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触摸屏校准算法分析

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本文详细介绍了触摸屏的校准原理及算法

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《工 业 控 制 计 算 机 : ̄2oo6年 19卷 第 4期  触摸屏校准常用算法分析  Usual Algorithm Analyzing of Touch Screen S Calibration  许 荣斌 谢   莹  朱 永 红  (安徽 大学计算智能与信号处理国家重点实验室,安徽 合肥 230069)  摘  要  主要 通过 介 绍 常 见 的 电 阻型 触摸 屏 的 基 本 结 构 和 工 作 原 理 ,说 明触 摸 屏 校 准 的 必要 性 ,并 分 析 常 用 的 几种 触摸 屏 校 准  算 法 ,给 出 了具 体 的校 准 实例 。  关 键 词 :电阻 型 ,触 摸 屏 ,校 准  Abstract  The paper illuminates that the calibration of touch screen is necessarily mainly by introducing the basic structure and  the working principles of the resistance S touch screen.The paper has analyzed several usual  algorithm of touch screen S  calibration and given the concrete exam ple of touch screen  calibration  Keywords:resistance.touch screen.calibration  触 摸 屏 是一 种 高新 技 术 产 品 ,它 具 有 快 捷 、灵 活 、分 辨 率 高 、  使 用 寿 命 长 等 特点 。可把 触 摸 屏作 为模 拟 键 盘 ,使 用 起 来 比普 通  键 盘灵 活 ,因为 键 的位 置 可 根 据 需 要 进 行 改 变 ,而且 还 可 以 省 去  键 盘所 占 用 的 空 间 ;触 摸 屏 还 可 以作 为模 拟 鼠 标 使 用 ,当 确 定 某  个选 项 时 ,只 要 触 摸 一 下 屏 幕 就 可 以 了 ,而 普 通 鼠标 则 得 先 移 动  光标 ,再 确 认 ,没有 触 摸 屏 使 用方 便 。 它 通 过 计 算 机 技 术 处 理 声  音 、图 像 、视 频 、文 字 、动 画 等 信 息 ,并 在 这 些 信 息 间 建 立 一 定 的  逻 辑 关 系 ,使 之 成 为 能 交 互 地 进 行 信 息存 取 何 输 出 地 集 成 系 统 。  触 摸 屏 广 泛用 于 自动控 制 、检 测 监 控 、教 育 及 展 示 等 领 域 。 市 场  上 较 为 常 见 的触 摸 屏产 品 有 四 种 :初 期 的 红 外 线 触 摸 屏 、电 容 型  触 摸 屏 、电阻 型 式 触 摸 屏 和 表 面 声 波 触 摸 屏 。本 文 主 要 介 绍 市 场  上 常 用 的 电 阻 型 触 摸 屏 校 准 常 用算 法 。  1  电 阻 型触 摸 屏 基本 原 理  电 阻 型 触 摸 屏 又 称 为 电 阻 压 力 型 触 摸 屏 , 它 主 要 利 用 压 力  感 应 进 行工 作 。 对 于点 阵式 触 摸 屏 ,为 了提 高 人机 交 互 的 友 好  性 ,常 在 显 示 屏 上 粘 上 一 层 透 明 的薄 膜 体 ,用 于检 测 屏 幕 触 摸 输  入 信 号 ,形 成 触 摸 屏 。 