有时被称为“平滑效应”，这可以降低SNR但是可能会增大登记触摸失败的概率。平滑效应可能会由于与相邻/附近交点In,m的耦合而使触摸的表观位置失真。仔细设计空间低通滤波器13可以在使触摸信号衰减最小以及避免触摸位置失真的同时使噪声尖峰38得到衰减。
除此之外，不同用户可以具有对触摸屏面板6呈现不同接触面积的食指33。同一用户可以改变与触摸屏面板接触的食指33并且有时可以使用触控笔(未示出)来代替食指33。对空间低通滤波器13应用单一带宽可能不适于所有可能的用户和/或触控笔。在对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第二种方法中，空间低通滤波器13的带宽在使用期间被动态地调谐，以在衰减噪声尖峰38和保留触摸信号的完整性之间进行优化。
共模噪声源
在解释对来自触摸屏面板6的输出信号进行处理的第二种方法之前，简要讨论覆盖设备或被并入设备、特别是诸如智能手机、平板电脑、膝上电脑及类似设备的显示器中的触摸屏面板6中常用的共模噪声源是有帮助的。
电荷噪声
包含触摸屏面板的设备常常是可以在使用中的电池电力下运行的移动设备。这种电池供电的设备通常包括可充电电池，并且必须定期连接到充电电源或充电器(未示出)以给电池补充电能。该设备在连接到充电器的同时仍然可以使用。充电器通常采用变压器-整流器电路的形式，将来自插座的高压交流(AC)电转换为适于给设备的电池充电的电压处的直流(DC)电。在理想充电器中，该转换过程将是完善的且充电器将输出恒定的直流电压。实际上，充电器将产生包括诸如例如残余“纹波”电流/电压、噪声尖峰及其他人为因素的共模波动的输出。
由充电器产生的峰值共模噪声可以根据充电器的质量典型地在介于小于3V到超过40V的范围内变化。由于充电器输出的差保持不变，因此来自充电器的共模噪声在电容式触摸屏面板20、21、22未被触摸时不会影响该电容式触摸屏面板20、21、22的操作。当触摸事件发生时，大致存在两种情况。首先，包含触摸屏面板6的设备可以是手持式的。其次，包含触摸屏面板6的设备可以放置在表面上或保持器中，例如在桌子或支架上。当设备被握住时，它可以充分地接地，使得共模噪声电荷不会泄露。然而，如果触摸屏面板6被放置在表面上或保持器中，即当触摸屏面板和人体不共享同一地时，由手指生成的触摸事件可能会导致触摸误登记。
显示器面板噪声
包含触摸屏***5的设备典型地包括显示器或屏幕。不同类型的显示器是可用的，诸如例如有源矩阵有机发光二极体(Active-matrix organic light emitting diode，AMOLED)和液晶(LC)架构。尽管用于覆盖或并入的触摸屏面板6的AMOLED显示器是高质量的且生成较少的噪声，但是LC显示器由于其通常成本更低而仍在使用。
图13示出了包括覆盖LC显示器的触摸屏面板的背光LC显示器的示例性堆叠件43。
参见图6A和图6B以及图13，LC显示器堆叠件43的示例包括：为远离用户而设置的盖板玻璃30、第一电极层44、介电材料层23、第二电极层45、触摸屏面板基板46、第一偏振滤光器47、彩色滤光器基板48、公共电极Vcom层49、液晶层50、薄膜晶体管(TFT)51、像素/子像素电极52、TFT基板53、第二偏振滤光器54、短暂背光器(a while backlight)55和反射层56。第一图案化导电层44例如提供沿第一方向d1延伸的N个电极Xn，第二图案化导电层45例如提供沿第二方向d2延伸的M个电极Ym。TFT51是单独可寻址的并且控制像素/子像素电极52以使得能够对所寻址的像素/子像素电极52和Vcom电极49之间的液晶层50区域中的液晶分子进行重定向。
在示例性的LCD堆叠件43中，可以识别两个电容C1、C2。第一电容C1将像素/子像素电极52和Vcom层49耦合。由于Vcom层49具有相当大的电阻，所以第一电容C1屏蔽显示器噪声。例如，Vcom层49可以由ITO制成。第二电容C2将Vcom层49和第二电极层45耦合。第二电容C2将来自LC显示器的噪声耦合至触摸屏面板6。
