用于触摸确定的图像重建的制作方法
【专利摘要】使用一种触摸系统来使能触摸灵敏度，该触摸系统包括一个面板，该面板被配置成用于将多个信号例如通过TIR从多个入耦合点传导到多个出耦合点处，由此限定横跨多对入耦合点和出耦合点之间的一个触摸表面的多条检测线。在一个反复的迭代序列中，一个信号处理器操作来：计算（22）这些检测线的变化值，这些变化值表示当前迭代与一个早先迭代之间的信号变化；并且对这些变化值运用（23）一个重建算法，以确定在该触摸表面上的一个差分交互图案。该信号处理器还操作以根据该差分交互图案来更新（24）一个跟踪图案，并且基于该跟踪图案来生成（25）一个当前偏差图案。该偏差图案被生成以表示该触摸表面上的当前触摸交互，并且被提供以用于识别（26）该表面部分上的触摸。该跟踪图案可以表示在该触摸表面上累积的交互，并且可以或者包括该触摸表面上的污染物的影响或者至少部分地针对该影响得到补偿。
【专利说明】用于触摸确定的图像重建
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2011年9月27日提交的瑞典专利申请号1150879-3和于2011年9月27日提交的美国临时申请号61/539608的权益，这两个申请均通过引用结合在此。
【技术领域】
[0003]本发明总体上涉及触摸感测系统和与此类系统有关的数据处理技术，并且具体地说，涉及在此类系统中使用图像重建以进行触摸确定。
【背景技术】
[0004]触摸感测系统(“触摸系统”)广泛应用于各种应用中。典型地，这些触摸系统由一个触摸对象(如手指或触针)或者与一个触摸表面直接接触或者通过与该触摸表面接近(即，没有接触)来致动。触摸系统例如用作膝上计算机的触摸板、用于控制面板中以及用作例如手持装置(如移动电话)上的显示器的覆盖层。覆盖在显示器上的或整合在显示器中的触摸面板也称为“触摸屏”。许多其他应用在本领域中是已知的。
[0005]W02011/028169和W02011/049512披露基于受抑全内反射(FTIR)的触摸系统。多个光片被耦合到一个面板中以通过全内反射(TIR)来在该面板内部进行传播。当对象接触面板的触摸表面时，传播光将在触摸点处衰减。多个光传感器阵列位于触摸表面的周边周围以检测每个光片所接收到的光。来自这些光传感器的测量信号可以被反复地处理以输入至一个图像重建算法中，该图像重建算法生成衰减值在该触摸表面上的二维分布。这使得能够在一位或多位用户与触摸表面进行交互时对触摸的当前位置/大小/形状进行反复确定。
[0006]在这些类型的基于FTIR的触摸系统中，需要在干扰的背景下检测到触摸，这些干扰例如源自触摸表面上的指纹和其他类型的污迹。干扰的影响可能不仅随时间而变化而且可能在触摸表面上变化，因而使得难以始终正确地检测到触摸表面上的触摸。此外，触摸对象与触摸表面之间的交互的程度可能既随时间变化又在不同对象之间变化。例如，该交互可以依赖于对象是在触摸表面上轻击、拖拽还是保持处于一个固定位置。不同对象可能产生不同程度的交互，例如，交互的程度可能在用户的手指之间变化并且甚至更可能在不同用户的手指之间变化。还应理解，触摸对象可能仅造成传播光的小的衰减，例如，小于1%。某些系统可能需要被设计成检测到大约0.1%至0.01%的衰减。
[0007]上面所提到的W02011/049512提出了一种补偿触摸表面上的污染物的技术。在一个实施例中，在光传感器处所接收到的光能被转换成衰减值，例如，通过与每个光传感器的参考值进行标准化，届时这些衰减值被输入至一个图像重建算法中，该图像重建算法生成当前光状态，该当前光状态是衰减值在触摸表面上的二维分布。触摸系统还追踪背景状态，该背景状态是由触摸表面上的污染物所引起的衰减值的二维分布。然后在补偿光状态下检测到触摸，该补偿光状态是通过从当前光状态减去背景状态来生成的。为了能够检测到触摸(该触摸被表示为当前光状态中的小的衰减)，可能有必要实施重建算法以便以衰减值生成具有高位分辨率的当前光状态。然而，这对处理要求较高，并且可能导致大量处理时间。还可设想到:可用于重建处理的位分辨率可能受硬件约束的限制。
[0008]上面所提到的W02011/028169提出了一种替代补偿技术。统称为背景信号曲线并且用于使所测得的能量值标准化并将其转换成衰减值的光传感器的参考值被间歇地更新，以便包括触摸表面上的污染物的影响。触摸系统反复地从这些光传感器读取这些能量值并且使用当前(已更新)参考值来生成衰减值，这些衰减值统称为当前已补偿信号曲线。然后可以处理该当前已补偿信号曲线以用于触摸确定，例如，借助于生成衰减值在触摸表面上的二维分布的一个图像成像算法，该二维分布可经进一步处理以用于触摸确定。通过经由参考值的更新来跟踪污染物的影响，触摸系统补偿已经在重建算法的输入中的污染物。理论上，通过在输入侧进行补偿，可以用具有减小的位分辨率来运用重建算法，同时能够在已重建图像中检测到小的衰减变化。然而，一项挑战是在输入侧实现足够充分的补偿。如果来自污染物的衰减保留在已重建图像中，那么触摸确定可能或多或少地受到妨碍。
[0009]概沭
[0010]本发明的目标是至少部分地克服现有技术的一个或多个限制。
[0011]鉴于前述内容，一个目标是在一个基于FTIR的触摸系统中实现重建处理的减小的位分辨率。
