基于电容触摸屏的触摸边界非线性识别矫正方法

摘要

一种基于电容触摸屏的触摸边界非线性识别矫正方法，改进触摸的手指位于触摸屏边界区域时的手指定位识别的效果，进而提高手指触摸在触摸屏边界区域的识别线性度，同时使手指识别点可以到达的触摸屏的边界区域，尽量低接近边界0点，有效的避免了由于缺少一个旁瓣感应测量信号，精确手指位置值的导出将出现偏差的缺陷。

说明书

技术领域

本发明属于电容触摸屏技术领域，具体涉及到一种基于电容触摸 屏的触摸边界非线性识别矫正方法。

背景技术

电容触摸屏目前广泛用于手机和平板电脑这样的工业领域，比如 对一个显示分辨率为800*480的设备来说，其电容屏的实际感应触脚 却是很少的，与感应触角的数量相对应的为触摸分辨率。如果将触摸 分辨率在此设定为K*L，其中K为电容触摸屏的分辨率域的总行数，L为电容触摸屏的分辨率域的总列数，并且K和L均大于零，这样分 辨率域内部的能被感应的位置的感应信号就能表示为D（m*n），其中 m为小于等于K的整数，n为小于等于L的整数，而D（m*n）就表示 针对分辨率域内横向第m行纵向第n列的能被感应的位置的感应信号。 对该分辨率域的触摸屏进行感应信号的采样以后，经过一定的转化， 能够推导计算并映射到另一个800*480的显示分辨率域的信号点，这 个信号点就是手指在触摸屏上的精确触摸点，由此形成了手指触摸在 触摸屏上所形成的识别点的信号输出，在具体的实践操作中，D（m*n） 为手指触摸所产生的基本中心点，也就是信号最大点（或称之为极值 点），然后更精确的手指在触摸屏上的触摸点位置需要周边感应信号 的配合导出，即所谓的近极值点的感应信号的参与，因为远处的感应 信号点基本是噪声，不需要参与这个导出过程。通常手指在触摸屏上 的触摸感应信号D(m,n)和需要配合的周边感应信号的横向和纵向的 排列位置如下：

D(m-1,n-1)   D(m-1,n)   D(m-1,n+1)

D(m,n-1)   D(m,n)   D(m,n+1)

D(m+1,n-1)   D(m+1,n)   D(m+1,n+1)

这样在导出触摸点的方法中，使用横向的周边感应信号范围组合 导出手指横向的精确位置Px，使用纵向的周边感应信号范围组合导 出纵向精确位置Py，也就是无论是横向还是纵向，导出精确位置点 的主要依据是主瓣（就是D(m,n)这个极值点）和旁瓣，一般的情况 下，Px是用3个感应信号即D(m,n-1)、D(m,n)以及D(m,n+1)导 出，Py是用3个感应信号即D(m-1,n)、D(m,n)以及D(m+1,n)导 出，导出的方法主要有抛物线法，或质心法，或者其变种方法。任何 方法导出Px或Py的原始信号，如上面分析，都来源于三个连续的采 样，无论是D(m,n-1),D(m,n),D(m,n+1)还是D(m-1,n),D(m,n), D(m+1,n)，为了方便，这里统一描述成D(i-1)，D(i)，D(i+1)三个 数值，而Px或Py则统一描述成P。求取质心点(精确手指点)的基本 方法为公式（1）所示：

$P=\frac{D(i-1)*(i-1)+D\left(\text{i}\right)*i+D(i+1)*(i+1)}{D(i-1)+D\left(i\right)+D(i+1)}---\left(1\right)$

公式（1）中的P实际上是Px或Py，Px为导出的触摸点横向精确位 置，Py为导出的触摸点纵向精确位置，i为极值点位置，横向为n， 纵向为m；D(i)就是D(m,n)，D(i-1)表示横向是D(m,n-1)或者纵向 是D(m-1,n)，D(i+1)表示横向是D(m,n+1)或者纵向是D(m+1,n)，同 样用抛物线法可以得到类似的公式表达。

上述方法在一般条件下进行计算时，即是当感应数据极值点居中 时导出效果很好，这时两边的数据，无论是D(i-1)还是D(i+1)都实 际存在，但是当手指抵达触摸屏的四个边界区域的任意一个边界区域 的时候，无论是上边界，下边界，左边界还是右边界，该效果就变得 有一种被“钳位”了的特点。很显然,当手指抵达触摸屏的左边界或 上边界时，D(i-1)消失了；当手指抵达触摸屏的右边界或下边界时， D(i+1)消失了。

