TWI410841B - Optical touch system and its method - Google Patents

Description

光學式觸控系統及其方法

本發明是有關於一種光學式觸控系統及其方法，特別是有關於一種控制多個光源於不同時間點發光，並根據在此些時間點所擷取的影像來計算影像中特定物件的空間座標之光學式觸控技術。

近年來，由於影像顯示技術不斷地進步，觸控式螢幕因為具有可直接透過接觸方式進行輸入之優點，已成為現今市面上常見的一種顯示裝置，並且廣泛地應用於各類電子產品中，例如銷售點終端機、遊客導覽系統、自動櫃員機或多種工業控制系統等。一般的光學鏡頭偵測式之觸控螢幕相關產品，受限於傳統的調整機構大小，需要較大的設計空間方可滿足螢幕觸控偵測的需求。傳統之光學鏡頭偵測式之觸控螢幕係在顯示面板上裝設至少兩個影像擷取模組，並且需在顯示面板周圍裝設多個紅外光光源，由影像擷取模組擷取顯示面板表面上方的紅外光影像。當物件觸碰顯示面板之表面時，此物件會遮擋紅外光從發光模組射至光學反射體的光路徑，而在光學反射體上產生較暗區域，進而被影像擷取模組所擷取，如此便可根據三角測距演算法，模擬從影像擷取模組射向物件之虛擬射線，而多個虛擬射線的相交處便是物件觸碰的位置，如此以計算出物件觸碰的座標。

然而，當有複數個物件觸碰顯示面板之表面時，每一影 像擷取模組可模擬出複數條虛擬射線，造成虛擬射線之間的相交處數目多於物件數目，容易造成觸碰點位置的誤判。例如，由面板上的兩觸碰點便可模擬出從影像擷取模組所射出之兩條射線連接到光學反射體上所造成的四個陰暗區，便總共會有四個相交點，產生兩組觸碰點位置的可能，也就是有50%的誤判可能性。隨著觸控裝置日漸普及，多點觸控的需求有隨之增加，如何提高多點觸控的判斷精確度是一項亟待解決的事情。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之其中一目的就是在提供一種光學式觸控系統及其方法，以提高多點觸控之判斷精確度。

根據本發明之一目的，提出一種光學式觸控系統，包含至少一光學反射體、複數個影像擷取模組、複數個第一發光模組、一第二發光模組、一控制模組及一資料計算模組。至少一光學反射體、複數個影像擷取模組、複數個第一發光模組及第二發光模組係設置於一座標偵測區之週邊。影像擷取模組係用以擷取至少一物件所造成之影像。控制模組於一第一時間點控制複數個第一發光模組發光，並控制複數個影像擷取模組分別擷取一第一影像，並於一第二時間點控制第二發光模組發光，並控制複數個影像擷取模組中至少一影像擷取模組擷取至少一第二影像。資料計算模組根據至少一物件分別於複數個第一影像及至少一第二影像內之位置，計算出 此至少一物件於座標偵測區內的座標值。

其中，此座標偵測區較佳為一顯示螢幕之表面。

當此至少一物件之數目為複數個時，其中資料計算模組係根據複數個物件於複數個第一影像內的位置計算出複數個物件候選座標組，再根據複數個物件於至少一第二影像內的位置從複數個物件候選座標組中選擇其一作為複數個物件之座標。

其中，資料計算模組係根據複數個物件於複數個第一影像內的位置，以及複數個影像擷取模組於座標偵測區之位置，計算出複數個影像擷取模組射出之射線，並計算複數個射線之間的複數個交點座標，並將該複數個交點座標分群成該複數個物件候選座標組。

其中，控制模組於第一時間點控制複數個第一發光模組發光時，係亦控制第二發光模組關閉。

其中，控制模組於第二時間點控制第二發光模組發光時，係亦控制複數個第一發光模組關閉。

根據本發明之再一目的，提出一種光學式觸控方法，包含下列步驟。首先，於一座標偵測區之週邊設置至少一光學反射體、複數個影像擷取模組、複數個第一發光模組及一第二發光模組。複數個影像擷取模組係用以擷取至少一物件所造成之影像。接著，於一第一時間點控制複數個第一發光模組發光，並控制複數個影像擷取模組分別擷取一第一影像。接著，於一第二時間點控制第二發光模組發光，並控制複數個影像擷取模組中至少一影像擷取模組擷取至少一第二影 像。再根據至少一物件分別於複數個第一影像及至少一第二影像內之位置，計算出此至少一物件於座標偵測區內的座標值。

其中，此座標偵測區係為一顯示螢幕之表面。

當該至少一物件之數目為複數個時，此光學式觸控方法更包含根據複數個物件於複數個第一影像內的位置計算出複數個物件候選座標組，再根據複數個物件於至少一第二影像內的位置從複數個物件候選座標組中選擇其一作為複數個物件之座標。