可以通过检测直接堆叠在LC显示器上的导电条中感生的电压来测量来自LC显示器的耦合噪声的量。例如，使用直接堆叠在以戴尔(RTM)e198wfp LCD屏幕形式的LC显示器上的铜条进行实验。使用安捷伦(RTM)DSO-X 2024A示波器来测量耦合到铜条上的LC显示器噪声。铜条的面积是3mm×3mm，与典型的投影电容触摸屏面板20、21、22的有效面积As相当。
图14示出了来自LC显示器的由放置在该LC显示器上的铜条检测到的噪声的示波器轨迹。
还参见图14，实验测量到的LC显示器噪声信号57包括强确定性分量，该强确定性分量预期取决于产品的设计并且在显示器被制造之后不再显著变化。
空间低通滤波器
简要讨论空间低通滤波器的特性对理解第二种方法是有用的。空间低通滤波器可以在广义上被表征为线性滤波器或非线性滤波器。线性滤波器包括诸如均值滤波器和高斯滤波器之类的滤波器类型。非线性滤波器包括诸如中值滤波器之类的滤波器类型。
图15示意性地示出了将线性空间低通滤波器13的掩膜58应用于校正后的帧值FCDS(n,m,k)的阵列。
参见图15，线性滤波器掩膜58被应用于校正后的帧值FCDS(n,m,k)的阵列。线性滤波器掩膜58的尺寸为L×W，L和W通常为正奇整数以确保单个交点In,m为线性滤波器掩膜58的中心。线性滤波器掩膜58可以表示为系数Ci,j的阵列或矩阵，其中，0≤i≤L-1，0≤j≤W-1，且i和j为整数下标。例如，针对尺寸为L×W(L＝3，W＝3)的均值滤波器，系数可以全部具有值Ci,j＝1/9，使得掩膜58可以由如下矩阵来表示：
当L和W是奇整数时，通过滤波获得的滤波后的信号值FLPSF(n,m)可以表达为：
这与公式2等同。针对在边缘和拐角处的校正后的帧值FCDS(n,m,k)，即当n＝1或n＝N且m＝1或M时，可以使用不同的掩膜系数Ci,j。
针对给定的触摸屏面板6，最佳线性滤波器掩膜58的尺寸L、W和系数Ci,j可以取决于触摸屏面板6的物理特性和触摸事件的特性(例如用户食指33或合适的触控笔的接触面积)两者。
如公式9和公式10中所描述的线性滤波器，例如均值滤波器或高斯滤波器，在一般应用中由于实施的简单性、处理要求低且食指33触摸和触控笔触摸之间的性能平衡而是优选的。
非线性滤波器例如涉及使用诸如确定中值的统计方法对滤波后的值求导。因为非线性滤波器可以潜在地提供对噪声尖峰的较优衰减，所以非线性滤波器可以优选地用于某些应用。然而，非线性滤波器可能会过度衰减与小接触面积(例如触控笔触摸)对应的触摸事件的信号。
空间低通滤波器的理论分析
在不希望受理论限制的情况下，简要概述与空间低通滤波相关的一些理论分析可能是有帮助的。
掩膜大小和触摸位置
当用户触摸触摸屏面板时，例如触摸投影电容触摸屏面板20、21、22时，与面板接触的食指33或触控笔将绝不局限于耦合到单个电极。反之，触摸事件将包括来自最接近触摸点的交点In,m的信号并且还包括来自相邻或附近交点、例如In+1,m、In,m+1等的信号。在这种方式中，触摸事件具有交互区域59(图16A)，该交互区域包含驱动电极Dn和感应电极Sm的多个交点In,m。跨越多个交点In,m的交互区域59不限于投影电容触摸屏面板20、21、22类型，其他类型的触摸屏面板，诸如例如压力感应式触摸屏面板可具有包含多个交点In,m的交互区域59。
如果线性滤波器掩膜58的尺寸L、W大于交互区域59，则空间低通滤波器13可减小触摸信号的相对强度，这可能导致触摸事件登记失败。此外，为了避免两个并发的触摸事件之间的潜在干扰(该干扰可能导致登记的触摸事件的位置出现偏差)，线性滤波器掩膜58的尺寸L、W应该优选地不大于触摸事件的典型交互区域59。可以基于用户食指33的典型大小以及传感器区域/交点In,m的有效面积As的尺寸l和间距s来确定掩膜的尺寸L、W。例如，在实验的投影电容触摸屏面板中，交点In,m的有效面积As是3mm×3mm，间距s＝2mm，因此典型的用户食指33的交互区域59近似为3×3个交点In,m。对用于空间低通滤波器13的线性滤波器掩膜58的尺寸L、W和触摸事件登记之间的关系进行分析是有帮助的。