[0012]另一个目标是使得能够补偿FTIR系统的触摸表面上的污染物的影响。
[0013]又一个目标是基于通过重建处理所获得的图像来促进触摸检测。
[0014]借助于根据独立权利要求、由附属权利要求限定的独立权利要求的实施例的一种使得能够进行触摸确定的方法、一种计算机程序产品、一种用于使得能够进行触摸确定的装置、以及触敏设备，这些目标和从以下说明中可见的其他目标中的一个或多个目标至少部分地得以实现。
[0015]本发明的第一方面是一种使得能够基于来自触敏设备的输出信号进行触摸确定的方法。该设备包括:一个面板，该面板被配置成用于将多个信号从多个入耦合点传导至多个出耦合点，由此限定横跨该面板的多对入耦合点和出耦合点之间的表面部分延伸的多条检测线；至少一个信号发生器，该信号发生器耦合到这些入耦合点上以生成这些信号；以及至少一个信号检测器，该信号检测器耦合到这些出耦合点上以生成一个输出信号，该输出信号表示这些检测线的信号值的时间序列。在一个迭代序列中的每次迭代中，该方法包括以下步骤:基于该输出信号获得每条检测线的一个当前信号值；检索每条检测线的一个当前参考值，该当前参考值表示在该迭代序列中的一次先前迭代中所获得的当前信号值；根据该当前信号值和该当前参考值，计算每条检测线的一个变化值；对这些变化值运用一个重建算法，以确定该表面部分上的一个差分交互图案；根据该差分交互图案，更新一个跟踪图案；根据该跟踪图案，生成一个当前累加触摸交互图案；以及提供该当前累加触摸交互图案以用于识别该表面部分上的触摸。
[0016]在该第一方面的方法中，生成该差分交互图案以表示自先前迭代(其中为检测线获得参考值)开始该表面部分上的交互变化。通过适当地选择与当前迭代有关的先前迭代，可以确保该表面部分上的最大交互变化匹配重建处理中的可用位分辨率，以便允许检测到与传播光具有弱交互的触摸。因此认识到，与使用当前信号值相比，在重建处理中使用变化值可以降低重建处理中对位分辨率的要求。此外，所需位分辨率的降低可以使得处理时间减少。
[0017]这可以实现而无需精确地跟踪并且在将单独信号值(或其格式化版本)输入至重建算法之前补偿污染物对这些信号值的影响，即使在本发明的范围内可能做出或尝试这样的补偿。本发明的方法包括一个二维跟踪，其中根据差分交互图案来更新跟踪图案。该二维跟踪的结果被用于直接地或者在进一步处理后产生有待被处理以用于触摸确定的当前累加触摸交互图案。认识到，该方法以一个迭代序列(即反复地)进行操作，并且该方法的每次迭代可以得到用于更新跟踪图案的一个差分交互图案。因此，在将触摸局部地增添至表面部分和从该表面部分移除时，相应的交互值将会在跟踪图案中的相应的位置处变化，并且由此影响所得累加触摸交互图案。通过对跟踪图案进行操作，并且使用该跟踪图案以用于生成累加触摸交互图案，可以跟踪并且在重建处理的下游(即，与重建的交互值在表面部分上的分布有关)补偿污染物的影响。因此，当前累加触摸交互图案可以被生成以表示至少部分地针对出现在该表面部分上的污染物的影响得到补偿的总交互在表面部分上的当前分布。
[0018]二维跟踪可以使得容易检测到出现在表面部分上的所有触摸。当前累加触摸交互图案可以被视为表示当前迭代中表面部分上的交互的“快照”。因此，触摸对象将在累加触摸交互图案中显现，不管该触摸对象是在表面部分上运动还是在该表面部分上保持不动。
[0019]如根据前述内容所理解，该第一方面的方法以一个迭代序列进行操作，以重建差分交互图案并且生成当前累加触摸交互图案，以使得在必要时可以针对每次迭代来评估该表面部分上的触摸交互。
[0020]在该第一方面中使用的当前参考值可以等于在先前迭代中所获得的当前信号值。替代地，并且尤其是如果重建算法要求变化值以一种专用格式来提供，当前参考值可以是在先前迭代中所获得的当前信号值的一种格式化版本。
[0021]应注意，生成“每条检测线的信号值”的步骤应解释为与被认为与重建差分交互图案(并且与生成累加触摸交互图案)相关的或者对于重建差分交互图案(并且对于生成累加触摸交互图案)有用的检测线。因此，触敏设备实际上可以限定另外多条检测线，这些检测线并不在该方法的一次或多次或所有迭代过程中的重建中使用。
[0022]在一个实施例中，生成当前跟踪图案的步骤包括:将差分交互图案加和至在先前迭代中所生成的跟踪图案上。
[0023]上面所提到的“多个交互图案”中的每一个都包括“交互值”的二维分布，这些交互值表不在表面部分上与传播光的局部交互。交互值可以用不同格式给出，但典型地表不广义上的局部衰减或局部透射。信号值可以表示所接收到的信号能量或功率，并且变化值可以被生成以表示所测得的能量、差分能量(例如，通过每条检测线的所测得的能量值减去参考能量值给出)、相对衰减(例如，通过每条检测线的所测得的能量值除以参考能量值给出)、相对透射(例如，对应于I减去相对衰减)、对数衰减(例如，对应于相对衰减的对数)等。
[0024]在一个实施例中，对这些变化值进行计算从而表示当前信号值与对应检测线的先前信号值之间的相对变化。在一个实现方式中，对这些变化值进行计算从而表示对应检测线的相对变化的对数。因此，差分交互图案、跟踪图案以及累加触摸交互图案可以被生成以包括衰减值或透射值在表面部分上的分布。这个实施例还可以减少或消除对获得参考值以用于信号值的标准化(如现有技术所传授)的需要。[0025]在一个实施例中，重建算法包括图像重建算法，如层析算法。
