紅外線式觸控交互技術(shù)發(fā)展探究

最初的紅外式觸控交互技術(shù)出現(xiàn)于1992年，分辨率只有32×32。第一代紅外式觸控交互技術(shù)分辨率低、易受環(huán)境干擾而誤動作，要求在一定的遮光環(huán)境中使用。由于這些局限性，致使紅外式觸控交互技術(shù)曾經(jīng)淡出市場。

第二代紅外式觸控交互技術(shù)于1994年推出，分辨率達(dá)到64×64，改善了抗光干擾性能，可以適應(yīng)大多數(shù)室內(nèi)環(huán)境。第三代紅外式觸控交互技術(shù)1997年推出，分辨率達(dá)到320×240，可以在室外非陽光直射的環(huán)境中使用；第四代紅外式觸控交互技術(shù)1998年推出，使分辨率提高到了800×600。從紅外式觸控交互技術(shù)的發(fā)展歷程來看，主要的進(jìn)步是沿著提高分辨率和對強(qiáng)光干擾環(huán)境適應(yīng)能力兩個方面進(jìn)行的，但基本上沒有克服產(chǎn)品壽命短、器件特性參數(shù)容易漂移等問題。

近期推出的第五代紅外式觸控交互技術(shù)，不僅將分辨率提高到了1000×720，通過插值運(yùn)算，分辨率高達(dá)4096×4096?？箯?qiáng)光干擾性能提高到太陽直射環(huán)境亦可使用，更重要的是在產(chǎn)品壽命和免維護(hù)性能方面有了本質(zhì)的飛躍。第五代紅外觸控技術(shù)采用概率函數(shù)器件冗余分布的指導(dǎo)思想，工作環(huán)境下壽命大于7年。這就是說，當(dāng)配套的顯示器達(dá)到壽命終結(jié)的時候，觸控交互模塊本身仍然可以正常工作。

第五代紅外式觸控交互技術(shù)在性能指標(biāo)上的改善，將觸控交互界面顯示模塊的應(yīng)用推向新的水平。例如，過去觸控交互界面顯示模塊在跟蹤手指移動軌跡的時候會出現(xiàn)很多斷筆，無法用于漢字識別。第五代紅外式觸控交互技術(shù)在跟蹤手指移動軌跡的時候，精度、平滑度和跟蹤速度都可以滿足要求。用戶的書寫可以十分流暢地轉(zhuǎn)換成圖像軌跡，完全支持手寫識別輸入。

實(shí)際上，已經(jīng)可以用第五代紅外式觸控交互技術(shù)這樣一個單一設(shè)備作為完整的人機(jī)界面平臺，取代鼠標(biāo)、書寫板甚至鍵盤。從應(yīng)用的層面看，觸控交互技術(shù)不應(yīng)該僅僅作為一個將觸摸位置轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)信息的簡單設(shè)備，而應(yīng)該作為一個完整的人機(jī)界面系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。第五代紅外式觸控交互技術(shù)就是依據(jù)這樣的標(biāo)準(zhǔn)，通過內(nèi)置的處理器和完善的驅(qū)動軟件來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品概念的提升。

3、海爾集團(tuán)在觸控交互技術(shù)方面取得的成果

隨著社會信息化的深入發(fā)展，家庭娛樂設(shè)備也越來越多的向數(shù)字化、信息化發(fā)展。我國自2003年率先提出平板電視的概念后，平板電視被各級市場的消費(fèi)者逐步了解并認(rèn)同。同時具備強(qiáng)大功能和直觀操作方式的家庭數(shù)字娛樂終端，將成為用戶迫切需求。

國內(nèi)的高端觸控交互技術(shù)產(chǎn)品已經(jīng)基本被Unitop（匯冠）紅外式觸控交互技術(shù)壟斷，全國的金融設(shè)備、自助設(shè)備等行業(yè)市場已經(jīng)長期使用并反饋良好。市場也出現(xiàn)了一些其他的進(jìn)入者，如OneTouch、GeneralTouch，由于技術(shù)不足和產(chǎn)品應(yīng)用中頻繁出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，短時間無法對Unitop造成實(shí)質(zhì)威脅。