图 1所示 是一 个 电 阻 型 触 摸 屏 的横 截 面 ,  其 结 构 十 分 简 单 ,由上 下 相 对 放 置 的 两 片 玻 璃 构 成 ,玻 璃 的 内表  面 涂 上 薄 薄 一 层 导 电 材 料 ,并 用 一些 小 玻 璃 珠 将 导 电表 面 隔 开 。  当手 指 或 触 摸 笔 按 压 玻 璃 表 面 时 ,上 层 玻 璃 产 生 弯 曲 接 触 下 层  玻 璃 。这 种 结 构 中玻 璃 珠 间 的 距 离 决 定 了触 摸 屏 的 敏 感度 ,通 常  这 些 玻 璃 非 常 小 (一 般 小 于 0.001Imch)。 玻 璃 珠 互 相 放 置 得 越  近 ,敏感 度越 小 ,压 力 就 要 越 大 ,才 能使 两 层 玻 璃 片可 靠 接 触 。当  手 指 接 触 屏 幕 ,两 导 电层 会 出 现 一 个 接 触 点 ,因 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 ,通过一个触摸屏控 制器(AD转  换 器 )将 电 源 的 正 、负 极 加 到 一 块 玻 璃 的 导 电 层 两 端 ,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 得 出 X 轴  的坐 标 ,这 就 是 电 阻式 技 术 触 摸 屏 共 同 的最 基 本 原 理 。  由 于存 在 机 械 误 差 和 放 大 因 素存 在 的 误 差 ,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 两 个 触  摸 屏 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 ,  图 1  电 阻 型 触 摸 屏 的 横 截 面  ‘  即 将 图 片 要 经 过 变换 ,换 算 出 与 液 晶 屏 相 一致 的 点集 合 。  校 准 方式 有 两点 校准 、三 点 校 准 、四 点 校 准 法 等 。其 中校 准  点 数越 多 ,触 摸 屏 数 据 越 精 确 。  2 触 摸 屏 校 准算 法分 析  下 面将 主要 以两 点 和 三 点校 准 法 来分 析 触 摸屏 的校 准算 法 。  2,1 两 点 校 准法  两 点 校 准 法 即 为 取触 摸 屏 中 左 上 角 和 右 下 角 这 两 个 点 来 校  准 触 摸 屏 。大 多 数 的 校 准 都 采取 是两 点 校 准 法 ,现将 两 种 常用 的  两 点 校 准 法 做 分 析 和 比 较 。  2.1.1 第 一 种 两 点 校 准 法  1)先触 摸 并 获 取 触 摸 屏 左 上 角 的 坐 标 (1efttopx,lefttopy)。  2)再 触 摸 并 获 取 触 摸 屏 右 下 角 的 坐 标 (rightbottomx,right—  bottomy)。  3)计 算 水平 方 向 的 比率 (ratiox)和 垂 直 方 向 的 比率 (ratioy),  注 意 这 里 的 ratiox,ratioy是 浮 点 数 :  ratiox=(rightbottomx-lefttopx)/(触 摸 屏 的 宽 度 );  ratioy=(rightbottomy-lefttopy)/(触摸屏 的高度);  4)假设 液 晶屏 中 的 当前 点 的液 晶屏 坐 标 (X,Y):  当前 点 的触 摸 屏 的 X坐 标 =X  ratiox+lefttopx;  当前 点 的触 摸 屏 的 Y坐标 =Y  ratioy+lefttopy;  2.1.2 第 二 种 两 点 校 准 法  在 触 摸 屏 的 左 上 角 和 右 下 角 分 别 显 示 两 个 校 准 图 标 (长 为  20的 十字 光 标 ),十 字光 标 的交 叉 点 即 为 校 准 点 。这 样 可 以 固 定  好 触 摸 屏 上 要 校 准 的 点 ,可 以更 加 精 确 的 校 准 ,并 且 这 里 利 用 另  一 校 准 算 法 来 实 现 。