[0026]可以用不同方式来实施在该方法的各迭代中被更新的跟踪图案。
[0027]在一个第一跟踪实施例中，跟踪图案表示总交互在表面部分上的分布，即包括积累的污染物的影响。在这样的实施例中，当前累加触摸交互图案可以根据已更新的跟踪图案来生成。生成当前累加触摸交互图案的步骤可以进一步包括:检索一个背景图案，该背景图案至少部分地表示由出现在表面部分上的污染物所引起的交互的分布；以及根据该背景图案来补偿已更新的跟踪图案。这使得能够在重建处理的下游补偿污染物的影响，并且可以提供对二维分布进行操作的一种简单方式。例如，补偿步骤可以包括从已更新的跟踪图案减去背景图案。在一个实施例中，该方法进一步包括:根据在当前迭代中在表面部分上所识别出的触摸来更新背景图案。由此，可以在该方法的各迭代中连续地或间歇地更新背景图案。这样的更新背景图案的步骤可以包括:估算增添至表面部分的污染物的影响，以及将所估算出的影响包括在背景图案中。例如，背景图案可以根据前述W02011/049512的传授内容来更新。
[0028]在一个第二跟踪实施例中，跟踪图案被更新以表示当前累加触摸交互图案。该第二跟踪实施例可以提供对于触摸感测设备的(例如，由于振动、温度漂移等导致的)结构的缓慢变化的增强的鲁棒性。在上述第一跟踪实施例中，生成当前累加触摸交互图案涉及从表示表面部分上的总交互的跟踪图案减去一个背景图案。在使用一段时间之后，在表面部分上可能已经沉积了大量的污染物指纹、污点等等)，从而造成跟踪图案和背景图案二者中的大的交互值。认识到，两种大数值中的任一种数值的小误差都可能造成所计算出的差值(该差值可能是一个小数值)的显著误差。这种敏感性在第二跟踪实施例中可以得以避免或减小，因为跟踪图案被生成以表示可能针对污染物的影响(完全地或部分地)得到补偿的累加触摸交互图案。由此，跟踪图案可以包括较小的数值，从而使得跟踪的稳定性和鲁棒性得以改进。一个另外的改进可以通过生成交互值以使得零值表示表面部分上不存在触摸交互来实现。
[0029]与第一跟踪实施例相比，第二跟踪实施例还可以实现改进的存储器和处理效率，因为可以省略背景图案，并且由此省略对反复地访问电子存储器以用于背景图案的存储和检索的需要。
[0030]第二跟踪实施例可以被视为:根据差分交互图案和在先前迭代中更新的跟踪图案，生成当前累加触摸交互图案；并且更新该跟踪图案以表示当前累加触摸交互图案。
[0031]在第二跟踪实施例的一个实施例中，更新跟踪图案的步骤包括:根据在当前迭代中在表面部分上所识别出的触摸，更新当前累加触摸交互图案。该更新使得能够在重建处理的下游补偿污染物的影响，并且可以提供对二维分布进行操作的一种简单方式。例如，更新跟踪图案的步骤可以包括:估算增添至表面部分的污染物的影响；以及从当前累加触摸交互图案中去除所估算出的影响。由此，累加触摸交互图案在该方法的这些迭代中针对污染物的影响得到补偿。例如，可以与如前述W02011/049512中所描述的背景图案的更新类似地来更新累加触摸交互图案。
[0032]在第二跟踪实施例的一个实施例中，当前累加触摸交互图案被生成为差分交互图案与在先前迭代中更新的跟踪图案的和。应理解，这样的和可以在更新跟踪图案的步骤中获得，并且可以再用于生成当前累加触摸交互图案，或反之亦然。[0033]如上面所提及，“先前迭代”可以鉴于重建处理中的可用位分辨率并且鉴于有待检测的最弱交互来选择。在一个实施例中，先前迭代被选择成先于当前迭代固定数量的迭代。在另一个实施例中，先前迭代被选择成先于当前迭代一个给定时间段，该给定时间段可以是小于2秒、优选小于I秒、并且最优选小于0.5秒。在一个特定实现方式中，先前迭代在该迭代序列中紧接在当前迭代之前。在一个替代实现方式中，先前信号值被反复地在该迭代序列中的预定多次迭代之后设置成当前信号值。
[0034]在一个特定实现方式中，该第一方面的方法对触敏设备的输出信号进行操作，其中至少一个信号发生器被安排成在面板内部提供光，以使得光通过该面板的一个触摸表面与一个相对表面之间的内反射从入耦合点传播至出耦合点，该触敏设备被配置成用于使得触摸该触摸表面的一个或多个对象使传播光局部地衰减。确切地说，触摸表面中的光的总内反射的受抑可以使传播光衰减。
[0035]本发明的第二方面是一种包括计算机代码的计算机程序产品，当在数据处理系统上被执行时，该计算机程序产品被适配成执行该第一方面的方法。
[0036]本发明的第三方面是一种用于使得能够基于来自触敏设备的输出信号进行触摸确定的装置。该设备包括:一个面板，该面板被配置成用于将多个信号从多个入耦合点传导至多个出耦合点，由此限定横跨该面板的多对入耦合点和出耦合点之间的一个表面部分延伸的多条检测线；耦合到这些入耦合点上以生成这些信号的信号发生装置；以及耦合到这些出耦合点上以生成输出信号的信号检测装置，该输出信号表示这些检测线的信号值的时间序列。该装置包括:一个用于接收输出信号的输入端和一个信号处理器，该信号处理器被配置成用于在一个迭代序列中反复地:基于该输出信号，获得每条检测线的一个当前信号值；检索每条检测线的一个当前参考值，该当前参考值表示在该迭代序列中的一个先前迭代中所获得的当前信号值；根据该当前信号值和该当前参考值，计算每条检测线的一个变化值；对这些变化值运用一个重建算法，以确定该表面部分上的一个差分交互图案；根据该差分交互图案，更新一个跟踪图案；根据该跟踪图案，生成一个当前累加触摸交互图案；以及提供该当前累加触摸交互图案以用于识别该表面部分上的触摸。
