一种机载显示器触摸屏校准方法

2020-06-18王滨中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所

数码世界 2020年4期

王滨中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所

引言

触摸屏作为一种输入方式快捷、友好、方便的人机界面，已经成为产品应用的主流，其应用领域不断扩大，从手机、PDA、个人电脑、消费类电子产品，逐步扩展到机载显示领域。目前先进的飞行器通常配置飞行显示器触摸屏，取代传统的机械仪表，完成人机交互功能，飞行员通过显示界面接收飞行过程中的各种信息，用于对飞机进行正确的操作，基于触摸操作的人机工效技术研究，是当前研究的主要方向。

同时，触摸点与显示内容的准确对应及稳定、快速的响应是保证触摸屏可靠工作的重要保证。尽管触摸屏出厂前都经过校准处理，但在后续产品集成或使用一段时间后，仍有可能出现定位失准的情况，因此，触摸操控需要对显示器触摸屏进行精准的校准，校准可以重新设定系统坐标，从而保证触摸屏的点击准确，否则可能导致控制不准确或者操作错误的问题发生，从而影响飞行员的正常飞行任务和飞行安全。

1 电阻型触摸屏基本原理

市场上常见的触摸屏有四种，包括早期的红外线触摸屏、电容型触摸屏、电阻型触摸屏和表面声波触摸屏。机载显示器触摸屏，为了保证在苛刻的环境下高可靠工作，不能像我们使用的手机那样采用普通的电容屏，需要采用传统可靠性高的电阻屏，其对于分辨率的要求不是很高，但是要求控制准确，通常选用电阻型触摸屏。

电阻型触摸屏又称电阻压力型触摸屏，它主要利用压力传感进行工作。简单来说，电阻式触摸屏就是一种传感器，它利用压力感应进行控制，将矩形区域中触摸点(X，Y)的物理位置转换为代表 X 坐标和 Y 坐标的电压。电阻式触摸屏的主要部分，是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层导电层(透明的导电电阻)，上面再盖一层经过硬化处理、光滑防擦的塑料层。它的内表面也涂有一层透明导电层，在他们之间有许多细小的(小于1/1000 英寸) 的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。

当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，两导电层会出现一个触摸点，这个点的电阻发生变化，其中一面导电层接通 Y 轴方向的 5V 均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，控制器侦测到这个接通后，进行 A/D 转换，并将得到的电压值与5V 相比即可得触摸点的 Y 轴坐标，同理也能得出 X 轴的坐标，然后再根据模拟鼠标的方式运作。这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。

2 机载显示器触摸屏校准方法

通常机载显示器工作环境特殊，准确性要求高，更需要采用合适的方法对其进行准确的校正。

由于在触摸时手指压力感应得到坐标值的并不能达到100%的精度，它存在着误差。由于误差的存在，在触摸屏上所绘制的图形和液晶屏上的图形，对应点的集合会有所偏差。在触摸屏上点击某一按钮或选择某项功能时，内置的软件便无法对触摸屏上的点击做出正确响应，而触摸屏具有离散性，任意两个触摸点密度都不能完全一致，所以几乎所有带阻性触摸屏的设备在出厂前均要经过一定的校准。

校准是一种图形重建的过程，即将图形经过变换，换算出与液晶屏相一致的点集合，现有的校准算法主要是用来改善上述的固有误差。

触摸屏坐标分为物理坐标和逻辑坐标。物理坐标指触摸屏上点的实际位置，通常以液晶上点的个数来度量。逻辑坐标指这点被触摸时A/D 转换后的坐标值。如图1，我们假定液晶最左下角为坐标轴原点A，在液晶上任取一点B（十字线交叉中心），B 在X 方向距离A 10 个点，在Y 方向距离A20 个点，则这点的物理坐标为（10，20）。如果我们触摸这一点时得到的X 向A/D 转换值为100，Y 向A/D 转换值为200，则这点的逻辑坐标为（100，200）。

图1 阻触摸屏内部结构

触摸屏常和点阵式液晶显示(LCD)屏叠加在一起配套使用，如图1 所示，构成一个矩形的实际物理平面；而由用户触摸的触摸点集合经过 A/D 转换器，得到具体显示坐标的集合，这个集合构成了一个逻辑平面。由于存在误差，这两个平面并不重合，校准的作用就是要将逻辑平面映射到物理平面上，即得到触点在液晶屏上的位置坐标。校准算法的中心思想也就是要建立这样一个映射函数现有的校准算法大多是基于线性校准，即首先假定物理平面和逻辑平面之间的误差是线性误差，由旋转和偏移形成。

一般的校准算法常选取2-5 个采样点来收集校准信息。假设LCD 显示器上的对应点可以通过触摸屏上的点转换得到，只需正好3个采样点我们就可得到校准数据。采样点的选取也应当考虑到实际情况。它们必须能得出非冗余的联立方程组，它们不能太靠近触摸屏的边缘(此处呈现非线性)，此外它们的间隔必须足够宽，以便尽可能减少放大误差。