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    • 专利摘要:
    一種無邊框光學觸控裝置，包含一指示平面、一影像感測單元、一發光單元以及一處理單元。指示平面上定義一感測區，指示平面之四周無設置任何邊框，使得指示平面所處環境之一第一光線可經由指示平面之四周進入感測區。發光單元用以發出一第二光線進入感測區。當感測區中無任何觸控物件時，影像感測單元感測感測區中的第一光線與第二光線以產生一第一影像。當一觸控物件進入感測區時，影像感測單元感測感測區中的第一光線與第二光線以產生一第二影像。處理單元比對第一影像之亮度與第二影像之亮度，以得到第二影像中被觸控物件遮蔽之位置。
    公开号:TW201324284A
    申请号:TW100144806
    申请日:2011-12-06
    公开日:2013-06-16
    发明作者:Yu-Yen Chen；Kou-Hsien Lu；Shang-Chin Su；Hsun-Hao Chang
    申请人:Wistron Corp；
    IPC主号:G06F3-00
    专利说明:
    無邊框光學觸控裝置及用於無邊框光學觸控裝置之影像處理方法
    本發明有關於一種光學觸控裝置，尤指一種無邊框光學觸控裝置及用於無邊框光學觸控裝置之影像處理方法。
    由於目前的消費性電子產品皆以輕、薄、短、小為設計之方向，因此，產品上已無空間容納如滑鼠、鍵盤等傳統輸入之工具。隨著觸控裝置技術的進步，在各種消費性電子產品中，例如顯示器、一體機(All in One)、行動電話、個人數位助理(Personal Digital Assistant，PDA)等產品已廣泛地使用觸控裝置作為其資料輸入之工具。目前，光學觸控裝置相較其他觸控技術，如電阻式、電容式、超音波式或投影影像式等，有更低成本與更易達成的優勢。
    習知的光學觸控裝置利用光學的方式感測一觸控物件(例如：手指或觸控筆)於指示平面上所指示的位置。當影像感測單元於指示平面上之一感測區內感測到觸控物件，光學觸控裝置之處理單元即可計算出觸控物件所指示的位置。一般而言，需在光學觸控裝置之指示平面四周裝設邊框，以隔離感測區外的干擾源(例如，環境光線)，並且使觸控物件(例如手指)與背景有明顯的明暗差異。
    請參閱第1圖以及第2圖，第1圖為先前技術之光學觸控裝置1的示意圖，第2圖為先前技術之另一光學觸控裝置1'的示意圖。如第1圖所示，光學觸控裝置1包含一指示平面10、二影像感測單元12、二發光單元14以及一邊框16。二影像感測單元12分別設置於指示平面10之相對二角落。二發光單元14分別設置於二影像感測單元12旁。邊框16設置於指示平面10之四周。當觸控物件3(例如手指)進入指示平面10時，影像感測單元12會感測到被觸控物件3遮蔽之位置呈現相對亮區。光學觸控裝置1之處理單元即可以此相對亮區來判斷於指示平面10上被觸控物件3遮蔽之位置。
    如第2圖所示，光學觸控裝置1'與光學觸控裝置1的主要不同之處在於，光學觸控裝置1'係將設置於影像感測單元12旁之發光單元14替換成多個設置於指示平面10之四周的發光單元14。邊框16即是用以隔離感測區100外的環境光線2，並且使觸控物件3與背景有明顯的差異。當觸控物件3(例如手指)進入指示平面10時，影像感測單元12會感測到被觸控物件3遮蔽之位置呈現相對暗區。光學觸控裝置1'之處理單元即可以此相對暗區來判斷於指示平面10上被觸控物件3遮蔽之位置。
    然而，上述先前技術的共同點，都會用到邊框16，若無邊框16則完全無法進行觸控位置的偵測。然而，設置邊框16不僅會造成光學觸控裝置1、1'組裝上的困難，也會增加光學觸控裝置1、1'之製造成本。況且，以目前電子產品皆講求輕薄短小來說，觸控螢幕上非顯示畫面的邊緣越小越好，如果可以在不影響觸控判斷的前提下將邊框16自光學觸控裝置1、1'移除，將可使裝設有光學觸控裝置1、1'之電子產品變輕、組裝變容易且降低製造成本。
    本發明提供一種無邊框光學觸控裝置及用於無邊框光學觸控裝置之影像處理方法，以解決上述之問題。
