CN201298220Y - 基于lcd液晶显示屏的红外反射多点触摸装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于LCD液晶显示屏的红外反射多点触摸装置，更具体而言是指一种显示屏为LCD显示屏，显示屏与背光源之间间隔有特定的距离，摄像装置又是设置在显示屏与背光源之间的液晶显示屏多点触摸装置。本实用新型由于采用了LCD做显示部件，可以使显示的图像更加清晰鲜艳，工作寿命延长5倍以上，屏幕显示位置无需调整，LCD可采用22～84寸大小，并且可实现多屏拼接；采用反射式红外成像使系统可以不受限制地识别物体的触摸，并可识别物体的形状，采用红外背光匀化方式使红外光更加均匀，触摸检测更加精确稳定。

Description

基于LCD液晶显示屏的红外反射多点触摸装置

技术领域

本实用新型涉及一种触摸装置，更具体而言是指一种显示屏为LCD显示屏，显示屏与背光源之间间隔有特定的距离，摄像装置又是设置在显示屏与背光源之间的液晶显示屏多点触摸装置。

背景技术

随着社会的进步以及红外技术的成熟，红外装置以其结构简单，控制容易，成本低廉等诸多优点已经被广范用的于触摸屏技术中，特别是被用于多点触摸的系统中。

而现有的红外触摸屏系统其主要类型有，红外光栅阻断式触摸屏、基于投影的受抑内聚全反射式多点触摸系统以及基于投影的反射式多点触摸系统。而其中，红外光栅阻断式触摸屏的结构是在适合的显示器表面四周安装一个边框，并在边框按规律安装红外收发二极管对，相对应的边框收发二极管一一对应；红外光线是在屏幕的表面传播，一个红外发射二极管发射的光束由直线方向或增加一个斜线方向的对边边框的红外接收二极管接收。红外光栅阻断式触摸屏的工作过程是采用横向和纵向红外扫描发射方式来检测触摸物体的坐标位置，当有手指或其它物体触摸在屏幕表面时，就会对扫描发射的红外光线阻断，而导致红外接收二极管接收不到红外光线，而产生截止状态；通过横向和纵向的交叉阻断状态判断出触摸手指所处的坐标位置；通过检测直线方向和斜线方向接收二极管的阻断状态，以及特殊的算法，能同时检测到1到2个手指的触摸事件，实现所谓多点触摸功能。但是这种多点触摸屏属于伪多点触摸技术，很难检测到3个以上的物体触摸动作，更无法实现对物体形状的识别，另外屏幕拼接实现困难。

而基于投影显示的受抑内聚全反射式多点触摸系统的结构是有一个特制的屏幕，在屏幕的后面设置一个投影装置和一个图像采集装置；屏幕由高导光率的玻璃、红外发光二极管、投影幕等组成；红外发光二极管规律地放置在导光玻璃的四周侧面，红外光在导光玻璃内部全反射传播，当屏幕玻璃的表面有手指触摸时，触摸处的光线全反射被破坏形成散射，这时带有红外滤光片的图像摄制装置采集的图像就会出现亮点，并能确定出亮点在屏幕上的位置坐标。这种基于红外成像摄制的方法可以检测出屏幕上任意多个的手指触摸。但是这种触摸屏的存在的主要问题是物体形状识别比较困难，由于采用投影设备，投影灯泡的寿命不长，需要定时更换；另外屏幕校正比较麻烦，屏幕制作工艺复杂，不易批量生产。

最后，基于投影显示的红外反射式多点触摸系统的红外发光部件不是设置在屏幕玻璃的四周，而是把红外光源放置在屏幕的背面。屏幕具有透红外的特性，当屏幕表面有手指触摸时，对红外光就出现反射，红外摄像装置就会摄制到反射亮点，并确定亮点在屏幕上的坐标位置。这种方式也是基于红外图像摄像的方法，可以同时检测出任意个手指的触摸，并能检测放在屏幕表面的物体形状。但是这种采用投影的方式同样存在着投影灯泡寿命的问题，屏幕校正同样比较麻烦。

