TWI526906B

TWI526906B - 信號處理方法

Info

Publication number: TWI526906B
Application number: TW103106841A
Authority: TW
Inventors: 趙子萱; 林嘉興
Original assignee: 義隆電子股份有限公司
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2016-03-21
Also published as: CN104881187B; TW201533636A; CN104881187A

Description

信號處理方法

本發明有關於信號處理方法，特別有關於觸控裝置的信號處理方法。

隨著技術的發展，智慧型手機變得越來越普及。觸控裝置(例如：觸控螢幕)常被使用在智慧型手機上做為輸入介面。電容式觸控裝置是常見的一種觸控裝置，會以電容值的變化判斷是否有物件(例如手指或觸控筆)接觸。電容式觸控裝置可分為自容式(self capacitance)以及互容式(mutual capacitance)兩種。自容式觸控裝置和互容式觸控裝置計算電容方式有所不同，這兩種裝置的詳細內容為熟知此項技藝者所知悉，例如美國專利公開案US2012/0105353中即揭露了這些內容。故在此不再贅述。

第1圖繪示了習知技術的電容式觸控裝置100。如第1圖所示，電容式觸控裝置100包含了一感應電極矩陣101、一電容偵測電路103以及一ADC(類比數位轉換器)105。感應電極矩陣101通常包含多個感應電極，這多個感應電極可以是不同方向的感測線，不同方向的感測線/驅動線，或者多個獨立電極，電容偵測電路103會不斷的偵測感應電極矩陣101以獲得所有感應電極的電容值。這些電容值被傳送到ADC 105轉換成複數個接觸偵測值dv。也就是說，這些接觸偵測值dv分別對應電容矩陣101上不同的位置。

當有物件接觸電容式觸控裝置100時，接觸位置的電容值會有較大的變化，相對應的接觸偵測值dv也會產生較大的變化。根據接觸偵測值dv的變化，可以判斷物件接觸的位置。

然而，雜訊或其他干擾可能影響感應電極矩陣101的偵測結果。雜訊的來源可能包括感應電極矩陣101下方的液晶顯示模組，或是物件接觸電容式觸控裝置100時形成的鬼影現象，均會影響到偵測結果。因此，通常會運用一些信號處理方法來消除這些雜訊所帶來的影響。

第2(a)圖、第2(b)圖以及第2(c)圖繪示了習知技術中消除雜訊的信號處理方法。如第2(a)圖所示，電容式觸控裝置100包含一低通濾波器201以及一加法器203，用來消除雜訊。低通濾波器201會以濾波值LPF濾掉接觸偵測值dv的一部份。小於濾波值LPF的接觸偵測值dv(即對應非接觸位置的接觸偵測值dv)會被消除，以藉此去除雜訊。此外，接觸偵測值dv亦可透過加法器203再減去一臨界值TH。此臨界值TH與電容式觸控裝置100中的特性有關。舉例來說，若電容式觸控裝置100因為其內部元件的特性會讓接觸偵測值dv具有偏移，則可透過減去臨界值TH的方式來讓接觸偵測值dv較為精確。

請參考第2(b)圖，其代表了一條感測線複數個接觸偵測值dv的分佈狀況，而dvT表示對應物件接觸位置的複數個接觸偵測值，將所有接觸偵測值dv減去通過低通濾波器201的濾波值LPF，會僅留下對應物件接觸位置的接觸偵測值dvT。如此可讓物件接觸位置的判斷更為精確。然而，在一些情況下，接觸偵測值dv的分佈情況可能不是像第2(b)圖所示那麼平整，因此不適合使用固定的濾波值LPF。

舉例來說，第2(c)圖中除了dvT的其他部份並不平整，若以固定的濾波值LPF來處理，不論是將濾波值LPF提高或降低，都沒辦法很理想地僅留下dvT的信號。這將影響到物件接觸位置的判斷。

因此本發明一目的可動態調整濾波值來使接觸偵測較精確的信號處理方法。

本發明實施例揭露了一種信號處理方法，用於一電容式觸控裝置，該電容式觸控裝置產生複數個接觸偵測值分別對應該電容式觸控裝置的不同位置，該方法包括：(a)判斷該複數接觸偵測值其中之一與一濾波值的差異是否小於一第一臨界值；(b)若該(a)步驟的結果為是，根據該接觸偵測值，決定一更新後濾波值；(c)輸出一預設值；以及(d)將該更新後濾波值應用於該(a)步驟，以處理下一個該接觸偵測值。

