紅外技術(shù)之觸控屏交互技術(shù)探討
隨著平面顯示時代的到來,諸如平面CRT顯示器、液晶、等離子顯示技術(shù)的不斷成熟和普及,基于平面紅外線掃描檢測原理為技術(shù)基礎(chǔ)的紅外線觸控交互技術(shù)優(yōu)勢凸現(xiàn),以此為依托市場優(yōu)勢漸趨明顯。
一、紅外線式觸控交互技術(shù)以紅外線掃描檢測技術(shù)為基本原理,由紅外線發(fā)射管與接收管在屏幕表面構(gòu)成一個紅外線檢測矩陣柵格。當(dāng)有物體進入這個檢測柵格的時候,就會阻擋一部分紅外光線,實現(xiàn)坐標(biāo)位置檢測。
紅外線式觸控交互技術(shù)完全透明、甚至可以無玻璃體操作。同時具備防暴、防水、防塵、防油污、無坐標(biāo)漂移、抗光干擾、完全無漂移、可任意物體觸擊、寬溫適應(yīng)、支持壓力軸反應(yīng)等特性。
在技術(shù)適用性方面,紅外線觸控交互技術(shù)完全可以滿足現(xiàn)今及未來若干年內(nèi)觸摸產(chǎn)品市場的多元化需求。在觸控交互技術(shù)觸摸尺寸為10.4英寸至29英寸范圍內(nèi),紅外線觸控交互技術(shù)產(chǎn)品依托其本身的技術(shù)優(yōu)勢可全面替代其他種類技術(shù)觸控交互技術(shù)的應(yīng)用。
在市場方面,隨著平面顯示產(chǎn)品的迅速發(fā)展普及,紅外線觸控交互技術(shù)產(chǎn)品市場將獲得其他技術(shù)不具備的獨特市場空間,市場需求將不斷擴大。從價格優(yōu)勢上看,紅外線觸控交互技術(shù)具有生產(chǎn)工藝簡單,生產(chǎn)成本低,使用壽命長,免維護,維修成本低等特點,尤其是紅外線觸控交互技術(shù)在29英寸以上應(yīng)用時,具有絕對的壟斷性和排它性,勢必成為觸控交互技術(shù)市場上的新寵。
紅外式觸控交互技術(shù)具有良好的寬溫(-25°C ~ +80°C)特性并具有極寬的尺寸規(guī)格(6.4英寸~150英寸),同時具有防暴、防震、防水、防塵和防生化武器侵襲等特點,在金融設(shè)備、自助設(shè)備、POS、博彩設(shè)備、工業(yè)控制、教育培訓(xùn)、軍事指揮等主要的觸控交互技術(shù)應(yīng)用市場都具有廣闊的發(fā)展空間。隨著純平及大尺寸顯示技術(shù)的飛速發(fā)展,紅外發(fā)光管成本的快速下降,紅外式觸控交互技術(shù)在市場和成本兩個主要方面都越來越具備優(yōu)勢。需要特別指出的是,隨著在30~150英寸的顯示器市場的成長,只有紅外式觸控交互技術(shù)可以完全配合背投、正投、全透明等各種顯示方式,將在大尺寸顯示器市場占有主導(dǎo)地位。
最初的紅外式觸控交互技術(shù)出現(xiàn)于1992年,分辨率只有32×32。第一代紅外式觸控交互技術(shù)分辨率低、易受環(huán)境干擾而誤動作,要求在一定的遮光環(huán)境中使用。由于這些局限性,致使紅外式觸控交互技術(shù)曾經(jīng)淡出市場。
第二代紅外式觸控交互技術(shù)于1994年推出,分辨率達到64×64,改善了抗光干擾性能,可以適應(yīng)大多數(shù)室內(nèi)環(huán)境。第三代紅外式觸控交互技術(shù)1997年推出,分辨率達到320×240,可以在室外非陽光直射的環(huán)境中使用;第四代紅外式觸控交互技術(shù)1998年推出,使分辨率提高到了800×600。從紅外式觸控交互技術(shù)的發(fā)展歷程來看,主要的進步是沿著提高分辨率和對強光干擾環(huán)境適應(yīng)能力兩個方面進行的,但基本上沒有克服產(chǎn)品壽命短、器件特性參數(shù)容易漂移等問題。
近期推出的第五代紅外式觸控交互技術(shù),不僅將分辨率提高到了1000×720,通過插值運算,分辨率高達4096×4096??箯姽飧蓴_性能提高到太陽直射環(huán)境亦可使用,更重要的是在產(chǎn)品壽命和免維護性能方面有了本質(zhì)的飛躍。第五代紅外觸控技術(shù)采用概率函數(shù)器件冗余分布的指導(dǎo)思想,工作環(huán)境下壽命大于7年。這就是說,當(dāng)配套的顯示器達到壽命終結(jié)的時候,觸控交互模塊本身仍然可以正常工作。
第五代紅外式觸控交互技術(shù)在性能指標(biāo)上的改善,將觸控交互界面顯示模塊的應(yīng)用推向新的水平。例如,過去觸控交互界面顯示模塊在跟蹤手指移動軌跡的時候會出現(xiàn)很多斷筆,無法用于漢字識別。第五代紅外式觸控交互技術(shù)在跟蹤手指移動軌跡的時候,精度、平滑度和跟蹤速度都可以滿足要求。用戶的書寫可以十分流暢地轉(zhuǎn)換成圖像軌跡,完全支持手寫識別輸入。