其中，此光學式觸控方法更包含根據複數個物件於複數個第一影像內的位置，以及複數個影像擷取模組於座標偵測區之位置，計算出複數個影像擷取模組射出之射線，計算複數個射線之間的複數個交點座標，再將複數個交點座標分群成上述複數個物件候選座標組。

其中，當於第一時間點控制複數個第一發光模組發光時，係亦控制第二發光模組關閉。

其中，當於第二時間點控制第二發光模組發光時，係亦控制複數個第一發光模組關閉。

承上所述，依本發明之光學式觸控系統，其可具有提高多點觸控的判斷精確度之優點。

請參閱第1圖至第3圖，其係為本發明之光學式觸控系 統之實施例之第一示意圖、第二示意圖及方塊圖。圖中，光學式觸控系統包含一控制模組10、一資料計算模組11、複數個影像擷取模組12及14、複數個光學反射體181~183、複數個第一發光模組161及162及一第二發光模組163。其中，控制模組10及資料計算模組11僅繪示於第3圖，而光學反射體181~183僅繪示於第1圖及第2圖。圖中，光學式觸控系統係架設於一顯示螢幕21上，以顯示螢幕21之表面作為一座標偵測區。影像擷取模組12及14係分別設置於顯示螢幕21週邊之左上角及右上角，其擺設角度係以可擷取顯示螢幕21之表面上方影像為原則。光學反射體181~183係設置於顯示螢幕之兩側及底邊，且光學反射體181~183較佳為單一光譜透光材料、混光材料或反光材料所構成。而第一發光模組161及162之設置位置係分別對應影像擷取模組12及14，使第一發光模組161及162發出之光經光學反射體181~183反射後可分別射至影像擷取模組12及14。第二發光模組163設置在顯示螢幕之上側，位於影像擷取模組12及14之間。其中，第一發光模組161及162，或第二發光模組163較佳為發出不可見光，例如紅外光，而影像擷取模組12及14亦可擷取不可見光影像，例如紅外光影像。

控制模組10於一第一時間點控制第一發光模組161及162發光，此於影像擷取模組12及14可分別擷取到亮度與背景有落差的影像。當有物件觸碰顯示螢幕21之表面時，由於此物件會擋住第一發光模組161及162所發出之光射至光學反射體181、182、183之光路徑，而被影像擷取模組12及14擷取到第一影像13及15上的陰暗區。例如當有兩 個物件分別觸碰位置191及192時，第一影像13及15之內容有兩處陰暗區。請注意，多個物件觸碰座標偵測區時，有時因為角度的關係(例如多個物件與影像擷取模組的位置共線)，影像擷取模組所擷取的影像內的陰暗區之數目會小於物件數目。

資料計算模組11更包含一影像處理單元111、一影像擷取模組參數112、一座標計算單元113及一判斷單元114。資料計算模組11接收到第一影像13及15後，先由影像處理單元111分析出第一影像13及15內陰暗區位置。影像擷取模組參數112至少包含影像擷取模組12及14的視角參數、在座標偵測區的位置以及解析度。由於第一影像13及15是影像擷取模組12及14的視角121內可接收的光訊號，所以可以根據第一影像13及15內陰暗區位置而推算出遮擋光路徑的物件在影像擷取模組12及14的哪一個方位。由於每一陰暗區位置係由物件遮擋光路徑所造成，座標計算單元113可根據陰暗區位置及影像擷取模組參數112計算出射向遮擋光路徑之物件的射線，即表示物件位置位於此射線上。由於同一物件會在不同影像擷取模組所擷取的影像上造成陰暗區，所以座標計算單元113係計算從影像擷取模組12及14發出之射線之間的相交點，以得到物件的座標。上述內容為三角測距法之大略描述，由於三角測距法為此技術領域之工作者所熟知，故在此不再詳述。

當觸碰顯示螢幕21之物件為複數個時，如第1圖所示，第一影像13及15分別有兩個陰暗區，資料計算模組11計算出分別從影像擷取模組12及14射出之兩條射線，並接著 計算射線之間的相交點。然而，此時會發現四條射線之間有四個射線相交點191~194，有兩個物件候選座標組，一組是射線相交點191及192，而另一組是射線相交點193及194。因此，控制模組10於一第二時間點控制第二發光模組163發光，而控制第一發光模組161及162停止發光。控制模組10接著控制影像擷取模組12及14分別擷取一第二影像23及25，或者控制兩個影像擷取模組12及14其中至少一影像擷取模組12或14擷取至少一個第二影像23或25。如第2圖所示，當僅第二發光模組163發光時，兩個物件在光學反射體182上形成兩個陰影，其位置如第2圖所示之區域291、292，因此影像擷取模組12及14所擷取之第二影像23及25上各具有兩個陰暗區，或使兩個影像擷取模組12及14其中之一影像擷取模組12或14所擷取的第二影像23或25上亦具有兩個陰影區。

