[發(fā)明專利]一種電容式傳感器及通過電容成像確定觸摸屏定位的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911414166.7
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111176496B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高碩;孫世杰;呂瑞函;黃安彪;徐立軍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F3/044
• 分類號: G06F3/044
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 畢翔宇

1.一種通過電容成像確定觸摸屏定位的方法，所述電容根據(jù)電容傳感器測得，其特征在于，所述電容傳感器共有八個(gè)矩形薄片的電極，所述電極按照間隔排列在電容傳感器的觸摸屏的邊緣并圍成環(huán)形，所述電極引線與外部激勵(lì)信號輸入系統(tǒng)和檢測信號采集系統(tǒng)相連接；所述觸摸屏外側(cè)設(shè)置有介電屏蔽層，所述通過電容成像確定觸摸屏定位的方法包括以下步驟：

一、對電極依次編號，選取一個(gè)電極作為激勵(lì)電極，其余電極作為檢測電極，通過激勵(lì)信號輸入系統(tǒng)對選取的激勵(lì)電極施加激勵(lì)信號電壓后，依次對檢測電極進(jìn)行檢測，得到測量的電容值；

得到所有測量的電容值后，更換激勵(lì)電極，選擇另一個(gè)電極作為激勵(lì)電極，其余電極作為檢測電極，重復(fù)之前的操作，直到所有電極都被激勵(lì)一次；

二、通過檢測信號采集系統(tǒng)采集步驟一中測量的電容值傳入上位機(jī)中，根據(jù)電容值計(jì)算電極圍成的區(qū)域內(nèi)的介電常數(shù)并判斷介電常數(shù)物質(zhì)類別，進(jìn)行圖像重建；

三、在得到的重建圖像中，分為高介電常數(shù)區(qū)域和低介電常數(shù)區(qū)域，其中高介電常數(shù)區(qū)域?yàn)槭种傅挠|摸區(qū)域；

其中，所述圖像重建算法包括以下步驟：

(一)將電極圍成的區(qū)域剖分為N個(gè)單元，N≥2，將單元i的介電常數(shù)物質(zhì)變化后測量的電容值向量x_i作為輸入向量，單元i的介電常數(shù)物質(zhì)變化后，電極圍成的區(qū)域內(nèi)全部單元的介電常數(shù)向量y_i作為輸出向量，通過SVM算法對每個(gè)單元依次進(jìn)行訓(xùn)練，得到N個(gè)單元訓(xùn)練樣本集

所述步驟(一)觸摸過程中單元i介電常數(shù)物質(zhì)變化后測量的電容值向量單元i的介電常數(shù)物質(zhì)變化后，電極圍成的區(qū)域內(nèi)全部單元的介電常數(shù)向量

其中為單元i內(nèi)介電常數(shù)物質(zhì)變化后測得的電容值，n為單元i內(nèi)測得的電容值的個(gè)數(shù)；是單元i的介電常數(shù)物質(zhì)變化后編號為N的單元內(nèi)的介電常數(shù)；

(二)采用并聯(lián)歸一化模型對輸入向量x_i進(jìn)行電容歸一化處理，得到歸一化后的訓(xùn)練樣本集為步驟(二)中x_i歸一化處理后得到

(三)對單元i，對歸一化后的訓(xùn)練樣本集建立兩分類問題，然后對歸一化后的訓(xùn)練樣本集構(gòu)造相應(yīng)的最優(yōu)化問題并引入拉格朗日乘子轉(zhuǎn)為對偶問題，求得最優(yōu)解，然后對兩分類問題構(gòu)造對應(yīng)的決策函數(shù)fⁱ＝sgn(g(x_i))，其中，

K(x_i,x_j)為核函數(shù)，K(x_i,x_j)＝exp(-γ||x_i-x_j||²),γ＞0，其中，γ為固定算子，d為常數(shù)；

(四)通過x_i能否使決策函數(shù)中的g(x_i)得到最大值來判定單元i的介電常數(shù)，然后判斷單元i介電常數(shù)物質(zhì)類別；

(五)對電極圍成的區(qū)域剖分的N個(gè)單元分別重復(fù)(三)、(四)步驟，完成對電極圍成的區(qū)域全部內(nèi)單元的介電常數(shù)物質(zhì)類別的判斷，重建圖像。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過電容成像確定觸摸屏定位的方法，其特征在于，所述步驟(二)中的并聯(lián)歸一化模型為

其中C_i為檢測到的電容值，C_l表示電極圍成的區(qū)域中標(biāo)定的低介電常數(shù)物質(zhì)滿場分布時(shí)的電容值，C_h表示電極圍成的區(qū)域中標(biāo)定的高介電常數(shù)物質(zhì)滿場分布時(shí)的電容值；x_i’為歸一化電容值，x_i’與被檢測的電容值C_i為線性關(guān)系。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過電容成像確定觸摸屏定位的方法，其特征在于，所述步驟(三)中，對于訓(xùn)練樣本集中的訓(xùn)練樣本構(gòu)造最優(yōu)化問題為

引入拉格朗日乘子α＝(α₁,……,α_N)^T,后，構(gòu)造對偶問題為

得到最優(yōu)解其中，為單元i最優(yōu)化問題的最優(yōu)解，為單元i對偶問題的最優(yōu)解，C為懲罰函數(shù)，ξ_i為引入的松弛變量，b為常數(shù)，x_j為引入拉格朗日乘子導(dǎo)出對偶問題后與x_i的對偶值，y_j為引入拉格朗日乘子導(dǎo)出對偶問題后與y_i的對偶值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過電容成像確定觸摸屏定位的方法，其特征在于，所述電極與電極引線均采用銅質(zhì)材料。