實際上,已經(jīng)可以用第五代紅外式觸控交互技術(shù)這樣一個單一設(shè)備作為完整的人機界面平臺,取代鼠標(biāo)、書寫板甚至鍵盤。從應(yīng)用的層面看,觸控交互技術(shù)不應(yīng)該僅僅作為一個將觸摸位置轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)信息的簡單設(shè)備,而應(yīng)該作為一個完整的人機界面系統(tǒng)進行設(shè)計。第五代紅外式觸控交互技術(shù)就是依據(jù)這樣的標(biāo)準(zhǔn),通過內(nèi)置的處理器和完善的驅(qū)動軟件來實現(xiàn)產(chǎn)品概念的提升。
二、隨著社會信息化的深入發(fā)展,家庭娛樂設(shè)備也越來越多的向數(shù)字化、信息化發(fā)展。我國自2003年率先提出平板電視的概念后,平板電視被各級市場的消費者逐步了解并認(rèn)同。同時具備強大功能和直觀操作方式的家庭數(shù)字娛樂終端,將成為用戶迫切需求。
國內(nèi)的高端觸控交互技術(shù)產(chǎn)品已經(jīng)基本被Unitop(匯冠)紅外式觸控交互技術(shù)壟斷,全國的金融設(shè)備、自助設(shè)備等行業(yè)市場已經(jīng)長期使用并反饋良好。市場也出現(xiàn)了一些其他的進入者,如OneTouch、GeneralTouch,由于技術(shù)不足和產(chǎn)品應(yīng)用中頻繁出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象,短時間無法對Unitop造成實質(zhì)威脅。
國內(nèi)中端觸控交互技術(shù)市場已經(jīng)基本被GeneralTouch(四川吉銳)聲波式觸控交互技術(shù)壟斷,主要應(yīng)用在自助設(shè)備市場。最近出現(xiàn)了一些其他進入者,如OneTouch、ConTouch,由于可以提供較為相似產(chǎn)品,已經(jīng)對GeneralTouch的市場份額形成蠶食態(tài)勢[4.5]。
海爾集團最新研制出的先進觸控交互式數(shù)字高清平板電視接收機,其產(chǎn)品和技術(shù)以靈活多變的媒體形式,高效快速的反應(yīng)能力以及免維護、長壽命、高穩(wěn)定性等優(yōu)點已經(jīng)快速得到商業(yè)、工程及軍工等行業(yè)的認(rèn)可,已經(jīng)被多個重點市場所接受。不但滿足了用戶的需求,更能充分享受數(shù)字高清平板電視接收機的各種信息化功能。如:互動游戲、信息查詢、節(jié)目點播、網(wǎng)上沖浪、收發(fā)郵件等功能。從而帶動數(shù)字高清平板電視接收機的普及和整個平板電視產(chǎn)業(yè)鏈的提升。與傳統(tǒng)平板電視相比,海爾集團研制出的先進觸控交互式數(shù)字高清平板電視接收機具有以下幾個優(yōu)點:
1)智能調(diào)節(jié),無光干擾,高透光性,最高達100%
采用革命性的機械和光學(xué)設(shè)計,徹底解決了以往紅外觸控技術(shù)無法抗光擾或只能在法線30度以內(nèi)抗光擾的缺陷,對于任意角度的日照光線均有很強的抗光擾能力,完全適應(yīng)強日光照射下的戶外工作。同時顯示界面表面沒有任何的涂層或覆膜,能達到無玻璃工作,最高達100%
2)高性能、高可靠性的預(yù)掃描補償技術(shù)的觸摸檢測技術(shù)
在掃描檢測方面,這項技術(shù)采用了預(yù)先檢測紅外發(fā)射和接收管的發(fā)射和接收靈敏度的方法,可以設(shè)定在設(shè)備正式工作前首先檢測一遍或幾遍紅外發(fā)射和接收管的發(fā)射效率和靈敏度,然后記憶每一對管子的靈敏度情況,通過觸摸屏內(nèi)部的微控制器系統(tǒng)來調(diào)整電路的放大倍數(shù),自動適應(yīng)紅外發(fā)射和接收管靈敏度,以保證檢測的可靠性。使用這種技術(shù),即使管子經(jīng)過長時間的使用后,靈敏度下降到原來的1/4~1/3,也能保證可靠地檢測到觸摸操作,大大地提高了檢測的可靠性。而現(xiàn)有的紅外觸摸屏,一般只要有一對管子的靈敏度下降到原來的一半,就無法正常使用了。而紅外發(fā)射管在大電流沖擊下發(fā)射效率降低的曲線是一個接近對數(shù)曲線的曲線,因此使用這種技術(shù)能夠延長紅外觸摸屏的使用壽命3-5倍。