本發明另一實施例揭露了一種信號處理方法，用於一電容式觸控裝置，該電容式觸控裝置產生複數個接觸偵測值分別對應該電容式觸控裝置的不同位置，該方法包含：(a)根據該接觸偵測值其中之一和一濾波值，來更新該濾波值；(b)計算一更新後接觸偵測值，包括以該接觸偵測值減去該更新後濾波值；以及(c)以該更新後濾波值回到步驟(a)，處理下一個該接觸偵測值。

根據本發明，可以較為有效的去除掉雜訊，增進接觸判斷的精確度。而且設計者可依據不同的需求，來決定要使用那些參數或步驟。

100‧‧‧電容式觸控裝置

101‧‧‧感應電極矩陣

103‧‧‧電容偵測電路

105‧‧‧ADC

201‧‧‧低通濾波器

301-319‧‧‧步驟

dv‧‧‧接觸偵測值

dv’‧‧‧更新後接觸偵測值

dvT‧‧‧對應物件接觸位置的接觸偵測值

dvn_1、dvn_2‧‧‧對應非物件接觸位置的接觸偵測值

LPF‧‧‧濾波值

第1圖繪示了習知技術的電容式觸控裝置。

第2(a)圖、第2(b)圖以及第2(c)圖繪示了習知技術中消除接觸偵測值的雜訊的信號處理方法。

第3圖-第5圖繪示了根據本發明不同實施例的信號處理方法。

第6(a)圖和第6(b)圖繪示了根據本發明實施例的信號處理方法和習知技術的信號處理方法的比較示意圖。

以下實施例以電容式觸控面板為例作為說明，但其他形式例如電阻式，光學式等等的觸控面板也可能可以適用於本發明。

首先以第1圖為例說明本發明所要處理的接觸偵測信號，電容式觸控面板的感應電極矩陣101在x與y方向上分別包括了7條感應線，兩方向的感應線的交會處相當於形成了49個電容。以互容式感測技術對感應電極矩陣101進行偵測，每次對一條x方向感應線施加激勵信號並量測所有y方向感應線，即獲得7個接觸偵測值dv分別對應該條x方向感應線上的7個交會處。在本發明的一實施例中，係先處理第一條x方向感應線對應的的7個接觸偵測值dv，然後再依序處理第二條、第三條....到最後一條x方向感應線所對應的接觸偵測值dv。每一條感應線的7個接觸偵測值dv的處理順序，可以是根據接觸偵測值dv所對應的位置由左至右，或者由右至左。對於接觸偵測值dv的處理順序可以每一條x方向感應線都相同。最後獲得更新後的49個接觸偵測值dv’被用在物件接觸位置的計算，可以獲得較為準確的結果。

為了方便了解，以下的文字描述及圖式，係以一條x方向感應線所對應的複數個接觸偵測值dv為例作為說明，如前所述，這複數個接觸偵測值dv對應不同的位置。

第3圖-第5圖繪示了根據本發明不同實施例的信號處理方法。第3圖所示的信號處理方法包含了下列步驟：步驟301

根據所獲得的複數個接觸偵測值dv或初始臨界值TH0決定第一臨界值TH1。

在一實施例中，第一臨界值TH1為初始臨界值TH0或是由公式(Max_dV-offset)*ratio計算而得。在其他實施例中，可以取初始臨界值TH0或是由公式(Max_dV-offset)*ratio計算而得的值中較大值者作為第一臨界值TH1。

其中Max_dV表示這些接觸偵測值中的最大值，offset為一預定值，ratio為一預定比例值。其中offset、ratio以及TH0都可視需求自由決定。舉例來說，使用者若希望當有較大的接觸偵測值出現時能夠將第一臨界值設定為較大以砍掉較多的信號，則可將offset設定為較小而ratio設定成較高。反之則是將offset設高而ratio設低。

步驟303

根據複數個接觸偵測值dv決定初始濾波值LPF[0]。在一實施例中，是將初始濾波值LPF[0]設定為複數個接觸偵測值dv的平均值，在另一實施例中則將初始濾波值LPF[0]設定為複數個接觸偵測值dv的最小值。

然請留意，並非所有的接觸偵測值dv都列入考慮。舉例來說，若有特別大或特別小的接觸偵測值dv，則可以不列入平均值的計算。此類均等變化均應包含在本發明的範圍之內。

步驟305

輸入接觸偵測值dv其中之一來進行後續步驟307-319。

在這個步驟中，可以是根據接觸偵測值dv所對應的位置，由左至右，或者由右至左，依序輸入接觸偵測值dv。處理完一個接觸偵測值dv後，再處理相鄰位置的另一個接觸偵測值dv，依此類推。