國內(nèi)中端觸控交互技術(shù)市場已經(jīng)基本被GeneralTouch（四川吉銳）聲波式觸控交互技術(shù)壟斷，主要應(yīng)用在自助設(shè)備市場。最近出現(xiàn)了一些其他進(jìn)入者，如OneTouch、ConTouch，由于可以提供較為相似產(chǎn)品，已經(jīng)對GeneralTouch的市場份額形成蠶食態(tài)勢[4.5]。

海爾集團(tuán)最新研制出的先進(jìn)觸控交互式數(shù)字高清平板電視接收機(jī)， 其產(chǎn)品和技術(shù)以靈活多變的媒體形式，高效快速的反應(yīng)能力以及免維護(hù)、長壽命、高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)快速得到商業(yè)、工程及軍工等行業(yè)的認(rèn)可，已經(jīng)被多個重點(diǎn)市場所接受。不但滿足了用戶的需求，更能充分享受數(shù)字高清平板電視接收機(jī)的各種信息化功能。如：互動游戲、信息查詢、節(jié)目點(diǎn)播、網(wǎng)上沖浪、收發(fā)郵件等功能。從而帶動數(shù)字高清平板電視接收機(jī)的普及和整個平板電視產(chǎn)業(yè)鏈的提升。與傳統(tǒng)平板電視相比，海爾集團(tuán)研制出的先進(jìn)觸控交互式數(shù)字高清平板電視接收機(jī)具有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：

1）智能調(diào)節(jié)，無光干擾，高透光性，最高達(dá)100%

采用革命性的機(jī)械和光學(xué)設(shè)計(jì)，徹底解決了以往紅外觸控技術(shù)無法抗光擾或只能在法線30度以內(nèi)抗光擾的缺陷，對于任意角度的日照光線均有很強(qiáng)的抗光擾能力，完全適應(yīng)強(qiáng)日光照射下的戶外工作。同時顯示界面表面沒有任何的涂層或覆膜，能達(dá)到無玻璃工作，最高達(dá)100%

2）高性能、高可靠性的預(yù)掃描補(bǔ)償技術(shù)的觸摸檢測技術(shù)

在掃描檢測方面，這項(xiàng)技術(shù)采用了預(yù)先檢測紅外發(fā)射和接收管的發(fā)射和接收靈敏度的方法，可以設(shè)定在設(shè)備正式工作前首先檢測一遍或幾遍紅外發(fā)射和接收管的發(fā)射效率和靈敏度，然后記憶每一對管子的靈敏度情況，通過觸摸屏內(nèi)部的微控制器系統(tǒng)來調(diào)整電路的放大倍數(shù)，自動適應(yīng)紅外發(fā)射和接收管靈敏度，以保證檢測的可靠性。使用這種技術(shù)，即使管子經(jīng)過長時間的使用后，靈敏度下降到原來的1/4～1/3，也能保證可靠地檢測到觸摸操作，大大地提高了檢測的可靠性。而現(xiàn)有的紅外觸摸屏，一般只要有一對管子的靈敏度下降到原來的一半，就無法正常使用了。而紅外發(fā)射管在大電流沖擊下發(fā)射效率降低的曲線是一個接近對數(shù)曲線的曲線，因此使用這種技術(shù)能夠延長紅外觸摸屏的使用壽命3-5倍。

3）模塊化總線驅(qū)動技術(shù)

