TWI464651B - 光學觸控系統及其觸控物區分方法 - Google Patents

光學觸控系統及其觸控物區分方法 Download PDF

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Description

光學觸控系統及其觸控物區分方法
本發明是有關於一種觸控系統及方法，且特別是有關於一種支援多點觸控的光學觸控系統及其觸控物區分方法。
隨著視窗作業系統Windows 7的推行，主打多點觸控功能的一體成型電腦(All-in-one PC，AIO PC)已經漸漸成為市場上的主流趨勢。在以往使用之電阻式、電容式、背投影式的觸控螢幕中，以電容式觸控螢幕的觸控效果最好，但其成本也最為昂貴，且會隨著螢幕尺寸的變大而增加，連帶使得電容式觸控螢幕的使用效益顯得不足。
為尋求電容式觸控螢幕的替代方案，目前有一種利用光學鏡頭偵測觸碰位置的光學式觸控螢幕，其具有成本低、準確度佳等優點，在競爭的市場中更具有優勢，目前也已成為大尺寸觸控螢幕的另外一種選擇。
光學式觸控螢幕是利用在螢幕的邊緣設置多個光學鏡頭，用以拍攝使用者手指在螢幕上操作的影像，而分析所拍攝影像中因手指遮斷光線所產生之陰影的位置，可得出手指觸碰點與光學鏡頭之間的相對角度，最後再根據已知光學鏡頭之間的距離，結合三角定位法即可算出觸碰點的精確位置。
上述藉由手指陰影來辨識手指位置的方式在單指觸 碰偵測的應用上，已可達到相當高的準確性。然而，在多指觸碰偵測的應用上，則由於手指間的距離相當接近，在某些角度上，不同手指出現在光學鏡頭所擷取之影像中的位置會重疊，甚至會被另一指所遮蔽，結果造成光學式觸控螢幕誤判為單指操作。
舉例來說，圖1是習知光學式觸控螢幕偵測手指觸碰的示意圖。請參照圖1，習知的光學式觸控螢幕10是在螢幕11同一側的角落(例如左上角及右上角)分別配置光學鏡頭12及13，且光學鏡頭12及13均朝向螢幕11的另一側，以拍攝使用者在螢幕11上操作的手勢。其中，當使用者使用兩根手指14、15觸碰螢幕11時，由於手指14的位置剛好介於光學鏡頭12及手指15之間，從而遮蔽了手指15，使得光學式觸控螢幕10從光學鏡頭12所擷取之影像中只能辨識出手指14的影像，無法辨識出手指15的影像，連帶造成光學式觸控螢幕10所偵測之手指15的位置產生偏移，從而影響光學式觸控螢幕10辨識多點觸控位置的準確度。
有鑑於此，本發明提出一種光學觸控系統及其觸控物區分方法，可提高光學式觸控系統辨識多點觸控位置的準確度。
本發明提出一種光學觸控系統的觸控物區分方法，適用於具有第一鏡頭、第二鏡頭及螢幕的光學觸控系統，其 中第一鏡頭及第二鏡頭配置於螢幕的同一側且朝向螢幕的另一側。所述方法係辨識第一鏡頭及第二鏡頭所擷取之第一擷取影像及第二擷取影像中的至少一個觸控物影像。其中，當第一擷取影像包括兩個觸控物影像且第二擷取影像包括單一觸控物影像時，計算兩個觸控物影像出現在第一擷取影像中之最左端及最右端之間的第一距離，兩個觸控物影像之中心點間的第二距離，以及單一觸控物影像出現在第二擷取影像中之最左端及最右端之間的第三距離。然後，根據第一距離及第二距離的比例，計算與第三距離相對應的第四距離。最後，依照所計算的第四距離將單一觸控物影像區分為兩個觸控物影像，並與第一擷取影像中的兩個觸控物影像結合，以計算所述觸控物碰觸螢幕之兩個觸控點的位置。
在本發明之一實施例中，上述依照第四距離將單一觸控物影像區分為兩個觸控物影像的步驟包括計算第二擷取影像中單一觸控物影像的中心點位置，以及計算此中心點位置向左及向右移動二分之一所述第四距離後的位置，以做為所區分之兩個觸控物影像的中心點位置。