[0037]本发明的第四方面是一种触敏设备，该触敏设备包括:一个面板，该面板被配置成用于将多个信号从多个入耦合点传导至多个出耦合点，从而限定横跨该面板的多对入耦合点和出耦合点之间的一个表面部分延伸的多条检测线；用于在这些入耦合点处生成这些信号的装置；基于在这些出耦合点处所检测到的信号来生成一个输出信号的装置；以及该第三方面的装置。
[0038]本发明的第五方面是一种触敏设备，该触敏设备包括:一个面板，该面板被配置成用于将多个信号从多个入耦合点传导至多个出耦合点，从而限定横跨该面板的多对入耦合点和出耦合点之间的一个表面部分延伸的多条检测线；用于在这些入耦合点处生成这些信号的装置；基于在这些出耦合点处所检测到的信号来生成一个输出信号的装置；以及用于使得能够根据该第三方面进行触摸确定的装置。
[0039]本发明的第六方面是一种触敏设备，该触敏设备包括:一个面板，该面板被配置成用于将多个信号从多个入耦合点传导至多个出耦合点，从而限定横跨该面板的多对入耦合点和出耦合点之间的一个表面部分延伸的多条检测线；耦合到这些入耦合点上以生成这些信号的至少一个信号发生器；耦合到这些出耦合点上以生成一个输出信号的至少一个信号检测器，该输出信号表示这些检测线的信号值的时间序列；以及一个信号处理器，该信号处理器被连接成接收该输出信号，并且被配置成用于在一个迭代序列中反复地:基于该输出信号，获得每条检测线的一个当前信号值；检索每条检测线的一个当前参考值，该当前参考值表示在该迭代序列中的先前迭代中所获得的当前信号值；根据该当前信号值和该当前参考值，计算每条检测线的一个变化值；对这些变化值运用一个重建算法，以确定该表面部分上的一个差分交互图案；根据该差分交互图案，更新一个跟踪图案；根据该跟踪图案，生成一个当前累加触摸交互图案；以及提供该当前累加触摸交互图案以用于识别该表面部分上的触摸。
[0040]该第一方面的实施例中的任意一个可以与该第二方面至该第六方面组合。
[0041]本发明的另外的其他目标、特征、方面以及优点将从以下详细说明、从所附权利要求书以及从附图显而易见。
[0042]附图简要说明
[0043]现在将参考所附示意图更详细地描述本发明的实施例。
[0044]图1是一个触敏设备的平面图。
[0045]图2A至图2B是通过受抑全内反射(FTIR)来操作的触敏系统的侧视图和俯视图。
[0046]图3是根据一个第一实施例的一种触摸确定方法的流程图。
[0047]图4是根据一个第二实施例的一种触摸确定方法的流程图。
[0048]图5是一种实施图4的方法的装置的框图。
[0049]图6A至图6E对应地示出了先前总衰减图案、差图案、当前总衰减图案、背景图案以及偏差图案。
[0050]图7示出了用于在计算差图案中使用的早先迭代的一种替代选择。
[0051]示例性实施方案的详细说明
[0052]本发明涉及用于使得能够提取与触敏设备的触摸表面接触的多个对象的触摸数据的技术。本说明书以呈现这种触敏设备、尤其是一种通过光的受抑全内反射(FTIR)来操作的设备的基本概念开始。本说明书继续呈现用于改进触摸确定之前的信号处理的多个实施例。最后，给出多个详细示例。
[0053]贯穿本说明书，相同的参考标号用来标识相对应的元件。
[0054]1.触敏设备
[0055]图1示出触敏设备100，该触敏设备是基于横跨触摸表面I的传输某种形式的能量的概念，以使得与该触摸表面I紧邻或接触的对象引起所传输的能量的局部降低。触敏设备100包括多个发射器和多个传感器构成的一种安排,这些发射器和传感器沿触摸表面I的外周分布。每对发射器和传感器限定一条检测线，该检测线与用于从该发射器到该传感器的发射信号的传播路径相对应。在图1中，仅示出了一条这样的检测线D从该发射器2到该传感器3延伸，但应理解，该安排典型地限定由多条交叉检测线组成的稠密网格，每条检测线与由发射器发射并由传感器检测到的信号相对应。因此，沿该检测线D的长度触摸该触摸表面的任何对象将会降低其能量，这可由该传感器3测得。因此，对象在触摸表面I上的触摸导致一条或多条检测线的衰减。
[0056]传感器3的安排电连接至信号处理器10上,该信号处理器对来自该安排的输出信号进行采样和处理。该输出信号指示在每个传感器3处所接收到的信号能量或信号功率。如以下将要解释的，该信号处理器10可以被配置成用于处理该输出信号，以便重新创建交互值在该触摸表面I上的分布(为简单起见，下文中称之为“交互图案”或“衰减场”)。该交互图案可以用许多不同方式表示，例如，表示为安排在常规x-y网格中(如在一个普通数字图像中)的交互值，尽管其他类型的网格也是可设想到的，例如，六边形图案或三角网格。该交互图案可以进一步由信号处理器10或由单独装置(未示出)处理以用于触摸确定，这可能涉及提取触摸数据，如每个触摸对象的位置(例如，X, y坐标)、形状或区域。
