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            分析如何解决大型电容触摸屏输入问题

            作者: Multitouch     时间:2014-03-11     源于?#20309;?#30693;    总点击:
            【导读】: 随着电容式触摸屏的尺寸越来越大,类似于纸和笔一样的使用写入设备变得更加直观方便。制造商支持?#20013;?#31508;功能的最常见方法就是采用有源?#20013;?#31508;或无源?#20013;?#31508;。有源?#20013;?#31508;采用电子组件,需要一个电源,并向主机设备发射信号。

                    移动设备生产商希望为消费者提供自然易用的用户界面,就好像使用纸和笔一样方便自如,同时还要具备电脑的高度灵活性,这样的高级特性可帮助生产商实现产品差异化。带手掌误动作排除功能的小型尖头无源?#20013;?#31508;让制造商能够提供支持?#20013;礎?#32534;辑、签名捕获、精确导航等各?#20013;?#24212;用功能的低成本解决方案。然而,上述功能的实现也面临一些挑战,无源?#20013;?#31508;的开发人员必须满足更大型触摸屏上电容式感应技术的一系列性能要求。具体来说,需要采用高级算法和感应方法来检测?#20013;?#31508;发出的很小的信号,同时还要排除用户手掌造成的较大的无用信号。此外,设备还必须能够动态地在?#20013;?#31508;和多点触摸输入之间来回切换,同时保持一定的速度、精确度和响应性,从而确保理想的用户体验。

             
                   随着电容式触摸屏的尺寸越来越大,类似于纸和笔一样的使用写入设备变得更加直观方便。制造商支持?#20013;?#31508;功能的最常见方法就是采用有源?#20013;?#31508;或无源?#20013;?#31508;。有源?#20013;?#31508;采用电子组件,需要一个电源,并向主机设备发射信号。采用有源?#20013;?#31508;能支持显示屏上悬停、压力感应、按键支持、擦写等高级特性。无源?#20013;?#31508;则采用导电性材料,相当于用户身体的延伸。用户手部的电容耦合支持无源?#20013;?#31508;触碰屏幕时发送信号,?#20013;?#31508;和主机平台之间不存在有源通信,因此如何区分手指和无源?#20013;?#31508;是一个难题。
             
                   在许多情况下,如果说有源?#20013;?#31508;和无源?#20013;?#31508;都能实现相同的特性,则无需为?#20302;?#22686;加额外的成本。有源?#20013;?#31508;额外的组件和电源要求使它很难打开销路,而无源?#20013;?#31508;的性能较差以及/或头大笨重则会带来不自然的?#20013;?#20307;验。因此,如果无源?#20013;?#31508;的笔头为1到2毫米,用户?#20013;詞笔?#25484;能搁在屏幕?#24076;?#21516;时保持足够的速度和准确度,并确保接触点刚好就是“墨水”的“着墨之处”,则?#21830;?#39640;无源?#20013;?#31508;的用户体验。
             
                    为了创建一款切实可行的实现方案,其可同时支持手指和无源?#20013;?#31508;操作,必须考虑多种不同的使用情况。例如,开发人员应考虑?#20302;?#35201;在检测手指和?#20013;?#31508;输入之间的切换速度。同样,他们还要定义?#20013;?#31508;在手指/手掌之前、之后或者同时触摸屏幕时?#20302;?#30340;反应情况。其它重要因素还包括配置?#20013;?#31508;距离手多近时就不再检测到?#20013;?#31508;信号。图1给出了?#20013;?#31508;用例下的状态机进程实例。
             
             
            图1无源?#20013;?#31508;用例下的状态机使用实例
                   ?#20013;?#31508;的悖论
             
                   无源?#20013;?#31508;检测对于触摸操控工程师而言是一个复杂的问题。问题的根源在于“?#20013;?#31508;悖论”。所谓“?#20013;?#31508;悖论”,是指无源?#20013;?#31508;的信号比正常手指触摸输入要小得多,而用户则认为?#20013;?#31508;的笔尖这么细,应该比手指更加精确。
             
                   精确度和线性度与?#20302;?#30340;信噪比成正比。由于噪声底限不会随输入而改变,因此信号减弱会对信噪比造成较大影响。电容式触摸屏的信号电平基本取决于触摸输入的覆盖面积。这就是说,2毫米无源?#20013;?#31508;的信号强度比典型的10毫米手指触摸时的信号强度小25倍。这?#20013;?#21495;强度的差距给触控工程师造成了许多问题。即使在有较大触摸信号的情况下,固件也必须能检测到较小的?#20013;?#31508;信号,这往往需要采用不同的传感器扫描模式,而抗噪性和刷新率都要受到影响。此外,无源?#20013;?#31508;最适合搭配较大的触摸板使用,但大型触摸板本来就刷新?#23454;停?#25110;是要采用较大的间距传感器,这二者都会影响?#20302;?#30340;性能指标。
             