在本發明之一實施例中，上述依照第四距離將單一觸控物影像區分為兩個觸控物影像的步驟更包括計算第二擷取影像中兩個觸控物影像的中心點位置與單一觸控物影像出現在第二擷取影像中之最左端及最右端之間的第五距離，而以此第五距離的兩倍距離做為兩個觸控物影像的寬度。
本發明提出一種光學觸控系統，其包括螢幕、第一鏡頭、第二鏡頭及控制單元。其中，第一鏡頭及第二鏡頭係配置於螢幕的同一側且朝向螢幕的另一側，而用以拍攝螢幕上方之至少一個觸控物的影像。控制單元係耦接第一鏡頭及第二鏡頭，其包括影像辨識模組、運算模組、觸控物區分模組及觸控點位置計算模組。其中，影像辨識模組係用以辨識第一鏡頭及第二鏡頭所擷取之第一擷取影像及第二擷取影像中的至少一個觸控物影像。運算模組係用以在影像辨識模組辨識出第一擷取影像包括兩個觸控物影像且第二擷取影像包括單一觸控物影像時，計算兩個觸控物影像出現在第一擷取影像中之最左端及最右端之間的第一距離，兩個觸控物影像之中心點間的第二距離，以及單一觸控物影像出現在第二擷取影像中之最左端及最右端之間的第三距離，並根據第一距離及第二距離的比例，計算與第三距離相對應的第四距離。觸控物區分模組係依照所計算的第四距離將第二擷取影像中的單一觸控物影像區分為兩個觸控物影像。觸控點位置計算模組係結合第一擷取影像中的兩個觸控物影像以及第二擷取影像中所區分的兩個觸控物影像，計算所述觸控物碰觸螢幕之兩個觸控點的位置。
在本發明之一實施例中，上述之觸控物區分模組包括計算第二擷取影像中單一觸控物影像的中心點位置，並計算此中心點位置向左及向右移動二分之一所述第四距離後的位置，以做為所區分之兩個觸控物影像的中心點位置。
在本發明之一實施例中，上述之觸控物區分模組更計 算第二擷取影像中兩個觸控物影像的中心點位置與單一觸控物影像出現在第二擷取影像中之最左端及最右端之間的第五距離，而以第五距離的兩倍距離做為兩個觸控物影像的寬度。
在本發明之一實施例中，上述之第一距離與第二距離的比例等於第三距離與第四距離的比例。
在本發明之一實施例中，上述之光學觸控系統為光學觸控螢幕(Optical Touch Monitor，OTM)。
基於上述，本發明之光學觸控系統及其觸控物區分方法係偵測光學觸控系統之兩個鏡頭所擷取影像中的觸控物，而當兩張影像分別有單一個及兩個觸控物出現時，利用這兩個觸控物出現在影像中的比例關係，將單一個觸控物的影像區分為兩個觸控物，並用以計算兩個觸控點的位置，從而提高光學式觸控系統辨識多點觸控位置的準確度。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
在光學觸控系統之兩個鏡頭所擷取的影像中，若分別有單一個及兩個觸控物出現，代表實際上有兩個觸控物碰觸螢幕，但由於兩個觸控物在某一個鏡頭視野中的位置重疊，造成該鏡頭所擷取影像中僅有一個觸控物出現。據此，本發明係利用有兩個觸控物出現的影像中兩個觸控物影像之間的比例關係，推算僅有單一個觸控物出現的影像中該 兩個觸控物之間的距離，進而將此單一個觸控物的影像區分為兩個觸控物。藉此，可提高光學式觸控系統辨識兩點觸控位置的準確度。
圖2是依照本發明一實施例所繪示之光學觸控系統的方塊圖。請參照圖2，本實施例的光學觸控系統20例如是光學觸控螢幕(Optical Touch Monitor，OTM)，其包括螢幕21、第一鏡頭22、第二鏡頭23及控制單元24。上述元件的功能如下： 螢幕21例如是液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)、發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)顯示器、場發射顯示器(Field Emission Display，FED)或其他種類的顯示器，其可顯示操作畫面，以供使用者利用手指對其進行操作。