步驟307

判斷接觸偵測值dv和濾波值LPF的差異是否小於第一臨界值TH1。若是則到步驟309，若否則到步驟313。此濾波值LPF的值可為前述的初始濾波值LPF[0]，或者是上一次的信號處理動作所更新的濾波值。於一實施例中，若先前均未設定濾波值LPF或是已將其歸零，則以初始濾波值LPF[0]做為濾波值LPF。

簡言之，第一個處理的接觸偵測值dv，可以使用初始濾波值LPF[0]進行後續的步驟。

步驟309

根據目前處理的接觸偵測值dv決定一更新後濾波值LPF’，在第3圖所示的實施例中，係取接觸偵測值dv以及初始濾波值LPF[0]中較大值者，來將濾波值LPF更新成LPF’。亦即，若該接觸偵測值dv小於初始濾波值LPF[0]，則以初始濾波值LPF[0]作為更新後濾波值LPF’。反之若接觸偵測值dv大於初始濾波值初始濾波值LPF[0]，則以接觸偵測值dv作為更新後濾波值LPF’。

步驟311

輸出一預設值”0”作為更新後接觸偵測值dv’。這意謂著將目前處理的接觸偵測值dv完全濾除，也就是將目前處理的接觸偵測值dv視為”非物件接觸”(例如雜訊)所造成的結果。然而，此預設值亦可為0以外的值。

接下來回到步驟305。

步驟313

判斷接觸偵測值dv和濾波值LPF的差異是否小於第二臨界值TH2。第二臨界值TH2大於第一臨界值TH1，在一實施例中，第二臨界值TH2為第一臨界值TH1的P倍，其中P為大於1的正有理數，例如2。若步驟313的判斷結果為是則到步驟315、若否則到步驟319。

步驟315

根據接觸偵測值dv與濾波值LPF產生一更新後濾波值。在第3圖的實施例中，是取和初始濾波值LPF[0]中較大值者以產生更新後濾波值LPF’，其中Q為大於1的正有理數。a為大於等於0，小於等於Q的有理數。於一實施例中，a為1且Q-a為1，但不限定。

此實施例可視為給予現今的”接觸偵測值dv+濾波值LPF”以及初始濾波值LPF[0]不同的權重，以決定要傾向用那一個值來決定更新後濾波值LPF’。若給予現今的”接觸偵測值dv+濾波值LPF”較大的權重(即Q較小)，則更新後濾波值LPF’會受每次的接觸偵測值dv和濾波值LPF影響較大。反之若給予現今的”接觸偵測值dv+濾波值LPF”較小的權重(即Q較大)，則更新後濾波值LPF’會受初始濾波值LPF[0]影響較大。要如何給予權重可依據設計者想要較積極的雜訊消除動作(Q較小)，或是較平緩的雜訊消除動作(Q較大)來決定。

步驟317

將現今的接觸偵測值dv減去更新後濾波值LPF’以及第一臨界值TH1來得到更新後接觸偵測值dv’。此步驟是在計算更新後接觸偵測值dv’，一實施例中包括將該接觸偵測值減去該濾波值。在其他實施例中，亦可將目前的接觸偵測值dv只減去更新後濾波值LPF’的結果來作為更新後dv’。

步驟319

將現今的接觸偵測值dv減去濾波值LPF(請注意是未更新的現今的濾波值)以及第一臨界值TH1來得到更新後dv’。此步驟是在計算更新後接觸偵測值dv’，一實施例中包括將該接觸偵測值減去目前所使用的濾波值LPF。在其他實施例中，亦可將目前的接觸偵測值dv只減去更新後濾波值LPF’的結果來作為更新後dv’。

第3圖中諸多步驟的作用可簡示如下：當接觸偵測值dv變動較小，例如在步驟307中”接觸偵測值dv和濾波值LPF的差異是小於第一臨界值TH1”時，則可認定成此接觸偵測值dv並不對應物件接觸的位置，因此在步驟311輸出0來代表這個接觸偵測值dv。這表示，在後續的物件接觸位置的計算中，不會用到這個接觸偵測值dv的全部或一部份。

