用于检测触摸点的方法和装置以及显示设备 对相关专利申请的交叉引用
本申请要求于2008年10月17日向韩国知识产权局递交的韩国专利申请No.10-2008-0102107的优先权和权益，该申请的公开内容以其整体通过引用合并于此。
【技术领域】
本发明涉及用于检测物体的触摸点的方法和装置。
背景技术
有多种通过直接触摸信息介质来传递或获取信息的方法。触摸面板显示器是已知有用的技术，并且已用于传递或获取这类信息。例如，结合了LCD技术的触摸屏面板已经被开发出来。结合了LCD技术的触摸屏面板不仅可应用于LCD领域，还可应用于其它适合的显示领域。特别地，该技术可应用于被视为下一代显示技术的有机发光二极管(OLED)。
在光学传感器型触摸面板显示设备中，光学传感器被布置在各个像素中，从而可利用光在屏幕上输入信息。在光学传感器型触摸面板显示设备中，例如，光电二极管被用作光学传感器，电容器被连接到各个像素的光电二极管。图像的数据通过根据光电二极管所接收到的光量的变化来改变电容器的电荷量，并通过检测该电容器两端的电压，而被生成。具有如触摸面板或数字转换器功能的显示设备已被提议作为光学传感器型触摸面板显示设备的可能应用。触摸面板功能使得能够通过检测例如手指的物体投射到屏幕上的阴影来输入信息。尽管所输入的信息是通过各种图像识别算法来识别的，但是这种图像识别算法复杂，且操作这种复杂的图像识别算法所需的大量计算可能会对硬件施加沉重的负担。
【发明内容】
本发明实施例的一方面针对一种通过对具有利用光向屏幕输入信息的功能的显示设备中的光学传感器所获取的图像进行分析来检测触摸点的方法和装置。
本发明实施例的另一方面针对一种用于检测多触摸点的方法和装置。
在本发明的另一实施例中，提供一种利用所述用于检测触摸点的方法和装置的显示设备。
根据本发明的一个实施例，提供一种用于检测触摸点的方法，该方法包括：根据输入图像检测手指图像的边缘图像；利用所检测到的边缘图像生成触摸点图像；以及根据所述触摸点图像计算所述触摸点的坐标。
在利用所检测到的边缘图像生成触摸点图像中，所述触摸点图像可利用从所检测到的边缘图像中获取的梯度方向和梯度幅值来生成。
在利用所检测到的边缘图像生成触摸点图像中，所述触摸点图像可通过累加针对在所检测到的边缘图像的梯度方向上相隔设定距离的位置的梯度幅值来生成。
利用所检测到的边缘图像生成触摸点图像可包括：将中心设置在与所述边缘图像被检测到的位置在梯度方向上相隔设定距离的位置，以及通过对基于所设置中心的设定区域的梯度幅值求和来生成所述触摸点图像。
在根据所述触摸点图像计算所述触摸点的坐标中，所述触摸点图像中具有总梯度幅值中的最大值的像素的坐标可被确定为所述触摸点的坐标。
所述设定距离可以为手指的半径。
所述设定区域可根据手指尖部分地尺寸来确定。
在根据所述触摸点图像计算所述触摸点的坐标时，至少两个触摸点的坐标可被计算。
在根据所述触摸点图像计算所述触摸点的坐标中，所述至少两个触摸点的坐标可通过基于所述至少两个触摸点的坐标与所述设定距离之间的比较，根据所述至少两个触摸点中累加的梯度幅值来更新所述至少两个触摸点的坐标而被计算。
根据所述触摸点图像计算所述触摸点的坐标可包括：对初始触摸点的坐标和与所述初始触摸点的坐标相关联的梯度幅值进行初始化；确定像素的梯度幅值是否大于或等于与所述初始触摸点的坐标相关联的梯度幅值，对于其中所述像素的梯度幅值大于与所述初始触摸点的坐标相关联的梯度幅值的各个初始触摸点，计算所述像素的坐标与各个初始触摸点的初始化坐标之间的距离；将计算出的距离与各个初始触摸点的设定距离进行比较，并根据比较的结果更新所述初始触摸点的坐标；以及根据比较的结果将所述初始触摸点的更新后坐标确定为所述至少两个触摸点的坐标。
在更新所述至少两个触摸点的坐标中，计算出的距离是否小于或等于所述设定距离可被确定。
所述设定距离可以为手指的半径。
