TWI544388B

TWI544388B - 外掛式觸控系統以及其觸控方法

Info

Publication number: TWI544388B
Application number: TW104117908A
Authority: TW
Inventors: 林建宏
Original assignee: 廣達電腦股份有限公司
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2016-08-01
Also published as: CN106249929B; CN106249929A; US20160357349A1; US9715311B2; TW201643627A

Description

外掛式觸控系統以及其觸控方法

本發明係有關於觸控技術，尤指外掛式觸控系統以及其觸控方法。

習知光學觸控技術主要利用螢幕周圍設置的紅外線光源偵測螢幕附近的物體。螢幕三至四邊設置反光條反射紅話外線，當物體接近或觸碰螢幕時會產生阻斷紅外線的陰影，可透過設於螢幕周圍紅外線感測器偵測陰影以判斷物體的位置。

本案提出一種外掛式光學觸控系統以及其觸控方法用以突破習知光學觸控技術有三至四邊反光條外框限制，容易裝設於各種觸控平面例如電視、顯示器、牆壁之上，用於偵測物體並計算其位置。

基於上述目的，本發明揭露了一種外掛式觸控系統，包括一觸控平面、一第一外掛式收發電路、一第二外掛式收發電路和一控制器。上述第一外掛式收發電路和一第二外掛式收發電路，分別設於上述觸控平面之不同邊緣位置，其中上述第一外掛式收發電路發射一第一紅外線訊號以在初始時偵測一第一初始影像以及在初始後偵測一第一即時影像，上述第二外掛式收發電路發射一第二紅外線訊號以在初始時偵測一第二初始影像以及在初始後偵測一第二即時影像，上述第一外掛式收發電路和上述第二外掛式收發電路之偵測範圍互相重疊。上述耦接上述第一外掛式收發電路和上述第二外掛式收發電路，分別根據上述第一初始影像和上述第二初始影像判斷一第一影像門檻值和一第二影像門檻值，根據上述第一即時影像和上述第一影像門檻值判斷一反光物體是否存在於上述第一外掛式收發電路之上述偵測範圍，並根據上述第二即時影像和上述第二影像門檻值判斷上述反光物體是否存在於上述第二外掛式收發電路之上述偵測範圍。

本發明更揭露了一種觸控方法，適用於包括一觸控平面、一第一外掛式收發電路、一第二外掛式收發電路、以及一控制器之一外掛式觸控系統，其中上述第一外掛式收發電路和上述第二外掛式收發電路分別設於上述觸控平面之不同邊緣位置，並且上述第一外掛式收發電路和上述第二外掛式收發電路之偵測範圍互相重疊，上述觸控方法包括：藉由上述第一外掛式收發電路發射一第一紅外線訊號以在初始時偵測一第一初始影像以及在初始後偵測一第一即時影像；藉由上述第二外掛式收發電路發射一第二紅外線訊號以在初始時偵測一第二初始影像以及在初始後偵測一第二即時影像；根據上述第一初始影像和上述第二初始影像藉由上述控制器判斷一第一影像門檻值和一第二影像門檻值；根據上述第一即時影像和上述第一影像門檻值藉由上述控制器判斷一反光物體是否存在於上述第一外掛式收發電路之上述偵測範圍；以及根據上述第二即時影像和上述第二影像門檻值藉由上述控制器判斷上述反光物體是否存在於上述第二外掛式收發電路之上述偵測範圍。