[0057]在图1的示例中，该触敏设备100还包括一个控制器12，该控制器被连接成选择性地控制这些发射器2的激活和(可能地)来自这些检测器3的数据的读出。该信号处理器10和该控制器12可以被配置作为单独单元，或者它们可以被结合在一个单一单元中。该信号处理器10和该控制器12中的一个或两者可以至少部分地由处理单元14所执行的软件来实施。
[0058]通常，该触敏设备100 (该触摸表面I)可以具有任何形状，如圆形、椭圆形或多边形，包括矩形。该触敏设备100可以被设计成覆盖在一个显示装置或监视器上或整合在其中。
[0059]该触敏设备100可以被配置以允许传输许多不同形式之一的能量。因此，所发射的信号可以是可在触摸表面I中或在其上传播的任何辐射或波能，包括但不限于处于可见或红外线或紫外线光谱区域中的光波、电能、电磁能或磁能、或声能或超声能或振动能。
[0060]以下将描述基于光传播的一个示例实施例。图2A是一个触敏设备100的侧视图，该触敏设备包括一个光透射面板4、一个或多个光发射器2 (示出一个)以及一个或多个光传感器3 (示出一个)。面板4由一层或多层固体材料制成，并且限定两个相对且大体平行的表面5、6，并且该面板可以是平面的或弯曲的。该面板4限定一个内辐射传播通道，光通过内反射在该通道中传播。在图2A的示例中，传播通道限定在面板4的边界表面5、6之间，其中，顶表面5允许传播光与触摸对象7交互，并且由此限定触摸表面I。这通过将光射入面板I中来实现，以使得当来自该(这些)发射器2的光传播通过该面板4时被触摸表面I中的全内反射(TIR)反射。光可以被底表面6中的TIR或对着底表面6上的反射涂层反射。还可设想到，传播通道与底表面6间隔开，例如，如果面板包括由不同材料制成的多个层的话。这些传感器3被安排在面板4的外周处以生成指示所接收的光的能量的对应测量信号。
[0061]如图2A中所示，光可以经由连接面板4的顶表面5和底表面6的边缘部分直接耦合进和耦合出该面板4。替代地(未示出)，可以将单独耦合元件(例如，呈楔子的形状)附接至该边缘部分上或附接至该面板4的顶表面5或底表面6上，以将光耦合进和/或耦合出该面板4。当对象7足够靠近边界表面时，部分光可能被该对象7散射，部分光可能被该对象7吸收，并且部分光可能继续在其在该面板4上的原始方向上在该面板4中传播。因此，当该对象7触摸该面板的边界表面(例如，该顶表面5)时，全内反射受到抑制并且透射的光的能量降低。这种类型的触敏设备以下称为“FTIR系统”(FTIR-Frustrated Total InternalReflection:受抑全内反射)。
[0062]可以操作该FTIR系统100以测量透射穿过面板4的光在多条检测线上的能量。这可以例如通过以下方式来完成:激活一组间隔开的发射器2以在该面板4内部生成相对应数量的光片，并且操作一组传感器3以测量每个光片的透射能量。图2B中示出了这样的一个实施例，其中每个发射器2生成一束光，这束光在该面板4的平面中展开同时传播远离该发射器2。每一束从该面板4上的入耦合位点内的一个或多个入口或入耦合点传播。光传感器3阵列位于面板4的外周周围，以在面板4上的出耦合位点内的许多间隔开的出耦合点处接收来自发射器2的光。应当理解的是，这些入耦合点和出耦合点仅仅是指该光束对应地进入和离开该面板4的位置。因此，一个发射器/传感器可以光耦合至许多入耦合点/出耦合点上。然而，在图2B的示例中，这些检测线D由单独的发射器-传感器对来限定。 申请人:的W02010/064983中更详细地披露了此实现方式和另外的变体，W02010/064983通过此引用以其全部内容结合在此。
[0063]应当理解的是，图2仅示出FTIR系统的一个示例。例如，代替地，这些检测线可以通过在该面板内部扫掠或扫描一条或多条光束来生成。例如，US6972753、US7432893、US2006/0114237、US2007/0075648、W02009/048365、W02010/006882、W02010/006883、W02010/006884、TO2010/006885、W02010/006886 以及 TO2010/134865 中披露了 FTIR 系统的这类和其他示例，所有这些通过此引用结合在此。本发明的概念也可以有利地应用于这类替代性的FTIR系统。
[0064]不考虑实现方式，这些光传感器3集体地提供一个输出信号，该输出信号由信号处理器10接收并采样。该输出信号包括许多子信号，这些子信号也称为“投影信号”，各自表示由某一光发射器2发射并由某一光传感器3接收的光的能量，即，在某一检测线上所接收到的能量(或等效地，功率或强度)。取决于实现方式，该信号处理器10可能需要处理该输出信号，以便分离这些单独的投影信号。
[0065]2.重建算法和输入格式
[0066]如以上所指出，一种重建算法可以用于基于输出信号中的投影信号来确定触摸表面I上的一个交互图案 。本发明的多个实施例可以使用用于基于多个投影信号值进行图像重建的任何可供使用的算法，包括多种层析重建方法，如滤过反向投影、基于FFT的算法、ART (代数重建技术)、SART (同时代数重建技术)等。替代地，该重建算法可以通过改编一个或多个基函数用于重建值和/或通过统计方法(如贝叶斯反演)来生成该交互图案。设计用于触摸确定的此类重建算法的示例可在W02010/006883、W02009/077962、W02011/049511、W02011/139213以及W02012/050510中找到，所有这些均通过引用结合在此。常规重建方法可在数学文献，例如奈特尔(Natterer)的“计算机层析成像的数学方法(The Mathematicsof Computerized Tomography)”以及卡克(Kak)和斯兰妮(Slaney)的“计算机层析成像原理(Principles of Computerized Tomographic Imaging)，，中找至Ij0
