TWI483152B - 觸碰位置補償方法及裝置 - Google Patents

Description

觸碰位置補償方法及裝置

本發明是有關於一種觸碰位置偵測方法及裝置，且特別是有關於一種偵測眼睛位置以補償觸碰位置的方法及裝置。

觸控螢幕的操作方式相較於傳統的鍵盤輸入方式具有簡單、直覺的優勢，因此現今的手機、個人數位助理、平板電腦等消費性電子產品，甚至筆記型電腦、桌上型電腦和各種家用電器，皆有利用觸控螢幕取代傳統鍵盤以做為輸入介面的趨勢。

在傳統的鍵盤輸入方式中，使用者必須一邊對照螢幕上顯示的畫面一邊按壓鍵盤，才能順利完成文字輸入或選單切換等操作動作。而若是採用觸控螢幕的操作方式，則使用者只需以觸控筆點選或是直接用手指按壓，即可輕易操作電子裝置的各項功能。由此可見，觸控螢幕實為一種更為便利的輸入方式。

然而，由於觸控螢幕的觸控面板具有一定厚度，隨著使用者觀看姿勢、角度的不同，其眼睛觀看顯示在觸控面板下的物件時會產生視差。此視差將會造成使用者在以手指觸碰物件時，手指的觸碰位置與物件的顯示位置之間具有落差，且此視差會隨著觸控螢幕尺寸的增加而愈加明顯。

舉例來說，圖1(a)及圖1(b)繪示使用者觀看螢幕的視差示意圖。請先參照圖1(a)，當使用者以15吋的距離觀看 螢幕大小為3.5吋(寬2.9吋、高2吋)的手機時，其眼睛從正對螢幕中央的方向轉而觀看螢幕邊緣時，會有3.8度(高度方向)至5.5度(寬度方向)的視角(viewing angle)差異。而當使用者以20吋的距離觀看螢幕大小為27吋(寬23.5吋、高13.2吋)的一體成型(all-in-one，AIO)電腦時，其眼睛從正對螢幕中央的方向轉而觀看螢幕邊緣時，則會產生高達30.4度(寬度方向)的視角。由此可知，使用者觀看螢幕的視角會隨著螢幕尺寸的增加而增大，從而增加使用者觀看螢幕下物件的視差，結果使得手指的觸碰位置與物件的顯示位置之間有極大落差，進而造成電子裝置的誤動作。

有鑑於此，本發明提出一種觸碰位置補償方法及裝置，可補償因視差所造成的觸碰位置偏差。

本發明提出一種觸碰位置補償方法，適用於具有觸控螢幕及多個位置感測器的電子裝置。所述方法係利用位置感測器偵測使用者之眼睛相對於觸控螢幕的眼睛位置，並取得觸控螢幕所顯示之物件的物件位置，而根據眼睛位置及物件位置，計算眼睛觀看該物件的視角，以及根據視角及觸控螢幕的厚度，計算眼睛觀看物件的視差。最後，則使用視差補償使用者之手指觸碰觸控螢幕所顯示之物件的觸碰位置。

本發明另提出一種觸碰位置補償裝置，其包括眼睛位置偵測模組、視差計算模組、位置補償模組。其中，眼睛 位置偵測模組係利用多個位置感測器偵測使用者眼睛相對於觸控螢幕的眼睛位置。視差計算模組係用以取得觸控螢幕所顯示之物件的物件位置，並根據眼睛位置及物件位置，計算眼睛觀看物件的視角，以及根據視角及觸控螢幕的厚度，計算眼睛觀看物件的視差。位置補償模組係用以使用視差補償使用者手指觸碰觸控螢幕所顯示之物件的觸碰位置。

基於上述，本發明之觸碰位置補償方法及裝置係藉由偵測使用者眼睛相對於螢幕上顯示物件的相對位置，據以計算使用者觀看各個物件的視差，並用以對觸控螢幕所偵測到之觸碰位置進行調整，而可補償因視差所造成的觸碰位置偏差。

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。

本發明係結合配置在電子裝置上的影像感測器(image sensor)、近接感測器(proximity sensor)等位置感測器偵測使用者觀看螢幕時，其眼睛與螢幕顯示物件之間的相對位置，進而計算出使用者觀看該物件的視差，並補償因該視差所造成的觸碰位置偏差。藉由上述的觸碰位置補償，本發明可更準確地辨識出使用者所欲操作的物件，以及使用者操作該物件的動作。