1‧‧‧外掛式觸控系統

10‧‧‧觸控平面

11‧‧‧外部連接線

12‧‧‧第一外掛式收發模組

13‧‧‧模組連接線

120、122‧‧‧外掛式收發電路

14‧‧‧第二外掛式收發模組

140‧‧‧外掛式收發電路

140‧‧‧纜線插入口

15‧‧‧主機

16‧‧‧反光筆

17‧‧‧軌跡

18‧‧‧窗戶

I_ini‧‧‧背景影像

I_RT‧‧‧即時影像

I_th‧‧‧門檻影像

32、34‧‧‧外掛式收發模組

320、340‧‧‧外掛式收發電路

θ₁、θ₂、θ₃、θ_N‧‧‧夾角

θ_L、θ_R‧‧‧夾角

(X1,Y1)‧‧‧外掛式收發電路320的座標

(X2,Y2)‧‧‧外掛式收發電路340的座標

(X,Y)‧‧‧反射筆16的實際座標

I_new‧‧‧新背景影像

I_th’‧‧‧更新門檻影像

FOV0、FOV1、FOV2‧‧‧外掛式收發電路120、122、140偵測範圍

90、100、110、130、150‧‧‧反光物體

S1500、S1502、...、S1520‧‧‧步驟

第1A圖係顯示本發明實施例中一種外掛式觸控系統1的示意圖。

第1B圖係顯示本發明實施例中外掛式觸控系統1的詳細正面示意圖。

第1C圖係顯示本發明實施例中外掛式觸控系統1的詳細背面示意圖。

第2A圖係顯示本發明實施例中一種外掛式觸控收發電路所感測到影像的示意圖。

第2B圖係顯示本發明實施例中外掛式觸控收發電路所感測到影像的灰階亮度圖。

第3圖係顯示本發明實施例中一種角度校正方法3的示意圖。

第4圖係顯示本發明實施例中一種座標計算方法4的示意圖。

第5A圖係顯示本發明實施例中另一種外掛式觸控收發電路所感測到影像的示意圖。

第5B圖係顯示本發明實施例中另一種外掛式觸控收發電路所感測到影像的灰階亮度圖。

第6A圖係顯示本發明實施例中一種外掛式觸控收發電路所感測到干擾影像的示意圖。

第6B圖係顯示本發明實施例中一種外掛式觸控收發電路所感測到干擾影像的灰階亮度圖。

第7圖係顯示本發明實施例中一種外掛式觸控狀況7的示意圖。

第8圖係顯示本發明實施例中另一種外掛式觸控狀況8的示意圖。

第9圖係顯示本發明實施例中另一種外掛式觸控狀況9的示意圖。

第10圖係顯示本發明實施例中另一種外掛式觸控狀況10的示意圖。

第11圖係顯示本發明實施例中另一種外掛式觸控狀況11的示意圖。

第12圖係顯示本發明實施例中另一種外掛式觸控狀況12的示意圖。

第13圖係顯示本發明實施例中另一種外掛式觸控狀況13的示意圖。

第14圖係顯示本發明實施例中另一種外掛式觸控狀況14的示意圖。

第15A和15B圖係顯示本發明實施例中一種外掛式觸控方法15的流程圖。

在此必須說明的是，於下揭露內容中所提出之不同實施例或範例，係用以說明本發明所揭示之不同技術特徵，其所描述之特定範例或排列係用以簡化本發明，然非用以限定本發明。此外，在不同實施例或範例中可能重覆使用相同之參考數字與符號，此等重覆使用之參考數字與符號係用以說明本發明所揭示之內容，而非用以表示不同實施例或範例間之關係。

第1A圖係顯示本發明實施例中一種外掛式觸控系統1的示意圖，包括觸控平面10、第一外掛式收發模組12、第二外掛式收發模組14、以及反射筆16。外掛式觸控系統1係為一種僅需外掛式觸控模組即可偵測物體位置，例如反射筆16之書寫軌跡17的系統，該外掛式觸控系統16更可減低或消除環境干擾，例如來自窗外18的陽光光線干擾。

第一外掛式收發模組12和第二外掛式收發模組14可吊掛或固定在觸控平面10的不同邊緣位置以獲得重疊的偵測範圍，進而判斷反射筆16的位置和軌跡。外掛式觸控系統1不需要反光條邊框，因此在安裝上更為方便，但是額外產生的問題是比較容易受到環境的干擾，使用過程中周遭物體反射亮度的改變都可能影響觸控運作，例如窗外陽光的強弱改變、使用過程中旁人經過或是中途擺放水杯、椅子、櫃子等物體，或是拉開或關閉窗簾等。因此外掛式觸控系統1同時也會減低或消除環境干擾，藉以更正確估算反射筆16的位置和軌跡。

接著請參考第1B圖，其顯示本發明實施例中外掛式觸控系統1的詳細正面示意圖。外掛式觸控系統16中的觸控平面10可以是，但不受限於電視、白板、或牆面。反射筆16筆端係由一種復歸反射器(retroreflector)製成，當沒有受到壓力時由非復歸反射器(non-retroreflector)例如塑膠覆蓋；當受到壓力時復歸反射器會露出，藉以將光線大致完全反射回光源位置。第一外掛式收發模組12和第二外掛式收發模組14都具有光源發射器以及影像感測器，用於發射光源例如紅外光線以及偵測反射光線例如反射紅外光線。第一外掛式收發模組12和第二外掛式收發模組14的偵測範圍會互相重疊。在本實施例中，第一外掛式收發模組12和第二外掛式收發模組14分別設於觸控平面10之左上邊緣位置和右上邊緣位置，配合反射筆16在接觸螢幕受到壓力時才會露出隱藏反光材料的特性，先利用外掛式收發模組的光源發射器發出紅外光線至整個觸控平面10，然後當反射筆16在觸控平面10上書寫軌跡17時會露出復歸反射器而反射紅外光線回到影像感測器，最後利用第一外掛式收發模組12和第二外掛式收發模組14的兩個影像感測器定位出反射筆16書寫時的座標點。

具體來說，第一外掛式收發模組12和第二外掛式收發模組14各包括一獨立外殼，其每一個外殼內可以擺放一組以上的光源發射器以及影像感測器。第一外掛式收發模組12外殼內包括兩組光源發射器以及影像感測器，分別稱為外掛式收發電路120和122，其中外掛式收發電路120和122相隔一距離d例如10公分藉以偵測觸控平面10上方和下方的偵測範圍；第二外掛式收發模組14外殼內包括一組光源發射器以及影像感測器，稱為外掛式收發電路140。外掛式收發電路120、122和140可分別偵測反射筆16的位置參數，該位置參數可以是反射筆16從外掛式收發電路120、122和140所觀察到的相對位置。第2A、2B圖、第5A、5B圖和第6A、6B圖顯示位置參數為觀察到角度或相對位置或的實施例，在後面會詳細解釋。

