一種提高紅外觸摸詭點(diǎn)識(shí)別準(zhǔn)確率的算法實(shí)現(xiàn)

張劍平

（蘇州長(zhǎng)風(fēng)航空電子有限公司 江蘇省蘇州市 215000）

隨著機(jī)載顯示器交互元素的日益豐富，作為交互手段的觸屏功能也從單點(diǎn)觸摸向多點(diǎn)觸摸提出了新要求。目前，紅外觸摸屏技術(shù)作為機(jī)載顯示器有效的觸摸實(shí)現(xiàn)方案，具備高透光率率，不受電流、電壓和靜電干擾的優(yōu)勢(shì)。但紅外觸摸屏本身也存在易受到陽(yáng)光干擾，分辨率低以及多點(diǎn)識(shí)別困難的缺陷。本文針對(duì)其中多點(diǎn)識(shí)別困難問(wèn)題（“詭點(diǎn)”識(shí)別率準(zhǔn)確率低），在現(xiàn)有觸摸識(shí)別算法上，通過(guò)改進(jìn)，進(jìn)一步提升“詭點(diǎn)”識(shí)別準(zhǔn)確率。

1 “詭點(diǎn)”產(chǎn)生的原因

如圖1 所示。軟件在水平和垂直方向掃描，檢測(cè)到水平方向和垂直方向均存在雙點(diǎn)觸摸區(qū)域后，并不能就此確定，真實(shí)兩個(gè)觸摸點(diǎn)是“（M，N）”還是“（M’，N’）”。其中之一為真實(shí)觸摸雙點(diǎn)，另外之一則為“詭點(diǎn)”。識(shí)別真實(shí)雙點(diǎn)亦是“詭點(diǎn)”識(shí)別的過(guò)程。

2 現(xiàn)有“雙點(diǎn)”觸摸算法和弊端

為了識(shí)別“詭點(diǎn)”，一種紅外軟件采用如圖2 算法。即在垂直方向或水平方向，進(jìn)一步斜掃描。以垂直方向斜掃描為例，通過(guò)垂直方向斜掃描和水平坐標(biāo)（或者水平方向斜掃描和垂直坐標(biāo)）計(jì)算出坐標(biāo)點(diǎn)C，比較其與點(diǎn)M 和點(diǎn)M’的距離，如果C 靠近M，則M 為真實(shí)觸摸點(diǎn)；否則，M’為真實(shí)觸摸點(diǎn)。

該識(shí)別算法弊端在于：識(shí)別出錯(cuò)概率大。原因在于：

（1）斜掃描的偏移燈管xdelt遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Ynum，ydelt遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Xnum，斜掃描的投射分別率不夠，導(dǎo)致識(shí)別出錯(cuò)，如圖2 所示，“點(diǎn)M”和“點(diǎn)M’”越近，“點(diǎn)A”和“點(diǎn)B”發(fā)生重疊（或者不足以區(qū)分）的概率就越大；

（2）存在識(shí)別盲區(qū)的問(wèn)題。如圖2 所示，灰色區(qū)域存在掃描盲區(qū)。這個(gè)盲區(qū)隨著xdelt和ydelt變大而變大。

3 改進(jìn)算法

降低識(shí)別出錯(cuò)概率的原理是：將雙點(diǎn)置于不同的坐標(biāo)體系下進(jìn)行掃描。每一種坐標(biāo)體系下，掃描結(jié)果都包含兩個(gè)真實(shí)觸摸點(diǎn)和兩個(gè)詭點(diǎn)。其特征是：對(duì)于真實(shí)觸摸點(diǎn)來(lái)說(shuō)，不同的坐標(biāo)系下掃描出的位置基本重合，而產(chǎn)生的兩個(gè)詭點(diǎn)卻有比較大的位置偏差。計(jì)算每種坐標(biāo)體系下真實(shí)點(diǎn)的位置偏差，以及詭點(diǎn)位置偏差，對(duì)四個(gè)偏差進(jìn)行排序，最小的兩個(gè)點(diǎn)即為真實(shí)觸摸點(diǎn)。如圖3 所示。

實(shí)際上，不同的坐標(biāo)下掃描，水平和垂直方向也包含兩個(gè)真實(shí)觸摸點(diǎn)和兩個(gè)詭點(diǎn)，如圖4 所示。因此，整個(gè)掃描包括：

（1）坐標(biāo)系XOY 下進(jìn)行掃描，掃描結(jié)果四個(gè)點(diǎn)： M、N、M' 和N'。

（2）將坐標(biāo)系XOY 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)偏移角度θ，得到一個(gè)新的坐標(biāo)系XθOYθ。坐標(biāo)系XθOYθ下進(jìn)行掃描, 垂直方向，獲取兩根掃描直線X0_Lθ和X1_Lθ；水平方向，獲取兩根掃描直線Y0_Lθ和Y1_Lθ。

圖1：“詭點(diǎn)”產(chǎn)生示意圖

圖2：一種紅外去“詭點(diǎn)”算法示意圖

圖3：改進(jìn)算法掃描示意圖

（3）將坐標(biāo)系XOY 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)偏移角度-θ，得到一個(gè)新的坐標(biāo)系X-θOY-θ。坐標(biāo)系X-θOY-θ下進(jìn)行掃描，垂直方向，獲取兩根掃描直線X0_L-θ和X1_L-θ；水平方向，獲取兩根掃描直線Y0_L-θ和Y1_L-θ。