    根據一實施例，本發明之無邊框光學觸控裝置包含一指示平面、一影像感測單元、一發光單元以及一處理單元。指示平面上定義一感測區，指示平面之四周無設置任何邊框，使得指示平面所處環境之一第一光線可經由指示平面之四周進入感測區。影像感測單元設置於指示平面之一角落。發光單元設置於影像感測單元旁，用以發出一第二光線進入感測區。處理單元電性連接於影像感測單元與發光單元。當感測區中無任何觸控物件時，影像感測單元感測感測區中的第一光線與第二光線以產生一第一影像。當一觸控物件進入感測區時，影像感測單元感測感測區中的第一光線與第二光線以產生一第二影像。處理單元比對第一影像之亮度與第二影像之亮度，以得到第二影像中被觸控物件遮蔽之位置。
    根據另一實施例，本發明之影像處理方法用於無邊框光學觸控裝置。無邊框光學觸控裝置包含一指示平面、一影像感測單元以及一發光單元。指示平面上定義一感測區，且指示平面之四周無設置任何邊框，使得指示平面所處環境之一第一光線可經由指示平面之四周進入感測區。影像感測單元設置於指示平面之一角落。發光單元設置於影像感測單元旁，用以發出一第二光線進入感測區。影像處理方法包含：當感測區中無任何觸控物件時，控制影像感測單元感測感測區中的第一光線與第二光線以產生一第一影像；當一觸控物件進入感測區時，控制影像感測單元感測感測區中的第一光線與第二光線以產生一第二影像；以及比對第一影像之亮度與第二影像之亮度，以得到第二影像中被觸控物件遮蔽之位置。
    綜上所述，本發明之無邊框光學觸控裝置之指示平面之四周無設置任何邊框，使得指示平面所處環境之光線可經由指示平面之四周進入感測區。在觸控物件進入感測區之前與之後，影像感測單元感測感測區中的環境光線與發光單元發出之光線以產生第一影像與第二影像。接著，處理單元即可藉由影像處理技術比對第一影像之亮度與第二影像之亮度，以得到第二影像中被觸控物件遮蔽之位置。由於本發明之無邊框光學觸控裝置可免除先前技術裝設於指示平面四周之邊框，因此本發明之無邊框光學觸控裝置可有效提升組裝效率並且降低製造成本。
    關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
    請參閱第3圖至第6圖，第3圖為根據本發明一實施例之無邊框光學觸控裝置4的示意圖，第4圖為第3圖中的感測區400中無任何觸控物件時，影像感測單元42產生之第一影像的亮度分佈圖，第5圖為觸控物件6進入第3圖中的感測區400的示意圖，第6圖為第5圖中的感測區400中存在觸控物件6時，影像感測單元42產生之第二影像的亮度分佈圖。
    如第3圖所示，無邊框光學觸控裝置4包含一指示平面40、二影像感測單元42、二發光單元44以及一處理單元46。於實際應用中，指示平面40可為觸控面板，供使用者進行觸控操作。指示平面40上定義一感測區400。指示平面40之四周無設置任何邊框，亦即，本發明之無邊框光學觸控裝置4之指示平面40之四周無設置如第1圖與第2圖所示之先前技術中用來阻擋環境光源的邊框16，使得指示平面40所處環境之第一光線5(即環境光源)可經由指示平面40之四周進入感測區400。二影像感測單元42分別設置於指示平面40之相對二角落。二發光單元44分別設置於二影像感測單元42旁，用以發出第二光線440進入感測區。處理單元46電性連接於影像感測單元42與發光單元44，用以處理影像感測單元42所感測到的影像，並且控制發光單元44發光。
    由於本發明之無邊框光學觸控裝置4之指示平面40之四周無設置任何邊框，因此指示平面40所處環境之第一光線5與發光單元44所發出之第二光線440會於感測區400中相互混合交錯。
    於實際應用中，影像感測單元42可為電荷耦合元件(Charge-coupled Device,CCD)感測器或互補式金屬氧化半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)感測器，但不以此為限；發光單元44可為發光二極體，但不以此為限；處理單元46可為具有資料運算/處理功能之處理器或控制器。
