[發明專利]手部觸摸交互系統

有效

• 申請號: 201410845978.8
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104484073B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 袁廷
• 申請（專利權）人: 北京維信諾光電技術有限公司
• 主分類號: G06F3/041
• 分類號: G06F3/041;G06F3/0488
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司11228
• 代理人: 劉淑敏

技術領域

本發明涉及人機交互輸入技術，尤其涉及一種手部觸摸交互系統。

背景技術

觸摸屏技術是一種新型的人機交互輸入方式，與傳統的鍵盤和鼠標輸入方式相比，觸摸屏輸入更為直觀。隨著觸摸屏技術的完善，由于操控的便捷性，觸摸屏逐漸在許多場合替代了鼠標和鍵盤。觸摸屏主要由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成，觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前，用于檢測觸摸位置，然后將相關信息傳送至觸摸屏控制器。觸摸屏控制器的主要作用為從觸摸點檢測裝置接收觸摸信息，并將其轉換為觸點坐標傳送給CPU，同時接收CPU發來的指令并加以執行。配合識別軟件，借助觸摸屏還能實現手寫輸入等功能，目前觸摸屏已由最初的單點觸屏發展到多點觸屏。

盡管觸摸屏比鍵盤和鼠標具有更多的優勢，但是，由于觸摸屏的三個特性致使其具有如下的缺點：

其一，透明。作為觸摸屏的第一特性，透明度直接影響觸摸屏的視覺效果。很多觸摸屏為多層的復合薄膜，僅用透明這一特點來概括它的視覺效果是不夠的，至少應包括四個特性：透明度、色彩失真度、反光性和清晰度。由于透光性和波長曲線圖的存在，通過觸摸屏看到的圖像與原圖像相比不可避免的會產生色彩失真。透過觸摸屏觀察時，靜態的圖像感覺只是色彩失真，動態的多媒體圖像則會產生一定的模糊。反光性主要指由于鏡面反射造成圖像上重疊后的光影，如人影、窗戶、燈光等。反光性強的觸摸屏使用環境受到了極大的限制。經過磨砂處理的觸摸屏反光性明顯下降，但其透明度和清晰度也大幅度降低。加裝觸摸屏后帶來的清晰度下降容易造成眼睛的疲勞，長期使用容易造成眼睛的傷害。

其二，絕對坐標系統。觸摸屏采用絕對坐標系統，要選哪里就點哪里。與鼠標這類相對坐標系統的本質區別是絕對坐標系統每一次定位坐標與上一次定位坐標沒有關系。這就要求觸摸屏不管在什么情況下，同一點的輸出數據應是一致的和穩定的。如果不穩定，那么觸摸屏就不能保證絕對坐標定位，即觸點漂移。隨著技術的發展，大屏幕平板顯示越來越流行，采用絕對坐標系統的觸摸屏所面臨的問題將更為明顯，屏幕有多大，其所需觸摸的面積就有多大，為了觸摸到相應位置，還需要人手進行更遠距離的運動，當屏幕面積增大到一定程度后，則失去了觸摸屏本身所帶來的便捷性。

其三，檢測觸摸并定位。各種觸摸屏技術都是依靠各自的傳感器來工作的，甚至觸摸屏本身就是一套傳感器。各自的定位原理和所用的傳感器決定了觸摸屏的反應速度、可靠性、穩定性和壽命。

由目前觸摸屏現狀可知，采用紅外技術的觸摸屏價格較低，但其外框易損，容易產生光干擾，曲面情況下容易失真；采用電容技術的觸摸屏設計構思合理，但采用復合膜后圖像失真問題很難得到根本解決；采用電阻技術的觸摸屏定位準確，但價格偏高，且怕刮易損；而采用表面聲波技術的觸摸屏清晰度良好，但屏幕表面如果有水滴和灰塵等則會導致觸摸遲鈍甚至觸摸失靈。隨著大屏幕平板顯示屏的流行，觸摸屏在技術上會面臨更大的挑戰。

而采用其他技術的人機交互輸入技術。例如：

1）微軟公司的Kinnect，其集成了即時動態捕捉、影像識別等功能，改變了以往使用鍵盤、鼠標、手柄等單一的操作方式，并具有手部識別和手勢支持功能，但Kinnect作為游戲外設，其識別精度較低、響應速度較慢，基于動態捕捉、影像識別技術的手部交互方式容易受外界環境的影響，可靠性差，無法適應于對實時、可靠性要求高的應用場合。

2）Leap公司的Leap Motion手部交互控制技術，相比Kinnect技術，具有能夠快速而準確地識別出用戶的手部位置和運動的特點，但由于Leap Motion采用紅外LED+雙攝像頭的技術，用戶的手部必須處于識別場內，超出識別臨界區或部分手指被其他手指遮擋等情況下，系統則無法識別。識別區過小會限制其應用范圍，而識別區過大則很難保證精度及抗干擾性，同樣無法應用于可靠性要求高的場合。

3）Thalmic Labs公司的MYO腕帶技術，屬于一款控制終端設備，其基本原理是，利用臂袋上的感應器捕捉用戶手臂肌肉運動時產生的生物電變化，判斷佩戴者的意圖，再將電腦處理的結果通過藍牙發送至受控設備。MYO采用內部檢測，優勢在于不受使用場合的限制，交互更加自然，但其識別精度和手勢豐富程度同樣受到使用條件的限制。

目前，國內手部交互系統尚處于研制階段，大多采用與Kinnect相類似的攝像頭運動捕捉技術。由于手部交互技術的難度高，難以保證可靠的精度和響應速度，市場上尚無可靠的手部交互系統產品。

發明內容