计算操作和更新操作可针对多个像素而执行。
在根据输入图像检测手指图像的边缘图像中，所述手指图像的边缘图像可利用索贝尔滤波器根据所述输入图像被检测出。
根据本发明的另一实施例，提供一种用于检测触摸点的方法，包括：检测接触触摸面板的手指的图像的边缘图像，将中心设置在与所述边缘图像被检测到的位置在所述边缘图像的梯度方向上相隔设定距离的位置，通过累加所述边缘图像对基于所设置中心的设定区域的梯度值来生成触摸点图像，以及根据所述触摸点图像计算所述触摸点的坐标。
根据本发明的再一方面，提供一种触摸点检测器，其中该检测器包括：边缘检测器，被配置为根据输入图像检测手指图像的边缘图像；触摸点图像发生器，被配置为利用所检测到的边缘图像生成触摸点图像；以及坐标计算器，被配置为根据所述触摸点图像计算所述触摸点的坐标。
所述触摸点图像发生器可被配置为利用所检测到的边缘图像的梯度方向和梯度幅值生成所述触摸点图像。
所述触摸点图像发生器可通过累加针对在所检测到的边缘图像的梯度方向上相隔预定距离的位置的梯度幅值来生成所述触摸点图像。
所述触摸点图像发生器可包括：中心设置单元，被配置为将中心设置在与所述边缘图像被检测到的位置在梯度方向上相隔设定距离的位置，以及梯度求和单元，被配置为通过对基于所设置中心的设定区域的梯度幅值求和来生成所述触摸点图像。
所述坐标计算器可将所述触摸点图像中具有总梯度幅值中的最大值的像素的坐标确定为所述触摸点的坐标。
所述坐标计算器可被配置为计算至少两个触摸点的坐标。
所述坐标计算器可包括：初始化单元，被配置为对初始触摸点的坐标和与所述初始触摸点的坐标相关联的梯度幅值进行初始化；距离计算器，被配置为计算像素的坐标与各个触摸点的坐标之间的距离；更新确定单元，被配置为将计算出的距离与各个初始触摸点的设定距离进行比较，并根据比较的结果更新所述初始触摸点的坐标；以及坐标确定单元，被配置为将所述初始触摸点的更新后的坐标确定为所述至少两个触摸点的坐标。
所述更新确定单元可确定计算出的距离是否小于或等于所述设定距离。
所述距离计算器和所述更新确定单元可针对多个像素执行距离的计算和坐标的更新。
根据本发明的又一方面，提供一种具有检测手指触摸的至少一个光学传感器的显示设备，包括：传感器信号读取器，被配置为读出所述光学传感器所检测到的信号；以及触摸点检测器，被配置为根据所述光学传感器所检测到的信号生成所述手指的阴影图像，根据所生成的图像检测边缘图像，利用所检测到的边缘图像生成触摸点图像，并根据所述触摸点图像计算触摸点的坐标。
所述触摸点检测器可检测多个触摸点。
【附图说明】
附图与说明书一起示出本发明的示例性实施例，并且与具体实施方式一起用于阐释本发明的原理。
图1示意性地示出根据本发明实施例的具有利用光在屏幕上输入信息的功能的显示设备。
图2是根据本发明实施例的包括触摸点检测器的显示设备的示意性框图。
图3是根据本发明实施例的图2中的触摸点检测器的示意性框图。
图4A是根据本发明实施例的待输入至图2的边缘检测器的输入图像。
图4B是根据本发明实施例的由图2的边缘检测器输出的边缘图像。
图5A是示出根据本发明实施例的利用图2的触摸点图像发生器生成触摸点图像的图。
图5B是根据本发明实施例的由图2的触摸点图像发生器生成的触摸点图像。
图6是根据本发明实施例的图2中的触摸点图像发生器的示意性框图。
图7是根据本发明实施例的坐标计算器的示意性框图。
图8-图10是根据本发明另一示例性实施例的阐释用于检测多触摸点的坐标计算方法的流程图。
【具体实施方式】
在以下详细描述中，以例示的方式仅示出和描述本发明的特定示例性实施例。本领域技术人员将认识到，本发明可以以多种不同的形式来实施，而不应当被解释为局限于这里所列举的实施例。