图16A和图16B采用叠加的交互区域59示出了校正后的帧值FCDS(n,m,k)的网格8。
参见图4和图16A，以In,m为中心的触摸事件具有交互区域59，该交互区域59近似包含3×3个的交点In,m块，即n±1，m±1。用于空间低通滤波器13的线性滤波器掩膜58可以具有L×W(L＝3，W＝3)的尺寸，使得当以最接近触摸事件的交点In,m为中心时，交互区域59与线性过滤器掩模58大致重合。如果使用的是均值滤波器，即如果且0≤j≤W-1，则滤波后的帧值FLPSF(n,m)可以表达为：
其中，i和j是求和的索引。为了简化分析，如果在距中心校正后的帧值FCDS(n,m,k)相等距离的信号帧值被取为是相等的，例如使得FCDS(n+1,m,k)＝FCDS(n,m+1,k)等，则公式11可以简化为：
使用以下比例因子来替代最近的交点处的信号值FCDS(n+1,m,k)和下一最近的交点处的信号值FCDS(n+1,m+1)：
其中，β和γ比例因子。使用比例因子β、γ，滤波后的信号值FLPSF(n,m,k)可以近似为：
可以通过考虑如下条件来评估滤波后的信号值FLPSF(n,m,k)对由噪声尖峰38引起的位置误登记的灵敏度，在该条件下，距触摸事件最近的相邻位置之一的滤波后的帧值(例如FLPSF(n,m+1))超过在触摸事件位置处的滤波后的帧值FLPSF(n,m)。
还参见图16B，当线性滤波器掩膜58应用于最近的相邻交点In,m+1时，最近的相邻位置的滤波后的帧值FLPSF(n,m+1)可以表达为：
其中，i和j是求和的索引，并且已经作出了上述最近的相邻帧和下一最近的相邻帧等同的简化假设，例如FCDS(n+1,m,k)＝FCDS(n,m+1,k)。针对交互区域59之外的交点，校正后的帧值FCDS(n,m,k)可以视作具有由噪声决定的值，例如F(n,m+2,k)＝F(n+1,m+2,k)＝H，其中，H是表示噪声信号4的随机分布变量。替代公式13中的比例因子，则最近的相邻位置的滤波后的帧值FLPSF(n,m+1,k)可以近似为：
其中，β和γ是比例因子，H是表示噪声4的随机分布变量。为了确保触摸位置在空间低通滤波后的误登记得以避免，即FLPSF(n,m,k)>FLPSF(n,m+1,k)，应该满足如下不等式：
比率FCDS(n,m,k)/H与SNR相关。在典型的投影电容触摸屏面板20、21、22中，H大约比F(n,m)小两个数量级，且比例因子β、γ通常介于1和3之间。在这种方式中，针对投影电容触摸屏面板20、21、22，当用于空间低通滤波器13的线性滤波掩膜58的尺寸为L×W(L＝3，W＝3)，公式17的条件通常可以得到满足。然而，当掩膜48的尺寸增大到L×W(L＝5，W＝5)，公式(17)的条件变成由噪声值H来决定，导致误登记触摸事件的位置的概率增加。
公式17中的不等式并不专用于投影电容触摸屏面板20、21、22，并且可以同样应用于具有针对包含多于一个交点In,m的触摸事件的交互区域59的任一触摸屏面板6。
线性滤波器掩膜58的适于给定的触摸屏面板6的尺寸不一定为L×W(L＝3，W＝3)，并且一般而言线性滤波器掩膜58的尺寸将取决于触摸屏面板的物理特性，诸如例如传感器区域In,m的尺寸l和间距s，并且取决于触摸屏面板6的SNR。类似于公式17的分析可以指示尺寸大于L×W(L＝3，W＝3)的线性滤波器掩膜58适于投影电容触摸屏面板20、21、22的一些示例，例如网格8的分辨率非常高的情况。同样，使用其他机制来检测触摸事件的触摸屏面板6(例如压力感应式触摸屏面板)可以使用尺寸大于L×W(L＝3，W＝3)的线性滤波器掩膜58，该线性滤波器掩膜的尺寸取决于触摸屏面板的物理特性，诸如例如传感器区域In,m的尺寸l和间距s，并且取决于触摸屏面板6的SNR。
