一種機載顯示器觸摸屏校準方法

王濱 中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所

引言

觸摸屏作為一種輸入方式快捷、友好、方便的人機界面，已經成為產品應用的主流，其應用領域不斷擴大，從手機、PDA、個人電腦、消費類電子產品，逐步擴展到機載顯示領域。目前先進的飛行器通常配置飛行顯示器觸摸屏，取代傳統的機械儀表，完成人機交互功能，飛行員通過顯示界面接收飛行過程中的各種信息，用于對飛機進行正確的操作，基于觸摸操作的人機工效技術研究，是當前研究的主要方向。

同時，觸摸點與顯示內容的準確對應及穩定、快速的響應是保證觸摸屏可靠工作的重要保證。盡管觸摸屏出廠前都經過校準處理，但在后續產品集成或使用一段時間后，仍有可能出現定位失準的情況，因此，觸摸操控需要對顯示器觸摸屏進行精準的校準，校準可以重新設定系統坐標，從而保證觸摸屏的點擊準確，否則可能導致控制不準確或者操作錯誤的問題發生，從而影響飛行員的正常飛行任務和飛行安全。

1 電阻型觸摸屏基本原理

市場上常見的觸摸屏有四種，包括早期的紅外線觸摸屏、電容型觸摸屏、電阻型觸摸屏和表面聲波觸摸屏。機載顯示器觸摸屏，為了保證在苛刻的環境下高可靠工作，不能像我們使用的手機那樣采用普通的電容屏，需要采用傳統可靠性高的電阻屏，其對于分辨率的要求不是很高，但是要求控制準確，通常選用電阻型觸摸屏。

電阻型觸摸屏又稱電阻壓力型觸摸屏，它主要利用壓力傳感進行工作。簡單來說，電阻式觸摸屏就是一種傳感器，它利用壓力感應進行控制，將矩形區域中觸摸點(X，Y)的物理位置轉換為代表 X 坐標和 Y 坐標的電壓。電阻式觸摸屏的主要部分，是一塊與顯示器表面非常配合的電阻薄膜屏，這是一種多層的復合薄膜，它以一層玻璃或硬塑料平板作為基層，表面涂有一層導電層(透明的導電電阻)，上面再蓋一層經過硬化處理、光滑防擦的塑料層。它的內表面也涂有一層透明導電層，在他們之間有許多細小的(小于1/1000 英寸) 的透明隔離點把兩層導電層隔開絕緣。

當手指觸摸屏幕時，兩層導電層在觸摸點位置就有了接觸，兩導電層會出現一個觸摸點，這個點的電阻發生變化，其中一面導電層接通 Y 軸方向的 5V 均勻電壓場，使得偵測層的電壓由零變為非零，控制器偵測到這個接通后，進行 A/D 轉換，并將得到的電壓值與5V 相比即可得觸摸點的 Y 軸坐標，同理也能得出 X 軸的坐標，然后再根據模擬鼠標的方式運作。這就是所有電阻技術觸摸屏共同的最基本原理。

2 機載顯示器觸摸屏校準方法

通常機載顯示器工作環境特殊，準確性要求高，更需要采用合適的方法對其進行準確的校正。

由于在觸摸時手指壓力感應得到坐標值的并不能達到100%的精度，它存在著誤差。由于誤差的存在，在觸摸屏上所繪制的圖形和液晶屏上的圖形，對應點的集合會有所偏差。在觸摸屏上點擊某一按鈕或選擇某項功能時，內置的軟件便無法對觸摸屏上的點擊做出正確響應，而觸摸屏具有離散性，任意兩個觸摸點密度都不能完全一致，所以幾乎所有帶阻性觸摸屏的設備在出廠前均要經過一定的校準。

校準是一種圖形重建的過程，即將圖形經過變換，換算出與液晶屏相一致的點集合，現有的校準算法主要是用來改善上述的固有誤差。

觸摸屏坐標分為物理坐標和邏輯坐標。物理坐標指觸摸屏上點的實際位置，通常以液晶上點的個數來度量。邏輯坐標指這點被觸摸時A/D 轉換后的坐標值。如圖1，我們假定液晶最左下角為坐標軸原點A，在液晶上任取一點B（十字線交叉中心），B 在X 方向距離A 10 個點，在Y 方向距離A20 個點，則這點的物理坐標為（10，20）。如果我們觸摸這一點時得到的X 向A/D 轉換值為100，Y 向A/D 轉換值為200，則這點的邏輯坐標為（100，200）。

圖1 阻觸摸屏內部結構

觸摸屏常和點陣式液晶顯示(LCD)屏疊加在一起配套使用，如圖1 所示，構成一個矩形的實際物理平面； 而由用戶觸摸的觸摸點集合經過 A/D 轉換器，得到具體顯示坐標的集合，這個集合構成了一個邏輯平面。由于存在誤差，這兩個平面并不重合，校準的作用就是要將邏輯平面映射到物理平面上，即得到觸點在液晶屏上的位置坐標。校準算法的中心思想也就是要建立這樣一個映射函數現有的校準算法大多是基于線性校準，即首先假定物理平面和邏輯平面之間的誤差是線性誤差，由旋轉和偏移形成。

一般的校準算法常選取2-5 個采樣點來收集校準信息。假設LCD 顯示器上的對應點可以通過觸摸屏上的點轉換得到，只需正好3個采樣點我們就可得到校準數據。采樣點的選取也應當考慮到實際情況。它們必須能得出非冗余的聯立方程組，它們不能太靠近觸摸屏的邊緣(此處呈現非線性)，此外它們的間隔必須足夠寬，以便盡可能減少放大誤差。

3 結論

本文介紹了一種機載顯示器觸摸屏校準方法，在實際應用中，通過該方法校準的顯示界面如圖2 所示，飛行員反饋人機操作效果比較好，控制準確，能夠支持實際飛行中的各種控制。

這種校準方法，對提高機載顯示器的觸摸精度，保證飛行員的操控準確性和飛行安全有著重要意義，在未來機載顯示系統中有廣泛的應用前景。

圖2 一種機載顯示器觸摸控制示意圖