在外掛式收發電路120、122和140偵測到反射筆16的位置參數後，外掛式觸控系統1可透過一控制器(未圖式)根據上述外掛式收發電路120、122和140所偵測到之位置參數而計算反射筆16在觸控平面10上的座標位置，並將其座標位置以例如軌跡17的形式顯示於觸控平面10之上。實作上，在外掛式觸控系統1開機後控制器會根據外掛式收發電路120、122和140所偵測到之初始影像分別判斷第一、第二、和第三影像門檻值，接著，在判斷第一、第二、和第三影像門檻值之後，控制器會根據外掛式收發電路120、122和140所偵測到之即時影像和第一、第二、和第三影像門檻值判斷反射筆16是否存在於偵測範圍內。當外掛式收發電路120、122和140所偵測到之即時影像都顯示反射筆16存在時，控制器會根據外掛式收發電路120、122和140所偵測到之即時影像判斷反射筆16的座標位置。當外掛式收發電路120、122和140所偵測到之即時影像之一者顯示反射筆16不存在時，控制器會更新顯示反射筆16不存在之外掛式收發電路的影像門檻值。當外掛式收發電路120、122和140所偵測到之即時影像都顯示反射筆16不存在時，控制器會根據外掛式收發電路120、122和140所偵測到之即時影像漸進性更新第一、第二、和第三影像門檻值。上述漸進式更新係指固定一段時間(例如每秒)或固定一定張數(例如每5個訊框)作影像門檻值(背景)更新。

請接著參考第1C圖，其顯示本發明實施例中外掛式觸控系統1的詳細背面示意圖，包括觸控平面10、第一外掛式收發模組12、第二外掛式收發模組14、收發模組連接線13、外部連接線11、和主機15。第一外掛式收發模組12包括外掛式收發電路120和122；第二外掛式收發模組14包括外掛式收發電路140和外接插孔142。

第一外掛式收發模組12和第二外掛式收發模組14透過收發模組連接線13互相連接，第二外掛式收發模組14和主機15透過外部連接線11互相連接。外部連接線11可例如為USB線。外掛式觸控系統1透過外部連接線11將外掛式收發電路120、122和140所偵測到反射筆16的位置參數傳送至主機15內部的控制器，藉以計算反射筆16的座標位置。

外掛式觸控系統1的架構不同於傳統光學觸控架構，在省掉反光條邊框的情況下產品容易受到外在環境干擾，因此外掛式觸控系統1也採用一種抗環境干擾的方法，分析了環境干擾的所有可能組合，而設計出一套背景更新機制。主機15內之控制器根據該背景更新機制更新背景以準確判斷反射筆16的座標位置。

外掛式光學觸控系統1突破習知光學觸控技術有三至四邊反光條外框限制，利用容易裝設於各種觸控平面上之外掛式光學觸控模組偵測反光物體並計算其位置。

第2A圖係顯示本發明實施例中一種外掛式觸控收發電路所感測到影像的示意圖；而第2B圖係顯示本發明實施例中外掛式觸控收發電路所感測到影像的灰階亮度圖。

請先參考第2A圖，當外掛式觸控系統1剛開機啟動時，外掛式收發電路120、122或140首先會偵測背景影像I_ini。此時反射筆16尚未接觸觸控平面10，因此初始影像為一乾淨均勻的背景影像I_ini；而當以反射筆16正常在觸控平面10上書寫運作時，此時外掛式收發電路120、122或140會偵測到一個亮影在外掛式收發電路120、122或140的感測器上跟著移動的即時影像I_RT。背景影像I_ini和即時影像I_RT可為750畫素x6畫素的影像框。外掛式收發電路120、122或140會將包括影像框中的亮影位置的上述即時影像I_RT作為位置參數送到控制器。

請接著參考第2B圖，當開機時，主機15內的控制器從外掛式收發電路120、122或140收到背景影像I_ini並對背景影像I_ini進行計算以獲得門檻影像I_th。在某些實施例中，控制器會將背景影像I_ini的亮度乘以一大於1之預定係數，例如1.1以獲得門檻影像I_th，即I_th=1.1 x I_ini。在獲得門檻影像I_th後使用者使用反射筆16時，控制器將從外掛式收發電路120、122或140收到之即時影像I_RT和門檻影像I_th相比，只有當即時影像I_RT大於門檻影像I_th時才判斷偵測到反射筆16並且根據即時影像I_RT大於門檻影像I_th的部份計算反射筆16的座標位置。舉例來說，控制器可判斷即時影像I_RT大於門檻影像I_th的部份，並計算所有大於門檻影像I_th的部份的重心作為反射筆16的座標位置。

第5A和5B圖係顯示本發明實施例中另一種外掛式觸控收發電路所感測到影像的示意圖和外掛式觸控收發電路所感測到影像的灰階亮度圖。

基於影像處理的技巧與演算法習慣，在某些實施例中亦可以先將影像作黑白反向處理，如第5A圖所示，當外掛式觸控系統1剛開機啟動時，外掛式收發電路120、122或140首先會偵測反向背景影像I_ini。此時反射筆16尚未接觸觸控平面10，因此初始影像為一乾淨均勻的反向背景影像I_ini；而當以反射筆16正常在觸控平面10上書寫運作時，此時外掛式收發電路120、122或140會偵測到一個黑影在外掛式收發電路120、122或140的感測器上跟著移動的即時影像I_RT。背景影像I_ini和即時影像I_RT可為750畫素x6畫素的影像框。外掛式收發電路120、122或140會將包括影像框中的黑影位置的上述即時影像I_RT作為位置參數送到控制器。