图1示意性地示出根据本发明实施例的具有利用光在屏幕上输入信息的功能的显示设备100。参见图1，显示设备100包括多个光学传感器110。显示设备100还可包括多个TFT和各种显示元件。例如，显示设备100可包括构成TFT的多个电极、诸如半导体层和绝缘层之类的多个层以及多个有机发光器件。有机发光器件包括像素电极、相对于像素电极的对电极以及包括插置于像素电极(例如阳极)与对电极(例如阴极)之间的发光层的中间层。在一个实施例中，显示设备100检测由照亮手指F的外部光产生的手指F的阴影和由手指F反射的光。另外，尽管上面指定了有机发光器件，但是也可使用例如LCD或PDP的其它平板显示设备作为替代。
当诸如手指F之类的物体开始接触显示设备100时，光学传感器110检测手指F在外部或内部光源的作用下所生成的光学信号。例如，当光学传感器110检测到比设定(或预定)值亮的光时，信号处理单元输出高电平信号。当光学传感器110检测到比设定(或预定)值暗的光时，信号处理单元输出低电平信号。光学传感器110可由PIN型光学二极管具体实现。
图2是根据本发明实施例的包括触摸点检测器230(例如触摸点检测装置230)的显示设备200的示意性框图。参见图2，显示设备200包括光学传感器210。触摸点检测器230通过感应信号读取单元220连接到显示设备200。
显示设备200包括由红(R)、绿(G)和蓝(B)形成的多个像素，这些像素与光学传感器210一起被布置在多条信号线与多条扫描线交叉的位置处。显示设备200基于由外部主机发送的图像信号执行显示功能，以显示图像。
感应信号读取单元220读取由显示设备200的光学传感器210检测到的信号，并将所检测到的信号输出到触摸点检测器230。触摸点检测器230通过分析由光学传感器210检测到的信号来检测触摸点。在一个实施例中，触摸点检测器230根据光学传感器210检测到的信号生成手指阴影的图像，根据手指阴影图像(输入图像)检测边缘图像，根据所检测到的边缘图像生成触摸点图像(在下文中称为TP图像)，并根据所生成的TP图像计算触摸点的坐标。稍后将更详细地描述触摸点检测器230的结构和功能。
图3是图2的触摸点检测器230的示意性框图。参见图3，触摸点检测器230包括边缘检测器231(例如边缘检测单元231)、TP图像生成单元232(例如触摸点图像发生器232)以及坐标计算器233(例如坐标计算单元233)。尽管没有示出，但是触摸点检测器230可进一步包括含有线路存储器、灰度电路或二进制化电路的信号处理单元，以根据光学传感器210检测到的信号生成手指阴影图像。
边缘检测器231根据输入图像仅检测边缘分量，并输出边缘图像。边缘检测可利用例如拉普拉斯(Laplacian)滤波器、罗伯茨(Roberts)滤波器、索贝尔(Sobel)滤波器或皮维特(Prewitt)滤波器的任何适合的边缘检测方法来执行。在一个示例性实施例中，边缘分量是利用索贝尔滤波器来检测的，下面将对此进行更详细的描述。
首先，通过应用如等式1中的索贝尔算子来执行对输入图像A的卷积。
Gx=+10-1+20-2+10-1×A,]]>并且Gy=+1+2+1000-1-2-1×A]]>[等式1]
在等式1中，Gx和Gy分别表示在x和y方向上的边缘分量。针对利用等式1计算出的Gx和Gy，可利用等式2和3计算出边缘分量的数量和方向。
G=Gx2+Gy2]]>[等式2]
Θ=arctan(GyGx)]]>[等式3]
另外，当根据等式2计算出的G的值小于设定(或预定)临界值时，将G的值确定“0”。边缘图像可从以上计算中获取。图4A是根据本发明实施例的待输入至图2的边缘检测器的输入图像。图4B是根据本发明实施例的由图2的边缘检测器输出的边缘图像。具体来说，由图2的边缘检测器输出的边缘图像通过应用索贝尔滤波器被计算出来。
TP图像发生器232通过对设定(或预定)区域中针对所输出的边缘图像的梯度方向Θ上相隔设定(或预定)距离的位置处的梯度幅值求和，来生成TP图像。
