电阻式触摸屏校准算法的优化

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Ｃ ｏ ｇｊａ 。Ｇ ｅ ｇｑａ ｇ 。 ａ 。 Ａｌ ｎ － ｎ， ＡＯ Ｈ ｎ ｉｎ ＣＡｌ ｏ Ｈ ｕ Ｍｉ
（ ． 中科技大学 武 昌分校 电工 电子教学基地 ，武 汉 ４ ０ ６ １华 ３ ０ ４；２ 中国地质大学（ ． 武汉）机 电学院 ，武 汉 ４ ０ ７ ） ３ ０ ４ 摘 要 ： 本文介绍 了电阻式触摸屏 的工作原 理 ，分析 了触摸屏的基 本线性校准算 法 ，在此基础 上进一 步提出 了触 摸屏校准 的优 化算法 ，并对两种校 准算法进 行了测试 比较 ，实验结果表 明 ，与基 本线性校准法相 比 ，优化算法大 大提 高了触摸屏校准精度。 关键词 ： 电阻 式触摸屏 ；校准算法 ；校准 精度 中图分类号 ：Ｔ ２ Ｐ１ １ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ — １ ４ ２ １ ） ７ 上） ０ １ ３ ９ ０ （ ０ ０ （ 一０ ２—０ ０ ３ ２
触 摸 屏上 任 意取 三 个 点 （ 由于 边 界 点 的线性 度 差 ， 所 以要尽 量 避免 ） ，设物 理 坐 标和 显 示坐 标 分别 为
，
Ｙ） ， 、 ， 和 ， ） ） ） 、 ） 乃） 、（ ， 、
Ａ１ Ｘ ＋ Ｂ１Ｙ１ Ｃ１＝ ｌ ’１ ‘ ＋
化 算法 可 以获得 更高 的校 准精 度 。
１ 电阻式触摸屏 的工作原理
典 型 的 电 阻式 触 摸 屏 一般 由三 部 分 构 成 ：两
层透 明 的 阻 性 导 电 层 ，在 两 层 导 电层 之 间 的 隔离
层 以及 电极 。电 阻式触 摸屏 示意 图如 图 ｌ 示 。 所 电 阻 式 触 摸 屏 就 相 当 于一 种 传感 器 ，利 用 压
： ｋＲｓ Ｏ ｇｙ ｏ Ｏ Ｓ ＝ ｙｙ ｋ ’ ＋ ｙ ｉ ＋ｑ Ｒｃ ｓ ＋ ｙ ｋ 。 ＋￣ ｙ ｎ ｋ
Ａ１‘ ＋ Ｂ１‘ ＋ Ｃ１ Ｘ ｌ； Ｘ１ Ｙ１ ＝ ｄ １‘ ＋ Ｂｌ‘ ２＋ Ｃ１＝ Ｘ ２； Ｙ ｄ
由上 式 中可 以 看 出 ，除 了 ｘ和 Ｙ ，方 程 式右 边
、 ｌ
ｌ 化 Ｉ ５
电阻 式触 摸 屏 校 准 算 法 的优 化
Ｔｈｅ ｏｐｔ ｍ ｉ ａ ｉ ｏ ｃａｌｂｒ ｉ ｇｏｒ ｔ ｉ ｚ ｔ ｏｎ ｔ ｉ ａｔ ｏｎ ａｌ ｉ ｈｍ ｅｓｉ ｉ ｅ ｔ ｏｆ ｒ ｓｔ ｖ ｏｕｃｈ ｓｃｒ ｅｅｎ
蔡红 娟 。 ，高恒 强 ，蔡
Ａ ｌ‘ ３＋ Ｂ１’ ３＋ Ｃｌ＝ Ｘ ３； Ｙ ｄ １’ ＋ １‘， Ｊ ４＋ Ｃ １ Ｘ ４ ； ＝ ｄ
各 项 均 为 常 量 ，即触 摸 屏 和 显示 屏 的坐 标 系可 以 认 为 是 线 性 的 ，基 于 此方 程 实 现 的校 准 也 称 为 线 性 校 准 。现 在用 一般 情 况 来代 替 各乘 积项 的 系数 ，
电压 与 驱 动 电压 之 比即 为 触 点 Ｙ 坐 标 与 触摸 屏 高