发明内容

本实用新型提供一种基于LCD液晶显示屏的红外反射多点触摸装置，其采用成熟的LCD液晶屏为显示装置，同时也做为触摸屏幕；采用红外反射式进行触摸事件的检测，以达到多点触摸、物体图像识别、高清晰图像显示及系统长寿命等目的。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：基于LCD液晶显示屏的红外反射多点触摸装置，其包括显示屏、背光源以及摄像装置，其中，该显示屏为LCD显示屏，该摄像装置为红外摄像装置，进一步，该显示屏与该背光源之间间隔有特定的距离，而该摄像装置是设置在该显示屏与该背光源之间的，再，该背光源自上而下依次包括扩散膜、导光板、扩散片以及反射片，其中，该扩散片是设置在该导光板底部的，而该扩散片以及该导光板是夹持在该扩散膜与该反射片之间的，进一步，该背光源还包括若干红外光源体，该红外光源体为LED红外发光器，再，若干该红外光源体是设置在该导光板四周的，又，若干该红外光源体包括若干红外LED以及若干可见光LED，且该红外LED以及该可见光LED间隔设置在铝基板上PCB上并与该导光板相对应。再，该显示屏与驱动板相连接，而该摄像装置与图像处理器相连接，该驱动板以及该图像处理器分别与PC主机相连接。最后，该背光源与恒流电源相连接，该恒流电源为该背光源提供电力供给。

综合上述，本实用新型采用后置LED红外发光器件作为反射式红外光源，将红外LED和屏幕照明成像LED统一做成一个背光源，背光源将LED发出的光线匀化，然后由扩散膜将光线进一步雾化，使照射到LCD屏幕上的照明光和红外光的均匀程度达到85％以上。背光源与LCD屏幕保持一定的间距，一个红外摄像装置放置在屏幕的背面，根据所用LCD屏幕尺寸的大小可放置1、2或4个红外摄像装置。红外摄像头带有波长与红外LED发出的红外光一样波长的红外滤光片，以保证摄录到背光源红外光照射到触摸物体产生的反射光亮。为了保证LCD的显示亮度及提高系统对外部红外光线的抵抗能力，背光源的照明亮度和红外光线亮度要达到足够的强度。LCD液晶屏接一块横向和纵向的驱动板，驱动板带视频接口(VGA或DVI)接口，以便连接计算机设备。

红外摄像装置通过USB接口或视频接口与图像处理部件连接。

图像处理部件经过图像处理产生的触摸坐标、形状标识等事件消息传给显示控制主机。

红外图像处理部分含有图像处理的软件，软件模块包括：图像采集、坐标校正、背景噪声处理、图像滤波、二值门限判决、触摸物体反射图像搜索处理、触摸坐标计算、物体形状判定及坐标和形状标识消息数据传递等。

本实用新型的有益效果为：本实用新型由于采用了LCD做显示部件，可以使显示的图像更加清晰鲜艳，工作寿命延长5倍以上，屏幕显示位置无需调整，LCD可采用22～84寸大小，并且可实现多屏拼接；采用反射式红外成像使系统可以不受限制地识别物体的触摸，并可识别物体的形状，采用红外背光匀化方式使红外光更加均匀，触摸检测更加精确稳定。

附图说明

图1为本实用新型的功能原理图；

图2为本实用新型背光源的原理示意图；

图3为本实用新型背光源的俯视图；

图4为本实用新型多点触摸屏拼接示意图；

图5为本实用新型的系统工作流程图。

具体实施方式

如图1至5所示，基于LCD液晶显示屏的红外反射多点触摸装置，其包括显示屏10、背光源20以及摄像装置30，其中，该显示屏10为LCD显示屏，该摄像装置30为红外摄像装置，进一步，该显示屏10与该背光源20之间间隔有特定的距离A，而该摄像装置30是设置在该显示屏10与该背光源20之间的。

再，如图1至3所示该背光源20自上而下依次包括扩散膜21、导光板22、扩散片23以及反射片24，其中，该扩散片23是设置在该导光板22底部的，而该扩散片23以及该导光板22是夹持在该扩散膜21与该反射片24之间的。

进一步，该背光源20还包括若干红外光源体25，该红外光源体25为LED红外发光器，再，若干该红外光源体25是设置在该导光板22四周的。

又，若干该红外光源体25包括若干红外LED251以及若干可见光LED252，且该红外LED251以及该可见光LED252间隔设置在铝基板上PCB上并与该导光板22相对应。

再，该显示屏10与驱动板40相连接，而该摄像装置30与图像处理器50相连接，该驱动板40以及该图像处理器50分别与PC主机相连接。

最后，该背光源20与恒流电源60相连接，该恒流电源60为该背光源20提供电力供给。

如图1所示，该LCD液晶屏和该背光源20及该摄像装置30分开一定距离放置，以保证该摄像装置30能够摄制红外反射图像，该背光源20不能挡住该摄像装置30而放置在下面。该LCD的驱动板40放置在侧面，通过视频接口(VGA、DVI或其它视频接口)接口与该PC主机相连，由主机控制LCD屏幕显示。该背光源20采用高亮度的可见光和红外光LED，确保背光源离开LCD后的显示亮度；显示照明LED由专用的恒流电源供电，并可调整提供的恒流大小来控制光线强度；红外发光LED也有专用的恒流电源供电。恒流源电流为350mA，多个LED串联连接。图像处理部件采用嵌入式系统设计，实现对触摸红外图像的采集、触摸坐标校正、背景噪声处理、图像滤波、二值门限判决、触摸物体反射图像搜索处理、触摸坐标计算、物体形状判定等功能，并将触摸坐标和形状标识消息数据传递给显示主机。

