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,打從石器時代開始,我們就習慣用兩只手操作器具,用靈活的十根手指來完成細膩動作。彈奏鋼琴就是一個很好的例子。鋼琴有88個黑白琴鍵,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變得十分單調。因此,像是鋼琴、Qwerty鍵盤等經典設計,全都隱含了multi-touch的概念,讓十根手指頭,能夠盡情地發揮所長。也因此,多點觸控技術 (multi-touch technology)這兩年相當的火紅,透過iPhone的持續暢銷,這項用兩根手指頭就可以縮放影像的高科技觸控技術,已經徹底深入人心。現在在商場里提到觸控手機,或是觸控相機,大家都會指名要跟iPhone一樣,可以滑來滑去、放大縮小的新奇玩意兒。
壓電式多點觸控技術
作為一種新興的人機互動方式,multi-touch觸控技術必然要保持一種可持續發展勢態,例如沒有任何限制的觸控點數,可以讓任何更多的手指一同接觸面板,來創造出各式不同的應用,或是要考慮觸控給用戶帶來的真實體驗,就像我們知道“觸摸的感覺組成,它有很大部分是物理移動。如果我們要把這種觸摸的感覺推向極致的話,物理移動是一定需要的”。根據這樣簡單的邏輯,我們會希望在按一個東西的時候,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。電阻式設計簡單,成本最低,是目前最主要的觸控技術。但電阻式觸控較受制于其物理局限性,如透光率較低,高線數的大偵測面積造成處理器負擔,其應用特性使之易老化從而影響使用壽命等問題。因此,在高階一些的應用中,電容式觸控技術成為首選。電容式觸控支持多點觸控功能,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)做在同一個真空堆棧中,為了達到觸點偵測功效,ITO模板需不斷地掃描像素,這會持續散發干擾信號,影響整個模塊的操作,也因此在電容式的應用上,要真的做到沒有任何觸控限制的true multi-touch,還有許多技術待克服。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,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,在大尺寸化應用方面比較困難。
矽創電子所開發的壓電式多點觸控技術,可說是介于電阻式與電容式之間,其感應原理與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);當上板與下板接觸所導通后形成回路造成電壓值改變,再透過如同LCD驅動IC之掃描方式由Row發送訊號再由Column接收回來判定觸摸點位置,由于其掃描頻率最高可達200Hz,因此可以實時快速的獲取觸點信息,再通過其專用的MCU、DSP來準確計算出多點坐標,給出信號。此壓電式技術在沒有觸摸動作時,觸摸屏不會耗電,因此功耗遠低于傳統的電阻式多點觸控技術。
多點觸控的核心—對象追踨
在壓電式的多點觸控的技術中,透過掃描系統(scanning system)偵測觸控點信息,透過濾波器得到有效觸控面積并計算出重心位置后,經過DSP作運算處理判斷是否合并成為坐標,再由MCU將多點移動動作轉換成手勢指令;將此指令傳給主系統之CPU就可以控制面板顯示內容以及執行一些應用程序軟件了,但其中如何將觸碰在屏幕上的每一點的動作完整的解析出來,是整個多點觸控系統中最重要的核心,一旦處理的過程出現任何失誤,對使用者而言就相當于手勢辨識失敗,或是多個觸控點移動的軌跡出現混淆或錯亂。
在這篇文章中我們將針對壓電式多點觸控技術中的核心「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移動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,還有如何在整個對象數據庫中快速尋找目標物,讓系統能利用在高速掃描運作下所產生的大量信息來完成多點觸控的功能。
矽創電子所開發的壓電式觸控技術中所使用的對象追踨可再細分為三個處理程序:. 區域合并 (Region-Based combination)、主動式輪廓追蹤(Active Contour-Based Tracking)、特征追蹤 (Feature-Based Tracking)。
(詳細文章請看《國際光電與顯示》)
關注我們
公眾號:china_tp
微信名稱:亞威資訊
顯示行業頂級新媒體
掃一掃即可關注我們