图5A是示出根据本发明实施例的利用图2的触摸点图像发生器生成触摸点图像的图。图5B是根据本发明实施例的由图2的TP图像发生器232生成的触摸点图像。参见图5A，中心位置被设置在梯度方向Θ上相隔设定(或预定)距离的位置。例如，设定(或预定)距离是自边缘被检测到的位置起与手指的半径相对应的位置。由于指尖在正常情况下为圆形，因此指尖的中心通常会收敛到一点。在设定(或预定)区域内，例如自该点起的5×5个块内，梯度幅值被累加。于是，在指尖周围的位置处的梯度幅值比较大。尽管以上的求和是针对5×5个块执行的，但是本发明不局限于该尺寸。例如，可根据指尖的尺寸，即手指实际触摸显示设备的面积来确定求和区域的尺寸。图5B是根据本发明实施例的由图2的触摸点图像发生器生成的触摸点图像，表示根据本发明实施例的最终TP图像。
图6是根据本发明实施例的图2的触摸点图像发生器232的示意性框图。参见图6，TP图像发生器232包括中心设置单元234和梯度求和单元235。
中心设置单元234将中心设置在自边缘在边缘检测器231中被检测到的位置起在设定(或预定)方向上相隔设定(或预定)距离的位置。中心设置单元234将中心设置在自边缘被检测到并通过等式3被计算出来的位置起在一方向上，即梯度方向Θ上相隔设定(或预定)距离的位置。例如，该设定距离为手指半径的距离。如上所述，由于指尖在正常情况下为圆形，因此，指尖的中心收敛到一点。
梯度求和单元235累加关于中心设置单元234所设置的中心的设定(或预定)区域的梯度幅值。该设定区域可根据指尖的尺寸来设置。于是，当手指尺寸增大时，指尖处的梯度幅值随之变得更大，因此指尖的梯度幅值可随手指尺寸的增大而增大。
坐标计算器233利用由TP图像发生器232生成的TP图像来计算触摸点的坐标。坐标计算器233将TP图像中具有最大梯度幅值的像素的位置确定为触摸点，并向主机输出所得到的梯度幅值。再次参见图5B，在计算坐标中，TP图像中最亮的像素的位置被确定为触摸点。
图7是根据本发明实施例的坐标计算器233的示意性框图。在上述示例性实施例中，当要确定单个触摸点时，TP图像中最亮的像素的位置可被确定为触摸点。然而，当要确定多个触摸点，例如三个触摸点时，可能不会使用基于最亮的像素的位置来确定触摸点的方法。当例如要以亮度为次序找出三个触摸点时，由于有可能在一幅TP图像中找出三个最亮的像素，因此不可能准确地检测这些触摸点。因此，根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种检测在TP图像中具有局部最大梯度幅值的触摸点以实现多触摸功能的方法。
在一个实施例中，为TP图像的所有像素值P确定三个触摸点t1、t2和t3。假设TP(t1)＞TP(t2)＞TP(t3)，并且TP(p)是在像素p中累积的梯度幅值。因此，TP(t1)是在触摸点(t1)中累积的梯度幅值。假设t1、t2和t3的值保持高于设定(或预定)距离d。设定距离d可以是手指的半径的尺寸，例如0.5cm。
参见图7，坐标计算器233(例如坐标计算单元233)包括初始化单元236、距离计算器237(例如距离计算单元237)、更新确定单元238和坐标确定器239(例如坐标确定单元239)。初始化单元236对初始的t1、t2和t3的值和TP(p)的值进行初始化。例如，初始的t1、t2和t3基于不存在像素的位置而全部为设置为(-1，-1)。此时，TP(p)被初始化为“0”。
距离计算器237计算像素(例如已有的像素)的坐标与t1、t2和t3中的每一个之间的距离。更新确定单元238根据像素的坐标与t1、t2和t3中的每一个之间的距离是否不小于或小于设定(或预定)距离d来更新t1、t2和t3的值。坐标确定单元238将t1、t2和t3的最终更新后坐标值确定为多个触摸点的结果梯度幅值。
