用于检测触碰传感器之触碰的触碰感测方法

具体实施方式

图3显示两个触碰之理想波形曲线以及有两个触碰的感测信号波形。于此例中，两个触碰发生在X轴维度的不同坐标上。为了简单与清楚起见，将不讨论Y轴维度。然而，熟知此项技艺者当可理解Y轴维度的情况是与X轴维度类似。于图3中，波形曲线32表示第一触碰，而波形曲线34表示第二触碰。这些触碰可以手指或其它对象行之。两个触碰同时发生在不同的X轴坐标上。如所示，第一波形曲线32的中心点是在位置u，而第二波形曲线34的中心点是在位置v。波形曲线32和34为理想波形曲线。实作上，是检测具有一波形曲线38的感测信号，理想状况中，其大致为第一与第二触碰波形曲线32与34的总和。于本发明中，是预先储存一参考触碰波形曲线。该参考触碰波形曲线为理想触碰波形曲线，如第一触碰波形曲线32或第二触碰波形曲线34。举例而言，当u=3时，表示参考触碰波形曲线的中心点在第三条线。对于两个触碰的状况，该参考触碰波形曲线被复制并以不同间隔距离配置以与该感测信号波形曲线38比较。藉由如此，即使当有噪声时或是当两个触碰发生在接近的位置时，亦可辨识两个触碰的中心点。

藉由逐步移动两个参考触碰波形曲线32和34，亦即，改变u和v的位置，并且比较这些参考触碰波形曲线32、34与该感测信号波形曲线38，可获得最接近的结果。造成最接近结果的一组（u, v）即表示两个触碰的中心点位置。

为了决定u的移动范围与v的移动范围，是如图3所示般设定一个临界值。该临界值的位准是被设定成可划分触碰状态与非触碰状态。该临界值与该感测信号波形曲线在两个点相交，此二点的X轴坐标分别为Wa和Wb。该点Wa为搜寻触碰位置的起始点，而该点Wb为搜寻触碰位置的结束点。亦即，搜寻触碰位置的有效范围是定义为[Wa, Wb]。于此图中，点Wm为Wa与Wb之间的中点。亦即，Wm的坐标为Wm = (Wa + Wb) / 2。一般而言，u的位置可藉由在从Wa到Wm的范围里搜寻而找到，而v的位置可藉由在从Wm到Wb的范围里搜寻而找到。然而，为了确保搜寻结果为最佳，u和v的搜寻范围可稍微扩展。例如，为了找到u的位置，搜寻范围可扩展为[Wa, Wm+1]；为了找到v的位置，搜寻范围可扩展为[Wm-1, Wb]。举一个例子，如果由临界值所决定的起始点Wa以及结束点Wb分别为9和16，亦即搜寻范围为[9, 16]，此搜寻范围可于起始与结束扩展2。因此，调整后的搜寻范围变成[9-2, 16+2] = [7, 18]。 

图4显示两个参考触碰波形曲线32、34之中心点的不同相对位置。由两个参考触碰波形曲线所组成的理想组合波形曲线IP(i, j)可表示为：

                            IP(i, j) = Su(i) ⊕ Sv(j)              （2）

其中Su(i)为触碰波形曲线32，其中心点在位置i（亦即，i = u）；Sv(j)为触碰波形曲线34，其中心点在位置j（亦即，j = v）。变量i和j是在上述的搜寻范围内。

于图4中，显示了六种理想组合波形曲线IP(i, j)，包括IP(Wa, Wm-1) = Su(Wa) ⊕ Sv(Wm-1)、IP(Wa, Wm) = Su(Wa) ⊕ Sv(Wm)、IP(Wa+1, Wm-1) = Su(Wa+1) ⊕ Sv(Wm-1)、IP(Wa+1, Wm) = Su(Wa+1) ⊕ Sv(Wm)、IP(Wa+2, Wm-1) = Su(Wa+2) ⊕ Sv(Wm-1)、以及IP(Wa+2, Wm) = Su(Wa+2) ⊕ Sv(Wm)。各理想组合波形曲线IP(i, j)是与感测信号波形曲线W(x1, x2)比对以获取最佳结果，其中x1和x2为两个实际触碰的中心点位置。各种理想组合波形曲线IP(i, j)与感测信号波形曲线W(x1, x2)之比对可利用任何适当算则实施，诸如相关性运算、SAD（绝对差值总和）或MSE（均方差）。当采用相关性运算时，是计算W(x1, x2) * (Su(i) ⊕ Sv(j)) 之加总，而最大结果即为最佳结果。当采用SAD或MSE时，是计算各种理想组合波形曲线IP(i, j)与感测信号波形曲线W(x1, x2)之间的差值。因此，最小结果为最佳结果。

