基于CMOS的光学触摸屏研究

摘要

触摸屏作为一种新的计算机输入设备，统一了触觉和视觉，使人机交互更加直观、便捷。iPhone的巨大成功，使得触摸屏的应用风潮达到一个前所未有的高度。目前，触摸屏技术的发展格局是;中小尺寸领域以电阻式和电容式为主导，大尺寸领域多种技术并存包括红外式、表面声波式以及光学式触摸技术。
　　 光学触摸技术作为一种新兴的触摸技术，打破原有触摸技术的瓶颈，从准确率、反应速度和使用寿命等方面都有大幅度提高。安装在显示屏顶部两角的两个数字摄像头可以精准地检测出多个触摸位置，不仅可以实现单击、拖拉，还可以自由旋转和放大图片，更可以通过轻轻接触屏幕来控制三维物体运动。
　　 本文研究了一种基于CMOS图像传感器的光学触摸屏的设计方法，对光学触摸屏的关键环节——坐标运算和HID设备进行了深入的研究，并对正弦函数、反正切函数在FPGA上的实现和HID设备的实现进行了软件设计。主要内容有;
　　 1、讨论了CMOS交汇测量的原理，并推导出触摸点物理坐标的计算公式，为后面坐标的运算提供了依据。
　　 2、对线阵CMOS工作电路、图像信号处理电路进行硬件电路设计，并在仿真软件TINA上进行了验证;采用Verilog语言在FPGA上完成0-999的计数器设计，实现对图像信号中像元个数的计数，确定触摸点在CMOS中的成像位置。
　　 3、根据CORDIC算法原理采用15级流水线式结构在FPGA上实现正弦函数、反正切函数的运算，并进行了仿真验证。
　　 4、采用PDIUSBD12芯片进行USB接口电路设计，按照HID设备类的规范，在ARM上编写固件程序，实现系统在主机上的自动识别和通信，并在主机上实现单击、双击以及拖动三种交互动作。