手勢(shì)路徑追蹤技術(shù)揭密，觸控感測(cè)設(shè)計(jì)原理

（文章來源：電子工程網(wǎng)?）

多點(diǎn)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?jiǎn)單的觸控動(dòng)作，其實(shí)背后隱藏著錯(cuò)綜復(fù)雜的運(yùn)作過程，包括將觸控動(dòng)作轉(zhuǎn)成數(shù)位訊號(hào)，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(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都將影響最終效能的呈現(xiàn)。

本文將對(duì)追蹤觸碰動(dòng)作進(jìn)行全面的闡述，從電容感測(cè)的物理原理，一直到螢?zāi)坏淖罱K動(dòng)作。包括介紹系統(tǒng)如何偵測(cè)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(jì)方法，最后再揭露雙指捏放手勢(shì)與螢?zāi)豢s放之間的設(shè)計(jì)內(nèi)幕。

大部分的智慧型手機(jī)觸控螢?zāi)欢寄軐?duì)手指電容產(chǎn)生反應(yīng)，觸控螢?zāi)粌?nèi)有許多排列整齊的感測(cè)器，會(huì)偵測(cè)出因手指移動(dòng)所導(dǎo)致的電容變化。當(dāng)你的手指觸碰到螢?zāi)粫r(shí)，就會(huì)影響這些感測(cè)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(cè)互容而不是自容。由于互容是反映一對(duì)感測(cè)器之間的互動(dòng)關(guān)系，因此可用來收集有關(guān)螢?zāi)簧厦總€(gè)位置的資訊（X×Y個(gè)感測(cè)點(diǎn)）；自容則僅能用來偵測(cè)每個(gè)感測(cè)器的反應(yīng)（X+Y個(gè)樣本），而不是每個(gè)點(diǎn)。

電容感測(cè)含有數(shù)個(gè)層：頂層是玻璃或塑膠材質(zhì)，接者依序是一個(gè)光學(xué)透明膠（OCA）層、觸控感測(cè)器及平面液晶顯示器（LCD）。觸控感測(cè)器是由許多感測(cè)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(cè)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(jì)采用鉆石狀圖紋，不會(huì)和LCD的紋線重疊，視覺觀感較佳，其他則采用較簡(jiǎn)單的「直條與橫條」圖案設(shè)計(jì)。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)?，就能看到ITO感測(cè)器的線紋。

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

不論是哪一種方法，光量測(cè)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(gè)別的電容值。系統(tǒng)會(huì)對(duì)每個(gè)感測(cè)器設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)值，這個(gè)基準(zhǔn)值是經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間溫度與其他因素變化后求出的訊號(hào)長(zhǎng)期平均值，讓系統(tǒng)允許訊號(hào)在各種狀況下產(chǎn)生些微的波動(dòng)。在建構(gòu)觸控螢?zāi)幌到y(tǒng)時(shí)面臨其中一項(xiàng)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?dòng)。當(dāng)沾水的手指或手掌碰到螢?zāi)粫r(shí)，系統(tǒng)也必須能啟動(dòng)。

當(dāng)感測(cè)到的電容減去基準(zhǔn)值時(shí)，就得到一個(gè)訊號(hào)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(xiàng)資訊來判斷手指的位置，其中最簡(jiǎn)單的方法是計(jì)算質(zhì)心--質(zhì)量中心（Centriod），計(jì)算出一維或二維軸向感測(cè)數(shù)值的加權(quán)平均值。運(yùn)用一維質(zhì)心計(jì)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(gè)位置值適當(dāng)?shù)乜s放，以便和螢?zāi)恢丿B。若ITO感測(cè)器的圖案超出液晶螢?zāi)坏倪吘?，則必須進(jìn)行一些轉(zhuǎn)換計(jì)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(jiǎn)單質(zhì)心推算法，當(dāng)左側(cè)下移時(shí)，右側(cè)就會(huì)開始被「上拉」。為解決這個(gè)問題，必須用特別的邊緣處理技巧來檢查剩下訊號(hào)的形狀，再推測(cè)手指沒有接觸到螢?zāi)槐砻娴牟糠帧?br /> ? ? ?