于本实施例中是采用SAD算则。SAD算则可表示为：

                            （3）

其中N为SAD映对图中点的数目（亦即(i, j)之组数），亦即位置u和v之组合的数目。u和v的值是逐步改变以合成出各种理想组合波形曲线IP(i, j)。计算各个IP(i, j)与感测信号波形曲线W(x1, x2)之间的SAD结果以构成包含不同组(u, v)之各个SAD结果的SAD映对图。在此SAD映对图中，最小结果即为最佳结果，且对应此最小结果的一组(u, v)即表示估计的触碰位置。

如上所述，可采用其它算则，诸如MSE以及相关性运算。MSE算则可表示如下：

                               （4）

相关性运算可表示如下：

                       （5）

表示理想组合波形曲线IP之公式（2）可称为参考触碰波形曲线合成公式，并可进一步表示为：

IP(i, j) = Su(i) ⊕ Sv(j) = IP(i, j) = Su(i) + Sv(j) +k*Su(i)*Sv(j)    （6）

其中k表示两个参考触碰波形曲线32和34之间的耦合度，亦即两个参考触碰波形曲线32和34的重迭程度。当k ＝ 0时，意谓两个参考触碰波形曲线各自独立而可直接加在一起。

图5显示两个参考触碰波形曲线32和34的u和v之各种组合的SAD映对图。在此SAD映对图中，是选定一初点50（亦即一组特定的(u, v)）实行搜寻以找出最小结果55。如所示，u的搜寻范围是决定为[Wa, Wm+1]，v的搜寻范围是决定为[Wm-1, Wb]。如果初点50选择适当，则可迅速获取最小结果55。

为了从SAD映对图找出最小结果，可利用各种已知方法。除了全搜寻法以外，一些快速搜寻法亦适用，诸如最陡梯度搜寻法、三步搜寻法、菱形搜寻法等。图6显示最陡梯度搜寻法用于本发明之示意图。如已知者，在选定一初点60（亦即一组特定(u, v)）之后，是检查SAD映对图中该初点60周围的八个最近的点以及该初点60，以从这九点中找出相对最小结果。而后，搜寻进一步朝相对最小结果的方向实行，检查该相对最小结果附近的三个点。可能的状况如图中下方所示。

为了搜寻最佳的点（亦即最佳结果），除了每次移动u或v之位置一个单位之外，亦可以1/2单位来移动位置，例如1/2画素甚至1/4画素。如果u或v的位置每次移动1/2画素，则可达1/2画素的分辨率。如果u或v的位置每次移动1/4画素，则可达1/4画素的分辨率。

图7显示三步搜寻法用于本发明之示意图。在选定一初点70（亦即一组特定(u, v)）之后，是检查该初点70周围于上、下、左、右、左上、左下、右上、右下方向之相隔预定间距的八个点以及该初点70，以决定一个相对较佳点。而后，是检查在该相对较佳点周围之这些八个方向的另八个点以及该相对较佳点以找出第二相对较佳点。依此类推。最后，可决定最终最佳点。

图8显示四个图表，阐示根据本发明之方法的实施范例。图表（a）显示一感测信号之波形，纵轴为信号幅度，横轴为位置。如上述般利用一临界值以界定搜寻范围。于本例中，得到的是Wa＝9，Wb=16。为了确保可完成最佳比对，该范围在起始于结束处延展2。亦即，调整过的搜寻范围为[Wa-2, Wb+2] = [9-2, 16+2] = [7, 18]。图表（b）为图表（a）的局部放大。图表（c）为本例中藉由上述之SAD算则比对该感测信号波形与在不同位置之两个参考触碰波形曲线所得到的SAD映对图。藉由利用全搜寻法或快速搜寻法搜寻该SAD图，最小结果出现在(u=11, v=14)。亦即，坐标11和14为两个手指触碰的估计位置。图表（d）显示两个参考触碰波形曲线82、84，其各为类高斯波形。波形曲线86表示理想组合波形曲线IP(11, 14)，其藉由合成两个参考触碰波形曲线Su(11) 82和Sv(14) 84而得。如可见者，图表（b）中的感测信号波形与理想组合波形曲线IP(11, 14) 86非常近似。