資料計算模組11之判斷單元114可根據第二影像23及25內的陰暗區位置來判斷應選擇哪一個物件候選座標組，或者資料計算模組11之判斷單元114可僅根據任一個第二影像23或25內的陰影區位置來判斷應選擇哪一個物件候選座標組。以第2圖為例，若射線相交點193及194為碰觸點，則光學反射體182上的兩個陰影應相當接近，與兩個第二影像23及25其中之一第二影像23或25內的陰暗區位置不符合，因此資料計算模組11便可選擇包含射線相交點191及192的物件候選座標組作為正確的碰觸點。其中，影像處理單元111、座標計算單元113及判斷單元114較佳的是以處理器執行相關程式之軟體方式來實現。

本發明之光學式觸控系統係利用傳統的雙影像擷取模組的架構，僅加裝額外的第二發光模組163以及資料計算模組內的判斷單元114，便可以增加光學式觸控系統多點觸控的準確性。

請參閱第4圖，其繪示本發明之光學式觸控方法之流程圖。圖中，光學式觸控方法包含下列步驟。在步驟41，於一座標偵測區之週邊設置至少一光學反射體、複數個影像擷取模組、複數個第一發光模組及一第二發光模組。其中，座標偵測區較佳為一顯示螢幕之表面，複數個影像擷取模組係分別設置於顯示螢幕之相鄰兩角落，例如左上角位置及右上角位置。至少一光學反射體係架設於顯示螢幕之側邊，例如三個光學反射體分別設置於顯示螢幕之兩側邊及底邊，且光學反射體較佳為單一光譜透光材料、混光材料或反光材料所構成；亦或以一體成形之光學反射體包覆顯示螢幕的兩側邊及底邊。第一發光模組及一第二發光模組較佳為發出不可見光，例如紅外光，而複數個影像擷取模組係擷取至少一物件所造成之影像，例如不可見光影像。

在步驟42，於一第一時間點控制複數個第一發光模組發光，並控制該複數個影像擷取模組分別擷取一第一影像。其中，第二發光模組在第一時間點時為停止發光，以避免影響第一影像內的陰暗區數目及位置。在步驟43，於一第二時間點控制第二發光模組發光，並控制複數個影像擷取模組分別擷取一第二影像，或者控制複數個第二發光模組中至少一影像擷取模組擷取至少一第二影像。其中，複數個第一發光模組在第二時間點時為停止發光，以避免影響第二影像內 的陰暗區數目及位置。

在步驟44，根據物件於複數個第一影像內的位置計算出至少一物件候選座標組。其中，物件於複數個第一影像內的位置係以對第一影像作影像處理而取得。在步驟45，判斷物件候選座標組是否為複數個，若是，則執行步驟46；若否，則執行步驟47，將此物件候選座標組輸出作為物件之座標。

當物件候選座標組為複數個時，在步驟46根據物件於複數個第二影像內的位置或者物件於至少一第二影像中的位置，從複數個物件候選座標組中選擇其一作為複數個物件之座標，並將該座標輸出。請注意，在步驟42及步驟43提及第一時間點及第二時間點，係為說明第一影像與第二影像為不同時間所擷取，但沒有一定之先後順序，亦可先執行步驟43再執行步驟42。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

10‧‧‧控制模組

11‧‧‧資料計算模組

111‧‧‧影像處理單元

112‧‧‧影像擷取模組參數

113‧‧‧座標計算單元

114‧‧‧判斷單元

12、14‧‧‧影像擷取模組

121‧‧‧視角

13、15‧‧‧第一影像

161、162‧‧‧第一發光模組

163‧‧‧第二發光模組

181~183‧‧‧光學反射體

191~194‧‧‧射線相交點

21‧‧‧顯示螢幕

23、25‧‧‧第二影像

291、292‧‧‧光學反射體上之陰影區域

41~47‧‧‧步驟流程

第1圖 係為本發明之光學式觸控系統之實施例之第一示意圖；第2圖 係為本發明之光學式觸控系統之實施例之第二示意圖； 第3圖 係為本發明之光學式觸控系統之實施例之方塊圖；以及第4圖，係為本發明之光學式觸控方法之流程圖。

12、14‧‧‧影像擷取模組

121‧‧‧視角

13、15‧‧‧第一影像

161、162‧‧‧第一發光模組

163‧‧‧第二發光模組

181~183‧‧‧光學反射體

191~194‧‧‧射線相交點

21‧‧‧顯示螢幕

Claims (18)