这种信号在边界区域的消失，使得质心法在这个时候由上面公式 （1）的方法导出的信号产生了畸变。首先这个消失的信号无法自动 补充，因为消失的信号和手指的具体位置有关，和已知的两个没有消 失的信号没有关联；其次这个信号消失的结果，如果依据公式（1） 的方法,在边界域必然会出现D(i-1)=0或者D(i+1)=0；这时公式（1） 会异化成如下公式（2）和公式（3）：

$P=\frac{D\left(i\right)*+D(i+1)*(i+1)}{D\left(i\right)+D(i+1)}---\left(2\right)$

$P=\frac{D(i-1)*(i-1)+D\left(i\right)*i}{D(i-1)+D\left(i\right)}---\left(3\right)$

这里公式（2）描述的是左边界或上边界异化的情况，公式（3）描述 的是右边界或下边界异化的情况，这种信号消失给手指点精确位置计 算带来的变异是很明显的。举个例子，假如手指到达一种特别位置， 导致三个感应信号采样中，两边的信号一样，即有D(i-1)=D(i+1)， 依据公式（1），得到的精确手指的位置为公式（4-1）：

$P=\frac{D(i-1)*(i-1)+D\left(\text{i}\right)*i+D(i+1)*(i+1)}{D(i-1)+D\left(i\right)+D(i+1)}=i---(4-1)$

也就是说手指位于极值点的感应测量位置的正中间。但是在边界 区域，即使手指达到了相同位置，即手指位于感应测量位置的正中间， 由于缺少一个旁瓣感应测量信号，精确手指位置值的导出将出现偏差。

发明内容

本发明提供一种基于电容触摸屏的触摸边界非线性识别矫正方 法，改进触摸的手指位于触摸屏边界区域时的手指定位识别的效果， 进而提高手指触摸在触摸屏边界区域的识别线性度，同时使手指识别 点可以到达的触摸屏的边界区域，尽量低接近边界0点，有效地避免 了由于缺少一个旁瓣感应测量信号导致手指位置精确值的导出出现 偏差的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于电容触摸屏的触摸边界非线性识别矫正方法，步骤如下：

步骤1：把手指静止在触摸屏上时，通过触摸屏上的电容式感应 器采集手指在触摸屏上的位置采样信号，并把采集到的手指在触摸屏 上的位置采样信号发送到处理器中，这样处理器无论是横向还是纵向， 都得到了位置采样信号D(i-1)、D(i)以及D(i+1)，D(i)为采集到的 手指在触摸屏上的位置采样信号的极值点，D(i-1)为该极值点在对应 的行左边或列上边的信号，D(i+1)为该极值点在对应的行右边或列下 边的信号。在位置采样信号D(i-1)、D(i)以及D(i+1)中存在D（0） 和D（1）的情况下，如果D(0)的值小于D(1)的值时，处理器判断手 指触摸点并不在触摸屏边界，这样处理器就利用公式（1）导出手指 触摸点在触摸屏的精确位置P，公式（1）如下所示：

$P=\frac{D(i-1)*(i-1)+D\left(\text{i}\right)*i+D(i+1)*(i+1)}{D(i-1)+D\left(i\right)+D(i+1)}---\left(1\right)$

公式（1）中的P是Px或Py，Px为导出的手指的触摸点横向精确 位置，Py为导出的手指的触摸点纵向精确位置，i为极值点位置。如 果D(0)的值不小于D(1)的值时，处理器判断手指触摸点在触摸屏边 界，这样处理器就利用公式（4）导出手指的触摸点在触摸屏的上边 界或左边界的精确位置P；而处理器利用公式（5）导出手指的触摸 点在触摸屏的下边界或右边界的精确位置P：

$P=\frac{D\left(0\right)*D\left(0\right)*0+D\left(1\right)*D\left(1\right)*1}{D\left(0\right)*D\left(0\right)+D\left(1\right)*D\left(1\right)}=\frac{D\left(1\right)*D\left(1\right)}{D\left(0\right)*D\left(0\right)+D\left(1\right)*D\left(1\right)}---\left(4\right)$

$P=\frac{D(M-2)*D(M-2)*(M-2)+D(M-1)*(M-1)*(M-1)}{D(M-2)*D(M-2)+D(M-1)*D(M-1)}\text{---}\left(5\right)$