第一鏡頭22及第二鏡頭23例如是採用電荷耦合裝置(charge coupled device，CCD)、互補金屬氧化半導體(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)等感光元件來擷取影像的光學鏡頭，其係配置於螢幕24的同一側(例如上側的左右兩個角落)，且朝向螢幕24的另一側(例如下側的兩個對角)，而用以拍攝在螢幕21上方操作之至少一個觸控物的影像。
控制單元24例如是中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)、微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)或其他類似 裝置。控制單元24係分別耦接第一鏡頭22及第二鏡頭23，而可接收並分析第一鏡頭22及第二鏡頭23所拍攝的影像，而據以計算觸控物碰觸螢幕21之觸控點的位置。
詳言之，圖3是依照本發明一實施例所繪示之控制單元的方塊圖。圖4是依照本發明一實施例所繪示之光學觸控系統的觸控物區分方法流程圖。請同時參照圖2、圖3及圖4，本實施例進一步將圖2中的控制單元24依功能區分為影像辨識模組242、運算模組244、觸控物區分模組246及觸控點位置計算模組248，以下即搭配上述圖式中的各項元件說明本實施例之觸控物區分方法的詳細步驟： 首先，由影像分析模組242辨識第一鏡頭22及第二鏡頭23所擷取之第一擷取影像及第二擷取影像中的至少一個觸控物影像(步驟S402)。其中，影像分析模組242例如可對第一擷取影像及第二擷取影像進行旋轉、平移、剪力變形等影像處理，藉以辨識出觸控物，而根據觸控物出現在第一擷取影像及第二擷取影像之橫軸方向(即X軸方向)上的位置，可推算出觸控物實際碰觸到螢幕21的觸控點位置。
當影像分析模組242辨識出第一擷取影像包括兩個觸控物影像且第二擷取影像包括單一觸控物影像時，運算模組244會進一步計算兩個觸控物影像出現在第一擷取影像中之最左端及最右端之間的第一距離，兩個觸控物影像之中心點間的第二距離，以及單一觸控物影像出現在第二擷取影像中之最左端及最右端之間的第三距離(步驟 S404)，從而根據第一距離及第二距離的比例，計算與第三距離相對應的第四距離(步驟S406)。其中，上述的第一距離與第二距離之間的比例等於第三距離與第四距離之間的比例。
舉例來說，圖5(a)及圖5(b)是依照本發明一實施例所繪示之光學觸控系統的觸控物區分方法的範例。請同時參照圖5(a)及圖5(b)，本實施例係將上述影像分析模組242所辨識之兩個觸控物影像及單一觸控物影像以數位訊號的方式繪示為如圖5(a)及圖5(b)所示的波形。其中，圖5(a)中兩個拉低的波形52、54即代表出現在第一擷取影像中的兩個觸控物，圖5(b)中拉低的波形56則代表出現在第二擷取影像中的單一個觸控物。對此，運算模組244會先計算圖5(a)中兩個波形52、54之最左端及最右端之間的距離X，兩個波形52、54中心點間的距離Y，以及圖5(b)中波形56之最左端及最右端之間的距離Z，然後再依據下列公式，計算與距離Z相對應的距離W：
其中，距離X與距離Y之間的比例等於距離Z與距離W的比例。
接著，觸控物區分模組246會依照運算模組244所計算的第四距離，將第二擷取影像中的單一觸控物影像區分為兩個觸控物影像(步驟S408)。其中，觸控物區分模組246例如會計算第二擷取影像中單一觸控物影像的中心點位置，然後再計算此中心點位置向左及向右移動二分之一 所述第四距離後的位置，以做為所區分之兩個觸控物影像的中心點位置。此外，觸控物區分模組246還會計算第二擷取影像中兩個觸控物影像的中心點位置與單一觸控物影像出現在第二擷取影像中之最左端及最右端之間的第五距離，從而以第五距離的兩倍距離做為所區分之兩個觸控物影像的寬度。