接著參考第5B圖，當開機時，主機15內的控制器從外掛式收發電路120、122或140收到背景影像I_ini並對背景影像I_ini進行計算以獲得門檻影像I_th。在某些實施例中，控制器會將背景影像I_ini的亮度乘以一小於1之預定係數，例如0.85以獲得門檻影像I_th，即I_th=0.85 x I_ini。在獲得門檻影像I_th後使用者使用反射筆16時，控制器把從外掛式收發電路120、122或140收到之即時影像I_RT和門檻影像I_th相比，只有當即時影像I_RT小於門檻影像I_th的情況下才判斷偵測到反射筆16並且根據即時影像I_RT小於門檻影像I_th的部份計算反射筆16的座標位置。舉例來說，控制器可判斷即時影像I_RT大於門檻影像I_th的部份，並計算所有小於門檻影像I_th的部份的重心作為反射筆16的座標位置。

第2A和2B圖和第5A和5B圖揭露的外掛式光學觸控方法突破習知光學觸控技術有三至四邊反光條外框限制，利用容易裝設於各種觸控平面上之外掛式光學觸控模組偵測反光物體並計算其位置。

第3圖係顯示本發明實施例中一種角度校正方法3的示意圖。在外掛式觸控系統1安裝好後，使用者可使用角度校正方法3校正外掛式觸控系統1。主機15中的控制器可使用角度校正方法3針對外掛式收發電路120、122和140建立影像感測器各畫素對應實際夾角的夾角資料庫。

在角度校正方法3開始後，首先於觸控平面10上擺放數個已知角度的校正點，例如將反射筆16在θ₁位置壓下。接著外掛式觸控系統1紀錄每個校正點在影像感測器上對應的像素位置，例如θ₁對應外掛式收發電路120之影像感測器中750畫素的第70-80像素。依序根據以上兩個步驟校正其他角度θ₂、θ₃、…、θ_n、所對應到的像素以建立影像感測器各畫素對應實際夾角的夾角資料庫。

第4圖係顯示本發明實施例中一種座標計算方法4的示意圖。座標計算方法4根據角度校正方法3中建立的夾角資料庫計算反射筆16的座標位置。主機15中的控制器可使用座標計算方法4根據外掛式收發電路120、122和140所偵測到的位置參數計算反射筆16的座標位置。在裝設好外掛式收發模組32和34之後，使用者可以在主機15中的控制器內設定外掛式收發模組32和34間的距離，或是外掛式收發模組32和34的座標。

首先當反射筆16在觸控平面10上書寫時，會在外掛式收發電路之影像感測器上的特定畫素產生影像，控制器可根據影像感測器偵測到之即時影像由先前校正的夾角資料庫得知反射筆16的實際夾角。例如控制器可根據外掛式收發電路320之影像感測器偵測到之即時影像判斷反射筆16的夾角為θ_L，以及根據外掛式收發電路340之影像感測器偵測到之即時影像判斷反射筆16的夾角為θ_R。

由於控制器已知外掛式收發電路340的座標(X1,Y1)和342的座標(X2,Y2)，已知反射筆16與兩外掛式收發電路的夾角θ_L和θ_R，如此即可利用簡單的數學計算(三角運算或點斜式解聯立直線方程式)求出反射筆16的實際座標(X,Y)。

第6A圖係顯示本發明實施例中一種外掛式觸控收發電路所感測到干擾影像的示意圖。如第6A圖所示，開機後初始影像還適用於產生背景影像I_ini，而在使用過程中，新進入的物體或周遭環境改變讓即時影像I_new多了一塊黑影，而這塊黑影將會存在反射筆16的即時影像IRT中並影響控制器計算反射筆16的位置，導致控制器誤判觸控筆16的位置而影響觸控精準度。例如控制器收到即時影像IRT後會辨識出黑點和多出的黑影並計算黑點和多出的黑影的重心作為反射筆16的位置，導致將觸控筆16的位置誤判為其真正位置的左邊。第6B圖顯示本發明實施例中一種背景更新方法的示意圖，用於修正背景干擾。

如第6B圖所示，當開機時，主機15內的控制器從外掛式收發電路120、122或140收到背景影像I_ini並對背景影像I_ini進行計算以獲得門檻影像I_th，例如乘以0.9以獲得門檻影像I_th，即I_th=0.9 x I_ini。接著當新進入的物體或周遭環境改變讓新背景影像I_new多了一塊黑影時，控制器可根據新背景影像I_new更新門檻影像I_th’，例如乘以0.9以獲得新的門檻影像I_th’，即I_th’=0.9 x I_new。之後當使用者在新背景中使用反射筆16時，控制器把從外掛式收發電路120、122或140收到之即時影像IRT和更新門檻影像I_th’相比，只有當即時影像IRT小於更新門檻影像I_th’的情況下才判斷偵測到反射筆16並且根據即時影像IRT小於更新門檻影像I_th’的部份計算反射筆16的座標位置。由於黑影部分之更新門檻影像I_th’低於即時影像IRT的黑影部分，所以控制器只會偵測到即時影像IRT的黑點部分而不會偵測到即時影像I_RT的黑影部分，所以可藉由計算所有小於更新門檻影像I_th’部份的重心而正確估計反射筆16的座標位置。