该 算 法 实 现 为 程 序 第 一 次启 动 时将 会 进 入  校 准模 式 , 出现 左 上 角 的 十 字 光 标 ,请 用 户 触 摸 十字 交叉 的 中  心 ,如 果 触 摸 点 明 显偏 离 十字 叉 的 中 心 ,那 么 程序 会 要 求 重 新 校  准 。  78  触 摸 屏 校 准 常 用 算 法 分 析  1)首 先 在 触 摸 屏 左上 角 显示 一 长为 20的 十字 光 标 ,颜 色 为  黑 色 。  2)触 摸 十 字 光 标 中心 的 交 点 ,由于 存 在 机 械 上 的误 差 ,在 触  摸 十字 中心 时 ,附 近 的 电 压也 会 产 生 变 化 ,这 样 在 触 摸 屏 上 可 能  会 取 到 很 多 个 点 ,所 以 这 里 取 触 摸 屏 上 得 到 的前 16个 点 ,分 别  求 X轴 、Y 轴 的 坐标 和 sumx、sumy。  3)将 寄 存 器 中所 求 的 和 sumx、sumy分 别 右 移 4位 ,由 于  寄 存 器 中 的 数 为 二 进 制 数 ,所 以右 移 4位 即 为 除 以 16,可 求 得  16个 点 坐 标 的平 均 值 (在 此 不 可 直 接 除 以 16求 值 ):  errx=sum x>>4  erry=sumy>>4  4)用 所 得 的 两 个 平 均 值 ,与 触 摸 屏 所 提 供 的 经 验 值 比较 ,若  在 经验 值 的 范 围 内 ,则 该 值 为 合 法 的 ,将 该 值 存 入 E2ROM 内 ,这  两 个 点 即被 称 为 基准 点 ,输 入 的 点 就 通 过 基 准 点进 行 校 准 。  2_2 三 点 校 准 法  三 点校 准 法 较 之 前 面 介绍 的 二点 校 准 法 更 为 精 确 。  当 触 摸 屏 与 液 晶 屏 间 的 角 度 差 很 小 时 ,经 过 推理 可 以 假 设  触 摸 屏 与 液 晶 显 示器 各 点 之 间 的 对 应 关 系 为 (设 液 晶 显示 器 的  坐 标 为 (XL,YL),触 摸屏 的坐 标 为 (×,Y)):  cXL=AX+BY+c  IYL=DX+EY+F  因 为 要 取 三 个点 进 行 校 准 ,所 以 存 在六 个 变 量 ,即要 通 过 六  个 方 程 式求 出 液 晶 显示 器 的 坐标 。此 处 要 求 三 个 点 尽 量 分 散 ,最  好 为 左 上 角 、中 间 、右 下 角 三 点 。得 :  rXL1=AXI+BYI+c  {  -AX2+B +c  【 _L3=AX3+日 +c  IYLI=DXI+EY1+F  {YL2=DX2+EY2+F  【yL3=DX3+EY3+F  可 求 出 A、B、C、D、E、F的值 ,一 旦 这 些 参 数值 定 下 来 ,便 可  利 用 上 面 的方 程组 ,通 过 触 摸 屏 上 的原 始 数 据 计 算 出 它 在 LCD  显 示 器 上 的 对 应 点 。  上 述 联 立 方 程 组 的 未 知 量 已求 解 出 ,此 处 不 再 推 导 。这 里 直  接 跳 过 中间 步 骤 得 出 最 后 结 论 ,将 K 作 为各 方 程式 的公 分母 ,便  可 得 出未 知 量 :  K=lX 一X3)lY2一Y3)一lX2一X3)lY -Y3)  A:llXLl—XL3)lY2一Y3)一(XL2一XL3)lY1一Y3))/K  8:((X1一X3)(xL2一xL3)一(XL1一xL3)lX2一X3))/K  c:lYllX3XL2一X2XL3)+Y2lXlXL3一X3XL1)+Y3(XzXL1一X1XL2))/K  D:llYL1一YL3)lY2一Y3)一lYL2~YL3)lY1一Y3))/K  E=llX1一X3)lYL2一YL3)一lYLl—YL3)lX2一X3))/K  F=lY}lx3YL2一x2YL31+Y2lX1YL3一x3YL1)+Y3lx2YL}一XlYL2))/K  基 于此 ,通 过 三 个 校 准 点 便 可 确 定 触 摸 屏 与 液 晶屏 的对 应  关 系 ,进 行 校 准 。  