舉例來說，圖6(a)及圖6(b)是依照本發明一實施例所繪示之觸控物區分方法的範例。請先參照圖6(a)，本實施例針對圖5(b)所繪示之第二擷取影像中單一觸控物影像的波形56，計算其中心點C向左及向右移動二分之一距離W後的位置z1及z2，以做為所區分之兩個觸控物影像562、564的中心點位置。本實施例還計算兩個觸控物影像的中心點位置z1及z2與單一觸控物影像出現在第二擷取影像中之最左端及最右端之間的距離a，而以距離a的兩倍距離(即2a)做為兩個觸控物影像的寬度(如圖6(b)所示)。
藉由上述方法，即可將第二擷取影像中原本重疊在一起的兩個觸控物影像分開。最後，觸控點位置計算模組248會將第一擷取影像中的兩個觸控物影像與第二擷取影像中所區分的兩個觸控物影像結合，從而計算出所述觸控物碰觸螢幕21之兩個觸控點的位置(步驟S410)。其中，由於第二擷取影像中的觸控物影像已區分為兩個觸控物影像，因此，光學式觸控系統20最後所算出之兩個觸控點的位置將更為準確。
綜上所述，本發明之光學觸控系統及其觸控物區分方 法藉由在光學觸控系統之兩個鏡頭所擷取的影像中分別有單一個及兩個觸控物出現時，依照兩個觸控物影像之間的比例關係，推算這兩個觸控物在單一個觸控物影像中的位置及寬度，從而將單一個觸控物的影像區分為兩個觸控物。藉此，可提高光學式觸控系統辨識兩點觸控位置的準確度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧光學式觸控螢幕
11、21‧‧‧螢幕
12、13‧‧‧光學鏡頭
14、15‧‧‧手指
20‧‧‧光學觸控系統
22‧‧‧第一鏡頭
23‧‧‧第二鏡頭
24‧‧‧控制單元
242‧‧‧影像辨識模組
244‧‧‧運算模組
246‧‧‧觸控物區分模組
248‧‧‧觸控點位置計算模組
52、54、56、562、564‧‧‧波形
W、X、Y、Z、a‧‧‧距離
C、z1、z2‧‧‧中心點
S402~S410‧‧‧本發明一實施例之光學觸控系統的觸控物區分方法的步驟
圖1是習知光學式觸控螢幕偵測手指觸碰的示意圖。
圖2是依照本發明一實施例所繪示之光學觸控系統的方塊圖。
圖3是依照本發明一實施例所繪示之控制單元的方塊圖。
圖4是依照本發明一實施例所繪示之光學觸控系統的觸控物區分方法流程圖。
圖5(a)及圖5(b)是依照本發明一實施例所繪示之光學觸控系統的觸控物區分方法的範例。
圖6(a)及圖6(b)是依照本發明一實施例所繪示之觸控物區分方法的範例。
S402~S410‧‧‧本發明一實施例之光學觸控系統的觸控物區分方法的步驟

Claims (10)

  1. 一種光學觸控系統的觸控物區分方法，適用於具有一第一鏡頭、一第二鏡頭及一螢幕的一光學觸控系統，其中該第一鏡頭及該第二鏡頭配置於該螢幕的同一側且朝向該螢幕的另一側，該方法包括下列步驟：辨識該第一鏡頭及該第二鏡頭所擷取之一第一擷取影像及一第二擷取影像中的至少一觸控物影像；當該第一擷取影像包括兩個觸控物影像且該第二擷取影像包括單一觸控物影像時，計算該兩個觸控物影像出現在該第一擷取影像中之最左端及最右端之間的一第一距離，該兩個觸控物影像之中心點間的一第二距離，以及該單一觸控物影像出現在該第二擷取影像中之最左端及最右端之間的一第三距離；根據該第一距離及該第二距離的一比例，計算與該第三距離相對應的一第四距離；以及依照該第四距離區分該單一觸控物影像為兩個觸控物影像，並與該第一擷取影像中的該兩個觸控物影像結合，以計算該至少一觸控物碰觸該螢幕之兩個觸控點的位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控系統的觸控物區分方法，其中該第一距離與該第二距離的該比例等於該第三距離與該第四距離的比例。