信号和尖峰噪声的空间频率特性
当触摸事件由用户的食指33生成时，与噪声尖峰相比较，与触摸事件对应的信号典型地具有相对更低的空间频率。然而，与用户通过食指33的输入生成的触摸事件相比较，某些类型的触摸事件、例如由用户通过合适的触控笔生成的触摸事件可以具有相对更高的空间频率。例如，由触控笔生成的触摸事件可以具有包含单个交点In,m的交互区域59。
虽然噪声尖峰通常被认为具有高空间频率，例如会影响单个交点In,m，但是噪声尖峰还能够具有比单个交点In,m低的空间频率。
当触摸信号和噪声尖峰的噪声频率接近或重叠时，难以应用空间低通滤波器13来最大化地衰减噪声尖峰38而又不衰减所需的触摸信号。应用单个线性滤波器掩模58对许多用户而言可能不是最佳的，并且可能不适于在使用食指33和触控笔的用户输入之间交替。
处理来自触摸屏面板的输出信号的第二种方法
使噪声尖峰38的衰减最大而不会有害地衰减所需触摸信号的一种方式是：通过动态调整具有固定尺寸L、W的线性滤波器掩膜58的系数Ci,j来动态调节空间低通滤波器13的带宽。
对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第二种方法应用了使用线性滤波器掩膜58的空间低通滤波器13，该空间低通滤波器具有由线性滤波器掩膜58的系数Ci,j确定的可变带宽。线性高斯滤波器可以通过由系数Ci,j组成的阵列来表示，Ci,j一般表达为：
其中，G是幅度，L和W是线性滤波器掩膜58的尺寸，i和j是分别介于0≤i≤L-1和0≤j≤W-1的索引，σn是沿第一方向x的标准差，σm是沿第二方向y的标准差。幅度G优选地是使滤波后的帧值FLPSF(n,m,k)相较于校正后的帧FCDS(n,m)的平均密度的总体增加或递减最小的归一化因子。一般来说，具有由沿第一方向d1(例如x)的电极Xn(例如驱动电极Dn)和沿第二方向d2(例如y)电极Ym(例如感应电极Sm)限定的交点In,m的网格8的触摸屏面板6不一定是方形网格，因此标准差σn、σm可以不同。当网格8是方形时，使得交点In,m沿第一方向d1和第二方向d2均匀间隔开，即s1＝s2，因此标准差也相等，即σn＝σm＝σ。例如，当线性滤波器掩膜58的尺寸为L×W(L＝3，W＝3)时，系数可以表达为：
其中，0≤i≤2且0≤j≤2。
图17A至图17D示出了高斯滤波器的线性滤波掩膜58的系数Ci,j的值在标准差值分别为σ＝0.5、σ＝1、σ＝2和σ＝4时的3D投影表面图。
参见图17A至图17D，标准差σ的较小值指示交点In,m和包含在线性滤波器掩膜58中的其他交点(例如In+1,m)之间的耦合相对较弱。因此，标准差σ的较小值指示与单个交点In,m对应的噪声尖峰38的衰减相对较弱。相反地，标准差σ的较大值指示交点In,m和包含在线性滤波器掩膜58中的其他交点(例如In+1,m)之间的耦合相对较强。因此，标准差σ的较大值指示与单个交点In,m对应的噪声尖峰38的衰减相对较强。以这种方式，可以根据所使用的标准差σ的值来随时调整空间低通滤波器13的带宽，以计算高斯线性滤波器掩膜48的系数Ci,j。
图18示出了对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第二种方法的处理流程图。
参见图4至图5C、图9和图18，以与第一种方法相同的方式，在启动触摸屏***5之后，由帧读取模块9读出第一帧F(n,m,1)(步骤S1)，将背景图案或参考帧F0(n,m)初始设置为等于第一帧F(n,m,1)并存储到参考帧存储器11中(步骤S2)。
以与第一种方法相同的方式，在触摸屏***5工作期间，帧读取模块9以扫描频率fs读出信号帧F(n,m,k)(步骤S3)，然后相关双采样器接收信号帧F(n,m,k)并通过减去参考帧F0(n,m)来校正该信号帧F(n,m,k)，生成对应的校正后的帧FCDS(n,m,k)(步骤S4和公式1)。