圖2是依照本發明一實施例所繪示之手指觸碰螢幕顯示物件的示意圖。請參照圖2，本實施例說明使用者以手 指22操作觸控螢幕24的方式，此觸控螢幕24可區分為觸控面板242及顯示面板244，其中觸控面板242具有一厚度T_i ，而顯示面板244上則例如顯示物件244a~244f。假設使用者觀看觸控螢幕24時，其眼睛26剛好正對物件244b。此時，若使用者以手指22觸碰物件244b，則由於眼睛26觀看物件244b的視線剛好落在觸控面板242上與物件244b相對應的觸碰區域上，故使用者在觸碰物件244b時不會因為視差而產生觸碰位置偏差的情形。然而，若使用者是以手指22觸碰物件244f，則由於眼睛26觀看物件244f的視線與觸控螢幕24的法向量具有一視角θ _f ，而沒有落在觸控面板242上與物件244f相對應的觸碰區域上，故使用者在觸碰物件244f時將會因為視差而產生觸碰位置偏差的情形。

詳言之，對應於觸控面板242的厚度T _i ，使用者手指22實際觸碰到觸控面板242的位置p_t 與物件244f中心點位置p_f 之間具有視差D _f 。其中，將觸控面板242的厚度T _i 乘上視角θ _f 的正切值，即可獲得視差D _f ，其關係式如下：D _f =T _i ×tanθ _f

基於上述眼睛視角與觸碰位置之間的關係，本發明提出一種觸碰位置補償方法及裝置，其可計算使用者眼睛觀看觸控螢幕上顯示之各個物件的視角，從而補償使用者觸碰各個物件時因視差所產生之觸碰位置偏差。以下則另舉實施例詳細說明。

圖3是依照本發明一實施例所繪示之觸碰位置補償裝 置方塊圖。請參照圖3，本實施例的補償裝置30例如配置在手機、個人數位助理、平板電腦、筆記型電腦、桌上型電腦、家用電器等具備觸控螢幕的電子裝置內，或是直接整合在觸控螢幕內，而可輔助電子裝置偵測使用者對於觸控螢幕的操作，並適當補償其在觸控螢幕上的觸碰位置。

補償裝置30包括眼睛位置偵測模組31、物件位置取得模組32、視角計算模組33、視差計算模組34及位置補償模組35，這些模組例如是以邏輯電路元件組成的硬體裝置，而可執行觸碰位置的補償功能；這些模組也可以是儲存在電子裝置中的程式，其可載入電子裝置的處理器，而執行觸碰位置的補償功能，在此不設限。

圖4是依照本發明一實施例所繪示之觸碰位置補償方法流程圖。請參照圖4，本實施例的方法適用於上述圖3的補償裝置30，以下即搭配補償裝置30中的各項元件，說明本實施方法的詳細步驟： 首先，由眼睛位置偵測模組31偵測使用者之眼睛相對於觸控螢幕的眼睛位置(步驟S402)。其中，眼睛位置偵測模組31例如會利用兩個以上的位置感測器來偵測使用者的眼睛，並推算出使用者眼睛相對於觸控螢幕的位置。上述的位置感測器例如是近接感測器、電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)感測器或互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)感測器，在此不設限。

詳言之，圖5是依照本發明一實施例所繪示之眼睛位 置偵測模組的方塊圖。請參照圖5，眼睛位置偵測模組31可再細分為第一感測模組312、第二感測模組314及位置計算模組316。其中，第一感測模組312係利用第一位置感測器偵測使用者眼睛與第一位置感測器之間的第一距離、第一仰角以及眼睛在觸控螢幕上之投影位置相對於第一位置感測器位置的第一相對方向；第二感測模組314則會利用第二位置感測器偵測使用者眼睛與第二位置感測器之間的第二距離、第二仰角以及眼睛在觸控螢幕上之投影位置相對於第二位置感測器位置的第二相對方向。

根據上述偵測資料，位置計算模組316即可利用第一距離及第一仰角，或者利用第二距離及第二仰角，進一步計算出眼睛與觸控螢幕之間的垂直距離。位置計算模組316另可利用第一位置感測器及第二位置感測器在觸控螢幕上的配置位置以及上述的第一相對方向及第二相對方向，計算眼睛在觸控螢幕上之投影位置。此外，位置計算模組316還可利用上述的投影位置及垂直距離，計算眼睛相對於觸控螢幕的眼睛位置。