如图2所示，为该背光源20的原理图，LED提供光源，光线进入该导光板22改变光线方向和分布，射入该扩散片23，该扩散片23有很多小网格，其结构的特征是：在靠近LED灯的网格要小些，在离LED灯远处网格要大些，网格起扩散聚光作用，网格大其扩散聚光越明显，网格小其扩散聚光越弱。该反射片24具有高反射率，将通过网格的光线反射回去。这样将点光源扩散成面光源，再经该扩散膜21进一步将光线扩散，其最终结果是将光线均匀化分布。

如图3所示，是导光板LED发光管分布设置图。该红外光LED251和可见光LED252交替放置，均匀地放置在该导光板22的两边。当需要更强的光线强度时，可将该导光板22的四周都按同样的规律放置LED。LED采用1W/350mA高亮度发光管，被焊接在具有优良散热性能的铝基板PCB上，铝基板背面安装更大面积的金属散热体，以保证LED在较低的温度下工作，以免损坏LED，延长LED工作寿命。PCB上的印刷电路将可见光和红外光LED分别连接，并分别供电，使流过可见光LED的电流可调，以便使LCD显示亮度达到合适的程度。

如图4所示，是本实用新型的多点触摸屏拼接示意图。当只有单个触摸系统工作时触摸系统的图像处理部件将触摸事件的坐标及形状标识信息直接传给一个显示控制主机，或者将摄像头直接与PC主机相连，触摸图像处理功能由主机软件来实现。当多个触摸设备进行拼接时，各单元的图像处理部件输出都连接到一个内部网络设备，通过内部网络将各触摸单元的触控坐标、形状标识、单元编号、时间戳等信息实时地传递给显示控制系统进行显示控制。拼接单元数量可以是2xN或1xN，每个单元的尺寸的屏幕尺寸可以是22～84寸，采用16:9 DID LCD屏。拼接的缝隙取决于DID的边框宽度。

如图5所示，是本实用新型的系统工作流程图。主机控制LCD显示画面，红外光始终照射LCD屏幕，当有手指或其它物体触摸屏幕时，发生红外反射；红外图像采集到图像数据；首先对采集到的每一帧图像数据进行背景图像噪声处理，减掉背景噪声；然后进行图像滤波，通过均值、中值或高斯滤波平滑的算法去掉图像噪声点；再进行二值判决，取0～255数字之间的一个合理数字为判决阀值，当像素亮度值大于该阀值时取该亮度值为255，当像素亮度值小于该阀值时，取该亮度值为0；然后进行反射图像的搜索，对全屏二值图像“亮点团”或“亮点图形”进行搜索，当搜索到目标时，计算出“亮点团”的中心坐标或图形的形状及中心坐标；将坐标值、图形标识、坐标运动方向、时间戳等数据编队成消息传递给显示控制部分；显示控制部分根据触控消息进行相应的下一画面的显示控制。

Claims (4)

1.基于LCD液晶显示屏的红外反射多点触摸装置，其包括显示屏、背光源以及摄像装置，其特征在于：该显示屏为LCD显示屏，该摄像装置为红外摄像装置，进一步，该显示屏与该背光源之间间隔有特定的距离，而该摄像装置是设置在该显示屏与该背光源之间的，再，该显示屏与驱动板相连接，而该摄像装置与图像处理器相连接，该驱动板以及该图像处理器分别与PC主机相连接，最后，该背光源与恒流电源相连接，该恒流电源为该背光源提供电力供给。

2.如权利要求1所述的基于LCD液晶显示屏的红外反射多点触摸装置，其特征在于：该背光源自上而下依次包括扩散膜、导光板、扩散片以及反射片，其中，该扩散片是设置在该导光板底部的，而该扩散片以及该导光板是夹持在该扩散膜与该反射片之间的。

3.如权利要求2所述的基于LCD液晶显示屏的红外反射多点触摸装置，其特征在于：该背光源还包括若干红外光源体，该红外光源体为LED红外发光器，再，若干该红外光源体是设置在该导光板四周的。

4.如权利要求3所述的基于LCD液晶显示屏的红外反射多点触摸装置，其特征在于：若干该红外光源体包括若干红外LED以及若干可见光LED，且该红外LED以及该可见光LED间隔设置在铝基板上PCB上并与该导光板相对应。

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