空间低通滤波器13接收校正后的帧FCDS(n,m,k)并使用线性滤波器掩膜58来对该校正后的帧FCDS(n,m,k)进行滤波，产生滤波后的帧FLPSF(n,m,k)(步骤S9)。可以将空间低通滤波器13的带宽设置为预定值。可替选地，可以将初始带宽设置为触摸屏***5正在操作的前一场景中的带宽的最终值。例如，空间低通滤波器13可以是由线性滤波器掩膜58以系数Ci,j的阵列形式来表征的高斯滤波器，Ci,j是使用标准差σ根据公式(18)计算的。可以将标准差σ初始设置为预定值σ0。可替选地，可以将标准差σ设置为触摸屏***5正在操作的前一场景中的标准差σ的最终值。
触摸决策模块分析滤波后的帧FLPSF(n,m,k)以确定是否发生了触摸事件(例如单点触摸事件或多点触摸事件)(步骤S5)。如果没有触摸事件发生(步骤S5：否)，则通过采用当前信号帧F(n,m,k)重写参考帧存储器11中存储的参考帧F0(n,m)来更新参考帧F0(n,m)(步骤S8)，然后由帧读取模块7读出下一信号帧F(n,m,k+1)(步骤S3)。
如果有触摸事件正在发生(步骤S5；是)，则带宽决策模块15确定空间低通滤波器13的带宽是否最优或者是否应该改变空间低通滤波器13的带宽(步骤S10)。带宽决策模块15可以通过将CDS校正后的帧FCDS(n,m,i)与滤波后的帧FLPSF(n,m,i)进行比较来评估触摸信号和噪声尖峰38的衰减。在识别了触摸事件后(步骤S5)，校正后的帧FCDS(n,m,k)或滤波后的帧FLPSF(n,m,k)的与交点In,m对应的、被触摸决策模块12确定为触摸事件的一部分的任意值是信号值，而任何其它的非零值可以被视为噪声。可以由带宽决策模块15来施加用于调整空间低通滤波器13的带宽的一系列准则。例如，当滤波器使用具有根据公式(18)(其中标准差为σ)计算的系数Ci,j的高斯滤波器掩膜58时，带宽决策模块15可以增大或减小标准差σ的值以将SNR保持在阈值处。可替选地，处理器或触摸控制器可以增大或减小标准差σ的值以尝试最大化噪声38的衰减，同时使触摸信号的衰减保持在阈值以上。
可替选地，带宽决策模块15不需要以递增方式调整带宽，而是可以使用从信号衰减模型存储器16/噪声衰减模型存储器17接收到的预定的信号/噪声衰减模型。带宽决策模块15可以基于存在于帧中的噪声4的特性来为空间低通滤波器13选择最优带宽。下文将解释对使噪声尖峰和信号衰减与空间低通滤波器13的带宽相关的模型进行测量的示例。例如，当滤波器使用具有根据公式(18)(其中标准差为σ)计算的系数Ci,j的高斯滤波器掩膜58时，带宽决策模块15可以基于使噪声尖峰和信号衰减与标准差σ的值相关的预定信号/噪声衰减模型来选择标准差σ的值。
带宽决策模块15可以使用建模和增量改动(incremental alterations)的组合，例如处理器或触摸控制器可以利用机器学习方法或“模糊”方法来搜索接近建模值的参数，以通过添加附加数据点来改善信号衰减模型16/噪声衰减模型17中存储的信号衰减模型/噪声衰减模型。
如果带宽决策模块15确定空间低通滤波器13的带宽不需要调整(步骤S10；是)，则带宽决策模块15通过采用更新的系数Ci,j重写掩膜存储器14中存储的系数Ci,j来调整带宽(步骤S11)。触摸决策模块12确定并输出触摸信息18至设备CPU 19(步骤S6)。当触摸屏***5工作时(步骤S7)，由帧读取模块9读出下一信号帧F(n,m,k+1)(步骤S3)。
如果空间低通滤波器的带宽不需要调整(步骤S10：否)，则触摸决策模块12确定并输出触摸信息18至设备CPU 19(步骤S6)。
在读出信号帧F(n,m,k)和读出下一信号帧F(n,m,k+1)之间发生的所有步骤(步骤S4至S8)优选地在比扫描间隔1/fs更短的时间内执行。例如，如果在显示器静音/闪烁期间帧被读出，则在读出信号帧F(n,m,k)和读出下一信号帧F(n,m,i+k)之间发生的步骤(步骤S4至S11)优选地不会采取比显示器静音/闪烁周期间的间隔更长的间隔。