[0067]可以在触摸表面的一个或多个子区域中重建该交互图案。基于上面所提到的投影信号，可以通过分析横跨该触摸表面的检测线的交叉点来识别这些子区域。在W02011/049513中进一步披露了这样一种用于识别子区域的技术，W02011/049513通过此引用结合在此。
[0068]重建算法基于以下假设来设计:取决于交互图案a，根据反映出物理触摸系统的特性的投影函数P，输入值s满足:s = Λ?。因此，重建算法被设计成使用一个重建函数,从 s 重建a: a = y'(s)。
[0069]应理解，输入值s的格式可以特定于重建函数矿。以下示例假设重建函数被设计成重建衰减场，即，重建的交互图案a中的每个交互值(“衰减值”)表示由衰减介质造成的能量的局部衰减。在这样的实现方式中，输入值S可以表示为用于单独检测线的衰减值。
[0070]现在将会参照图2A进一步解释这种对输入值的选择，该图表明传播光将不会被触摸对象7阻挡。因此，如果两个对象7恰巧沿着从发射器2到传感器3的光路彼此先后放置，则两个对象7将与该传播光交互。如果光能量是足够的，那么该光的剩余部分将到达该传感器3并且生成允许两次交互(触摸)都被识别出的投影信号。因此，在多点触摸FTIR系统中，透射的光可能携带关于多个触摸的信息。
[0071]可以根据穿过衰减介质的衰减的定义来获得第k条检测线Dk的透射Tk:
[0072]Ik = 10jk * (e_ J a(x)dx) — Tk = Ik/10jk = e_ J a(x)dx。
[0073]在这个公式中，Ik是表示在具有(多个)衰减对象的情况下的检测线Dk上的透射能量的信号值是表示在没有衰减对象的情况下的检测线Dk上的透射能量的信号值；并且a(x)是沿该检测线Dk的衰减系数。在这个公式中，假设该检测线沿该检测线的整个长度与触摸表面交互，即，该检测线表示为数学线。
[0074]因此认识到，可以设计一个重建函数穸来对这些检测线的透射数据进行操作。这样的透射数据可以通过将投影值除以一个对应背景或参考值(REFk)来获得。通过适当选择参考值，从而将投影值转换为透射值，透射值因此表示已在这些检测线的每一条上测得的可用的光能量的分数(一般在范围[0，1]中)。
[0075]某些层析重建技术(如滤过反向投影(FBP))是基于处理线积分的拉东变换的理论。因此，此类重建技术可以被设计成对由透射的负对数给出的格式化信号值Sk进行操作:
[0076]sk = -log(Ik/REFk) = -log(e_ J a(x)dx) =/ a(x)dx。
[0077]可以注意到，这些格式化信号值Sk事实上是对应检测线Dk的总衰减的度量。在一个变体中，使用正对数。
[0078]在一个变体中，格式化信号值Sk可以通过任何已知的对以上表达式的逼近来给出。-1og(Tk)的一个简单逼近通过Sk=1-Tk给出，该简单逼近在Tk接近I时是一个良好逼近并且对于较小的Tk值也可能是有用的。
[0079]3.抑制交互图案中的干扰
[0080]在本发明的各个方面中，本发明涉及一种触摸确定技术，该技术能够检测到触摸表面上的触摸，即使在存在时变干扰(例如，由该触摸表面I上的污染物或沉积物引起)的情况下。对干扰的抑制是以一种以一个迭代序列进行操作的处理方法来实现的。在每次迭代中，对从投影信号采样的当前信号值运用一个重建算法，以确定指示触摸在触摸表面I上的二维分布的一个交互图案。该抑制通过以下方式来实现:对为每条检测线基于其当前信号值和一个先前信号值所计算出的变化值运用一个重建算法，并且使用一个所得差分交互图案来更新在一次先前迭代中所生成的一个跟踪图案。然后，该跟踪图案可以被用作、或被处理以便生成一个累积触摸交互图案，在该累积触摸交互图案中，干扰的影响受到抑制。
[0081]如将从以下说明所认识到的，通过基于差分干扰图案来更新跟踪图案，可以用一种简单且处理高效的方式来跟踪并补偿污染物的影响，而无需要求过度位分辨率。下面将参照图3和图4的流程图来描述使用不同类型的跟踪图案的多个实施例。
[0082]在以下说明中，“像素”可以指一个图案中的一个相对应的“像素值”。如在此所使用，像素意图涵盖在该图案中限定并且与一个交互值相关联的所有类型的单元格、基函数以及区域。
[0083]此外，以下示例是针对表示局部衰减并被称为“衰减图案”的一个交互图案给出。
[0084]图3示出了一种用于触敏设备(如上述FTIR系统)中的重建和触摸数据提取的方法的第一实施例。该方法涉及由(典型地由信号处理器10 (图1至图2))反复执行的多个步骤20至27组成的一个序列。在本说明书的上下文中，每个步骤20至27序列称为一次迭代或一个感测实例。