M为电容触摸屏的分辨率域的总行数K或者总列数L，

而当i不为0的时候处理器就利用公式（1）导出手指的触摸点在 触摸屏的精确位置P；

步骤2：当手指在触摸屏上移动时，通过触摸屏上的电容式感应 器实时采集手指在触摸屏移动时的位置采样信号，并把采集到的手指 在触摸屏上的位置采样信号发送到处理器中，这样处理器无论是横向 还是纵向，都得到了位置采样信号D(i-1)、D(i)以及D(i+1)，D(i) 为采集到的手指在触摸屏上的位置采样信号的极值点，D(i-1)为该极 值点在对应的行左边或列上边的信号，D(i+1)为该极值点在对应的行 右边或列下边的信号，在位置采样信号D(i-1)、D(i)以及D(i+1) 中存在D（0）和D（1）的情况下，如果D(0)的值小于D(1)的值时， 处理器判断手指触摸点并不在触摸屏边界，这样处理器就利用公式（1） 导出手指的触摸点在触摸屏的精确位置P，公式（1）如下所示：

$P=\frac{D(i-1)*(i-1)+D\left(\text{i}\right)*i+D(i+1)*(i+1)}{D(i-1)+D\left(i\right)+D(i+1)}---\left(1\right)$

公式（1）中的P是Px或Py，Px为导出的手指的触摸点横向精确 位置，Py为导出的手指的触摸点纵向精确位置，i为极值点位置；如 果D(0)的值不小于D(1)的值时，处理器判断手指触摸点在触摸屏边 界，这样处理器就利用公式（4）导出手指的触摸点在触摸屏的上边 界或左边界的精确位置P；而处理器利用公式（5）导出手指的触摸 点在触摸屏的下边界或右边界的精确位置P：

$P=\frac{D\left(0\right)*D\left(0\right)*0+D\left(1\right)*D\left(1\right)*1}{D\left(0\right)*D\left(0\right)+D\left(1\right)*D\left(1\right)}=\frac{D\left(1\right)*D\left(1\right)}{D\left(0\right)*D\left(0\right)+D\left(1\right)*D\left(1\right)}---\left(4\right)$

$P=\frac{D(M-2)*D(M-2)*(M-2)+D(M-1)*(M-1)*(M-1)}{D(M-2)*D(M-2)+D(M-1)*D(M-1)}\text{---}\left(5\right)$

M为电容触摸屏的分辨率域的总行数K或者总列数L，

而当i不为0的时候处理器就利用公式（1）导出手指的触摸点 在触摸屏的精确位置P。

本发明的优点如下：

（1）该方法能够在手指到达边界区域时(上边界，下边界，左边 界和右边界)，找到更接近正确位置的途径，而不是如公式（2）或公 式（3）中所示，由于边界信号的自然缺失，使得导出的手指触摸位 置有很大的偏差。

（2）该方法要保证手指在移动过程中，特别是在移向边界的过程 中，方法的改良不会影响其手指导出位置的连续性，也就是说，移向 边界的过程不会出现导出结果的死区；

（3）该方法要保证手指在移动过程中，特别是在移向边界的过程 中，方法的改良不会改变其移动方向的单调性；也就是说，移向边界 的方向不会出现转向。

附图说明

图1为本发明的D(i-1)、D(i)以及D(i+1)的信号示意图。

图2为本发明的D（0）、D（1）以及D（2）的信号示意图。

图3为本发明的D（-1）、D（0）、D（1）以及D（2）的信号示 意图。

具体实施方法

本发明所描述的算法，其设计目的就是在边界区域进行非线性信 号处理，使得其识别精度尽量接近实际的位置。

下面通过具体实施例对本发明做进一步说明：

结合图1、图2和图3所示，本发明的基于电容触摸屏的触摸边 界非线性识别矫正方法，步骤如下：

步骤1：当手指静止在触摸屏上时，通过触摸屏上的电容式感应 器采集手指在触摸屏上的位置采样信号，并把采集到的手指在触摸屏 上的位置采样信号发送到处理器中，这样处理器无论是横向还是纵向， 都得到了位置采样信号D(i-1)、D(i)以及D(i+1)，D(i)为采集到的 手指在触摸屏上的位置采样信号的极值点，D(i-1)为该极值点在对应 的行左边或列上边的信号，D(i+1)为该极值点在对应的行右边或列下 边的信号。在位置采样信号D(i-1)、D(i)以及D(i+1)中存在D（0） 和D（1）的情况下，如果D(0)的值小于D(1)的值时，处理器判断手 指触摸点并不在触摸屏边界，这样处理器就利用公式（1）导出手指 的触摸点在触摸屏的精确位置P，公式（1）如下所示：