以这种方式，例如由于与参考帧F0(n,m)不相关而未通过相关双采样器10移除的噪声尖峰38可以通过空间低通滤波器13来衰减。这对来自触摸屏面板6的输出而言可以进一步增大SNR，并且与仅使用CDS校正相比能够使信号阈值和/或激励功率进一步减小。对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第二种方法使用动态更新的空间低通滤波器13。这可以使得当具有不同大小食指33的不同用户使用触摸屏***5或者当用户在使用食指33和使用触控笔之间切换时，使信号处理能够保持最优。
使用第二种方法的示例
可以参照使用上文所描述的实验投影电容触摸屏面板(见表II)所进行的实验来说明对来自触摸屏面板的输出信号进行处理的第二种方法的使用。为了评估空间低通滤波器13的平滑效应，要考虑如下三个因素：SNR、信号衰减和噪声衰减。
图19示出了针对原始信号帧F(n,m,k)、经CSD校正后的帧FCDS(n,m,k)和经CDS校正和空间低通滤波后的帧FLPSF(n,m,k)的功率谱密度(PSD)图。
参见图19，如上文所述，由CDS校正引入的高频噪声可以通过空间低通滤波来抑制。在这种方式中，CDS校正和空间低通滤波是互补的，对SNR的整体改善可以优于通过对来自单独应用CDS的改善或单独应用空间低通滤波的改善进行简单求和获得的改善。在通过实验投影电容触摸屏面板获得的数据中，观察到SNR增大了15.6dB，并且观察到信号和噪声尖峰分别衰减了4.51dB和19.25dB。
图20A示出了针对高斯滤波器掩模58的标准偏差σ绘制的噪声尖峰衰减和触摸信号衰减的图。该图是根据基于来自实验投影电容触摸屏面板的数据的仿真获得的。图20B示出了介于σ＝0.5和σ＝1之间的标准差范围。
参见图20A和图20B，可以观察到由于与触摸信号相比较噪声尖峰38的空间频率相对更高，所以在空间低通滤波之后与触摸信号相比较，噪声尖峰显示出相对更高的衰减。针对实验投影电容触摸屏面板，噪声尖峰38和触摸信号的衰减两者在介于σ＝0.5至σ＝1的范围内均显示出随标准差快速增大。针对标准差σ>1.5的更大值，衰减呈现饱和。所观察到的关系特定于实验投影电容触摸屏面板，然而，同样的分析可以容易地应用于测量诸如例如压力之类的不同物理参数的任何其它投影电容触摸屏面板20、21、22或触摸屏面板6。
所测量的触摸信号的衰减和噪声尖峰38的衰减之间的关系可以用于产生信号/噪声衰减模型16、17，如上文所述该信号/噪声衰减模型在对来自触摸屏面板的信号进行处理的第二种方法中使用。例如，由于观察到噪声尖峰38衰减比信号衰减随标准差σ增大的更快，所以观察到的关系可以用作确定标准差σ的值的模型，该标准差在噪声尖峰的幅度增大的情况下使SNR保留在阈值以上。可替选地，当触摸屏***5启动时，所测量的关系可以用作为标准差选择初始值σ0的模型。例如，如果可接受的信号衰减是2dB，则将使用标准差为0.6的初始高斯分布基础掩模来最大程度地衰减噪声尖峰而不会使触摸信号衰减不可接受的量。
对来自触摸屏面板的信号进行处理的第二种方法的时间预算和能量预算
与第一种处理方法相比较，第二种处理方法的复杂性增加到O(3N)左右。与第一种方法所执行的计算类似的计算指示用于移动设备的典型商用处理器将需要大约19.2μs的时间，且算法的功耗将为21.6nW。因此，针对60Hz的典型扫描速率，第二种方法的计算时间显著小于帧读取之间的间隔，而且与读出帧的功耗相比较，该算法的功耗忽略不计。
以这种方式，可以使用第二种方法来改善SNR并移除偏移3而不增加触摸屏***5的扫描频率fs或功耗。
变型
应该理解的是，可以对上文中所描述的实施例进行多种变型。这些变型可以包括设计、制造、使用触摸屏面板中已知的等同特征或其他特征，并且可以用来代替本文中已经描述的特征或作为它的补充。一个实施例的特征可以用另一实施例的特征来替换或补充。
