运用高效能对象追踪技术的压电式多点触控

摘要:矽创所推出的压电式多点触控技术,除兼顾了各种触控技术的优点,并弥补了电阻式或投射电容式触控技术许多先天无法避免的缺点之外,在多点触控的动态分析与控制技术上,运用了先进的算法,让触控屏能在不同的操作条件或环境下发挥多点触控的最大效能。

关键词:压电式多点触控;压力感测;物件追踪

中图分类号:TN949.199 文献标识码:B

Voltage-driven Multi-touch Technology of High Performance

Object Tracking

LIN Yan-zhong, QIAN Jin-wei

(Sitronix Technology Co.,Ltd., Taiwan, China)

Abstract:The voltage-driven multi-touch technology developed by Sitronix integrates the advantages of various touch-panel technology and can compensate the inherent disadvantages of not only the resistive type but also the capacitive type touch panel technology. Furthermore, various kind of object tracking technologies are employed for the dynamic analysis and control of the multi-touch function. The voltage-driven multi-touch technology can suit different kind of environments and concurrently achieve the high performance.

Keywords:voltage-driven multi-touch; pressure detection; object tracking

引言

作为一种新兴的人机互动方式,multi-touch触控技术必然要保持一种可持续发展的势态,例如没有任何限制的触控点数,可以让更多的手指一同接触面板,来创造出各式不同的应用,或者是考虑触控给用户带来的真实体验,就像我们知道“触摸的感觉组成,它有很大部分是物理移动。如果我们要把这种触摸的感觉推向极致的话,物理移动是一定需要的”。根据这样的简单逻辑,我们会希望在按一个东西的时候,它真的可以侦测按下去的力道轻重。

目前,电阻式与电容式触控是比较主流的两类触控技术。电阻式触控设计简单,成本最低,是目前最主要的触控技术。但电阻式触控较受制于其物理局限性,如透光率较低、高线数的大侦测面积造成处理器负担、其应用特性使之易老化从而影响使用寿命等问题。因此,在较为高端的应用中,电容式触控技术成为首选。电容式触控支持多点触控功能,拥有更高的透光率、更低的整体功耗,其接触面硬度高,无需按压,使用寿命较长,所以Apple(苹果公司)在推出iPhone时选择的是电容式触控。

不过,电容式触控也有自身的问题需要克服,如在一体化模块中,液晶屏和铟锡氧化物范本(ITO)做在同一个真空堆栈中,为了达到触点侦测功效,ITO模板需不断地扫描像素,这会持续散发干扰信号,影响整个模块的操作,因此在电容式触控的应用上,要真正做到没有任何触控限制的true multi-touch,还有许多技术待克服。另外,为了不让ITO的表面电流被隔绝,硬化镀层一般非常薄,若施加在触摸屏上的外力过大时,可能伤及ITO,从而降低使用寿命。此外,目前电容式触控面板的成本还比较高,在大尺寸应用方面比较困难。

矽创所开发的压电式多点触控技术,可以说是介于电阻式与电容式之间,其感应原理与iPhone类似,最主要的不同之处在于其信号为电压源而非电流源,如图1所示。当上板与下板接触导通后形成回路造成电压值改变,再通过如同LCD驱动IC的扫描方式由Row(行)发送信号,再由Column(列)接收回来判定触摸点位置,由于其扫描频率最高可达200Hz,因此可以实时快速地获取触点信息,再通过专用的MCU、DSP来准确计算出多点坐标,给出信号。压电式触控技术在没有触摸动作时,触摸屏不会耗电,因此功耗远低于传统的电阻式多点触控技术。

1 多点触控的核心――对象追踪

在压电式多点触控的运算流程中,通过扫描系统(scanning system)侦测触控点信息,通过滤波器先将原始数据中的背景噪声消除,界定触控的区域范围并得到有效触控面积后,可以进一步计算出重心位置,经过DSP作运算处理判断是否合并成为坐标。另一个特性是侦测压力的变化,通过接触面积的不同而改变导通的电流量,IC内部电路进而根据该电流变化量转化为压力值变化,这可应用在小画家的应用软件上,根据输入介质的接触面积不同使笔触有粗细变化。这些处理后的坐标以及压力信息再经由MCU将多点移动动作转换成手势指令,将此指令传给主系统的CPU就可以控制面板显示内容以及执行一些应用程序了,但其中如何将触碰在屏幕上的每一点的动作完整的解析出来,是整个多点触控系统中最重要的核心,一旦处理的过程出现任何失误,对使用者而言就相当于手势辨识失败,或是多个触控点移动的轨迹出现混淆或错乱。

在这篇文章中我们将针对压电式多点触控技术中的核心――“对象追踪”(Object Tracking)这一部分做简单的介绍。对象追踪是通过比对连续移动对象的相似度来完成的,其中的议题涵盖如何建立对象的特征、相似程度的判别以及如何在整个对象数据库中快速寻找目标物,让系统能利用在高速扫描运作下所产生的大量信息来完成多点触控的功能。

矽创电子所开发的压电式触控技术中所使用的对象追踪可细分为三个处理程序:

1. 区域合并(Region-Based combination)

2. 主动式轮廓追踪(Active Contour-Based Tracking)

3. 特征追踪(Feature-Based Tracking)

1.1 区域合并

因为压电式触控技术以矩阵式的侦测器来感应手指或物体触碰的动作,一般而言,当触碰到屏幕的物体较大或是手指按压的力量较大时,会让侦测器所感应到的面积范围较大,但某些时候因为手指或物体的移动速度较快,或是触碰时的压力不够大,造成同一个触碰范围内,扫描系统侦测到的对象由好几个组成,而不是单一的触控对象,因此在区域式追踪的算法中,我们必须判断在同一个扫描帧(frame)中,哪些对象有可能是同一个手指或物体所造成的,就必须把这些对象合并在一起,否则若破碎的情况没有办法有效的合并,那么将来这些对象在移动的过程中将更加难以追踪辨识。

1.2 主动式轮廓追踪

这类方法是将扫描系统侦测到的触碰信号转换成轮廓线(contour)来表示,并赋予轮廓线影像空间的特性,比如面积、形状等,再利用每个frame新的信息作轮廓的更新,用以追踪对象。在多点触碰的过程中,每一个手指或触碰的物体在经过上一个步骤“区域合并”之后所产生的轮廓都不尽相同,而在这些对象移动的过程中,我们就可以根据每一个对象在轮廓上的特性来增加追踪的正确性,而且由于轮廓线是封闭曲线,本质上也容易解决对象交错的问题。