[0085]每次迭代以数据采集步骤20开始，在该步骤中，从该FTIR系统中的光传感器3对多个测量值进行采样，典型地通过从前述投影信号中的每一个采样一个值。该数据采集步骤20得到每条检测线的一个投影值。可以注意到，可以(但不必)为该FTIR系统中的所有可用的检测线采集数据。该数据采集步骤20还可以包括预处理这些测量值，例如，过滤以降低噪声。出于以下论述的目的，当前投影值总体称为It，尽管认识到，k条检测线中的每一条都存在这样一个值。步骤20还涉及将该当前投影值It (或其对数，参见下文)存储在电子存储器M中以用于在随后的一次迭代中进行检索。存储器M(图5)位于信号处理器10中或是该信号处理器可访问的。
[0086]在步骤21中，从存储器M检索每条检测线的一个早先投影值It_n (或其对数，参见下文)。这些早先投影值It_n是在一次先前迭代过程中从投影信号中采样的。在以下示例中，假设这些早先投影值是在前一迭代(即，n=l)中采样的。如稍后将描述的，可设想到其他变体。
[0087]然后，使用这些当前投影值It和这些上一投影值It_n为每条检测线计算出变化值dst (步骤22)，并且对所得变化值dst的全体运用一个重建函数,，以生成称为“差图案”或“差分交互图案”的一个差值二维分布dat (步骤23)。该差图案是差值在触摸表面(或该触摸表面的一个相关部分)上的分布，其中每个差值可以表示在该触摸表面上的特定位置或像素中的当前迭代和早先迭代之间的衰减的一个局部变化(增大/减小)。因此，差图案dat可以被视为在这些迭代之间触摸表面I上的触摸交互和污染物作用的变化的图像。
[0088]重建步骤23可以使用任何适合的投影函数f?.。大多数重建函数f是至少近似线性的，即p’ (a.x+b.y)=a.p’ (x)+b.p’ (y)。因此，差图案可以通过对格式化信号值之间的差运用重建函数,来生成:
【权利要求】
1.一种使得能够基于来自触敏设备(100)的输出信号进行触摸确定的方法，该触敏设备(100)包括:一个面板(4)，该面板被配置成用于将多个信号从多个入耦合点传导至多个出耦合点，由此限定横跨该面板(4)的多对入耦合点和出耦合点之间的一个表面部分延伸的多条检测线(D);耦合至这些入耦合点上以生成这些信号的至少一个信号发生器(2);以及耦合至这些出耦合点上以生成该输出信号的至少一个信号检测器(3)，该输出信号表示这些检测线(D)的信号值的一个时间序列，其中在一个迭代序列中的每次迭代中，该方法包括以下步骤: 基于该输出信号，获得每条检测线(D)的一个当前信号值(It)； 检索每条检测线(D)的一个当前参考值，该当前参考值表示该迭代序列中的一个先前迭代中所获得的当前信号值(It-n); 根据该当前信号值(It)和该当前参考值，为每条检测线(D)计算一个变化值(dst); 对这些变化值(dSt)运用一个重建算法，以确定该表面部分(I)上的一个差分交互图案(dat)； 根据该差分交互图案(dat)来更新一个跟踪图案(at_n ;0' H)； 根据该跟踪图案(at ;0' H)生成一个当前累加触摸交互图案(Ot);以及 提供该当前累加触摸交互图案(Ot)以用于识别该表面部分(I)上的触摸。
2.如权利要求1所述的方法，其中该当前累加触摸交互图案(Ot)表示至少部分地针对出现在该表面部分(I)上的污染物的影响得到补偿的总交互在该表面部分(I)上的一个当前分布。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述更新该跟踪图案(at_n;o't_i)包括:将该差分交互图案(dat)加和至在该先前迭代中所更新的跟踪图案(at_n;o' H)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中该跟踪图案(at_n)表示总交互在该表面部分(I)上的一个分布，并且其中该当前累加触摸交互图案(Ot)是根据该已更新的跟踪图案(at)来生成的。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述生成该当前累加触摸交互图案(Ot)进一步包括:检索一个背景图案(Iv1),该背景图案至少部分地表示由出现在该表面部分(I)上的污染物所引起的交互的一个分布；以及根据该背景图案(Iv1)来补偿该已更新的跟踪图案(at)。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述补偿包括:从该已更新的跟踪图案(at)减去该背景图案(U。
7.如权利要求5或6所述的方法，该方法进一步包括:根据在该当前迭代中在该表面部分(I)上所识别出的这些触摸，更新该背景图案(Iv1)。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述更新该背景图案(Iv1)包括:估算增添至该表面部分的污染物的影响，以及将所估算出的影响包括在该背景图案(Iv1)中。
9.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中该跟踪图案(o't)被更新以表示该当前累加交互图案(ot)。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述更新该跟踪图案(o't)包括:根据在该当前迭代中在该表面 部分(I)上所识别出的触摸，更新该当前累加触摸交互图案(ot)。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述更新该跟踪图案(o't)包括:估算增添至该表面部分(I)的污染物的影响，以及从该当前累加触摸交互图案(Ot)中去除所估算出的影响。
