紅外線(xiàn)式觸控交互技術(shù)發(fā)展探究

最初的紅外式觸控交互技術(shù)出現(xiàn)于1992年，分辨率只有32×32。第一代紅外式觸控交互技術(shù)分辨率低、易受環(huán)境干擾而誤動(dòng)作，要求在一定的遮光環(huán)境中使用。由于這些局限性，致使紅外式觸控交互技術(shù)曾經(jīng)淡出市場(chǎng)。

第二代紅外式觸控交互技術(shù)于1994年推出，分辨率達(dá)到64×64，改善了抗光干擾性能，可以適應(yīng)大多數(shù)室內(nèi)環(huán)境。第三代紅外式觸控交互技術(shù)1997年推出，分辨率達(dá)到320×240，可以在室外非陽(yáng)光直射的環(huán)境中使用；第四代紅外式觸控交互技術(shù)1998年推出，使分辨率提高到了800×600。從紅外式觸控交互技術(shù)的發(fā)展歷程來(lái)看，主要的進(jìn)步是沿著提高分辨率和對(duì)強(qiáng)光干擾環(huán)境適應(yīng)能力兩個(gè)方面進(jìn)行的，但基本上沒(méi)有克服產(chǎn)品壽命短、器件特性參數(shù)容易漂移等問(wèn)題。

近期推出的第五代紅外式觸控交互技術(shù)，不僅將分辨率提高到了1000×720，通過(guò)插值運(yùn)算，分辨率高達(dá)4096×4096?？箯?qiáng)光干擾性能提高到太陽(yáng)直射環(huán)境亦可使用，更重要的是在產(chǎn)品壽命和免維護(hù)性能方面有了本質(zhì)的飛躍。第五代紅外觸控技術(shù)采用概率函數(shù)器件冗余分布的指導(dǎo)思想，工作環(huán)境下壽命大于7年。這就是說(shuō)，當(dāng)配套的顯示器達(dá)到壽命終結(jié)的時(shí)候，觸控交互模塊本身仍然可以正常工作。

第五代紅外式觸控交互技術(shù)在性能指標(biāo)上的改善，將觸控交互界面顯示模塊的應(yīng)用推向新的水平。例如，過(guò)去觸控交互界面顯示模塊在跟蹤手指移動(dòng)軌跡的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)很多斷筆，無(wú)法用于漢字識(shí)別。第五代紅外式觸控交互技術(shù)在跟蹤手指移動(dòng)軌跡的時(shí)候，精度、平滑度和跟蹤速度都可以滿(mǎn)足要求。用戶(hù)的書(shū)寫(xiě)可以十分流暢地轉(zhuǎn)換成圖像軌跡，完全支持手寫(xiě)識(shí)別輸入。

實(shí)際上，已經(jīng)可以用第五代紅外式觸控交互技術(shù)這樣一個(gè)單一設(shè)備作為完整的人機(jī)界面平臺(tái)，取代鼠標(biāo)、書(shū)寫(xiě)板甚至鍵盤(pán)。從應(yīng)用的層面看，觸控交互技術(shù)不應(yīng)該僅僅作為一個(gè)將觸摸位置轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)信息的簡(jiǎn)單設(shè)備，而應(yīng)該作為一個(gè)完整的人機(jī)界面系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。第五代紅外式觸控交互技術(shù)就是依據(jù)這樣的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)內(nèi)置的處理器和完善的驅(qū)動(dòng)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品概念的提升。

3、海爾集團(tuán)在觸控交互技術(shù)方面取得的成果

隨著社會(huì)信息化的深入發(fā)展，家庭娛樂(lè)設(shè)備也越來(lái)越多的向數(shù)字化、信息化發(fā)展。我國(guó)自2003年率先提出平板電視的概念后，平板電視被各級(jí)市場(chǎng)的消費(fèi)者逐步了解并認(rèn)同。同時(shí)具備強(qiáng)大功能和直觀(guān)操作方式的家庭數(shù)字娛樂(lè)終端，將成為用戶(hù)迫切需求。

國(guó)內(nèi)的高端觸控交互技術(shù)產(chǎn)品已經(jīng)基本被Unitop（匯冠）紅外式觸控交互技術(shù)壟斷，全國(guó)的金融設(shè)備、自助設(shè)備等行業(yè)市場(chǎng)已經(jīng)長(zhǎng)期使用并反饋良好。市場(chǎng)也出現(xiàn)了一些其他的進(jìn)入者，如OneTouch、GeneralTouch，由于技術(shù)不足和產(chǎn)品應(yīng)用中頻繁出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，短時(shí)間無(wú)法對(duì)Unitop造成實(shí)質(zhì)威脅。