$P=\frac{D(i-1)*(i-1)+D\left(\text{i}\right)*i+D(i+1)*(i+1)}{D(i-1)+D\left(i\right)+D(i+1)}---\left(1\right)$

公式（1）中的P是Px或Py，Px为导出的手指的触摸点横向精确 位置，Py为导出的手指的触摸点纵向精确位置，i为极值点位置。如 果D(0)的值不小于D(1)的值时，处理器判断手指触摸点在触摸屏边 界，这样处理器就利用公式（4）导出手指的触摸点在触摸屏的上边 界或左边界的精确位置P；同样道理，处理器利用公式（5）导出手 指的触摸点在触摸屏的下边界或右边界的精确位置P：

$P=\frac{D\left(0\right)*D\left(0\right)*0+D\left(1\right)*D\left(1\right)*1}{D\left(0\right)*D\left(0\right)+D\left(1\right)*D\left(1\right)}=\frac{D\left(1\right)*D\left(1\right)}{D\left(0\right)*D\left(0\right)+D\left(1\right)*D\left(1\right)}---\left(4\right)$

$P=\frac{D(M-2)*D(M-2)*(M-2)+D(M-1)*(M-1)*(M-1)}{D(M-2)*D(M-2)+D(M-1)*D(M-1)}\text{---}\left(5\right)$

M为电容触摸屏的分辨率域的总行数K或者总列数L，

而当i不为0的时候处理器就利用公式（1）导出手指的触摸点在 触摸屏的精确位置P；当i不为0时，这种信号的特点是：位于中间 的D(i)是极大值，也就是主瓣，而D(i-1)和D(i+1)作为旁瓣都小于 主瓣数据D(i),其信号输出如图1所示。当然，随着手指的移动， D(i)中的i的值，无论纵向还是横向，都可能会变化。

步骤2：在手指在触摸屏中移动时，所述的D(i)中的i值，即位 置采样信号的极值点位置就会变化,这种变化通过触摸屏上的电容式 感应器采集手指在触摸屏上的位置采样信号来完成，显然在手指从触 摸屏中间位置移植至触摸屏边界位置的过程中，这个i值会越来越趋 近边界。

当手指触摸接近触摸屏左边界时，横向i值越来越接近0；

当手指触摸接近触摸屏上边界时，纵向i值越来越接近0；

当手指触摸接近触摸屏右边界时，横向i值越来越接近(L-1),L 为触摸屏的位置感应信号的总列数；

当手指触摸接近触摸屏下边界时，纵向i值越来越接近(K-1),K 为触摸屏的位置感应信号的总行数；

这个时候，依旧可以用公式（1）来计算手指触摸精确位置。

$P=\frac{D(i-1)*(i-1)+D\left(\text{i}\right)*i+D(i+1)*(i+1)}{D(i-1)+D\left(i\right)+D(i+1)}---\left(1\right)$

进一步当手指触摸点接近触摸屏的左边界或上边界时，通过触摸 屏上的电容式感应器采集手指在触摸屏的移动位置采样信号，并把采 集到的手指在触摸屏的移动位置采样信号发送到处理器中，这样处理 器在手指触摸点接近触摸屏的左边界或上边界时，就能在左边界横向 或上边界纵向上得到移动位置采样信号D(0)、D(1)和D(2),其中D(1) 是极值点，在这个时刻，D(0)和D(2)是小于D(1)的。这时所述的D(1) 为手指触摸点在该信号流的极值点，D(0)为该极值点那一行的第一列 (左边界)，或者该极值点那一列的第一行(上边界)的信号，D(2)为该 极值点那一行的第三列(左边界)，或者该极值点那一列的第三行(上 边界)的信号。手指触摸点在接近触摸屏的左边界或上边界过程中， 横向或纵向的数据会产生变化。随着手指触摸位置不断地在触摸屏上 向左边界或上边界移动，通过触摸屏上的电容式感应器采集手指在触 摸屏的移动位置采样信号，并把采集到的手指在触摸屏的移动位置的 采样信号发送到处理器中，这样处理器在(左边界)横向或(上边界) 纵向上都得到了移动位置采样信号D(0)、D(1)和D(2),其中各个数据 的变化规律是：D(0)的值越来越大；D(1)的值越来越小；D(2)的值也 是越来越小，且相比D(1)还要小一些，因为手指越离越远了；这种 信号变化的趋势依手指触摸点在触摸屏上的向边界移动是连续的。在 D(0)<D(1)的条件下，D(0)的上升和D(1)的下降导致一个状态一定 会出现那就是D(0)=D(1)，并且都大于D(2)。这个状态实际上是 手指触摸在两条感应(或驱动)线的正中间的状态。在手指持续向触摸 屏边界移动的过程中，D(0)越来越大，D(1)越来越小，有一个时刻， D(0)变成了新的极值点。这时D(2)值变得很小，已经可以不计入， 同时D(-1)是缺失的数据，如图3所示。这样由于D(-1)的自然缺失， 处理器利用公式（1）导出手指的触摸点的精确位置的过程就会变成 公式(2)；同样道理，下边界或者右边界的导出公式变成公式（3）， 这样导致导出误差就会明显的偏离。

