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新型光學(xué)觸摸屏的實(shí)現(xiàn)

作者:張兵 馮金垣 戚其豐 時(shí)間:2014-09-25 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 收藏
編者按:  摘要:本文解決了目前市售觸摸屏存在的有觸摸死角、假兩點(diǎn)等問(wèn)題。設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)裝置用來(lái)求取攝像頭模塊中的攝像頭的內(nèi)參數(shù)和畸變參數(shù),方法為在觸摸區(qū)域拍攝多幅圖,通過(guò)每幅圖上多個(gè)點(diǎn)的像素?cái)?shù)和這些像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的觸摸點(diǎn)在觸摸區(qū)域的世界坐標(biāo)的關(guān)系求得一個(gè)內(nèi)參數(shù)矩陣,之后對(duì)獲取的多個(gè)內(nèi)參數(shù)矩陣進(jìn)行優(yōu)化以求取內(nèi)參數(shù)的最優(yōu)解,之后再求取畸變參數(shù)的最優(yōu)解。求解過(guò)程中多次用Levenberg-Marquardt優(yōu)化算法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理,由于該算法是較為有效的修正的最小二乘法,所求參數(shù)的精確度較高。   引言   光

  摘要:本文解決了目前市售觸摸屏存在的有觸摸死角、假兩點(diǎn)等問(wèn)題。設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)裝置用來(lái)求取模塊中的的內(nèi)參數(shù)和畸變參數(shù),方法為在觸摸區(qū)域拍攝多幅圖,通過(guò)每幅圖上多個(gè)點(diǎn)的像素?cái)?shù)和這些像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的觸摸點(diǎn)在觸摸區(qū)域的世界坐標(biāo)的關(guān)系求得一個(gè)內(nèi)參數(shù)矩陣,之后對(duì)獲取的多個(gè)內(nèi)參數(shù)矩陣進(jìn)行優(yōu)化以求取內(nèi)參數(shù)的最優(yōu)解,之后再求取畸變參數(shù)的最優(yōu)解。求解過(guò)程中多次用Levenberg-Marquardt優(yōu)化算法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理,由于該算法是較為有效的修正的最小二乘法,所求參數(shù)的精確度較高。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/263366.htm

  引言

  是一種利用光學(xué)成像技術(shù)獲取觸摸位置的觸摸屏設(shè)備[1]在準(zhǔn)確率、反應(yīng)速度、大尺寸應(yīng)用方面上都優(yōu)于其他觸摸屏,且成本低廉[2]。本文分析了市售存在的一些問(wèn)題,并實(shí)現(xiàn)了一種新型的光學(xué)觸摸屏克服這些設(shè)計(jì)缺陷。該實(shí)現(xiàn)相對(duì)于市售觸摸屏增加了模塊的數(shù)量。同時(shí)本文提出了一種實(shí)驗(yàn)方法以求取該實(shí)現(xiàn)所用的攝像頭的內(nèi)參數(shù),該方法最大的特點(diǎn)就是求解過(guò)程中多次使用Levenberg-Marquardt優(yōu)化算法[3~4],該算法具有梯度法和牛頓法的優(yōu)點(diǎn)[4],是一種廣泛使用的最小二乘法,因此所求參數(shù)精確度較高。

  1 光學(xué)觸摸屏總體方案簡(jiǎn)介

  1.1 市售觸摸屏簡(jiǎn)介及其不足

  目前市售光學(xué)觸摸屏產(chǎn)品主要是利用兩個(gè)攝像頭去捕捉觸摸位置。以一款式光學(xué)觸摸屏為例,該觸摸屏觸摸區(qū)域的左、右上角分別對(duì)稱放置一個(gè)圖像,每個(gè)綁一個(gè)發(fā)射器。觸摸區(qū)域的四個(gè)邊框有反光條,反光條是利用光學(xué)原理,能把光線逆反射回到光源處的一種特殊結(jié)構(gòu)的 PVC膜。發(fā)射器射出不可見(jiàn)光照射到反光條上,在沒(méi)有觸摸物時(shí),兩個(gè)都將看到一段全白的圖像,在有觸摸物時(shí)傳感器看到的是一段被陰影切斷的圖像。由于觸摸位置不同時(shí)兩個(gè)傳感器看到的陰影位置不同,可由如圖1所示的交匯測(cè)量系統(tǒng)[9]的測(cè)量原理確定觸摸坐標(biāo)。

  在觸摸平面上建立坐標(biāo)系O1-XY,O1、O2為兩攝像頭模塊的鏡頭光心,兩側(cè)攝像頭光路如圖1所示,設(shè)兩傳感器光心距離為L(zhǎng),傳感器光軸與X軸的夾角為θ,任取觸摸點(diǎn)P(Px ,Py ),PO1、PO2與X軸的夾角分別為α、β ,λ為鏡頭到CMOS探測(cè)器的距離,以兩個(gè)攝像頭的光軸為基準(zhǔn),令 α、β順時(shí)針為負(fù)逆時(shí)針為正,則有:

  tan α= L1/λ (1-1)
  tan β= L2/λ (1-2)
  tan (θ-α)=Px/Py (1-3)
  tan (θ+β)=Py(L-Px) (1-4)

  由上述關(guān)系可得:

 ?、?存在觸摸死角[8],如圖2所示。當(dāng)觸摸點(diǎn)離攝像頭1較近時(shí),由于紅外線燈照在觸摸物上的反光,攝像頭1看到的是全白的圖像,攝像頭2看到了觸摸物但無(wú)法判斷遠(yuǎn)近,因此觸摸點(diǎn)在此處的物理坐標(biāo)是無(wú)法確定的。

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