3 触 摸 屏 的 校 准 举 例  假设 液 晶 屏 (320x240)中有 一 个 实 心 矩 形 作 为 按 钮 ,此 实  心矩形的左上角坐标是(× ,Y );右下角 的坐标是(× ,Y2)。要校 准  此 触 摸 屏 ,则 须 按 照 下 面 的 4 个 步 骤 :  1)先测试 触摸屏左 上角 的坐标(1efttopx,lefttopy)。  2)再 测试 触 摸屏 右 下 角 的坐标 (rightbottomx,rightbottomy)。  3)计算 水平方 向的比率(ratiox)和垂直方 向的比率(ratioy):  ratiox=(rightbottomx-tefttopx)/(320);  ratioy=(rightbottomy- lefttopy)/(240);  4)计 算 触 摸 屏 中此 按 钮 的左 上 角 坐 标 (buttonx1,bu ̄ony1)和  右下 角坐 标 (bu ̄onx2,buttony2):  buttonx1=X1}ratiox + tefttopx;  buttony1:Y }ratioy +lefttopy;  bunOnx2=X2}ratiox + lefttopx  buttony2=Y2}ratioy + lefttopy;  5)在 机 器 程 序 中 判 断从 串 口接 收 的 触 摸 屏 的 坐 标 数 据 是 否  在上 一步 计 算 出 的触 摸 屏 按 钮 坐 标 的 范 围 内 。  由 于 三 点 校 准具 体 的 实 现 就 是 将 取 得 的 点 代 入 公 式 即 可 ,  这 里 不在 重 复叙 述 。  4 结 束语  每 个 触 摸 屏 在使 用 之前 ,都 要 进 行 校 准 ;用 户 必 须 将 获 取 的  左 上 角 和 右 下 角 坐 标 保 存 到 用 户 自 己 的 FLASH 或 者 其 它 掉 电  时 不 会 丢 失 的 器件 中 ,便 于 使 用 过 程 中校 正 读 取 的触 摸 屏 数据 ,  如 果 此 信 息 丢 失 ,必 须 重 新进 行 校 准 ,重 新 将 左 上 角 和 右 下 角 坐  标 保 存 。  本 文 介 绍 的 三 点 校 准 算 法 是 这 三 种 校 准 算 法 中 最 优 的 ,此  算 法 首 先 确 定 误差 源 ,然后 通 过 三 个 选 定 点 导 出 触 摸 屏 的 校 准  矩 阵 ,并 用 软 件 方 法 来 实 施 点 与 点 之 间 对 应 关 系 的校 准 。掌 握 这  种 技 术 ,对 降低 嵌 入 式 系 统 的 成 本 至 关 重 要 。  参 考 文 献  1  周 立 功 .等 .ARM 嵌 入 式 系 统 基 础 教 程 .北 京 :北 京 航 空 航 天 大 学 出  版社 ,2005.1  2 周 立 功 ,等 .ARM 嵌 入 式 系统 实 验 教 程 (三 ).北 京 :北 京 航 空 航 天 大  学 出 版社 ,2OO5.1  3 何 立 民.单 片 机 应 用 技 术 选 编 (5).北 京 :北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ,  1997  4 三 谷 雄 二 ,本 庄 和彦 ,长 家 知 志 , 山 田 贵 史 .ITO 电 阻 膜 式 Touch  Panel(模拟 检出设备 )【J].藤森工业株式会社会刊 ,1996(7):37  [收 稿 日期 :2005.12.14]  (上 接 第 76页 )  这 里 要 注 意 的 是 ,该 方 法 假 设 在 控 制 面 板 中“用 户 帐 号 ”管  理 的 “选 择 登 录 和 注 销 选 项 ”设 置 启 用 了 “使 用 欢 迎 屏 幕 ”一 项 。  