一种提高红外触摸诡点识别准确率的算法实现

张剑平

（苏州长风航空电子有限公司 江苏省苏州市 215000）

随着机载显示器交互元素的日益丰富，作为交互手段的触屏功能也从单点触摸向多点触摸提出了新要求。目前，红外触摸屏技术作为机载显示器有效的触摸实现方案，具备高透光率率，不受电流、电压和静电干扰的优势。但红外触摸屏本身也存在易受到阳光干扰，分辨率低以及多点识别困难的缺陷。本文针对其中多点识别困难问题（“诡点”识别率准确率低），在现有触摸识别算法上，通过改进，进一步提升“诡点”识别准确率。

1 “诡点”产生的原因

如图1 所示。软件在水平和垂直方向扫描，检测到水平方向和垂直方向均存在双点触摸区域后，并不能就此确定，真实两个触摸点是“（M，N）”还是“（M’，N’）”。其中之一为真实触摸双点，另外之一则为“诡点”。识别真实双点亦是“诡点”识别的过程。

2 现有“双点”触摸算法和弊端

为了识别“诡点”，一种红外软件采用如图2 算法。即在垂直方向或水平方向，进一步斜扫描。以垂直方向斜扫描为例，通过垂直方向斜扫描和水平坐标（或者水平方向斜扫描和垂直坐标）计算出坐标点C，比较其与点M 和点M’的距离，如果C 靠近M，则M 为真实触摸点；否则，M’为真实触摸点。

该识别算法弊端在于：识别出错概率大。原因在于：

（1）斜扫描的偏移灯管xdelt远远小于Ynum，ydelt远远小于Xnum，斜扫描的投射分别率不够，导致识别出错，如图2 所示，“点M”和“点M’”越近，“点A”和“点B”发生重叠（或者不足以区分）的概率就越大；

（2）存在识别盲区的问题。如图2 所示，灰色区域存在扫描盲区。这个盲区随着xdelt和ydelt变大而变大。

3 改进算法

降低识别出错概率的原理是：将双点置于不同的坐标体系下进行扫描。每一种坐标体系下，扫描结果都包含两个真实触摸点和两个诡点。其特征是：对于真实触摸点来说，不同的坐标系下扫描出的位置基本重合，而产生的两个诡点却有比较大的位置偏差。计算每种坐标体系下真实点的位置偏差，以及诡点位置偏差，对四个偏差进行排序，最小的两个点即为真实触摸点。如图3 所示。

实际上，不同的坐标下扫描，水平和垂直方向也包含两个真实触摸点和两个诡点，如图4 所示。因此，整个扫描包括：

（1）坐标系XOY 下进行扫描，扫描结果四个点： M、N、M' 和N'。

（2）将坐标系XOY 顺时针旋转一个偏移角度θ，得到一个新的坐标系XθOYθ。坐标系XθOYθ下进行扫描, 垂直方向，获取两根扫描直线X0_Lθ和X1_Lθ；水平方向，获取两根扫描直线Y0_Lθ和Y1_Lθ。

图1：“诡点”产生示意图

图2：一种红外去“诡点”算法示意图

图3：改进算法扫描示意图

（3）将坐标系XOY 顺时针旋转一个偏移角度-θ，得到一个新的坐标系X-θOY-θ。坐标系X-θOY-θ下进行扫描，垂直方向，获取两根扫描直线X0_L-θ和X1_L-θ；水平方向，获取两根扫描直线Y0_L-θ和Y1_L-θ。

图4：θ、-θ 和政教坐标系下扫描结果

图5：改进之后的双点识别解决方案

图6：原双点缩放运动划线轨迹效果图

图7：改进后双点缩放运动划线轨迹效果图

（4）计算直线矩阵[X0_LθX0_L-θ]与[Y1LθY1_L-θ]T

根据公式（1）可以计算出四个坐标矩阵：

根据公式（2）可以计算出四个坐标矩阵

根据公式（3）可以计算出四个坐标矩阵

根据公式（4）可以计算出四个坐标矩阵

对三种坐标系下的点偏差进行统计和排序，误差最小的两个即为真实触摸点。

因为扫描盲区的原因，实际过程中,诸如X0_Lθ和X1_Lθ这些扫描直线不存在，解决这个做法是，使用X0_L0和X1_L0替换到公式（1）~（4）中，这样可以避免盲区的出现。

4 软件实现

图5 说明了软件实现流程图。

表1：红外触摸屏性能指标对比

图8：原双点旋转运动划线轨迹效果图

图9：改进后双点旋转运动划线轨迹效果图

图10：改进后双点W 波浪型划线操作效果图

图11：改进后双点8 字型划线操作效果图

5 验证测试

为了更好的对新方案算法效果展示，在测试时，将其与原有红外触摸软件（2C_JZC300-001CX）触摸效果进行了划线操作对比；操作包括缩放运动操作、旋转运动操作、W 字型划线操作、倒8 字划线操作。同时也与XYJ-104 的双点触摸功能（华东光电供）进行了对比，对比结果有优势，也存在改进的空间。具体如下：

5.1 触摸效果对比

图6 展示了原红外触摸软件双点缩放运动沿135°对角线缩放操作的轨迹效果。从轨迹来看，双点坐标相互干扰，杂乱无章。

图7 展示了重新设计之后的红外触摸软件双点斜对角线缩放运动的轨迹。对比图6，可以发现于划线轨迹平滑，没有诡点。

图8 展示了原红外触摸软件双点交叉旋转运动的轨迹效果。图中可以说明，两个触摸点之间坐标相互影响。坐标相互交叉。运动轨迹不呈现弧形。

图9 展示了重新设计之后的红外触摸软件双点交叉旋转运动的轨迹效果。图中可以说明，两个触摸点相互独立。运动轨迹呈现弧形，完全反应了旋转操作过程。

图10 和图11 分别展示了改进后的双点进行“W 字型”和“倒8 字型”操作的划线轨迹。可以看到，划线轨迹平滑顺畅，无跳跃点和明显锯齿。其中，黑色代表先按下的点（第一个点），红色代表后按下的点（第二个点）。两个点被识别成有序序列。比如：抬起其中第一个点，未抬起的的一点仍然可以被识别为第二个点；抬起其中第二个点，未抬起的一点仍然可以被识别为第一个点。且，这些功能是在改进后红外软件中处理实现的，以固定的协议格式上报给应用软件，不需要作图应用软件自己处理。

5.2 性能指标对比

表1 给出了改进之后、改进之前的红外软件以及XYJ-104 的红外软件，在软件触摸功能上的性能对比。

6 总结

本文探讨一种改进的多点触摸算法实现。更好的解决了目前机载红外触摸双点识别错误率高的问题，提高了“诡点”识别正确率以及解决了识别盲区问题。性能指标对于同类算法和产品，也具有一定的优势，具有较高的工程应用价值。