3)模塊化總線驅(qū)動技術(shù)
超大尺寸觸摸屏需要解決許多工藝上的限制,比如比常規(guī)尺寸多得多的紅外線傳感器,如果采用小尺寸通常的掃描技術(shù),不僅掃描一場的時間就慢得驚人,而且存在安裝觸摸屏的顯示器周圍的狹小空間內(nèi)的電路板的布線等問題,以及裝配、維修、運輸?shù)葐栴}。同時,50-100英寸全系列顯示器尺寸種類眾多,還存在4:3、16:9等不同的尺寸規(guī)范,甚至還有非標(biāo)產(chǎn)品。這樣一來,不僅產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)和庫存成本驚人,而且如果每個尺寸產(chǎn)品都單獨開發(fā),就需要每種產(chǎn)品都進行相關(guān)檢測認(rèn)證。而使用創(chuàng)新的通用模塊電路,以總線方式串接,在只需要布設(shè)有限數(shù)量的總線的基板上采用搭積木的方式來設(shè)計不同尺寸規(guī)格的超大尺寸觸摸屏,大大降低了設(shè)計難度,縮短了設(shè)計周期,不僅完美地解決了上述問題,而且降低了維護維修成本。
4)快速響應(yīng)技術(shù)
采用用了一種能夠有效地提高紅外觸摸屏響應(yīng)速度的創(chuàng)新的方法。首先在整個觸摸屏的區(qū)域內(nèi)掃描檢測是否有觸摸物存在;如果檢測到有觸摸物則計算觸摸物的位置,并以該位置為參照點,選擇該其前后左右的若干對紅外發(fā)射和接收對管來設(shè)定新的、小于整個觸摸屏尺寸的檢測區(qū)域并掃描檢測該區(qū)域;如果在該設(shè)定區(qū)域內(nèi)再次檢測到觸摸物,則重復(fù)上述計算、設(shè)定步驟,或者設(shè)定與上次尺寸相同的檢測區(qū)域,或者設(shè)定尺寸更小的新區(qū)域,繼續(xù)掃描檢測觸摸物。如此循環(huán)重復(fù)上述步驟,如果上述的某次檢測沒有檢測到觸摸物,則重新開始對整個觸摸屏的掃描檢測。由于這種方法減小了實際的檢測掃描面積,因此極大地提高觸摸屏對于觸摸操作的響應(yīng)速度,使得近百英寸的觸摸屏的響應(yīng)速度與十幾英寸的觸摸屏的響應(yīng)速度幾乎相同,非常適用于大尺寸的紅外觸摸屏。
5)多點觸摸技術(shù)
使用了一種創(chuàng)新的專利技術(shù)來識別紅外觸摸屏上多個觸摸點。這種方法在觸摸屏掃描檢測到了觸摸屏的橫向或縱向有超過一對發(fā)射個接收管之間的光線被阻斷以后,存貯被阻斷的對管的序號或地址,并將檢測得到的縱橫向的坐標(biāo)值組合得到多個可能的觸摸點。然后,再使用離軸掃描的方法,剔除偽觸摸點,從而實現(xiàn)了多點觸摸的檢測。這種方法有兩種具體的技術(shù)方案,都已經(jīng)分別申請了中國專利。并且,這兩種技術(shù)方案都不改變現(xiàn)有紅外觸摸屏的結(jié)構(gòu),均通過微處理器的軟件實現(xiàn),因此具有應(yīng)用成本極低、適用性非常廣闊的優(yōu)點。
平板顯示行業(yè)已成為國際貿(mào)易領(lǐng)域增長最快的產(chǎn)業(yè)之一,平板顯示新技術(shù)是下一代移動通信、新一代家電和3C整合產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ),在未來幾乎所有電子信息產(chǎn)品中均有應(yīng)用,是國際信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)制高點。海爾集團在開拓國際市場方面具有良好的基礎(chǔ),先進觸控交互式數(shù)字高清平板電視接收機的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化必將進一步突顯我國觸控交互式數(shù)字高清平板電視的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢,在不斷開拓國內(nèi)外市場中提升電子信息產(chǎn)品的技術(shù)水平;加快形成平板顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展的優(yōu)良平臺,在更高的層次上承接國際技術(shù)轉(zhuǎn)移,開展更廣泛和更深入的國際合作。
紅外觸控屏專用紅外發(fā)射接收器件 http://m.805.net.cn/Products/ckpLED.html
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