图8-图10是根据本发明实施例的阐释检测多触摸点的坐标计算方法的流程图。参见图8，在操作800中，对t1、t2和t3的值和TP(p)的值进行初始化。例如，将t1、t2和t3的坐标值全部设置为(1-.1)，将TP(p)的值初始化为“0”。
在操作802中，确定像素Pn的TP(Pn)的值是否不小于TP(t1)。当TP(Pn)的值不小于(例如大于或等于)TP(t1)时，执行操作804，确定Pn与t1之间的距离是否不大于(例如小于或等于)d。作为操作804中的确定的结果，当Pn与t1之间的距离不大于(例如小于或等于)d时，用Pn来更新t1。针对下一像素执行操作802。
在操作804中，当Pn与t1之间的距离不小于d时，执行操作808，确定Pn与t2之间的距离是否不大于d。作为操作808中的确定的结果，当Pn与t2之间的距离不大于(例如小于或等于)d时，执行操作810，从而用t1来更新t2，并用Pn来更新t1。针对下一像素执行操作802。
作为操作808中的确定的结果，当Pn与t2之间的距离不小于(例如大于或等于)d时，执行操作812，从而用t2来更新t3，用t1来更新t2，并用Pn来更新t1。针对下一像素执行操作802。
参见图8和图9，作为操作802中的确定的结果，当TP(Pn)不大于(例如小于或等于)TP(t1)时，执行操作900，确定TP(Pn)是否不小于(例如大于或等于)TP(t2)。作为操作900中的确定的结果，当TP(Pn)不小于(例如大于或等于)TP(t2)时，执行操作902，确定Pn与t1之间的距离是否不小于(例如大于或等于)d以及Pn与t2之间的距离是否不大于(例如小于或等于)d。当Pn与t1之间的距离不小于(例如大于或等于)d且Pn与t2之间的距离不大于(例如小于或等于)d时，执行操作904，从而用Pn来更新t2。针对下一像素执行操作802。
作为操作902中的确定的结果，当Pn与t1之间的距离不小于(例如大于或等于)d且Pn与t2之间的距离不小于(例如大于或等于)d时，执行操作908，从而用t2来更新t3，用Pn来更新t2。针对下一像素执行操作802。
参见图8-图10，作为操作900中的确定的结果，当TP(Pn)不大于(例如小于或等于)TP(t2)时，执行操作1000，确定TP(Pn)是否不小于(例如大于或等于)TP(t3)。作为操作1000中的确定的结果，当TP(Pn)不小于(例如大于或等于)TP(t3)时，执行操作1002，从而当Pn与t1之间的距离和Pn与t2之间的距离都不小于(例如大于或等于)d时，用Pn来更新t3。针对下一像素执行操作802。
如上所述，在根据本发明的检测触摸点的方法中，根据输入图像检测手指图像的边缘图像，根据边缘图像生成触摸点图像，并根据触摸点图像计算触摸坐标。因此，可利用手指形状的特性实现简单的触摸识别算法。另外，可准确地检测多个触摸点。
尽管参照图8-图10描述了多触摸点，即三部分触摸点的坐标确定，但是本发明不局限于数目3，以上述同一方法可确定更多或更少个触摸点(例如2个触摸点或者4个或更多个触摸点)。
本发明也可用计算机可读记录介质上的计算机可读代码来具体实现。计算机可读记录介质是可存储之后被计算机系统读取的数据的任何数据存储设备。计算机可读记录介质的例子包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储设备等。计算机可读记录介质也可分布于联网的计算机系统内，从而使计算机可读代码以分布式被存储和执行。另外，用于实现本发明的功能程序、代码和代码段可容易地被本发明所属领域的程序员解释。
尽管已经结合特定示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不局限于所公开的实施例，而是相反意在覆盖包括在所附权利要求及其等同物的精神和范围之内的各种修改和等同布置。