圖4：θ、-θ 和政教坐標(biāo)系下掃描結(jié)果

圖5：改進(jìn)之后的雙點(diǎn)識(shí)別解決方案

圖6：原雙點(diǎn)縮放運(yùn)動(dòng)劃線軌跡效果圖

圖7：改進(jìn)后雙點(diǎn)縮放運(yùn)動(dòng)劃線軌跡效果圖

（4）計(jì)算直線矩陣[X0_LθX0_L-θ]與[Y1LθY1_L-θ]T

根據(jù)公式（1）可以計(jì)算出四個(gè)坐標(biāo)矩陣：

根據(jù)公式（2）可以計(jì)算出四個(gè)坐標(biāo)矩陣

根據(jù)公式（3）可以計(jì)算出四個(gè)坐標(biāo)矩陣

根據(jù)公式（4）可以計(jì)算出四個(gè)坐標(biāo)矩陣

對(duì)三種坐標(biāo)系下的點(diǎn)偏差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和排序，誤差最小的兩個(gè)即為真實(shí)觸摸點(diǎn)。

因?yàn)閽呙杳^(qū)的原因，實(shí)際過(guò)程中,諸如X0_Lθ和X1_Lθ這些掃描直線不存在，解決這個(gè)做法是，使用X0_L0和X1_L0替換到公式（1）~（4）中，這樣可以避免盲區(qū)的出現(xiàn)。

4 軟件實(shí)現(xiàn)

圖5 說(shuō)明了軟件實(shí)現(xiàn)流程圖。

表1：紅外觸摸屏性能指標(biāo)對(duì)比

圖8：原雙點(diǎn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)劃線軌跡效果圖

圖9：改進(jìn)后雙點(diǎn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)劃線軌跡效果圖

圖10：改進(jìn)后雙點(diǎn)W 波浪型劃線操作效果圖

圖11：改進(jìn)后雙點(diǎn)8 字型劃線操作效果圖

5 驗(yàn)證測(cè)試

為了更好的對(duì)新方案算法效果展示，在測(cè)試時(shí)，將其與原有紅外觸摸軟件（2C_JZC300-001CX）觸摸效果進(jìn)行了劃線操作對(duì)比；操作包括縮放運(yùn)動(dòng)操作、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)操作、W 字型劃線操作、倒8 字劃線操作。同時(shí)也與XYJ-104 的雙點(diǎn)觸摸功能（華東光電供）進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)比結(jié)果有優(yōu)勢(shì)，也存在改進(jìn)的空間。具體如下：

5.1 觸摸效果對(duì)比

圖6 展示了原紅外觸摸軟件雙點(diǎn)縮放運(yùn)動(dòng)沿135°對(duì)角線縮放操作的軌跡效果。從軌跡來(lái)看，雙點(diǎn)坐標(biāo)相互干擾，雜亂無(wú)章。

圖7 展示了重新設(shè)計(jì)之后的紅外觸摸軟件雙點(diǎn)斜對(duì)角線縮放運(yùn)動(dòng)的軌跡。對(duì)比圖6，可以發(fā)現(xiàn)于劃線軌跡平滑，沒(méi)有詭點(diǎn)。

圖8 展示了原紅外觸摸軟件雙點(diǎn)交叉旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡效果。圖中可以說(shuō)明，兩個(gè)觸摸點(diǎn)之間坐標(biāo)相互影響。坐標(biāo)相互交叉。運(yùn)動(dòng)軌跡不呈現(xiàn)弧形。

圖9 展示了重新設(shè)計(jì)之后的紅外觸摸軟件雙點(diǎn)交叉旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡效果。圖中可以說(shuō)明，兩個(gè)觸摸點(diǎn)相互獨(dú)立。運(yùn)動(dòng)軌跡呈現(xiàn)弧形，完全反應(yīng)了旋轉(zhuǎn)操作過(guò)程。

圖10 和圖11 分別展示了改進(jìn)后的雙點(diǎn)進(jìn)行“W 字型”和“倒8 字型”操作的劃線軌跡。可以看到，劃線軌跡平滑順暢，無(wú)跳躍點(diǎn)和明顯鋸齒。其中，黑色代表先按下的點(diǎn)（第一個(gè)點(diǎn)），紅色代表后按下的點(diǎn)（第二個(gè)點(diǎn)）。兩個(gè)點(diǎn)被識(shí)別成有序序列。比如：抬起其中第一個(gè)點(diǎn)，未抬起的的一點(diǎn)仍然可以被識(shí)別為第二個(gè)點(diǎn)；抬起其中第二個(gè)點(diǎn)，未抬起的一點(diǎn)仍然可以被識(shí)別為第一個(gè)點(diǎn)。且，這些功能是在改進(jìn)后紅外軟件中處理實(shí)現(xiàn)的，以固定的協(xié)議格式上報(bào)給應(yīng)用軟件，不需要作圖應(yīng)用軟件自己處理。

5.2 性能指標(biāo)對(duì)比

表1 給出了改進(jìn)之后、改進(jìn)之前的紅外軟件以及XYJ-104 的紅外軟件，在軟件觸摸功能上的性能對(duì)比。

6 總結(jié)

本文探討一種改進(jìn)的多點(diǎn)觸摸算法實(shí)現(xiàn)。更好的解決了目前機(jī)載紅外觸摸雙點(diǎn)識(shí)別錯(cuò)誤率高的問(wèn)題，提高了“詭點(diǎn)”識(shí)別正確率以及解決了識(shí)別盲區(qū)問(wèn)題。性能指標(biāo)對(duì)于同類算法和產(chǎn)品，也具有一定的優(yōu)勢(shì)，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。