$P=\frac{D\left(i\right)*i+D(i+1)*(i+1)}{D\left(i\right)+D(i+1)}---\left(2\right)$

$P=\frac{D(i-1)*(i-1)+D\left(i\right)*i}{D(i-1)+D\left(i\right)}---\left(3\right)$

在这个条件下，本发明中的处理器采用非线性方法，如下公式（4） 所示，由此校正获得的手指识别位置基本靠近触摸屏在左边界或者上 边界的实际位置，提高识别精确度。

$P=\frac{D\left(0\right)*D\left(0\right)*0+D\left(1\right)*D\left(1\right)*1}{D\left(0\right)*D\left(0\right)+D\left(1\right)*D\left(1\right)}=\frac{D\left(1\right)*D\left(1\right)}{D\left(0\right)*D\left(0\right)+D\left(1\right)*D\left(1\right)}---\left(4\right)$。

当手指在触摸屏的中间部位向下边界或右边界移动时，通过触摸 屏上的电容式感应器实时采集手指在触摸屏移动时的位置采样信号， 并把采集到的手指在触摸屏的位置采样信号发送到处理器中，这样处 理器在横向或纵向上都得到了位置采样信号D(i-1)、D(i)以及 D(i+1)，D(i)为采集到的手指在触摸屏的位置采样信号的极值点， D(i-1)为该极值点点在对应的行左边或列上边的信号，D(i+1)为该 极值点在对应的行右边或列下边的信号，这样处理器就利用公式（1） 导出手指的触摸点在触摸屏的精确位置P，公式（1）如下所示：

$P=\frac{D(i-1)*(i-1)+D\left(\text{i}\right)*i+D(i+1)*(i+1)}{D(i-1)+D\left(i\right)+D(i+1)}---\left(1\right)$

公式（1）中的P是Px或Py，Px为导出的手指的触摸点横向精确 位置，Py为导出的手指的触摸点纵向精确位置，i为极值点位置，同 样这类边界区域，使用类似的非线性矫正，处理器利用公式（5）导 出手指的触摸点在触摸屏的下边界或右边界的精确位置P：

$P=\frac{D(M-2)*D(M-2)*(M-2)+D(M-1)*(M-1)*(M-1)}{D(M-2)*D(M-2)+D(M-1)*D(M-1)}\text{---}\left(5\right)$

M为电容触摸屏的分辨率域的总行数K或者总列数L，

而当i不为0的时候处理器就利用公式（1）导出手指的触摸点 在触摸屏的精确位置P。

运用上述方法，映射感应触角为15X10的触摸屏到对应分辨率 为800X480的显示屏，比如在上边界附近的边界区域，一般条件下 极值点D（0）为其旁瓣D（1）的五倍，运用现有技术的方法导出的 边界位置的值为而运用本发明的方法导出的边界位置的值为

相对于现有技术的的结果：对显示分辨率为800×480的显示 屏而言，长边的显示差距点=(1/6)*(800/15)=8.89，接近9个 显示点；

相对于的结果：对显示分辨率为800X480的显示屏而言，长 边的显示差距点=(1/26)*(800/15)=2.05，接近2个显示点；

由此可见，本发明的方法有效降低了误差，显示器长边的降到2 个显示点，这个显示误差对手指在触摸屏边界区域触摸效果在工程上 是可以接受的范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何 形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以 限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案 范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变 化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的 技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简 单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围 之内。