而若接觸偵測值dv變動略大，例如在步驟307的”接觸偵測值dv和濾波值LPF的差異不小於第一臨界值TH1”時，則對其做第二次的判斷，例如步驟313的判斷。

若在步驟313中判斷接觸偵測值dv和濾波值LPF的差異沒有大於第二臨界值TH2，則表示目前處理的這個接觸偵測值dv有可能對應到物件接觸位置，接下來仍會更新濾波值(步驟315)，再以更新後濾波值LPF’來削減接觸偵測值dv(步驟317)。相反的，若在步驟313中判斷偵測值dv和濾波值LPF的差異大於第二臨界值TH2，則表示目前處理的這個接觸偵測值dv應是對應物件接觸的位置，因此不更新濾波值LPF，直接進入步驟319以現今的濾波值LPF來削減部份的接觸偵測值dv。應了解，在步驟309或315獲得的更新後濾波值LPF’將會應用在處理下一個接觸偵測值dv的流程，作為在步驟307與313的濾波值LPF。藉由第3圖的做法，可以隨著不同位置的接觸偵測值dv的變化使用不同的濾波值LPF，因此相較於習知技術使用固定濾波值的作法，可以更精確的消去非物件接觸位置的接觸偵測值，增加判斷物件接觸位置的精確性。

然請留意本發明不限制在須包含第3圖中所示的所有步驟，可以分別獨立出來與其他信號處理方法併用。例如第4與第5圖所示。

第4圖包括第3圖中所示的步驟301、303、305、307、309以及311。若第一臨界值TH1以及初始濾波值LPF[0]已設定過，則步驟301以及303更可予以省略。此實施例的功效在於與濾波值LPF差異較小的接觸偵測值dv，一概不列入判斷物件接觸位置的考量中。

第5圖包括第3圖中所示的步驟301、303、305、315以及317。若第一臨界值TH1以及初始濾波值LPF[0]已設定過，則步驟301以及303更可予以省略。此實施例的功效在於只要接觸偵測值dv與濾波值LPF的差異小於一臨界值TH1(亦可不包含此判斷步驟)，則會依據”接觸偵測值dv與濾波值LPF”或是初始濾波值LPF[0]來更新濾波值LPF。而在步驟317中則根據更新後濾波值LPF’來產生更新後接觸偵測值dv’。

第6(a)圖和第6(b)圖繪示了根據本發明實施例的信號處理方法和習知技術的信號處理方法的比較示意圖。第6(a)圖中繪示了習知技術的信號處理方法。如第6(a)圖所示，習知技術是以固定的濾波值LPF來處理複數個接觸偵測值dv，因此在處理後仍會存在非物件接觸的接觸偵測值dvn_1和dvn_2。而6(b)圖中繪示了根據本發明實施例的信號處理方法。如第6(b)圖所示，濾波值LPF會因應的接觸偵測值dv而有所調整，因此可以有效的去除掉非物件接觸的接觸偵測值dvn_1和dvn_2而僅留下對應物件接觸位置的接觸偵測值dvT，有助於物件接觸位置的判斷。且本發明更提供了調整臨界值TH(例如前述的第一臨界值TH1)的方法，調整臨界值TH亦有助於物件接觸位置的判斷。以第6(a)圖為例，若增加臨界值TH則可消除非物件接觸區的接觸偵測值dvn_1和dvn_2，亦有助於物件接觸位置的判斷。

請留意前述本發明實施例可使用在第1圖中所示的電容式觸控裝置，但亦可運用在具有其他結構的電容式觸控裝置，因此接觸偵測值dv不一定是電壓信號，只要是能代表接觸資訊的信號均應包含在內。因此，根據本發明實施例的信號處理方法可簡示如下：一種信號處理方法，用於一電容式觸控裝置，該電容式觸控裝置產生複數個接觸偵測值(例如dv)來表示接觸資訊，該些接觸偵測值分別對應該電容式觸控裝置的不同位置，此方法包括：(a)判斷該複數接觸偵測值其中之一與一濾波值的差異是否小於一第一臨界值(例如步驟307)；(b)若該(a)步驟的結果為是，根據該接觸偵測值，決定一更新後濾波值(例如步驟309)；(c)輸出一預設值；(d)將更新後濾波值應用於該(a)步驟，以處理下一個該接觸偵測值；(例如步驟305)。請留意這些步驟是對應步驟301-311，而如前所述，可更包含步驟313-319，但於此不再贅述。

根據本發明實施例的信號處理方法亦可簡示為：一種信號處理方法，用於一電容式觸控裝置，該電容式觸控裝置產生複數個接觸偵測值來表示接觸資訊，該些接觸偵測值分別對應該電容式觸控裝置的不同位置，該方法包含：(a)根據該接觸偵測值其中之一和一濾波值，來更新該濾波值(例如步驟315)；以及(b)計算一更新後接觸偵測值，包括以該接觸偵測值減去該濾波值(例如步驟317)；以及(c)以該更新後濾波值回到步驟(a)，處理下一個該接觸偵測值。