第6A和6B圖的背景更新方法適用於外掛式光學觸控系統1，藉由外掛式光學觸控模組判斷周遭環境的光線改變並根據新背景影像更新門檻影像，以正確估計反射物體的座標位置。

表格1顯示本發明實施例中外掛式收發電路120、122、和140的所有可能狀況，適用於控制器判斷啟用背景更新方法的時機，該背景更新方法可解決環境干擾的問題，搭配第7圖到第15圖一起說明。首先簡單說明控制器判斷啟用背景更新方法的原則：1.當左右兩邊的主要外掛式收發電路120和140同時偵測到影像時，才計算輸出座標；2.當左右兩邊的主要外掛式收發電路120和140只有一顆看到影像時，則表示受周遭環境干擾，此時不輸出座標而重新更新背景，並且根據此新的背景重新設定一門檻值；3.當左右兩邊的主要外掛式收發電路120和140都沒有看到影像時，則漸進式更新背景，以克服周遭環境亮度改變，其中漸進式更新係指固定一段時間(例如每秒)或固定一定張數(例如每5個訊框)作背景更新。

請參考第7圖，其顯示本發明實施例中一種外掛式觸控狀況7的示意圖，對應表格1中的狀況1，其中所有的外掛式收發電路120、122、和140都有偵測到反射筆16。外掛式收發電路120、122、和140的偵測視野稍微不同但偵測範圍重疊，其中外掛式收發電路120、122、和140的偵測視野分別標記為FOV0、FOV2、和FOV1。當外掛式收發電路120、122、和140都可以偵測到反射筆16時表示附近物體或周遭環境不會對反射筆16的偵測產生影響，所以不需更新背景。控制器可根據初始門檻影像I_th和外掛式收發電路120、122、和140所偵測到的即時影像判斷反射筆16的座標位置並產生軌跡17。

第8圖係顯示本發明實施例中另一種外掛式觸控狀況8的示意圖，對應表格1中的狀況2，其中主要外掛式收發電路120和140都有偵測到反射筆16但左下的輔助外掛式收發電路122沒有偵測到反射筆16。如第8圖所示，反射筆16的位置在觸控平面10的左下角，在主要外掛式收發電路120和140的偵測範圍內，輔助外掛式收發電路122的偵測範圍外，所以就算輔助反射筆16在外掛式收發電路122的偵測範圍外，控制器不需更新背景，並根據初始門檻影像I_th和外掛式收發電路120和140所偵測到的即時影像判斷反射筆16的座標位置並產生軌跡17。

第9圖係顯示本發明實施例中另一種外掛式觸控狀況9的示意圖，對應表格1中的狀況3，其中左上和左下的外掛式收發電路120和122都有偵測到反射物90但右上的外掛式收發電路140沒有偵測到反射物90。如第9圖所示，由於觸控平面10右方有反射物90會產生反光被外掛式收發電路120和122偵測到而無法被外掛式收發電路140偵測到。為了避免在使用反射筆16時因為反射物90的反光而誤判反射筆16的位置，控制器必須更新外掛式收發電路120和122的背景而不需更新外掛式收發電路140的背景。在以下的描述中初始背景包括根據初始背景產生初始門檻影像I_th；而更新背景包括根據新背景更新新門檻影像I_th’。在使用反射筆16時，控制器可根據外掛式收發電路120和122的更新背景和外掛式收發電路140的初始背景，以及外掛式收發電路120、122、和140所偵測到的即時影像判斷反射筆16的座標位置。

第10圖係顯示本發明實施例中另一種外掛式觸控狀況10的示意圖，對應表格1中的狀況4，其中左下和右上的外掛式收發電路122和140都有偵測到反射物100但左上的外掛式收發電路120沒有偵測到反射物100。如第10圖所示，由於觸控平面10的正上方有反射物100會產生反光，可以被外掛式收發電路122和140偵測到而無法被外掛式收發電路120偵測到。為了避免在使用反射筆16時因為反射物100的反光而誤判反射筆16的位置，控制器必須更新外掛式收發電路122和140的背景而不需更新外掛式收發電路120的背景。在使用反射筆16時，控制器可根據外掛式收發電路122和140的更新背景和外掛式收發電路120的初始背景，以及外掛式收發電路120、122、和140所偵測到的即時影像判斷反射筆16的座標位置。

第11圖係顯示本發明實施例中另一種外掛式觸控狀況11的示意圖，對應表格1中的狀況5，其中左下的外掛式收發電路122可偵測到反射物110但左上和右上的外掛式收發電路120和140無法偵測到反射物110。如第11圖所示，由於觸控平面10的上方遠端有反射物100會產生反光，可以被外掛式收發電路122偵測到而無法被外掛式收發電路120和140偵測到。為了避免在使用反射筆16時因為反射物110的反光而誤判反射筆16的位置，控制器必須更新外掛式收發電路122的背景而不需更新外掛式收發電路120和140的背景。在使用反射筆16時，控制器可根據外掛式收發電路122的更新背景和外掛式收發電路120和140的初始背景，以及外掛式收發電路120、122、和140所偵測到的即時影像判斷反射筆16的座標位置。