舉例來說，圖6是依照本發明一實施例所繪示之偵測眼睛位置的範例。請參照圖6，本實施例假設電子裝置之第一位置感測器及第二位置感測器分別位於位置S₁ 及S₂ ，使用者的眼睛則位於位置E。其中，第一位置感測器可偵測到使用者眼睛與其之間的距離d₁ 、仰角α₁ 以及眼睛在觸控螢幕上之投影位置P相對於第一位置感測器位置S₁ 的相對方向；第二位置感測器可偵測到使用者眼睛與其 之間的距離d₂ 、仰角α₂ 以及眼睛在觸控螢幕上之投影位置P相對於第二位置感測器位置S₂ 的相對方向。

其中，利用距離d₁ 及仰角α₁ ，或者第二距離d₂ 及第二仰角α₂ ，以及眼睛與觸控螢幕之間的垂直距離d₃ 之間的幾何關係，即可推算出垂直距離d₃ 。而再利用第一位置感測器位置S₁ 及第二位置感測器位置S₂ 以及上述的相對方向及，則可計算出眼睛在觸控螢幕上之投影位置P。最後，利用投影位置P及垂直距離d₃ ，即可取得眼睛相對於觸控螢幕的位置。

在取得眼睛相對於觸控螢幕的位置之後，接著由物件位置取得模組32取得觸控螢幕所顯示之物件的物件位置(步驟S404)。其中，物件位置取得模組32例如會從電子裝置的作業系統或是電子裝置目前正在執行的應用程式取得目前顯示在觸控螢幕上的畫面，並從中取得畫面中視窗、圖示、選項、按鍵等物件的位置。

在取得眼睛及物件的位置之後，視角計算模組33即可計算出使用者眼睛觀看物件的視角(步驟S406)。以圖2為例，視角計算模組33根據眼睛26與物件244f的位置，即可計算出使用者眼睛26觀看與物件244f的視角θ _f 。

然後，視差計算模組34會根據上述的視角以及觸控螢幕的厚度，計算使用者眼睛觀看觸控螢幕顯示物件的視差(步驟S408)。同樣以圖2為例，利用視角θ _f 及觸控螢幕的厚度Ti，即可計算出使用者眼睛22觀看物件244f的視差D_f 。

最後，位置補償模組35即可使用上述視差來補償使用者手指觸碰觸控螢幕所顯示之物件的觸碰位置(步驟S410)。其中，位置補償模組35例如會先偵測手指觸碰觸控螢幕的實際位置，並計算上述物件位置相對於眼睛在觸控螢幕上之投影位置的相對方向，然後再將手指觸碰的實際位置朝此相對方向移動一段等同於視差的距離，而以移動後的位置做為手指觸碰觸控螢幕所顯示物件的觸碰位置。以圖2為例，位置補償模組35即是將觸碰位置p_t 朝向物件244f中心點位置p_f 移動一段等同於視差D_f 的距離，從而將原先的觸碰位置p_t 補償為位置p_f 。藉此，使用者即能夠正確的選取物件244f，並進行操作。

藉由上述方法，補償裝置30即可算出使用者眼睛觀看螢幕顯示物件的視差，適當地補償使用者手指觸碰該物件的觸碰位置，從而更準確地辨識出使用者操作該物件的動作。補償裝置30例如會依上述方法，針對觸控螢幕上顯示的所有物件建立一個視差的對應表，藉此可在使用者觸碰觸控螢幕時，直接找出對應的視差並進行觸碰位置的補償，提高補償的效率。

需說明的是，除了上述利用位置感測器來偵測使用者眼睛的位置外，本發明還可進一步利用重力感測器、電子羅盤及陀螺儀等感測器來量測觸控螢幕在三維空間中的位置，從而輔助判斷使用者觀看觸控螢幕的姿勢及角度，提高觸碰位置補償的準確度。

舉例來說，上述的眼睛位置偵測模組31中例如還可 包括一個第三位置感測器，其例如會利用一個感測器集線器(sensor hub)來串連上述的重力感測器、電子羅盤、陀螺儀等感測器，藉以偵測觸控螢幕在三維空間中的法向量。使得位置計算模組316可利用上述的投影位置、垂直距離及法向量，計算使用者眼睛在三維空間中相對於觸控螢幕的眼睛位置。

另一方面，由於使用者手指的尺寸也會影響到其在觸控螢幕上的觸碰位置，當手指較粗時，其觸碰觸控螢幕時因為視差所產生的觸碰位置偏差會更明顯。對此，本發明即進一步偵測使用者的手指尺寸，並據以計算上述視差的偏差(tolerance)值，從而提高觸碰位置補償的準確度。

