手勢路徑追蹤技術(shù)揭密，觸控感測設(shè)計原理

（文章來源：電子工程網(wǎng)?）

多點觸控已是當(dāng)今觸控技術(shù)開發(fā)者最熱衷的研究課題?？此坪唵蔚挠|控動作，其實背后隱藏著錯綜復(fù)雜的運(yùn)作過程，包括將觸控動作轉(zhuǎn)成數(shù)位訊號，并推算觸碰位置，然后和主控端進(jìn)行通訊并執(zhí)行解譯等步驟，每一個設(shè)計環(huán)節(jié)都將影響最終效能的呈現(xiàn)。

本文將對追蹤觸碰動作進(jìn)行全面的闡述，從電容感測的物理原理，一直到螢?zāi)坏淖罱K動作。包括介紹系統(tǒng)如何偵測到手指的位置，以及判讀手指位置的各種方法，并介紹手機(jī)的軟體堆疊，說明應(yīng)用程式的設(shè)計方法，最后再揭露雙指捏放手勢與螢?zāi)豢s放之間的設(shè)計內(nèi)幕。

大部分的智慧型手機(jī)觸控螢?zāi)欢寄軐κ种鸽娙莓a(chǎn)生反應(yīng)，觸控螢?zāi)粌?nèi)有許多排列整齊的感測器，會偵測出因手指移動所導(dǎo)致的電容變化。當(dāng)你的手指觸碰到螢?zāi)粫r，就會影響這些感測器的自容（Self-capacitance），以及彼此之間的互容（Mutual Capacitance）。大多數(shù)智慧型手機(jī)都是感測互容而不是自容。由于互容是反映一對感測器之間的互動關(guān)系，因此可用來收集有關(guān)螢?zāi)簧厦總€位置的資訊（X×Y個感測點）；自容則僅能用來偵測每個感測器的反應(yīng)（X+Y個樣本），而不是每個點。

電容感測含有數(shù)個層：頂層是玻璃或塑膠材質(zhì)，接者依序是一個光學(xué)透明膠（OCA）層、觸控感測器及平面液晶顯示器（LCD）。觸控感測器是由許多感測元件所排列而成的網(wǎng)格，尺寸通常為5毫米×5毫米。

這些感測器采用氧化銦錫（ITO）制成。 ITO具有許多特別的屬性，為制作觸控螢?zāi)坏慕^佳材質(zhì)：超過90%透明度并具有導(dǎo)電性。有些設(shè)計采用鉆石狀圖紋，不會和LCD的紋線重疊，視覺觀感較佳，其他則采用較簡單的「直條與橫條」圖案設(shè)計。如果在充分的光照下，以正確的角度觀察你的裝置，并關(guān)閉液晶螢?zāi)唬湍芸吹絀TO感測器的線紋。

基本上，感測互容的原理（圖1）和感測自容完全不同。感測自容通常是量測含有感測器的電阻-電容（RC）電路之時間常數(shù)；感測互容的程序則包括量測X軸與Y軸感測器之間的互動。系統(tǒng)會感測經(jīng)過每個X軸與Y軸的訊號，借此偵測感測器之間的耦合值（圖2）。耐人尋味的是，手指的觸碰動作會降低互容耦合值，但手指觸碰動作卻會增加自容的值。

不論是哪一種方法，光量測電容是不夠的，系統(tǒng)必須回應(yīng)的是電容的變化，而不是個別的電容值。系統(tǒng)會對每個感測器設(shè)定一個基準(zhǔn)值，這個基準(zhǔn)值是經(jīng)過長時間溫度與其他因素變化后求出的訊號長期平均值，讓系統(tǒng)允許訊號在各種狀況下產(chǎn)生些微的波動。在建構(gòu)觸控螢?zāi)幌到y(tǒng)時面臨其中一項挑戰(zhàn)，就是建立適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)值。例如，當(dāng)手指觸碰到螢?zāi)?，系統(tǒng)必須能適當(dāng)?shù)貑印．?dāng)沾水的手指或手掌碰到螢?zāi)粫r，系統(tǒng)也必須能啟動。

當(dāng)感測到的電容減去基準(zhǔn)值時，就得到一個訊號值陣列，代表圖3所示的手指觸碰狀況。有許多種方法可根據(jù)這項資訊來判斷手指的位置，其中最簡單的方法是計算質(zhì)心--質(zhì)量中心（Centriod），計算出一維或二維軸向感測數(shù)值的加權(quán)平均值。運(yùn)用一維質(zhì)心計算法，根據(jù)上述例子的X軸數(shù)據(jù)，可算出（5×1+15×2+25×3+10×4）/（5+15+25+10）=150/55= 2.73。接著以液晶螢?zāi)坏慕馕龆葹闃?biāo)準(zhǔn)，將這個位置值適當(dāng)?shù)乜s放，以便和螢?zāi)恢丿B。若ITO感測器的圖案超出液晶螢?zāi)坏倪吘墸瑒t必須進(jìn)行一些轉(zhuǎn)換計算。

接觸范圍的邊緣，讓手指位置的問題變得更復(fù)雜。舉上述的陣列為例，若面板的邊緣處碰到這些線條區(qū)，采用上述的簡單質(zhì)心推算法，當(dāng)左側(cè)下移時，右側(cè)就會開始被「上拉」。為解決這個問題，必須用特別的邊緣處理技巧來檢查剩下訊號的形狀，再推測手指沒有接觸到螢?zāi)槐砻娴牟糠帧?br /> ? ? ?