第12圖係顯示本發明實施例中另一種外掛式觸控狀況12的示意圖，對應表格1中的狀況6，其中右上的外掛式收發電路140可偵測到反射物130但左上和左下的外掛式收發電路120和122無法偵測到反射物130。如第12圖所示，由於觸控平面10的左方有反射物130會產生反光，可以被外掛式收發電路140偵測到而無法被外掛式收發電路120和122偵測到。為了避免在使用反射筆16時因為反射物130的反光而誤判反射筆16的位置，控制器必須更新外掛式收發電路140的背景而不需更新外掛式收發電路120和122的背景。在使用反射筆16時，控制器可根據外掛式收發電路140的更新背景和外掛式收發電路120和122的初始背景，以及外掛式收發電路120、122、和140所偵測到的即時影像判斷反射筆16的座標位置。

第13圖係顯示本發明實施例中另一種外掛式觸控狀況13的示意圖，對應表格1中的狀況7，其中左上的外掛式收發電路120可偵測到反射物150但左下和右上的外掛式收發電路122和140無法偵測到反射物150。如第13圖所示，由於觸控平面10的右下方有反射物150會產生反光，可以被外掛式收發電路120偵測到而無法被外掛式收發電路122和140偵測到。為了避免在使用反射筆16時因為反射物150的反光而誤判反射筆16的位置，控制器必須更新外掛式收發電路120的背景而不需更新外掛式收發電路122和140的背景。在使用反射筆16時，控制器可根據外掛式收發電路120的更新背景和外掛式收發電路122和140的初始背景，以及外掛式收發電路120、122、和140所偵測到的即時影像判斷反射筆16的座標位置。

第14圖係顯示本發明實施例中另一種外掛式觸控狀況14的示意圖，對應表格1中的狀況8，其中所有外掛式收發電路120、122、和140都沒有偵測到東西，所以控制器漸進式更新外掛式收發電路120、122、和140的背景，以克服周遭環境亮度改變，其中漸進式更新係指固定一段時間(例如每秒)或固定一定張數(例如每5個訊框)作背景更新。在使用反射筆16時，控制器可根據外掛式收發電路120、122、和140的更新背景，以及外掛式收發電路120、122、和140所偵測到的即時影像判斷反射筆16的座標位置。

第15A和15B圖係顯示本發明實施例中一種外掛式觸控方法15的流程圖，適用於第1A、1B和1C圖的外掛式觸控系統1。為了簡化說明起見，外掛式觸控方法15僅使用外掛式觸控系統1的左上外掛式收發電路120和右上外掛式收發電路140而不使用左下外掛式收發電路122進行說明，由於左下外掛式收發電路122僅用於輔助偵測觸控平面10上部的物體所以不影響外掛式觸控方法15的運作原則。外掛式觸控方法15可以使用控制器中之硬體電路或控制器可執行的軟體碼實現。在主機15開機後，外掛式觸控方法15便會自動開始(S1500)。

首先外掛式觸控方法15會判斷外掛式觸控系統1是否開機(S1502)，例如當第1C圖的連接線11已插至主機15時判斷外掛式觸控系統1已經開機。若外掛式觸控系統1尚未開機，外掛式觸控方法15即結束(S1522)；若外掛式觸控系統1已經開機，在外掛式觸控系統1初始時外掛式觸控方法15讓左上外掛式收發電路120發射第一紅外線訊號以偵測第一初始影像I_ini1以及右上外掛式收發電路140發射第二紅外線訊號以偵測第二初始影像I_ini2(S1504)，再分別根據第一初始影像I_ini1判斷第一影像門檻值I_th1，並根據第二初始影像I_ini2判斷第二影像門檻值I_th2(S1506)。再決定第一影像門檻值I_th1和第二影像門檻值I_th2之後，外掛式觸控方法15繼續分別由外掛式收發電路120和140接收即時第一影像I_RT1和即時第二影像I_RT2，將即時第一影像I_RT1和第一影像門檻值I_th1比較以判斷是否有任何物體在左上外掛式收發電路120的偵測範圍內以及將即時第二影像I_RT2和第二影像門檻值I_th2比較以判斷是否有任何物體在左上外掛式收發電路122的偵測範圍內(S1508)。即時第一影像I_RT1和第一影像門檻值I_th1以及即時第二影像I_RT2和第二影像門檻值I_th2的比較方式可參考第2A、2B圖、第5A、5B圖和第6A、6B圖的說明。

當由即時第一影像I_RT1和即時第二影像I_RT2可判定物體存在時代表從左外掛式收發電路120和右外掛式收發電路140都有偵測到物體，外掛式觸控方法15會將即時第一影像I_RT1和第一影像門檻值I_th1相比以判斷第一位置參數，將即時第二影像I_RT2和第二影像門檻值I_th2相比以判斷第二位置參數，以及根據第一位置參數和第二位置參數判斷反射筆16在平面10上之座標位置(S1510)。該第一位置參數和第二位置參數可以分別為左外掛式收發電路120和右外掛式收發電路140觀察到該物體的位置。外掛式觸控方法15會透過第4圖所描述的位置估計方法由夾角資料庫中找到對應位置的夾角並根據左外掛式收發電路120和右外掛式收發電路140間的距離和左外掛式收發電路120和右外掛式收發電路140對應的夾角計算物體的座標位置。