詳言之，在一實施例中，補償裝置還可包括手指尺寸偵測模組(未繪示)，其例如會根據手指在位置感測器所擷取之影像中的比例，或是手指觸碰觸控螢幕所產生之多個觸碰點的分佈，從而判斷手指的尺寸。而在取得手指尺寸後，手指尺寸偵測模組即可計算視差的偏差值，並將此偏差值加入上述視差的計算公式中，使得最後計算的視差更符合使用者手指觸碰的真實情況。修正後的視差D _i 與視角θ _f 、觸控面板242的厚度T _i 及偏差值To 的關係式如下：D _i =T _i ×tanθ _i ±To

綜上所述，本發明之觸碰位置補償方法及裝置藉由偵測使用者觀看觸控螢幕時，其眼睛與螢幕顯示物件之間的相對位置，據以計算使用者觀看各個物件的視差，並用以修正觸控螢幕偵測到的觸碰位置，而可補償因視差所造成 的觸碰位置偏差。此外，本發明更結合觸控螢幕的三維空間偵測以及使用者手指尺寸偵測，可提高觸碰位置補償的準確度。

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。

22‧‧‧手指

24‧‧‧觸控螢幕

242‧‧‧觸控面板

244‧‧‧顯示面板

244a~244f‧‧‧物件

30‧‧‧補償裝置

31‧‧‧眼睛位置偵測模組

312‧‧‧第一感測模組

314‧‧‧第二感測模組

316‧‧‧位置計算模組

32‧‧‧物件位置取得模組

33‧‧‧視角計算模組

34‧‧‧視差計算模組

35‧‧‧位置補償模組

S402~S410‧‧‧步驟

圖1(a)及圖1(b)繪示使用者觀看螢幕的視差示意圖。

圖2是依照本發明一實施例所繪示之手指觸碰螢幕顯示物件的示意圖。

圖3是依照本發明一實施例所繪示之觸碰位置補償裝置方塊圖。

圖4是依照本發明一實施例所繪示之觸碰位置補償方法流程圖。

圖5是依照本發明一實施例所繪示之眼睛位置偵測模組的方塊圖。

圖6是依照本發明一實施例所繪示之偵測眼睛位置的範例。

S402~S410‧‧‧步驟

Claims (14)