例如，描述了对来自触摸屏面板的信号进行处理的第二种方法，该第二种方法将CDS校正与空间低通滤波相结合。然而，空间低通滤波可以直接应用于由帧读取模块9读出的信号帧F(n,m,k)以通过使噪声4的高频分量平滑来提供对SNR的适度改善。
已经描述了触摸屏***5的透明触摸屏面板6。然而，第一种方法和第二种方法不限于覆盖显示器屏幕或集成到显示器屏幕中的透明触摸屏面板6。例如，第一种方法和第二种方法还可以应用于触摸面板，例如用于为诸如膝上电脑之类的数据处理设备提供输入的不透明触摸面板。
已经描述了进行信号处理的第二种方法，在该第二种方法中，由带宽决策模块调整空间低通滤波器13的带宽。然而，该带宽不一定是可变的，在一些替选方法中，根据第一种方法的CDS校正可以与使用具有固定带宽的空间低通滤波器13的空间低通滤波相结合。
已经描述了将不包括触摸事件的最新的信号帧F(n,m,k)存储为参考帧F0(n,m)。然而，这可能导致不期望的“坏帧”，例如由于临时硬件故障而导致该坏帧被存储为参考帧，可能导致后续帧中的SNR恶化。可以对参考帧F0(n,m)使用能够改善参考帧F0(n,m)更新的鲁棒性的其他更新方法。例如，通过应用指数平滑使参考帧被指定为：
F0(n,m)→δ×F0(n,m)+(1-δ)F(n,m,k) (20)
其中，δ是加权因子。可以调整加权因子δ来优化性能。然而，使用指数平滑可能会削弱相邻帧之间的相关性。消除噪声和鲁棒性之间的权衡可以取决于触摸屏面板6的应用和物理特性。
可以通过不直接执行公式2中的求和来提高对帧值F(n,m,k)、FCDS(n,m,k)应用线性滤波掩膜58的效率。例如，对均值滤波器而言，可以构造中间帧，在该中间帧中，每个像素包含沿第一方向d1、x的3个像素之和，例如FCDS(n,m,k)+FCDS(n+1,m,k)+FCDS(n+2,m,k)。可以通过在沿第二方向d2、y的中间帧上执行相同的过程，然后除以比例常数来获得最终滤波后的图像FLPSF(n,m,k)。该过程对高斯加权滤波器同样有效。这尤其对具有高网格8分辨率(即减小了间距s)的触摸屏面板6是有帮助的，该触摸屏面板6可能要求尺寸大于L×W(L＝3，W＝3)的线性滤波器掩膜58，由于使用了中间帧，计算复杂性与线性滤波器掩模58的尺寸L、W成线性比例而非二次方比例。
已经描述了高斯空间低通滤波器13。可替选地，可以使用具有峰值和调整该峰值的相对宽度的参数的任何空间低通滤波器来代替高斯滤波器。
虽然权利要求在本申请中被阐明成特定的特征组合，但是应该理解的是，本发明公开的范围也包括在本文中明确或隐含公开的或者任何广义地公开的任何新颖特征或该特征的任何新颖组合，而无论其是否涉及任一权利要求中当前要求保护的相同发明或是否减轻与本发明相同的技术问题之中的任一或所有技术问题。申请人特此提请注意，在本申请或从中衍生的任何其他申请的审查期间，新的权利要求可以阐明成这些特征和/或这些特征的组合。

Claims (16)

1.一种方法，包括：
接收通过测量触摸面板传感器区域阵列获得的第一阵列的值；
基于从所述第一阵列的值中减去参考阵列的值来生成第二阵列的值；
根据所述第二阵列的值确定是否存在至少一个触摸事件；以及
当确定结果为否时：
通过使用加权因子使所述参考阵列和所述第一阵列指数平滑来生成新的参考阵列，其中，所述加权因子是零；以及
存储所述新的参考矩阵；以及
当确定结果为是时：
输出所述第二阵列。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，生成所述第二阵列包括：
通过从所述第一阵列中减去所述参考阵列来生成第三阵列；
通过使用空间低通滤波器对所述第三阵列进行滤波来生成所述第二阵列，所述空间低通滤波器具有等于参考带宽值的带宽。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