當由即時第一影像I_RT1和即時第二影像I_RT2其中之一可判定物體存在時代表左外掛式收發電路120和右外掛式收發電路140僅有一者偵測到物體，該偵測到的物體可能為周圍反射物，所以外掛式觸控方法15必須更新背景以消除該反射物反光所造成的干擾。因此針對偵測到物體的外掛式收發電路120或140，外掛式觸控方法15會更新其影像門檻值而不會更新另一沒有偵測到物體之外掛式收發電路的影像門檻值(S1512)。實作上外掛式觸控方法15會根據第6A、6B圖所說明之更新門檻值方法更新偵測到物體的外掛式收發電路120或140之影像門檻值。例如當外掛式收發電路120有偵測到物體而外掛式收發電路140沒有偵測到物體時，實作上外掛式觸控方法15會根據即時第一影像I_RT1更新第一影像更新門檻值I_th1’而不會更新外掛式收發電路140的第二影像門檻值I_th2。當門檻值更新完成後外掛式觸控方法15會根據第一影像更新門檻值I_th1’和第二影像門檻值I_th2判斷反光筆16的座標位置(S1516)。

當由即時第一影像I_RT1和即時第二影像I_RT2都不可判定物體存在時代表左外掛式收發電路120和右外掛式收發電路140都沒有偵測到物體，外掛式觸控方法15會漸進式更新第一影像門檻值I_th1和第二影像門檻值I_th2(S1518)。例如固定每秒鐘或每5個視框根據即時第一影像I_RT1更新第一影像更新門檻值I_th1’並根據即時第二影像I_RT2更新第二影像更新門檻值I_th2’。當門檻值更新完成後外掛式觸控方法15會根據第一影像更新門檻值I_th1’和第二影像更新門檻值I_th2’判斷反光筆16的座標位置(S1520)。

第15A和15B圖的外掛式觸控方法15適用於外掛式光學觸控系統1，藉由外掛式光學觸控模組所偵測到之初始影像判斷門檻值，並根據外掛式光學觸控模組所偵測到之即時影像判斷更新門檻影像的時機，藉以正確估計反射物體的座標位置。

本發明描述之各種邏輯區塊、模組、單元、以及電路的操作以及功能可以利用電路硬體或嵌入式軟體碼加以實現，該嵌入式軟體碼可以由一處理器存取以及執行。

本發明描述之各種邏輯區塊、模組、以及電路可以使用積體電路(Integrated Circuit，IC)實現或由接入終端或存取點執行。積體電路可包括通用處理器、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、特定應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可程式規劃邏輯元件(Field Programmable Gate Array，FPGA)或其他可程控邏輯元件、離散式邏輯電路或電晶體邏輯閘、離散式硬體元件、電性元件、光學元件、機械元件或用於執行本發明所描述之執行的功能之其任意組合，其可執行積體電路內駐、外部，或兩者皆有的程式碼或程式指令。通用處理器可以為微處理器，或者，該處理器可以為任意商用處理器、控制器、微處理器、或狀態機。處理器也可由計算裝置的結合加以實現，例如DSP和微處理器、複數個微處理器、一或多個微處理器以及DSP核心、或其他各種設定的結合。

熟習於本技藝人士可理解本發明揭露程序步驟的特定順序或序列僅為舉例。根據設計偏好，熟習於本技藝人士可理解只要不偏離本發明的精神和範圍，本發明揭露程序步驟的特定順序或序列可以以其他順序重新排列。本發明實施例之方法和要求所伴隨的各種步驟順序只是舉例，而不限定於本發明揭露程序步驟的特定順序或序列。

所述之方法或演算法步驟可以以硬體或處理器執行軟體模組，或以兩者結合的方式實現。軟體模組(例如包括可執行指令和相關資料)及其他資料可內駐於資料記憶體之內，如RAM記憶體、快閃記憶體、ROM記憶體、EPROM記憶體、EEPROM記憶體、暫存器、硬碟、軟碟、光碟片、或是任何其他機器可讀取(如電腦可讀取)儲存媒體。資料儲存媒體可耦接至機器，如電腦或處理器(其可稱為“處理器”)，處理器可從儲存媒體讀取及寫入程式碼。資料儲存媒體可整合至處理器。處理器和儲存媒體可內駐ASIC之內。ASIC可內駐在用戶設備。或者處理器和儲存媒體可以以離散元件的形式駐在用戶設備之內。另外，適用的電腦程式產品可包括電腦可讀取媒體，包括關於一或多個揭露書揭露的程式碼。在一些實施例中，適用的電腦程式產品可包括封裝材料。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此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。