否 则 ,XP将 使 用 W indows的传 统 登 录模 式 ,要 求 用 户 输 入 帐 户  名 。并 且 Ctrl+AIt+Del组 合 键 的 行 为 也 和 传 统 的行 为 一 样 ,注 册  表 中 DisableTaskMgr的 设 置 也 只 是 将 登 录/注 销 对 话 框 中 的  任 务 管 理 器 按 钮 屏 蔽 或 置 灰 。而 且 通 过 DisableTaskMgr仅 能  屏 蔽 Ctrl+AIt+Del键 盘 。  3 结 束语  本 文 介 绍 的这 些 方 法 各 有 优 劣 。 由于 屏 蔽 热 键 的要 求 通 常  都 出 现 在 一些 对 安全 性 要 求 特 别 高 的 工 业 控 制 程 序 中 ,而 屏 蔽  热 键 的 多数 方 法 都 需 要 比较 底 层 的编 程 技术 ,因 此 在 使 用 的 时  候 必须 特 别 小心 。特别 是 底 层 钩 子 技 术 、修 改 GlNA.DLL和 远 程  线 程 注 入 技 术 的方 法 ,若 使 用 不 当都 有 可 能 导 致 系统 不稳 定 ,结  果 可 能 是 适 得 其 反 。  参 考 文 献  1  张 运 潮 .怎样 屏 蔽 热 键 .电 脑 编 程技 巧 与维 护 ,2OO1,8:29-30  2  Windows NT/2000 下 如 何 屏 蔽 CTRL+ALT+DEL http://www.  vckbase.com/document/viewdoc.asp?id=242  『收 稿 日期 :2oO5.12.16]  中国触摸屏网( http://www.51touch.Com ) 您下载的该触摸屏技术文档来自于中国触摸屏网( http://www.51touch.com/ ) What you are downloading are from China Touchscreen Site: ( http://www.51touch.com/ ) 中国触摸屏网四大版块: • 触摸屏论坛: http://bbs.51touch.com/ • 触摸屏供求商机: http://b2b.51touch.com/ • 人才求职/招聘: http://bbs.51touch.com/forum-12-1.html • 触摸屏行业杂志: http://www.51touch.com/emag/ 1. 触摸屏论坛:中国触摸屏网论坛是触控面板人讨论触摸屏技术,解决触摸屏生产问题, 发布触摸屏产品供求信息,了解触摸屏市场动态,触摸屏厂商招聘和 TP 人求职的第一平台。 2. 触摸屏供求商机:免费发布触控面板产品、触摸屏材料、触摸屏设备、触摸屏一体机、 人机界面、大屏幕显示器、广告机、金融自助设备、薄膜开关、电子白板 LED 电子显示屏等 3. 人才求职/招聘:触摸屏厂商招聘和触摸屏行业人才求职,招聘求职效果好,免费! 4. 触摸屏杂志:《触动中国》电子杂志聚焦触控面板行业资讯、技术,行业厂商和市场趋势。 中国触摸屏网 ( 51Touch.Com ) 是中国首家以触控面板行业为基础的大型资讯、供求 商机和论坛网站平台。自 2003 年 9 月创立起,中国触摸屏网一直致力于提供触摸屏行业资 讯与商务服务,深受触摸屏行业用户、业内企业和公司的首肯,其品牌影响力和用户满意度 均位居业内第一。时值今日,中国触摸屏网凭借强大的信息资讯频道,产品展示频道,供求 商机频道,触摸屏论坛频道,成为业界公认的全球最大的触控面板行业门户网站。 使用本文档前请您先阅读以下条款: 1. 中国触摸屏网仅对原资料包“依样”打包,未做过任何改动,但不保证所提供资料或文 档的完整性。 2. 请在使用前查毒 (这也是您使用其它网络资源所必须注意的) 。 3. 由本站提供的资料或者文档对您的网站或计算机造成严重后果的本站概不负责。 4. 转载本站提供的资源请勿删除本说明文件。 中国触摸屏网 —— 无“触”不在

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