國(guó)內(nèi)中端觸控交互技術(shù)市場(chǎng)已經(jīng)基本被GeneralTouch（四川吉銳）聲波式觸控交互技術(shù)壟斷，主要應(yīng)用在自助設(shè)備市場(chǎng)。最近出現(xiàn)了一些其他進(jìn)入者，如OneTouch、ConTouch，由于可以提供較為相似產(chǎn)品，已經(jīng)對(duì)GeneralTouch的市場(chǎng)份額形成蠶食態(tài)勢(shì)[4.5]。

海爾集團(tuán)最新研制出的先進(jìn)觸控交互式數(shù)字高清平板電視接收機(jī)， 其產(chǎn)品和技術(shù)以靈活多變的媒體形式，高效快速的反應(yīng)能力以及免維護(hù)、長(zhǎng)壽命、高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)快速得到商業(yè)、工程及軍工等行業(yè)的認(rèn)可，已經(jīng)被多個(gè)重點(diǎn)市場(chǎng)所接受。不但滿(mǎn)足了用戶(hù)的需求，更能充分享受數(shù)字高清平板電視接收機(jī)的各種信息化功能。如：互動(dòng)游戲、信息查詢(xún)、節(jié)目點(diǎn)播、網(wǎng)上沖浪、收發(fā)郵件等功能。從而帶動(dòng)數(shù)字高清平板電視接收機(jī)的普及和整個(gè)平板電視產(chǎn)業(yè)鏈的提升。與傳統(tǒng)平板電視相比，海爾集團(tuán)研制出的先進(jìn)觸控交互式數(shù)字高清平板電視接收機(jī)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）智能調(diào)節(jié)，無(wú)光干擾，高透光性，最高達(dá)100%

采用革命性的機(jī)械和光學(xué)設(shè)計(jì)，徹底解決了以往紅外觸控技術(shù)無(wú)法抗光擾或只能在法線(xiàn)30度以?xún)?nèi)抗光擾的缺陷，對(duì)于任意角度的日照光線(xiàn)均有很強(qiáng)的抗光擾能力，完全適應(yīng)強(qiáng)日光照射下的戶(hù)外工作。同時(shí)顯示界面表面沒(méi)有任何的涂層或覆膜，能達(dá)到無(wú)玻璃工作，最高達(dá)100%

2）高性能、高可靠性的預(yù)掃描補(bǔ)償技術(shù)的觸摸檢測(cè)技術(shù)

在掃描檢測(cè)方面，這項(xiàng)技術(shù)采用了預(yù)先檢測(cè)紅外發(fā)射和接收管的發(fā)射和接收靈敏度的方法，可以設(shè)定在設(shè)備正式工作前首先檢測(cè)一遍或幾遍紅外發(fā)射和接收管的發(fā)射效率和靈敏度，然后記憶每一對(duì)管子的靈敏度情況，通過(guò)觸摸屏內(nèi)部的微控制器系統(tǒng)來(lái)調(diào)整電路的放大倍數(shù)，自動(dòng)適應(yīng)紅外發(fā)射和接收管靈敏度，以保證檢測(cè)的可靠性。使用這種技術(shù)，即使管子經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用后，靈敏度下降到原來(lái)的1/4～1/3，也能保證可靠地檢測(cè)到觸摸操作，大大地提高了檢測(cè)的可靠性。而現(xiàn)有的紅外觸摸屏，一般只要有一對(duì)管子的靈敏度下降到原來(lái)的一半，就無(wú)法正常使用了。而紅外發(fā)射管在大電流沖擊下發(fā)射效率降低的曲線(xiàn)是一個(gè)接近對(duì)數(shù)曲線(xiàn)的曲線(xiàn)，因此使用這種技術(shù)能夠延長(zhǎng)紅外觸摸屏的使用壽命3-5倍。

3）模塊化總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)技術(shù)