    如第3圖所示，當感測區400中無任何觸控物件時，影像感測單元42感測感測區400中的第一光線5與第二光線440以產生一第一影像，其中此第一影像之亮度分佈係如第4圖所示。如第5圖所示，當一觸控物件6進入感測區400時，影像感測單元42感測感測區400中的第一光線5與第二光線440以產生一第二影像，其中此第二影像之亮度分佈係如第6圖所示。接著，處理單元46比對第一影像之亮度與第二影像之亮度，以得到第二影像中被觸控物件6遮蔽之位置。觸控物件6可為手指或觸控筆。
    請參閱第7圖至第9圖，第7圖為同時顯示第4圖之第一影像之亮度分佈(以實線表示)與第6圖之第二影像之亮度分佈(以虛線表示)的亮度變化圖，其中亮度變化區7為觸控物件6遮蔽之位置，第8圖為第7圖中的亮度變化區7的亮度分佈圖，第9圖為第8圖中的亮度變化區7取絕對值後的亮度分佈圖。
    如第7圖所示，第二影像中被觸控物件6遮蔽之位置係對應第一影像與第二影像間之一亮度變化區7，其中此亮度變化區7包含二亮區70、70'以及一暗區72。亮區70、70'表示影像感測單元42所感測到的觸控物件6之亮度高於背景亮度，而暗區72表示影像感測單元42所感測到的觸控物件6之亮度低於背景亮度。
    需說明的是，於本實施例中，亮度變化區7為三段，即從左至右依序由亮區70、暗區72與亮區70'組成。然而，若影像感測單元42所感測到的觸控物件6之亮度皆高於背景亮度，則亮度變化區僅會包含一亮區，反之，若影像感測單元42所感測到的觸控物件6之亮度皆低於背景亮度，則亮度變化區僅會包含一暗區。
    處理單元46即可藉由影像處理技術比對第一影像之亮度與第二影像之亮度，以得到如第8圖所示之亮度分佈圖。於本實施例中，處理單元46可以第二影像之亮度減去第一影像之亮度，以得到亮度差異數值。於左側的亮區70中，第二影像之亮度高於第一影像之亮度(如第7圖所示)，因此第二影像之亮度減去第一影像之亮度為正值(如第8圖所示)。於中間的暗區72中，第二影像之亮度低於第一影像之亮度(如第7圖所示)，因此第二影像之亮度減去第一影像之亮度為負值(如第8圖所示)。於右側的亮區70'中，第二影像之亮度高於第一影像之亮度(如第7圖所示)，因此第二影像之亮度減去第一影像之亮度為正值(如第8圖所示)。
    需說明的是，於另一實施例中，處理單元46亦可以第一影像之亮度減去第二影像之亮度，以得到亮度變化區，此時，亮度變化區的正負會與第8圖所示之亮度分佈圖相反。此外，當第二影像之亮度與第一影像之亮度的差值小於一預定誤差範圍時，處理單元46會判斷第二影像之亮度與第一影像之亮度相同。此是為了避免環境光源的微小變化而造成誤判的情形發生。
    接著，處理單元46再針對亮度變化區7的各段(本實施例為三段)之亮度差值取絕對值，即可得到如第9圖所示之亮度分佈圖。於本實施例中，根據第9圖所示之亮度分佈圖，處理單元46即可判斷出第二影像中被觸控物件6遮蔽之位置。
    需說明的是，當亮度變化區7中之一區域中的亮度絕對值等於0，且此區域所涵蓋之範圍小於一預定誤差範圍(例如，10個畫素範圍)時，處理單元46仍會判斷亮度變化區7為一連續的亮度變化區。此時，處理單元46會將此連續的亮度變化區當作單一的觸控操作。此外，於另一實施例中，當亮度變化區7所涵蓋之範圍小於一預定誤差範圍(例如，30個畫素範圍)時，處理單元46會判斷亮度變化區7為一連續的亮度變化區。此時，處理單元46會將此連續的亮度變化區當作單一的觸控操作。上述作法係為了避免被觸控物件6遮蔽之位置有部分之亮度無法與背景亮度有明顯區隔而造成誤判的情形發生。
    最後，處理單元46即可根據第二影像中被觸控物件6遮蔽之位置以三角定位法計算觸控物件6於指示平面40上所指示之位置之座標。
    於本實施例中，當無邊框光學觸控裝置4每次開機時，處理單元46都會控制影像感測單元42先感測感測區400中的第一光線5與第二光線440，以產生一背景影像，作為後續影像比對之用。
    請參閱第10圖，第10圖為根據本發明一實施例之用於無邊框光學觸控裝置4之影像處理方法的流程圖。如第10圖所示，首先，執行步驟S100，當感測區400中無任何觸控物件時，控制影像感測單元42感測感測區400中的第一光線5與第二光線440以產生第一影像。舉例來說，當無邊框光學觸控裝置4每次開機時，處理單元46控制影像感測單元42先感測感測區400中的第一光線5與第二光線440，以產生一背景影像。惟需注意的是，進行步驟S100的時機並不限於每次開機時。