1. 一種光學式觸控系統，包含：複數個第一發光模組，係分別設置為對應於複數個影像擷取模組；一第二發光模組，係設置於一顯示螢幕之側邊，且位於該複數個影像擷取模組之間；上述複數個影像擷取模組，係設置於該顯示螢幕之角落位置，並用以擷取至少一物件所造成之影像；至少一光學反射體，係設置於作為該該座標偵測區之該顯示螢幕週邊，該至少一光學反射體係將該複數個第一發光模組及該第二發光模組所發出之光反射至該複數個影像擷取模組；一控制模組，係於一第一時間點控制該複數個第一發光模組發光，並控制該複數個影像擷取模組分別擷取一第一影像，並於一第二時間點控制該第二發光模組發光，並控制該複數個影像擷取模組中至少一模組擷取至少一第二影像；以及一資料計算模組，係根據該至少一物件分別於該複數個第一影像及該至少一第二影像內之位置，計算出該至少一物件於該座標偵測區內的座標值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控系統，該 至少一光學反射體係架設於該顯示螢幕之側邊。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控系統，其中該複數個第一發光模組或該第二發光模組係發出不可見光。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光學式觸控系統，其中該複數個影像擷取模組係用以擷取一不可見光影像。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控系統，當該至少一物件之數目為複數個時，該資料計算模組係根據該複數個物件於該複數個第一影像內的位置計算出複數個物件候選座標組，再根據該複數個物件於該至少一第二影像內的位置從該複數個物件候選座標組中選擇其一作為該複數個物件之座標。
6. 如申請專利範圍第5項所述之光學式觸控系統，其中該資料計算模組係根據該複數個物件於該複數個第一影像內的位置，以及該複數個影像擷取模組於該座標偵測區之位置，計算從該複數個影像擷取模組射出之複數個射線，並計算該複數個射線之間的複數個交點座標，並將該複數個交點座標分群成該複數個物件候選座標組。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控系統，其中該控制模組於該第一時間點控制該複數個第一發光模組發光時，係亦控制該第二發光模組關閉。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控系統，其中該控制模組於該第二時間點控制該第二發光模組發光時，係亦控制該複數個第一發光模組關閉。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控系統，其中該光學反射體係由單一光譜透光材料、混光材料或反光材料所構成。
10. 一種光學式觸控方法，包含下列步驟：於一座標偵測區之週邊設置至少一光學反射體、複數個影像擷取模組、複數個第一發光模組及一第二發光模組，其中：該座標偵測區係為一顯示螢幕之表面；該複數個第一發光模組係分別設置為對應於複數個影像擷取模組；該第二發光模組係設置於一顯示螢幕之側邊，且位於該複數個影像擷取模組之間；該複數個影像擷取模組係設置於該顯示螢幕之角落位置用以擷取至少一物件所造成之影像；於一第一時間點控制該複數個第一發光模組發光，並控制該複數個影像擷取模組分別擷取一第一影像；於一第二時間點控制該第二發光模組發光，並控制該複數個影像擷取模組中至少一模組擷取至少一第二影像；以及根據該至少一物件分別於該複數個第一影像及該至少一第二影像內之位置，計算出該至少一物件 於該座標偵測區內的座標值。
11. 如申請專利範圍第10項所述之光學式觸控方法，該至少一光學反射體係架設於該顯示螢幕之側邊。
12. 如申請專利範圍第10項所述之光學式觸控方法，其中該複數個第一發光模組或該第二發光模組係發出不可見光。
13. 如申請專利範圍第12項所述之光學式觸控方法，其中該複數個影像擷取模組係用以擷取一不可見光影像。
14. 如申請專利範圍第10項所述之光學式觸控方法，當該至少一物件之數目為複數個時，該光學式觸控方法更包含：根據該複數個物件於該複數個第一影像內的位置計算出複數個物件候選座標組；以及根據該複數個物件於該至少一第二影像內的位置從該複數個物件候選座標組中選擇其一作為該複數個物件之座標。
15. 如申請專利範圍第14項所述之光學式觸控方法，更包含：根據該複數個物件於該複數個第一影像內的位置，以及該複數個影像擷取模組於該座標偵測區之位置，計算從該複數個影像擷取模組射出之複數個射線； 計算該複數個射線之間的複數個交點座標；以及將該複數個交點座標分群成該複數個物件候選座標組。
16. 如申請專利範圍第10項所述之光學式觸控方法，更包含：當於該第一時間點控制該複數個第一發光模組發光時，係亦控制該第二發光模組關閉。
17. 如申請專利範圍第10項所述之光學式觸控方法，更包含：當於該第二時間點控制該第二發光模組發光時，係亦控制該複數個第一發光模組關閉。
18. 如申請專利範圍第10項所述之光學式觸控方法，其中該光學反射體係由單一光譜透光材料、混光材料或反光材料所構成。