应注意的是诸如相关性计算、SAD、MSE等比对方法本质上具有对噪声免疫的特性。于图8所示的例子中，信号噪声比（SNR）为10。然而，如可知者，SAD映对图具有噪声免疫的特性。可获取最小结果的位置而不被噪声显着影响。

图9显示四个图表，阐示根据本发明之方法的另一实施范例。此四个图表是对应图8的图表，因此相关详细说明在此省略亦避免冗赘。于本例中，两个手指触碰的位置彼此太接近以致波形曲线合并在一起。如图表（d）所示，从SAD映对图中所得之最小结果的两个位置非常接近，以致两个参考触碰波形曲线92和94非常接近。结果，藉由合成这些两个参考触碰波形曲线92和94所得到的理想组合波形曲线96并不具有「波峰-波谷-波峰」的形状。然而，藉由利用本发明之方法，在此种状况下仍然可得到正确的触碰位置。

本发明之方法当利用全搜寻而实施时可归结为图10所示之流程图。图10显示本发明之方法于利用全搜寻判定两个手指触碰位置时的流程图。于步骤S110，是决定用以实行比对操作的边界。如所述，可藉由对一感测信号设定一临界值而获取一起始点Wa以及一结束点Wb。此外可得一中点Wm = (Wa+Wb)/2。

于步骤S120，是稍微扩展该边界而设定搜寻范围。举例而言，寻找第一手指触碰位置u之搜寻范围可设定为[Wa, Wm+1]，而寻找第二手指触碰位置v之搜寻范围可设定为[Wm-1, Wb]。

于步骤S130，从例如触控面板之触碰传感器撷取一感测信号波形曲线W(x1, x2)，其中x1及x2表示两个手指触碰的位置。藉由合成两个参考触碰波形曲线Su(i)与Sv(j)而产生一理想组合波形曲线IP(i, j)，其中在本例中Wa ≦ i ≦ Wm+1且Wm-1 ≦ j ≦ Wb。藉由改变位置u与v的i与j值，可获取多个理想组合波形曲线IP(i, j)。藉由利用任何合适的算则比对感测信号波形曲线W(x1, x2)与这些IP(i, j)以得到一映对图MAP(u, v)（例如SAD映对图）。在步骤S140，在映对图MAP(u, v)搜寻最佳结果。对应该最佳结果的特定一组(u, v)即表示实际的手指触碰位置。

图11显示本发明之方法于利用快速搜寻判定两个手指触碰位置时的流程图。于步骤S210，是决定用以实行比对操作的边界。如所述，可藉由对一感测信号设定一临界值而获取一起始点Wa以及一结束点Wb。此外可得一中点Wm = (Wa+Wb)/2。于步骤S220，是选定一搜寻初点（亦即一组特定的(u, v)），并选定搜寻步阶。如果搜寻步阶选定为一个画素，则分辨率即达一个画素。如果搜寻步阶选定为1/4画素，则分辨率即达1/4画素。于本例中，选择(u = (Wa+Wm)/2, v = (Wm+Wb)/2))作为始点，且搜寻步骤为1。于步骤S230，利用诸如最陡梯度搜寻法、三步搜寻法等快速搜寻法从感测信号波形曲线W(x1, x2)与理想组合波形曲线IP(i, j)之比对映对图中从该始点开始寻找最佳结果。

参考触碰波形曲线可以各种方式取得。例如，可预先测量一触碰波形曲线，并将所测得的波形曲线的多个点的信号位准值以查找表的形式储存于产品之内存中，诸如只读存储器、快闪等内存等。开始使用时，可从该查找表读取这些多点的信号位准值。参考触碰波形曲线可由数学式产生，例如高斯分布，其表示为：