基于所述第二阵列和所述第三阵列的差确定第一量和第二量，与至少一个触摸事件对应的值衰减所述第一量，与任何触摸事件都不对应的值衰减所述第二量；
基于所述第一量和所述第二量生成新的参考带宽值；以及
存储所述新的参考带宽值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，确定新的参考带宽值包括：
将所述第一量与预定阈值进行比较；以及
当所述第一量超过所述阈值时，通过从所述参考带宽值中减去带宽增量来生成所述新的参考带宽值。
5.根据权利要求4所述的对来自触摸屏面板的信号进行处理的方法，其中，确定新的参考带宽值包括：
基于使所述第一量与带宽值相关的第一模型和使所述第二量与所述带宽值相关的第二模型，确定最优带宽值以使在所述第一量未超过预定阈值的情况下所述第二量被最大化；以及
基于所述最优带宽生成所述新的参考带宽。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中，所述空间低通滤波器是线性滤波器。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其中，所述空间低通滤波器基于包括峰值的函数，所述峰值具有由所述参考带宽值确定的相对宽度。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的方法，其中，所述空间低通滤波器是高斯滤波器且用于所述空间低通滤波器的参考带宽值是所述高斯滤波器的标准差。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的方法，其中，通过使用空间低通滤波器对所述第三阵列进行滤波来生成所述第二阵列包括：
生成第四阵列，所述第四阵列的每项通过对所述第三阵列的包括该第三阵列的对应项的至少三个相邻行项求和来计算；以及
生成所述第三阵列，所述第三阵列的每项通过对所述第四阵列的包括该第四阵列的对应项的至少三个相邻列项求和并除以各自的比例因子来计算。
10.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中，所述空间低通滤波器是非线性滤波器。
11.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，每个第一阵列值基于各自传感器区域的电容。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，每个第一阵列值基于施加到各自传感器区域上的力。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一阵列的每项是具有基于各自传感器区域的电容的第一值和基于施加到各自传感器区域上的力的第二值的子阵列，其中，在所述第一阵列上执行的操作在每个子阵列上逐项执行。
14.一种计算机程序，存储在计算机可读介质中，当所述计算机程序被数据处理单元执行时，使所述数据处理单元执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
15.一种装置，包括：
帧读取模块，配置成接收通过测量触摸面板传感器区域阵列获得的第一阵列的值；
相关双采样器，配置成基于从所述第一阵列的值中减去参考阵列的值来生成第二阵列的值；
触摸决策模块，配置成根据所述第二阵列的值确定是否存在至少一个触摸事件；以及
当确定结果为否时：
通过使用加权因子使所述参考阵列和所述第一阵列指数平滑来生成新的参考阵列，其中，所述加权因子是零；以及
存储所述新的参考矩阵；以及
当确定结果为是时：
输出所述第二阵列。
16.一种触摸面板***，包括：
触摸面板，包括以传感器阵列形式放置的多个传感器区域，每个传感器区域被配置成提供响应于触摸事件而改变的输出信号；以及
根据权利要求15所述的装置。
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