自古以來,multi-touch的使用需求一直都在,人類天生就有兩只手、十根手指頭,打從石器時(shí)代開始,我們就習(xí)慣用兩只手操作器具,用靈活的十根手指來完成細(xì)膩動(dòng)作。彈奏鋼琴就是一個(gè)很好的例子。鋼琴有88個(gè)黑白琴鍵,如果只能用一根手指頭來彈,不僅彈奏效率差,而且少掉了和弦,彈出來的音色跟旋律也會(huì)變得十分單調(diào)。因此,像是鋼琴、Qwerty鍵盤等經(jīng)典設(shè)計(jì),全都隱含了multi-touch的概念,讓十根手指頭,能夠盡情地發(fā)揮所長。也因此,多點(diǎn)觸控技術(shù) (multi-touch technology)這兩年相當(dāng)?shù)幕鸺t,透過iPhone的持續(xù)暢銷,這項(xiàng)用兩根手指頭就可以縮放影像的高科技觸控技術(shù),已經(jīng)徹底深入人心?,F(xiàn)在在商場里提到觸控手機(jī),或是觸控相機(jī),大家都會(huì)指名要跟iPhone一樣,可以滑來滑去、放大縮小的新奇玩意兒。
壓電式多點(diǎn)觸控技術(shù)
作為一種新興的人機(jī)互動(dòng)方式,multi-touch觸控技術(shù)必然要保持一種可持續(xù)發(fā)展勢態(tài),例如沒有任何限制的觸控點(diǎn)數(shù),可以讓任何更多的手指一同接觸面板,來創(chuàng)造出各式不同的應(yīng)用,或是要考慮觸控給用戶帶來的真實(shí)體驗(yàn),就像我們知道“觸摸的感覺組成,它有很大部分是物理移動(dòng)。如果我們要把這種觸摸的感覺推向極致的話,物理移動(dòng)是一定需要的”。根據(jù)這樣簡單的邏輯,我們會(huì)希望在按一個(gè)東西的時(shí)候,它真的可以偵測按下去力道的輕重。
目前,電阻式與電容式觸控是比較主流的兩類觸控技術(shù)。電阻式設(shè)計(jì)簡單,成本最低,是目前最主要的觸控技術(shù)。但電阻式觸控較受制于其物理局限性,如透光率較低,高線數(shù)的大偵測面積造成處理器負(fù)擔(dān),其應(yīng)用特性使之易老化從而影響使用壽命等問題。因此,在高階一些的應(yīng)用中,電容式觸控技術(shù)成為首選。電容式觸控支持多點(diǎn)觸控功能,擁有更高的透光率、更低的整體功耗,其接觸面硬度高,無需按壓,使用壽命較長,所以Apple在推出iPhone時(shí)選擇的是電容式觸控。
不過,電容式觸控也有自身的問題需要克服:如在一體化模塊中,液晶屏和銦錫氧化物范本(ITO)做在同一個(gè)真空堆棧中,為了達(dá)到觸點(diǎn)偵測功效,ITO模板需不斷地掃描像素,這會(huì)持續(xù)散發(fā)干擾信號,影響整個(gè)模塊的操作,也因此在電容式的應(yīng)用上,要真的做到?jīng)]有任何觸控限制的true multi-touch,還有許多技術(shù)待克服。另外,為了不讓ITO的表面電流被隔絕,硬化鍍層一般非常薄,若施加在觸摸屏上的外力過大時(shí),可能傷及ITO,因此降低使用壽命。此外,目前電容式觸控面板的成本還比較高,在大尺寸化應(yīng)用方面比較困難。
矽創(chuàng)電子所開發(fā)的壓電式多點(diǎn)觸控技術(shù),可說是介于電阻式與電容式之間,其感應(yīng)原理與iPhone類似,最主要的不同之處在于其訊號為電壓源而非電流源(如圖1);當(dāng)上板與下板接觸所導(dǎo)通后形成回路造成電壓值改變,再透過如同LCD驅(qū)動(dòng)IC之掃描方式由Row發(fā)送訊號再由Column接收回來判定觸摸點(diǎn)位置,由于其掃描頻率最高可達(dá)200Hz,因此可以實(shí)時(shí)快速的獲取觸點(diǎn)信息,再通過其專用的MCU、DSP來準(zhǔn)確計(jì)算出多點(diǎn)坐標(biāo),給出信號。此壓電式技術(shù)在沒有觸摸動(dòng)作時(shí),觸摸屏不會(huì)耗電,因此功耗遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的電阻式多點(diǎn)觸控技術(shù)。
多點(diǎn)觸控的核心—對象追踨
在壓電式的多點(diǎn)觸控的技術(shù)中,透過掃描系統(tǒng)(scanning system)偵測觸控點(diǎn)信息,透過濾波器得到有效觸控面積并計(jì)算出重心位置后,經(jīng)過DSP作運(yùn)算處理判斷是否合并成為坐標(biāo),再由MCU將多點(diǎn)移動(dòng)動(dòng)作轉(zhuǎn)換成手勢指令;將此指令傳給主系統(tǒng)之CPU就可以控制面板顯示內(nèi)容以及執(zhí)行一些應(yīng)用程序軟件了,但其中如何將觸碰在屏幕上的每一點(diǎn)的動(dòng)作完整的解析出來,是整個(gè)多點(diǎn)觸控系統(tǒng)中最重要的核心,一旦處理的過程出現(xiàn)任何失誤,對使用者而言就相當(dāng)于手勢辨識失敗,或是多個(gè)觸控點(diǎn)移動(dòng)的軌跡出現(xiàn)混淆或錯(cuò)亂。
在這篇文章中我們將針對壓電式多點(diǎn)觸控技術(shù)中的核心「對象追蹤」(Object Tracking)的部分做簡單的介紹。對象追蹤是透過比對連續(xù)移動(dòng)對象的相似度來完成,其中的議題涵蓋要如何建立對象的特征,相似程度的判別,還有如何在整個(gè)對象數(shù)據(jù)庫中快速尋找目標(biāo)物,讓系統(tǒng)能利用在高速掃描運(yùn)作下所產(chǎn)生的大量信息來完成多點(diǎn)觸控的功能。
矽創(chuàng)電子所開發(fā)的壓電式觸控技術(shù)中所使用的對象追踨可再細(xì)分為三個(gè)處理程序:. 區(qū)域合并 (Region-Based combination)、主動(dòng)式輪廓追蹤(Active Contour-Based Tracking)、特征追蹤 (Feature-Based Tracking)。
(詳細(xì)文章請看《國際光電與顯示》)
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