S1500、S1502、...、S1520‧‧‧步驟

Claims

一種外掛式觸控系統，包括：一觸控平面；一第一外掛式收發電路和一第二外掛式收發電路，分別設於上述觸控平面之不同邊緣位置，其中上述第一外掛式收發電路發射一第一紅外線訊號以在初始時偵測一第一初始影像以及在初始後偵測一第一即時影像，上述第二外掛式收發電路發射一第二紅外線訊號以在初始時偵測一第二初始影像以及在初始後偵測一第二即時影像，上述第一外掛式收發電路和上述第二外掛式收發電路之偵測範圍互相重疊；以及一控制器，耦接上述第一外掛式收發電路和上述第二外掛式收發電路，分別根據上述第一初始影像和上述第二初始影像判斷一第一影像門檻值和一第二影像門檻值，根據上述第一即時影像和上述第一影像門檻值判斷一反光物體是否存在於上述第一外掛式收發電路之上述偵測範圍，並根據上述第二即時影像和上述第二影像門檻值判斷上述反光物體是否存在於上述第二外掛式收發電路之上述偵測範圍。
如申請專利範圍第1項所述之外掛式觸控系統，其中當上述反光物體存在於上述第一外掛式收發電路之上述偵測範圍和上述第二外掛式收發電路之上述偵測範圍時，上述控制器根據上述第一影像門檻值判斷上述反光物體之一第一位置參數，根據上述第二影像門檻值判斷上述反光物體之一第二位置參數，以及根據上述第一位置參數和上述第二位置參數判斷上述反光物體在上述觸控平面上之一座標位置。
如申請專利範圍第1項所述之外掛式觸控系統，其中當上述反光物體存在於上述第一外掛式收發電路和上述第二外掛式收發電路之一者的上述偵測範圍時，上述控制器即根據上述第一外掛式收發電路和上述第二外掛式收發電路中之一者所偵測到之一受干擾影像判斷一更新影像門檻值，以及根據上述更新影像門檻值判斷上述反光物體在上述觸控平面上之一座標位置。
如申請專利範圍第1項所述之外掛式觸控系統，其中當上述反光物體不存在於上述第一外掛式收發電路之上述偵測範圍和上述第二外掛式收發電路之上述偵測範圍時，上述控制器即定期根據上述第一即時影像判斷一第四影像門檻值，以及定期根據上述第二即時影像判斷一第五影像門檻值。
如申請專利範圍第1項所述之外掛式觸控系統，更包括一第三外掛式收發電路，設於上述觸控平面和上述第一外掛式收發電路或第二外掛式收發電路之相同邊緣位置，發射一第三紅外線訊號以在初始時偵測一第三初始影像以及在初始後偵測一第三即時影像，上述第三外掛式收發電路和上述第一外掛式收發電路和第二外掛式收發電路之上述偵測範圍重疊；其中上述控制器，耦接上述第三外掛式收發電路，根據上述第三初始影像判斷一第三影像門檻值，以及根據上述第三即時影像和上述第三影像門檻值判斷上述反光物體是否存在於上述第三外掛式收發電路之一偵測範圍。
如申請專利範圍第1項所述之外掛式觸控系統，其中上述反光物體係為於筆端設有一復歸反射器(retroreflector)的一反光筆。
如申請專利範圍第2項所述之外掛式觸控系統，其中上述第一位置參數和上述第二位置參數分別為一第一角度和一第二角度；以及上述控制器根據上述第一角度和第二角度判斷上述反光物體在上述觸控平面上之上述座標位置。
如申請專利範圍第1項所述之外掛式觸控系統，其中上述控制器將上述第一初始影像乘以一固定係數以獲得上述第一影像門檻值，將上述第二初始影像乘以上述固定係數以獲得上述第二影像門檻值。
一種觸控方法，適用於包括一觸控平面、一第一外掛式收發電路、一第二外掛式收發電路、以及一控制器之一外掛式觸控系統，其中上述第一外掛式收發電路和上述第二外掛式收發電路分別設於上述觸控平面之不同邊緣位置，並且上述第一外掛式收發電路和上述第二外掛式收發電路之偵測範圍互相重疊，上述觸控方法包括：藉由上述第一外掛式收發電路發射一第一紅外線訊號以在初始時偵測一第一初始影像以及在初始後偵測一第一即時影像；藉由上述第二外掛式收發電路發射一第二紅外線訊號以在初始時偵測一第二初始影像以及在初始後偵測一第二即時影像；根據上述第一初始影像和上述第二初始影像藉由上述控制器判斷一第一影像門檻值和一第二影像門檻值；根據上述第一即時影像和上述第一影像門檻值藉由上述控制器判斷一反光物體是否存在於上述第一外掛式收發電路之上述偵測範圍；以及根據上述第二即時影像和上述第二影像門檻值藉由上述控制器判斷上述反光物體是否存在於上述第二外掛式收發電路之上述偵測範圍。
如申請專利範圍第9項所述之觸控方法，更包括：當上述反光物體存在於上述第一外掛式收發電路之上述偵測範圍和上述第二外掛式收發電路之上述偵測範圍時，藉由上述控制器根據上述第一影像門檻值判斷上述反光物體之一第一位置參數，藉由上述控制器根據上述第二影像門檻值判斷上述反光物體之一第二位置參數，以及藉由上述控制器根據上述第一位置參數和上述第二位置參數判斷上述反光物體在上述觸控平面上之一座標位置。