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控系統的觸控物區分方法，其中依照該第四距離區分該單一觸控物影 像為該兩個觸控物影像的步驟包括：計算該第二擷取影像中該單一觸控物影像的一中心點位置；以及計算該中心點位置向左及向右移動二分之一該第四距離後的位置，以做為所區分之該兩個觸控物影像的中心點位置。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之光學觸控系統的觸控物區分方法，其中依照該第四距離區分該單一觸控物影像為該兩個觸控物影像的步驟更包括：計算該第二擷取影像中該兩個觸控物影像的中心點位置與該單一觸控物影像出現在該第二擷取影像中之最左端及最右端之間的一第五距離，而以該第五距離的兩倍距離做為該兩個觸控物影像的寬度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控系統的觸控物區分方法，其中該光學觸控系統為光學觸控螢幕(Optical Touch Monitor，OTM)。
  6. 一種光學觸控系統，包括：一螢幕；一第一鏡頭及一第二鏡頭，配置於該螢幕的同一側且朝向該螢幕的另一側，拍攝該螢幕上方之至少一觸控物的影像；以及一控制單元，耦接該第一鏡頭及該第二鏡頭，包括：一影像辨識模組，辨識該第一鏡頭及該第二鏡頭所擷取之一第一擷取影像及一第二擷取影像中的至少一觸控 物影像；一運算模組，在該影像辨識模組辨識出該第一擷取影像包括兩個觸控物影像且該第二擷取影像包括單一觸控物影像時，計算該兩個觸控物影像出現在該第一擷取影像中之最左端及最右端之間的一第一距離，該兩個觸控物影像之中心點間的一第二距離，以及該單一觸控物影像出現在該第二擷取影像中之最左端及最右端之間的一第三距離，並根據該第一距離及該第二距離的一比例，計算與該第三距離相對應的一第四距離；一觸控物區分模組，依照該第四距離區分該第二擷取影像中的該單一觸控物影像為兩個觸控物影像；一觸控點位置計算模組，結合該第一擷取影像中的該兩個觸控物影像以及該第二擷取影像中所區分的該兩個觸控物影像，計算該至少一觸控物碰觸該螢幕之兩個觸控點的位置。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之光學觸控系統，其中該第一距離與該第二距離的該比例等於該第三距離與該第四距離的比例。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之光學觸控系統，其中該觸控物區分模組包括計算該第二擷取影像中該單一觸控物影像的一中心點位置，並計算該中心點位置向左及向右移動二分之一該第四距離後的位置，以做為所區分之該兩個觸控物影像的中心點位置。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光學觸控系統，其中 該觸控物區分模組更計算該第二擷取影像中該兩個觸控物影像的中心點位置與該單一觸控物影像出現在該第二擷取影像中之最左端及最右端之間的一第五距離，而以該第五距離的兩倍距離做為該兩個觸控物影像的寬度。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之光學觸控系統，其中該光學觸控系統為光學觸控螢幕。
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