根據前述實施例，可以有效的去除掉雜訊，以增進接觸判斷的精確度。而且設計者可依據不同的需求，來決定要使用那些參數或步驟。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

301-319‧‧‧步驟

Claims

一種信號處理方法，用於一電容式觸控裝置，該電容式觸控裝置產生複數個接觸偵測值分別對應該電容式觸控裝置的不同位置，該方法包括：(a0)根據該複數個接觸偵測值或一初始臨界值來決定一第一臨界值；(a)判斷該複數接觸偵測值其中之一與一濾波值的差異是否小於該第一臨界值；(b)若該(a)步驟的結果為是，根據該接觸偵測值，決定一更新後濾波值；(c)輸出一預設值；以及(d)將該更新後濾波值應用於該(a)步驟，以處理下一個該接觸偵測值。
如請求項第1項所述的信號處理方法，其中該第一臨界值為該初始臨界值，或者為(Max_dV-offset)*ratio，其中該Max_dV表示該複數個接觸偵測值中的最大值，該offset為一預定值，該ratio為一預定比例值。
如請求項第1項所述的信號處理方法，其中係根據該複數個接觸偵測值決定一初始濾波值來做為該濾波值。
如請求項第3項所述的信號處理方法，其中該初始濾波值為該複數個接觸偵測值的平均值或最小值。
如請求項第1項所述的信號處理方法，其中在該(b)步驟中，若該接觸偵測值小於一初始濾波值，則以該初始濾波值作為該濾波值。
如請求項第1項所述的信號處理方法，其中在該(b)步驟中，若該接觸偵測值大於該初始濾波值，則以該接觸偵測值作為該濾波值。
如請求項第1項所述的信號處理方法，更包含：若該接觸偵測值與該濾波值的差異大於該第一臨界值與一第二臨界值時，則計算一更新後接觸偵測值，計算該更新後接觸偵測值的該步驟包括將該接觸偵測值減去該濾波值，其中該第二臨界值大於該第一臨界值。
如第7項所述的信號處理方法，其中係將該接觸偵測值減去該濾波值與該第一臨界值以產生該更新後接觸偵測值。
如請求項第7項所述的信號處理方法，其中該第二臨界值為該第一臨界值的P倍，其中P為大於1的正有理數。
如請求項第7項所述的信號處理方法，更包含：若該接觸偵測值與該濾波值的差異介於該第一臨界值與一第二臨界值之間，則根據該接觸偵測值與一初始濾波值產生一更新後濾波值。
如請求項第10項所述的信號處理方法，其中係取和該初始濾波值中較大值者以產生更新後濾波值，其中Q和a為大於1的正有理數。
如請求項第10項所述的信號處理方法，更包含：計算一更新後接觸偵測值，計算該更新後接觸偵測值的該步驟包括將該接觸偵測值減去該更新後濾波值。
如請求項12所述的信號處理方法，係將該接觸偵測值減去該更新後濾波值與該第一臨界值以產生該更新後接觸偵測值。
一種信號處理方法，用於一電容式觸控裝置，該電容式觸控裝置產生複數個接觸偵測值分別對應該電容式觸控裝置的不同位置，該方法包含：(a0)判斷該接觸偵測值其中之一與一濾波值的差異是否小於一第一臨界值；(a)若步驟(a0)判斷為是，則根據該接觸偵測值其中之一和該濾波值，來更新該濾波值； (b)計算一更新後接觸偵測值，包括以該接觸偵測值減去該更新後濾波值；以及(c)以該更新後濾波值回到步驟(a)，處理下一個該接觸偵測值。
如申請專利範圍第14項所述的信號處理方法，其中在該b步驟中，係將該接觸偵測值減去該更新後濾波值與一第二臨界值以產生該更新後接觸偵測值。
如請求項第15項所述的信號處理方法，其中該第一臨界值為該第二臨界值的P倍，其中P為大於1的正有理數。
如請求項14所述的信號處理方法，更包含：若該接觸偵測值與該濾波值的差異大於該第一臨界值時，則計算一更新後接觸偵測值包括將該接觸偵測值減去該濾波值。
如第17項所述的信號處理方法，其中係將該接觸偵測值減去該濾波值與一臨界值以產生該更新後接觸偵測值。
如請求項第14項所述的信號處理方法，其中係取和一初始濾波值中較大值者以產生該更新後濾波值，其中Q為大於1的正有理數。