超大尺寸觸摸屏需要解決許多工藝上的限制，比如比常規(guī)尺寸多得多的紅外線傳感器，如果采用小尺寸通常的掃描技術(shù)，不僅掃描一場的時間就慢得驚人，而且存在安裝觸摸屏的顯示器周圍的狹小空間內(nèi)的電路板的布線等問題，以及裝配、維修、運(yùn)輸?shù)葐栴}。同時，50－100英寸全系列顯示器尺寸種類眾多，還存在4：3、16：9等不同的尺寸規(guī)范，甚至還有非標(biāo)產(chǎn)品。這樣一來，不僅產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)和庫存成本驚人，而且如果每個尺寸產(chǎn)品都單獨(dú)開發(fā)，就需要每種產(chǎn)品都進(jìn)行相關(guān)檢測認(rèn)證。而使用創(chuàng)新的通用模塊電路，以總線方式串接，在只需要布設(shè)有限數(shù)量的總線的基板上采用搭積木的方式來設(shè)計(jì)不同尺寸規(guī)格的超大尺寸觸摸屏，大大降低了設(shè)計(jì)難度，縮短了設(shè)計(jì)周期，不僅完美地解決了上述問題，而且降低了維護(hù)維修成本。

4）快速響應(yīng)技術(shù)

采用用了一種能夠有效地提高紅外觸摸屏響應(yīng)速度的創(chuàng)新的方法。首先在整個觸摸屏的區(qū)域內(nèi)掃描檢測是否有觸摸物存在；如果檢測到有觸摸物則計(jì)算觸摸物的位置，并以該位置為參照點(diǎn)，選擇該其前后左右的若干對紅外發(fā)射和接收對管來設(shè)定新的、小于整個觸摸屏尺寸的檢測區(qū)域并掃描檢測該區(qū)域；如果在該設(shè)定區(qū)域內(nèi)再次檢測到觸摸物，則重復(fù)上述計(jì)算、設(shè)定步驟，或者設(shè)定與上次尺寸相同的檢測區(qū)域，或者設(shè)定尺寸更小的新區(qū)域，繼續(xù)掃描檢測觸摸物。如此循環(huán)重復(fù)上述步驟，如果上述的某次檢測沒有檢測到觸摸物，則重新開始對整個觸摸屏的掃描檢測。由于這種方法減小了實(shí)際的檢測掃描面積，因此極大地提高觸摸屏對于觸摸操作的響應(yīng)速度，使得近百英寸的觸摸屏的響應(yīng)速度與十幾英寸的觸摸屏的響應(yīng)速度幾乎相同，非常適用于大尺寸的紅外觸摸屏。

5）多點(diǎn)觸摸技術(shù)

使用了一種創(chuàng)新的專利技術(shù)來識別紅外觸摸屏上多個觸摸點(diǎn)。這種方法在觸摸屏掃描檢測到了觸摸屏的橫向或縱向有超過一對發(fā)射個接收管之間的光線被阻斷以后，存貯被阻斷的對管的序號或地址，并將檢測得到的縱橫向的坐標(biāo)值組合得到多個可能的觸摸點(diǎn)。然后，再使用離軸掃描的方法，剔除偽觸摸點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)觸摸的檢測。這種方法有兩種具體的技術(shù)方案，都已經(jīng)分別申請了中國專利。并且，這兩種技術(shù)方案都不改變現(xiàn)有紅外觸摸屏的結(jié)構(gòu)，均通過微處理器的軟件實(shí)現(xiàn)，因此具有應(yīng)用成本極低、適用性非常廣闊的優(yōu)點(diǎn)。

4、結(jié)論

平板顯示行業(yè)已成為國際貿(mào)易領(lǐng)域增長最快的產(chǎn)業(yè)之一，平板顯示新技術(shù)是下一代移動通信、新一代家電和3C整合產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)，在未來幾乎所有電子信息產(chǎn)品中均有應(yīng)用，是國際信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)制高點(diǎn)。海爾集團(tuán)在開拓國際市場方面具有良好的基礎(chǔ)，先進(jìn)觸控交互式數(shù)字高清平板電視接收機(jī)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化必將進(jìn)一步突顯我國觸控交互式數(shù)字高清平板電視的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，在不斷開拓國內(nèi)外市場中提升電子信息產(chǎn)品的技術(shù)水平；加快形成平板顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展的優(yōu)良平臺，在更高的層次上承接國際技術(shù)轉(zhuǎn)移，開展更廣泛和更深入的國際合作。