    接著，執行步驟S102，當觸控物件6進入感測區400時，控制影像感測單元42感測感測區400中的第一光線5與第二光線440以產生第二影像。因觸控物件6進入感測區400的關係，步驟S102產生的第二影像會與步驟S100所產生的第一影像有所不同。
    最後，執行步驟S104，比對第一影像之亮度與第二影像之亮度，以得到第二影像中被觸控物件6遮蔽之位置。需說明的是，步驟S104中的比對方式之實施例係如前文所述，在此不再贅述。
    相較於先前技術，本發明之無邊框光學觸控裝置之指示平面之四周無設置任何邊框，使得指示平面所處環境之光線可經由指示平面之四周進入感測區。在觸控物件進入感測區之前與之後，影像感測單元感測感測區中的環境光線與發光單元發出之光線以產生第一影像與第二影像。接著，處理單元即可藉由影像處理技術比對第一影像之亮度與第二影像之亮度，以得到第二影像中被觸控物件遮蔽之位置。由於本發明之無邊框光學觸控裝置可免除先前技術裝設於指示平面四周之邊框，因此本發明之無邊框光學觸控裝置可有效提升組裝效率並且降低製造成本。
    以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
    1、1'．．．光學觸控裝置
    2．．．環境光線
    3、6．．．觸控物件
    4．．．無邊框光學觸控裝置
    5．．．第一光線
    7．．．亮度變化區
    10、40．．．指示平面
    12、42．．．影像感測單元
    14、44．．．發光單元
    16．．．邊框
    46．．．處理單元
    70、70'．．．亮區
    72．．．暗區
    100、400．．．感測區
    440．．．第二光線
    S100-S104．．．步驟
    第1圖為先前技術之光學觸控裝置的示意圖。
    第2圖為先前技術之另一光學觸控裝置的示意圖。
    第3圖為根據本發明一實施例之無邊框光學觸控裝置的示意圖。
    第4圖為第3圖中的感測區中無任何觸控物件時，影像感測單元產生之第一影像的亮度分佈圖。
    第5圖為觸控物件進入第3圖中的感測區的示意圖。
    第6圖為第5圖中的感測區中存在觸控物件時，影像感測單元產生之第二影像的亮度分佈圖。
    第7圖為第4圖之第一影像之亮度分佈與第6圖之第二影像之亮度分佈的亮度變化圖，其中虛線為觸控物件遮蔽之位置。
    第8圖為第7圖中的亮度變化區的亮度分佈圖。
    第9圖為第8圖中的亮度變化區取絕對值後的亮度分佈圖。
    第10圖為根據本發明一實施例之用於無邊框光學觸控裝置之影像處理方法的流程圖。
    4．．．無邊框光學觸控裝置
    5．．．第一光線
    40．．．指示平面
    42．．．影像感測單元
    44．．．發光單元
    46．．．處理單元
    400．．．感測區
    440．．．第二光線
    权利要求:
    Claims (22)
    [1] 一種無邊框光學觸控裝置，包含：一指示平面，其上定義一感測區，該指示平面之四周無設置任何邊框，使得該指示平面所處環境之一第一光線可經由該指示平面之四周進入該感測區；一影像感測單元，設置於該指示平面之一角落；一發光單元，設置於該影像感測單元旁，用以發出一第二光線進入該感測區；以及一處理單元，電性連接於該影像感測單元與該發光單元；其中，當該感測區中無任何觸控物件時，該影像感測單元感測該感測區中的該第一光線與該第二光線以產生一第一影像，當一觸控物件進入該感測區時，該影像感測單元感測該感測區中的該第一光線與該第二光線以產生一第二影像，該處理單元比對該第一影像之亮度與該第二影像之亮度，以得到該第二影像中被該觸控物件遮蔽之位置。
    [2] 如請求項1所述之無邊框光學觸控裝置，其中該第二影像中被該觸控物件遮蔽之位置對應該第一影像與該第二影像間之一亮度變化區。
    [3] 如請求項2所述之無邊框光學觸控裝置，其中該處理單元以該第二影像之亮度減去該第一影像之亮度，以得到該亮度變化區。