1. 一種觸碰位置補償方法，適用於具有一觸控螢幕及多個位置感測器的一電子裝置，該方法包括下列步驟：利用所述位置感測器偵測一使用者之一眼睛相對於該觸控螢幕的一眼睛位置；取得該觸控螢幕所顯示之一物件的一物件位置；根據該眼睛位置及該物件位置，計算該眼睛觀看該物件的一視角；根據該視角及該觸控螢幕的一厚度，計算該眼睛觀看該物件的一視差；以及使用該視差補償該使用者之一手指觸碰該觸控螢幕所顯示之該物件的一觸碰位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之觸碰位置補償方法，其中利用所述位置感測器偵測該使用者之該眼睛相對於該觸控螢幕的該眼睛位置的步驟包括：利用一第一位置感測器偵測該使用者之該眼睛與該第一位置感測器之間的一第一距離、一第一仰角以及該眼睛在該觸控螢幕上之一投影位置相對於該第一位置感測器位置的一第一相對方向；利用一第二位置感測器偵測該使用者之該眼睛與該第二位置感測器之間的一第二距離、一第二仰角以及該眼睛在該觸控螢幕上之該投影位置相對於該第二位置感測器位置的一第二相對方向；利用該第一距離及該第一仰角或該第二距離及該第 二仰角，計算該眼睛與該觸控螢幕之間的一垂直距離；利用該第一位置感測器及該第二位置感測器在該觸控螢幕上的一配置位置以及該第一相對方向及該第二相對方向，計算該眼睛在該觸控螢幕上之該投影位置；以及利用該投影位置及該垂直距離，取得該眼睛相對於該觸控螢幕的該眼睛位置。
3. 如申請專利範圍第2項所述之觸碰位置補償方法，其中使用該視差補償該使用者之該手指觸碰該觸控螢幕所顯示之該物件的該觸碰位置的步驟包括：偵測該手指觸碰該觸控螢幕的一實際位置；計算該物件位置相對於該眼睛在該觸控螢幕上之該投影位置的一第三相對方向；以及將該實際位置朝該第三相對方向移動該視差，做為該手指觸碰該觸控螢幕所顯示之該物件的該觸碰位置。
4. 如申請專利範圍第2項所述之觸碰位置補償方法，其中利用所述位置感測器偵測該使用者之該眼睛相對於該觸控螢幕的該眼睛位置的步驟更包括：利用至少一第三感測器偵測該觸控螢幕在一三維空間中的一法向量；以及利用該投影位置、該垂直距離及該法向量，計算該眼睛在該三維空間中相對於該觸控螢幕的該眼睛位置。
5. 如申請專利範圍第1項所述之觸碰位置補償方法，其中根據該視角及該觸控螢幕的該厚度，計算該眼睛觀看該物件的該視差的步驟包括： 將該厚度乘上該視角的一正切值，做為該視差。
6. 如申請專利範圍第1項所述之觸碰位置補償方法，更包括：偵測該使用者之該手指的一尺寸。
7. 如申請專利範圍第6項所述之觸碰位置補償方法，其中根據該視角及該觸控螢幕的該厚度，計算該眼睛觀看該物件的該視差的步驟更包括：根據所偵測該使用者之該手指的該尺寸，計算該視差的一偏差(tolerance)值。
8. 如申請專利範圍第6項所述之觸碰位置補償方法，其中偵測該使用者之該手指的該尺寸的步驟包括：根據該手指在所述位置感測器所擷取之一影像中的比例或是該手指觸碰該觸控螢幕所產生之多個觸碰點的分佈，判斷該手指的該尺寸。
9. 一種觸碰位置補償裝置，包括：一眼睛位置偵測模組，利用多個位置感測器偵測一使用者之一眼睛相對於一觸控螢幕的一眼睛位置；一物件位置取得模組，取得該觸控螢幕所顯示之一物件的一物件位置；一視角計算模組，根據該眼睛位置及該物件位置，計算該眼睛觀看該物件的一視角；一視差計算模組，根據該視角及該觸控螢幕的一厚度，計算該眼睛觀看該物件的一視差；以及一位置補償模組，使用該視差補償該使用者之一手指 觸碰該觸控螢幕所顯示之該物件的一觸碰位置。
10. 如申請專利範圍第9項所述之觸碰位置補償裝置，其中該眼睛位置偵測模組包括：一第一感測模組，利用一第一位置感測器偵測該使用者之該眼睛與該第一位置感測器之間的一第一距離、一第一仰角以及該眼睛在該觸控螢幕上之一投影位置相對於該第一位置感測器位置的一第一相對方向；一第二感測模組，利用一第二位置感測器偵測該使用者之該眼睛與該第二位置感測器之間的一第二距離、一第二仰角以及該眼睛在該觸控螢幕上之該投影位置相對於該第二位置感測器位置的一第二相對方向；以及一位置計算模組，利用該第一距離及該第一仰角或該第二距離及該第二仰角，計算該眼睛與該觸控螢幕之間的一垂直距離，利用該第一位置感測器及該第二位置感測器在該觸控螢幕上的一配置位置以及該第一相對方向及該第二相對方向，計算該眼睛在該觸控螢幕上之該投影位置，以及利用該投影位置及該垂直距離，取得該眼睛相對於該觸控螢幕的該眼睛位置。
11. 如申請專利範圍第10項所述之觸碰位置補償裝置，其中該位置補償模組包括偵測該手指觸碰該觸控螢幕的一實際位置，計算該物件位置相對於該眼睛在該觸控螢幕上之該投影位置的一第三相對方向，以及將該實際位置朝該第三相對方向移動該視差，做為該手指觸碰該觸控螢幕所顯示之該物件的該觸碰位置。
12. 如申請專利範圍第10項所述之觸碰位置補償裝置，其中該眼睛位置偵測模組更包括：一第三位置感測器，利用至少一第三感測器偵測該觸控螢幕在一三維空間中的一法向量，其中該位置計算模組利用該投影位置、該垂直距離及該法向量，計算該眼睛在該三維空間中相對於該觸控螢幕的該眼睛位置。
13. 如申請專利範圍第9項所述之觸碰位置補償裝置，其中該視差計算模組包括將該厚度乘上該視角的一正切值，做為該視差。
14. 如申請專利範圍第9項所述之觸碰位置補償裝置，更包括：一手指尺寸偵測模組，偵測該使用者之該手指的一尺寸；其中該視差計算模組更包括根據該手指尺寸偵測模組所偵測該使用者之該手指的該尺寸，計算該視差的一偏差值。