超大尺寸觸摸屏需要解決許多工藝上的限制，比如比常規(guī)尺寸多得多的紅外線(xiàn)傳感器，如果采用小尺寸通常的掃描技術(shù)，不僅掃描一場(chǎng)的時(shí)間就慢得驚人，而且存在安裝觸摸屏的顯示器周?chē)莫M小空間內(nèi)的電路板的布線(xiàn)等問(wèn)題，以及裝配、維修、運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題。同時(shí)，50－100英寸全系列顯示器尺寸種類(lèi)眾多，還存在4：3、16：9等不同的尺寸規(guī)范，甚至還有非標(biāo)產(chǎn)品。這樣一來(lái)，不僅產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和庫(kù)存成本驚人，而且如果每個(gè)尺寸產(chǎn)品都單獨(dú)開(kāi)發(fā)，就需要每種產(chǎn)品都進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)認(rèn)證。而使用創(chuàng)新的通用模塊電路，以總線(xiàn)方式串接，在只需要布設(shè)有限數(shù)量的總線(xiàn)的基板上采用搭積木的方式來(lái)設(shè)計(jì)不同尺寸規(guī)格的超大尺寸觸摸屏，大大降低了設(shè)計(jì)難度，縮短了設(shè)計(jì)周期，不僅完美地解決了上述問(wèn)題，而且降低了維護(hù)維修成本。

4）快速響應(yīng)技術(shù)

采用用了一種能夠有效地提高紅外觸摸屏響應(yīng)速度的創(chuàng)新的方法。首先在整個(gè)觸摸屏的區(qū)域內(nèi)掃描檢測(cè)是否有觸摸物存在；如果檢測(cè)到有觸摸物則計(jì)算觸摸物的位置，并以該位置為參照點(diǎn)，選擇該其前后左右的若干對(duì)紅外發(fā)射和接收對(duì)管來(lái)設(shè)定新的、小于整個(gè)觸摸屏尺寸的檢測(cè)區(qū)域并掃描檢測(cè)該區(qū)域；如果在該設(shè)定區(qū)域內(nèi)再次檢測(cè)到觸摸物，則重復(fù)上述計(jì)算、設(shè)定步驟，或者設(shè)定與上次尺寸相同的檢測(cè)區(qū)域，或者設(shè)定尺寸更小的新區(qū)域，繼續(xù)掃描檢測(cè)觸摸物。如此循環(huán)重復(fù)上述步驟，如果上述的某次檢測(cè)沒(méi)有檢測(cè)到觸摸物，則重新開(kāi)始對(duì)整個(gè)觸摸屏的掃描檢測(cè)。由于這種方法減小了實(shí)際的檢測(cè)掃描面積，因此極大地提高觸摸屏對(duì)于觸摸操作的響應(yīng)速度，使得近百英寸的觸摸屏的響應(yīng)速度與十幾英寸的觸摸屏的響應(yīng)速度幾乎相同，非常適用于大尺寸的紅外觸摸屏。

5）多點(diǎn)觸摸技術(shù)

使用了一種創(chuàng)新的專(zhuān)利技術(shù)來(lái)識(shí)別紅外觸摸屏上多個(gè)觸摸點(diǎn)。這種方法在觸摸屏掃描檢測(cè)到了觸摸屏的橫向或縱向有超過(guò)一對(duì)發(fā)射個(gè)接收管之間的光線(xiàn)被阻斷以后，存貯被阻斷的對(duì)管的序號(hào)或地址，并將檢測(cè)得到的縱橫向的坐標(biāo)值組合得到多個(gè)可能的觸摸點(diǎn)。然后，再使用離軸掃描的方法，剔除偽觸摸點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)觸摸的檢測(cè)。這種方法有兩種具體的技術(shù)方案，都已經(jīng)分別申請(qǐng)了中國(guó)專(zhuān)利。并且，這兩種技術(shù)方案都不改變現(xiàn)有紅外觸摸屏的結(jié)構(gòu)，均通過(guò)微處理器的軟件實(shí)現(xiàn)，因此具有應(yīng)用成本極低、適用性非常廣闊的優(yōu)點(diǎn)。

4、結(jié)論

平板顯示行業(yè)已成為國(guó)際貿(mào)易領(lǐng)域增長(zhǎng)最快的產(chǎn)業(yè)之一，平板顯示新技術(shù)是下一代移動(dòng)通信、新一代家電和3C整合產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)，在未來(lái)幾乎所有電子信息產(chǎn)品中均有應(yīng)用，是國(guó)際信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)制高點(diǎn)。海爾集團(tuán)在開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng)方面具有良好的基礎(chǔ)，先進(jìn)觸控交互式數(shù)字高清平板電視接收機(jī)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化必將進(jìn)一步突顯我國(guó)觸控交互式數(shù)字高清平板電視的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，在不斷開(kāi)拓國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)中提升電子信息產(chǎn)品的技術(shù)水平；加快形成平板顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展的優(yōu)良平臺(tái)，在更高的層次上承接國(guó)際技術(shù)轉(zhuǎn)移，開(kāi)展更廣泛和更深入的國(guó)際合作。