一種提高紅外觸摸詭點識別準確率的算法實現

張劍平

（蘇州長風航空電子有限公司 江蘇省蘇州市 215000）

隨著機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觸摸向多點觸摸提出了新要求。目前，紅外觸摸屏技術作為機載顯示器有效的觸摸實現方案，具備高透光率率，不受電流、電壓和靜電干擾的優勢。但紅外觸摸屏本身也存在易受到陽光干擾，分辨率低以及多點識別困難的缺陷。本文針對其中多點識別困難問題（“詭點”識別率準確率低），在現有觸摸識別算法上，通過改進，進一步提升“詭點”識別準確率。

1 “詭點”產生的原因

如圖1 所示。軟件在水平和垂直方向掃描，檢測到水平方向和垂直方向均存在雙點觸摸區域后，并不能就此確定，真實兩個觸摸點是“（M，N）”還是“（M’，N’）”。其中之一為真實觸摸雙點，另外之一則為“詭點”。識別真實雙點亦是“詭點”識別的過程。

2 現有“雙點”觸摸算法和弊端

為了識別“詭點”，一種紅外軟件采用如圖2 算法。即在垂直方向或水平方向，進一步斜掃描。以垂直方向斜掃描為例，通過垂直方向斜掃描和水平坐標（或者水平方向斜掃描和垂直坐標）計算出坐標點C，比較其與點M 和點M’的距離，如果C 靠近M，則M 為真實觸摸點；否則，M’為真實觸摸點。

該識別算法弊端在于：識別出錯概率大。原因在于：

（1）斜掃描的偏移燈管xdelt遠遠小于Ynum，ydelt遠遠小于Xnum，斜掃描的投射分別率不夠，導致識別出錯，如圖2 所示，“點M”和“點M’”越近，“點A”和“點B”發生重疊（或者不足以區分）的概率就越大；

（2）存在識別盲區的問題。如圖2 所示，灰色區域存在掃描盲區。這個盲區隨著xdelt和ydelt變大而變大。

3 改進算法

降低識別出錯概率的原理是：將雙點置于不同的坐標體系下進行掃描。每一種坐標體系下，掃描結果都包含兩個真實觸摸點和兩個詭點。其特征是：對于真實觸摸點來說，不同的坐標系下掃描出的位置基本重合，而產生的兩個詭點卻有比較大的位置偏差。計算每種坐標體系下真實點的位置偏差，以及詭點位置偏差，對四個偏差進行排序，最小的兩個點即為真實觸摸點。如圖3 所示。

實際上，不同的坐標下掃描，水平和垂直方向也包含兩個真實觸摸點和兩個詭點，如圖4 所示。因此，整個掃描包括：

（1）坐標系XOY 下進行掃描，掃描結果四個點： M、N、M' 和N'。

（2）將坐標系XOY 順時針旋轉一個偏移角度θ，得到一個新的坐標系XθOYθ。坐標系XθOYθ下進行掃描, 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”產生示意圖

圖2：一種紅外去“詭點”算法示意圖

圖3：改進算法掃描示意圖

（3）將坐標系XOY 順時針旋轉一個偏移角度-θ，得到一個新的坐標系X-θOY-θ。坐標系X-θOY-θ下進行掃描，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 和政教坐標系下掃描結果

圖5：改進之后的雙點識別解決方案

圖6：原雙點縮放運動劃線軌跡效果圖

圖7：改進后雙點縮放運動劃線軌跡效果圖

（4）計算直線矩陣[X0_LθX0_L-θ]與[Y1LθY1_L-θ]T

根據公式（1）可以計算出四個坐標矩陣：

根據公式（2）可以計算出四個坐標矩陣

根據公式（3）可以計算出四個坐標矩陣

根據公式（4）可以計算出四個坐標矩陣

對三種坐標系下的點偏差進行統計和排序，誤差最小的兩個即為真實觸摸點。

因為掃描盲區的原因，實際過程中,諸如X0_Lθ和X1_Lθ這些掃描直線不存在，解決這個做法是，使用X0_L0和X1_L0替換到公式（1）~（4）中，這樣可以避免盲區的出現。

4 軟件實現

圖5 說明了軟件實現流程圖。

表1：紅外觸摸屏性能指標對比

圖8：原雙點旋轉運動劃線軌跡效果圖

圖9：改進后雙點旋轉運動劃線軌跡效果圖

圖10：改進后雙點W 波浪型劃線操作效果圖

圖11：改進后雙點8 字型劃線操作效果圖

5 驗證測試

為了更好的對新方案算法效果展示，在測試時，將其與原有紅外觸摸軟件（2C_JZC300-001CX）觸摸效果進行了劃線操作對比；操作包括縮放運動操作、旋轉運動操作、W 字型劃線操作、倒8 字劃線操作。同時也與XYJ-104 的雙點觸摸功能（華東光電供）進行了對比，對比結果有優勢，也存在改進的空間。具體如下：

5.1 觸摸效果對比

圖6 展示了原紅外觸摸軟件雙點縮放運動沿135°對角線縮放操作的軌跡效果。從軌跡來看，雙點坐標相互干擾，雜亂無章。

圖7 展示了重新設計之后的紅外觸摸軟件雙點斜對角線縮放運動的軌跡。對比圖6，可以發現于劃線軌跡平滑，沒有詭點。

圖8 展示了原紅外觸摸軟件雙點交叉旋轉運動的軌跡效果。圖中可以說明，兩個觸摸點之間坐標相互影響。坐標相互交叉。運動軌跡不呈現弧形。

圖9 展示了重新設計之后的紅外觸摸軟件雙點交叉旋轉運動的軌跡效果。圖中可以說明，兩個觸摸點相互獨立。運動軌跡呈現弧形，完全反應了旋轉操作過程。

圖10 和圖11 分別展示了改進后的雙點進行“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，無跳躍點和明顯鋸齒。其中，黑色代表先按下的點（第一個點），紅色代表后按下的點（第二個點）。兩個點被識別成有序序列。比如：抬起其中第一個點，未抬起的的一點仍然可以被識別為第二個點；抬起其中第二個點，未抬起的一點仍然可以被識別為第一個點。且，這些功能是在改進后紅外軟件中處理實現的，以固定的協議格式上報給應用軟件，不需要作圖應用軟件自己處理。

5.2 性能指標對比

表1 給出了改進之后、改進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比。

6 總結

本文探討一種改進的多點觸摸算法實現。更好的解決了目前機載紅外觸摸雙點識別錯誤率高的問題，提高了“詭點”識別正確率以及解決了識別盲區問題。性能指標對于同類算法和產品，也具有一定的優勢，具有較高的工程應用價值。