                                             （7）

其中S为参考触碰波形曲线，i为位置（例如第i条线），u为参考触碰波形曲线S的中心点，σ为理想手指或其它对象的宽度。手指宽度愈大，参数σ愈大。

不然，参考触碰波形曲线可藉由动态收集实际手指触碰波形曲线的统计数据而得到或加以调整。

本发明之方法尤适用于决定多点触碰的位置判定。然而，本发明亦可应用于判定单一触碰的位置。图12显示一个触碰之理想波形曲线与一个触碰之感测信号波形。于图中，参考触碰波形曲线是以图号82表示，感测信号波形曲线以图号88表示。如同两个触碰的情况，给定信号幅度的一个临界值以决定一搜寻范围。感测信号波形曲线88与该临界值相交的两点对应一起始点Wa以及一结束点Wb。因此，搜寻范围即设定为[Wa, Wb]。如上所述，搜寻范围可微幅扩展。移动参考触碰波形曲线Su(i) 82，亦即变更变数i。感测信号波形曲线88是与移动的参考触碰波形曲线Su(i) 82比对以找出最佳匹配。该参考触碰波形曲线Su(i) 82可每次移动一个画素、1/2画素或1/4画素。如果采用快速搜寻法，起始点Wa与结束点Wb之间的中点Wm一般来说会是适当的搜寻初点。

可推知本发明亦可应用于判定三或更多个触碰的位置。在此种状况下，应提供三或更多个参考触碰波形曲线，且在三维或更高维度的映对图（例如SAD映对图）中寻找最佳答案。如果决定了适当的搜寻范围并选定适当的初点，这些触碰的触碰位置可藉由利用诸如上述最陡梯度搜寻法等快速搜寻法迅速找出。

图13显示两个触碰的分开状况与重迭状况。图中上方的图表显示两个触碰波形曲线92和94于时间T-n彼此分开。这些两个触碰朝向彼此移动。于时间T，该两个触碰波形曲线92和94彼此重迭，产生如所示之组合波形曲线98。如可见者，该波形曲线98并不具有「波峰-波谷-波峰」的形状。反之，该波形曲线98为类高斯波形。然而，波形曲线98之信号宽度与信号高度明显大于单一触碰的波形曲线92或94。因此，即使当感测信号波形曲线无法清楚表示出两个波峰时，亦可藉由针对信号宽度与高度设定适当的限值th1和th2而判断在特定触碰区域发生的触碰事件是单一触碰或两个触碰。当判断为两个触碰的事件时，是启动上述的双触碰感测程序。当已知在先前状态有发生两个分开的手指触碰时，亦可启动双触碰感测程序。

图14显示用于决定是否启动多点触碰感测程序之方法流程图。于步骤S310，输入一触碰区域。于此触碰区域中，感测信号指出至少有一个触碰发生。于步骤S320，检查是否满足下列条件任何一者：（1）在先前状态（例如于时间T-n）有两个分开的手指触碰；（2）该感测信号之信号宽度大于一信号宽度限值th1；及（3）该感测信号之信号高度大于一信号高度限值th2。当至少满足上述三个条件之一时，则在步骤S330启动上述的多点触碰感测程序以找出触碰位置。于步骤S340，是输出估计的触碰位置。

图15显示用于感测不同区域之触碰的方法。左侧显示流程图，右侧显示对应程序各步骤的波形图。于步骤S410，输入一感测信号。该感测信号之波形是显示于右侧。于步骤S420，确认触碰区域。于本例中，感测信号指出有两个触碰区域：触碰区域1和触碰区域2。于步骤S430，藉由图14所示的程序确认各区域的触碰数。举例而言，于本例中，判定在触碰区域1中有一个手指触碰，而在触碰区域2中有两个手指触碰。于步骤S440，实行上述之本发明的触碰感测方法，分别利用单一参考触碰波形曲线与触碰区域1中的感测信号波形曲线做比对而对触碰区域1，及利用两个参考触碰波形曲线与触碰区域2中的感测信号波形曲线做比对而对触碰区域2，以找出触碰位置。于步骤S450，输出触碰区域1之触碰位置的估计中心点以及触碰区域2之触碰位置的估计中心点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。