                   从根本上说,应对信号强度差距需要解决两个问题。第一,尽管信号强度极低,也必须首先检测到?#20013;?#31508;。第二,一旦检测到?#20013;?#31508;,就必须进行准确报告。这两大问题各有?#35757;恪?#20174;概念上讲,最合理的?#20013;?#31508;检测方法是最大限度地提高传感器信号。一般通过最大限度地减少传感器到信号电平(非常接近预期信号电平)的动态范围,或者甚至通过采用软件乘法和滤波等方法,来解决有关问题。但是,高增益?#20302;?#36890;过正常手指触摸等较大输入很容易达到饱和,所?#21592;?#39035;认真处理正常触摸和较小的?#20013;?#31508;信号。一个常见的方法就是在每个预期的信号电平进行两次独立的扫描,从而从?#20013;?#31508;输入中区分出正常触摸。
             
                  触摸及?#20013;?#31508;简介
             
            图2触摸及?#20013;?#31508;简介
             
                    这种模式切换容?#36164;?#21040;错误检测的影响,因此必须过?#35828;?#38169;误检测的情况。手指靠近或离开触摸屏就是一个典型的例子。?#31508;种?#38752;近?#20445;?#20854;信号电?#33014;?#20302;(在无源?#20013;?#31508;区),而离开时信号电平同样也很低,所?#21592;?#39035;采用其它判断器来确认任何已检测到的?#20013;?#31508;输入。
            死区的管理
             
                   检测到?#20013;?#31508;后,必须准?#26041;?#34892;报告。与典型的手指触摸不同,无源?#20013;?#31508;的尖笔头使用户能够精确地看到其放置到LCD的确切位置。因此,尽管信噪比显著降低,但用户对?#20013;?#31508;操控的精确?#28909;?#26377;着更高的预期。此外,线性度也是一个关键因素,因为?#20013;?#31508;通常用于书写。
             
                   无源?#20013;?#31508;与精确度和线性度相关的关键问题就是“死区”。“死区”是指触摸屏上即使在输入刺激转移到新位置时报告信号电平也不发生改变的区域。例如,2毫米的无源?#20013;?#31508;笔尖在触摸屏上可由典型的5毫米传感器完全包围。
             
                  ?#20013;?#31508;笔尖死区 
             
                图3?#20013;?#31508;笔尖死区
             
                   ?#20013;?#31508;在传感器中心位置的微小移动很难被检测到,但对于传感器而言,输入通常被量化到元件的中心,因此,?#31508;中?#31508;的移动限于传感器范围内?#20445;?#20250;被报告为处于固定位置,这就是所谓的死区。
             
                   解决此问题的一般性方法就是分析所有周围的传感器,并用其创建查找表索引,?#28304;?#26469;校正报告位置,从而更好地掌握笔尖所在的实际位置。因此,无源?#20013;?#31508;的精确度和线性度问题归根结底就是要通过极具创意的方法来生成上述位置索引,或者设计出更先进的查找表,因为死区通常是一个无法克服的物理问题,因此必须?#39029;?#36866;当的校正办法。
             
                  触摸误动作排除的必要性
             
                  早期无源?#20013;?#31508;的实现方案一?#35859;?#25903;持一个单一的输入类型,正常的手指触摸享有更高的优先级。如果屏幕上出现包括?#20013;詞笔?#25569;手机或平板电脑的边缘、或手?#32856;?#22312;屏幕上等正常的手指触摸,那么?#20013;?#31508;?#20302;?#23558;无法正常工作。然而,这两种情况在大屏幕上使用?#20013;?#31508;时及其常见。为了便于使用,?#31508;中?#31508;在屏幕上工作?#20445;?#24517;须排除这类误触误动作,从而提高用户的满意度。
             
                  触摸屏幕对?#20013;?#31508;性能造成影响的原因同样取决于信号差距。触摸屏幕会导致其信号扩散到多个传感器,而外围传感器通常在信号电平的?#20013;?#31508;区域。正常触摸的信号电平要?#23545;?#39640;于?#20013;?#31508;的信号电平。这就好像在黑暗的?#32771;?#37324;有两只手电筒,一只很亮,一只很暗。手电筒光越强,就越难以看到较暗的手电筒。此外,正常触摸也会产生?#26448;?#22122;声。所以,如果噪声较大的触摸和?#20013;?#31508;共享相同的传感器接收器,那么?#20013;?#31508;的输入将很难检测到。
             
                   这些?#26448;?#22122;声问题是另外一大领域的问题。通常情况下,我们可通过仅扫描所关心的特定传感器以隔离无源?#20013;?#31508;的所需信号来解决这个问题。这时我们假设最初能检测到?#20013;?#31508;,并跟踪?#20013;?#31508;在屏幕上的移动,因而使?#20013;?#31508;的第一次触摸最为薄弱。然而,一旦传感器子集跟踪到?#20013;?#31508;,大多数令人烦扰的触摸问题就都能迎刃而解。
             
                    虽然上述大多数问题似乎很难解决,但目前触摸控制器的发展使我们拥有的产品不但具备足以检测小型尖头无源?#20013;?#31508;的敏感度、而?#19968;?#20855;备过滤屏幕?#26174;?#22768;和其它干扰对象的智能功能。从用户角度上讲,智能触摸控制器能处理检测和跟踪触摸对象的众多输入相关问题。从?#20302;?#23618;面上讲,成功的关键在于开发出相关应用,让用户能够更好地在自己的设备上使用、创建和控制程序,从而提高工作效率,带来更加自然的操控体验。
             
             

             


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