12.如权利要求9至11中任一项所述的方法，其中该当前累加触摸交互图案(Ot)被作为该差分交互图案(dat)与在该先前迭代中所更新的跟踪图案(o' H)的和来生成。
13.如以上任何权利要求所述的方法，其中对每个变化值(dSt)进行计算从而表示该检测线的该当前信号值(It)与该先前信号值(It_n)之间的相对变化。
14.如权利要求13所述的方法，其中对该变化值(dSt)进行计算从而表示该相对变化的对数。
15.如以上任何权利要求所述的方法，其中该先前迭代先于该当前迭代固定数量的迭代。
16.如以上任何权利要求所述的方法，其中该先前迭代先于该当前迭代小于2秒、优选地小于I秒、并且最优选地小于0.5秒。
17.如以上任何权利要求所述的方法，其中该先前迭代在该迭代序列中紧接在该当前迭代之前。
18.如权利要求1至16中任一项所述的方法，其中该先前信号值被反复地在该迭代序列的预定多次迭代之后设置成该当前信号值。
19.如以上任何权利要求所述的方法，其中该重建算法包括一种图像重建算法，如层析成像算法。
20.如以上任何权利要求所述的方法，其中该差分交互图案(dat)、该跟踪图案(at;o' t)以及该累加触摸交互图案(Ot)包括衰减值或透射值在该表面部分(I)上的分布。
21.一种包括计算机代码的计算机程序产品，当在数据处理系统上被执行时，该计算机程序产品被适配成用于执行权利要求1至20中任一项所述的方法。
22.一种使得能够基于来自触敏设备(100)的输出信号进行触摸确定的装置，该触敏设备(100)包括:一个面板(4)，该面板被配置成用于将多个信号从多个入耦合点传导至多个出耦合点，由此限定横跨该面板(4)的多对入耦合点和出耦合点之间的一个表面部分(I)延伸的多条检测线(D);耦合至这些入耦合点上以生成这些信号的信号发生装置(2);以及耦合至这些出耦合点上以生成该输出信号的信号检测装置(3)，该输出信号表示这些检测线(D)的信号值的一个时间序列，所述装置包括: 一个用于接收该输出信号的输入端(101);以及 一个信号处理器(14 )，被配置成用于在一个迭代序列中反复地: 基于该输出信号，获得每条检测线(D)的一个当前信号值(It)； 检索每条检测线(D)的一个当前参考值，该当前参考值表示该迭代序列中的一个先前迭代中所获得的当前信号值(It-n); 根据该当前信号值(It)和该当前参考值，计算每条检测线(D)的一个变化值(dSt)； 对这些变化值(dSt)运用一个重建算法，以确定该表面部分(I)上的一个差分交互图案(dat)； 根据该差分交互图案(dat)来更新一个跟踪图案(at_n ;0' H)； 根据该跟踪图案(at ;0' H)生成一个当前累加触摸交互图案(Ot);以及 提供该当前累加触摸交互图案(Ot)以用于识别该表面部分(I)上的触摸。
23.一种触敏设备，该触敏设备包括:一个面板(4)，该面板被配置成用于将多个信号从多个入耦合点传导至多个出耦合点，从而限定横跨该面板(4)的位于多对入耦合点和出耦合点之间的一个表面部分(I)延伸的多条检测线(D);用于在这些入耦合点处生成这些信号的装置(2，12);用于基于在这些出耦合点处所检测到的信号来生成一个输出信号的装置(3);以及用于能够使得根据权利要求22进行触摸确定的装置(10)。
24.一种触敏设备，该触敏设备包括:一个面板(4)，该面板被配置成用于将多个信号从多个入耦合点传导至多个出耦合点，从而限定横跨该面板(4)的位于多对入耦合点和出耦合点之间的一个表面部分(I)上延伸的多条检测线(D);耦合至这些入耦合点上以生成这些信号的至少一个信号发生器(2，12);耦合至这些出耦合点上以生成一个输出信号的至少一个信号检测器(3)，该输出信号表示这些检测线(D)的信号值的一个时间序列；以及一个信号处理器(10 ;14)，该信号处理器被连接成接收该输出信号，并且被配置成用于在一个迭代序列中反复地: 基于该输出信号，获得每条检测线(D)的一个当前信号值(It)； 检索每条检测线(D)的一个当前参考值，该当前参考值表示该迭代序列中的一个先前迭代中所获得的当前信号值(It-n); 根据该当前信号值(It)和该参考值，计算每条检测线(D)的一个变化值(dSt)； 对这些变化值(dSt)运用一个重建算法，以确定该表面部分(I)上的一个差分交互图案(dat)； 根据该差分交互图案 (dat)来更新一个跟踪图案(at_n ;0' H)； 根据该跟踪图案(at ;0' H)生成一个当前累加触摸交互图案(Ot);以及 提供该当前累加触摸交互图案(Ot)以用于识别该表面部分(I)上的触摸。
【文档编号】G06F3/042GK103842946SQ201280047179
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年9月24日 优先权日:2011年9月27日
【发明者】托马斯·克里斯蒂安松, 尼克拉斯·奥尔松 申请人:平蛙实验室股份公司