    [4] 如請求項3所述之無邊框光學觸控裝置，其中當該第二影像之亮度與該第一影像之亮度的差值小於一預定誤差範圍時，該處理單元判斷該第二影像之亮度與該第一影像之亮度相同。
    [5] 如請求項2所述之無邊框光學觸控裝置，其中該處理單元對該亮度變化區的該第二影像之亮度與該第一影像之亮度差值取絕對值，以判斷該第二影像中被該觸控物件遮蔽之位置。
    [6] 如請求項5所述之無邊框光學觸控裝置，其中當該亮度變化區中之一區域中的該第二影像之亮度與該第一影像之亮度差值等於0，且該區域所涵蓋之範圍小於一預定誤差範圍時，該處理單元判斷該亮度變化區為一連續的亮度變化區。
    [7] 如請求項5所述之無邊框光學觸控裝置，其中當該亮度變化區所涵蓋之範圍小於一預定誤差範圍時，該處理單元判斷該亮度變化區為一連續的亮度變化區。
    [8] 如請求項2所述之無邊框光學觸控裝置，其中該亮度變化區選自下列群組的其中之一：一暗區、一亮區及其組合。
    [9] 如請求項2所述之無邊框光學觸控裝置，其中該亮度變化區由至少一暗區以及至少一亮區組成。
    [10] 如請求項1所述之無邊框光學觸控裝置，其中該處理單元根據該第二影像中被該觸控物件遮蔽之位置以三角定位法計算該觸控物件之座標。
    [11] 如請求項1所述之無邊框光學觸控裝置，其中當該無邊框光學觸控裝置每次開機時，該處理單元控制該影像感測單元先感測該感測區中的該第一光線與該第二光線。
    [12] 一種用於無邊框光學觸控裝置之影像處理方法，該無邊框光學觸控裝置包含一指示平面、一影像感測單元以及一發光單元，該指示平面上定義一感測區，該指示平面之四周無設置任何邊框，使得該指示平面所處環境之一第一光線可經由該指示平面之四周進入該感測區，該影像感測單元設置於該指示平面之一角落，該發光單元設置於該影像感測單元旁，用以發出一第二光線進入該感測區，該影像處理方法包含：當該感測區中無任何觸控物件時，控制該影像感測單元感測該感測區中的該第一光線與該第二光線以產生一第一影像；當一觸控物件進入該感測區時，控制該影像感測單元感測該感測區中的該第一光線與該第二光線以產生一第二影像；以及比對該第一影像之亮度與該第二影像之亮度，以得到該第二影像中被該觸控物件遮蔽之位置。
    [13] 如請求項12所述之影像處理方法，其中該第二影像中被該觸控物件遮蔽之位置對應該第一影像與該第二影像間之一亮度變化區。
    [14] 如請求項13所述之影像處理方法，另包含：以該第二影像之亮度減去該第一影像之亮度，以得到該亮度變化區。
    [15] 如請求項14所述之影像處理方法，另包含：當該第二影像之亮度與該第一影像之亮度的差值小於一預定誤差範圍時，判斷該第二影像之亮度與該第一影像之亮度相同。
    [16] 如請求項13所述之影像處理方法，另包含：對該亮度變化區的該第二影像之亮度與該第一影像之亮度差值取絕對值，以判斷該第二影像中被該觸控物件遮蔽之位置。
    [17] 如請求項16所述之影像處理方法，另包含：當該亮度變化區中之一區域中的該第二影像之亮度與該第一影像之亮度差值等於0，且該區域所涵蓋之範圍小於一預定誤差範圍時，判斷該亮度變化區為一連續的亮度變化區。
    [18] 如請求項16所述之影像處理方法，另包含：當該亮度變化區所涵蓋之範圍小於一預定誤差範圍時，該處理單元判斷該亮度變化區為一連續的亮度變化區。
    [19] 如請求項13所述之影像處理方法，其中該亮度變化區選自下列群組的其中之一：一暗區、一亮區及其組合。
    [20] 如請求項13所述之影像處理方法，其中該亮度變化區由至少一暗區以及至少一亮區組成。
    [21] 如請求項12所述之影像處理方法，另包含：根據該第二影像中被該觸控物件遮蔽之位置以三角定位法計算該觸控物件之座標。
    [22] 如請求項12所述之影像處理方法，另包含：當該無邊框光學觸控裝置每次開機時，控制該影像感測單元先感測該感測區中的該第一光線與該第二光線。
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