度之 比 ，即 ｙ＝ Ｖｘ／厂 ）ｈ ｉｈ。 同理 ，将 驱动 电 ｌ（ ＋、Ｃ ｅｇ ｔ ｃ
压 施加 在 ｘ＋电 极 ，并在 Ｙ＋处 测量 触点 电压 ，从 而 可 以获 得 该点 的 Ｘ坐标 。 由压 力感应 得 到坐 标值 的并 不能 达到 １ ０ ０ ％的
１ ’ ＋ １
＋ Ｃｌ＝ Ｘ ３ ｄ；
Ａ ‘ １ Ｂ ‘ １ Ｃ ＝Ｙ１ ２Ｘ ＋ ＥＹ ＋ ２ ｄ；
２ ＋ ‘ ＋ Ｃ ：Ｙ２ 。 ２ ｄ； ２而 ‘ ２ ＋ Ｃ ＝Ｙ３ ’ ２ ｄ； 解 方程组 可得 ：
合 ，校 准的 目的就是 在这 两种 坐标 系之 间找到一 种 合 适正 确的映 射关 系 ，使 触摸 屏上 显示 的图形 经过 变 换 ，与 Ｌ Ｄ 显 示 的 图形 保 持 一 致 Ｊ Ｃ 。这 里 触 摸
的 Ｘ和 Ｙ坐标 。为 了解决 这个 问题 ，几乎 所 有带 阻
层有 在某 一 点 （ 接 触 ，则在 Ｘ ｘ Ｙ） ＋处 可 测得 电压
为 Ｖｘ＋ 由于导 电层 均 匀 导 电 ，则 可 以认 为触 点 ，
性 的触 摸屏 投入使 用前 均要 经过一 定 的校 准 。
由于 触 摸 屏 的 密 度 不 一 致 ，采 用 简 单 的 基 本 线 性 校 准 还 是 会存 在 一 定 的误 差 ，为 了获 得 更 高
Ｘ＝ Ｒｃ ｓ ｏ ０ ｙ－ Ｒｓｎ０ － ｉ
Ａ１ １ ２． － ３ ｌ ３ Ｊ ２／ ＝［ — ｄ （２ Ｙ） ２ ｄ （广Ｙ） ） Ｙ 一 — ）， ］
Ｂ ＝一［ ｌ ２Ｙ － ３ ｄ ３ — ２ ／ ｌ ｄ ｄ （２ Ｙ） ２ ｄ — ） 一 — １ ） ］
Ｃｌ Ｘ １ Ｘ 一 ｌ － ｄ－Ａ… － Ｙ１
导 电层 （ ， ＿上 形 成 电压 梯度 ，Ｘ＋作 为 引 出端 Ｙ＋ Ｙ ） 测 量 接 触 点 的 电压 ，当 有 外 力使 得 上 下 两层 导 电
致 触 摸 屏 上 绘制 的 图 形 与 Ｌ Ｄ 显 示屏 上 的 图形 对 Ｃ
应的 集合 会有所 偏差 ，使 之无 法准 确的产 生对 应点
化 ，形 成五 点校 准 。
Leabharlann Baidu
一
＝ｋＲ ｉ（－ ｏ ｙ ｓ ０１ ） ｎ －＋ ￣ 般 情 况 ，触 摸 屏和 Ｌ Ｄ 显 示 屏之 间的 角度 Ｃ
３ 校准算法 的优化
为 了使 校 准 更 加 精 确 ，现 在 触 摸 屏 上 任 意 取 五 个 点 ，设 物 理 坐 标 和 显 示 坐 标 分 别 为 ， 、 Ｙ） （２ Ｙ ） ， ３、（４ Ｙ ） Ｘ ， ５ ， ２、（３Ｙ ） ， ４、（５ Ｙ）和 （ｄ Ｙ １、 １ ｄ ， ）
收稿 日期：２ １—１－ ５ ０ １ １２ 基金项 目：华 中科技大学武 昌分校横 向合作项 目 （１ １０ ６ １１２ １ ） 作者简介：蔡红娟 （９ １ １８ 一），女 ，江苏苏州人 ，讲 师，硕士 ，主要从事智能信息处理及计算机控制方 向的研究。
第３卷 ４ 第７ 期 ２ １－７ 上 ） ［ １ ０２ （ ２】
＝ — ２ Ｙ－ ３ ２ ） １ ） ２Ｙ） — ３ （ 一ｘ 广ｙ） ２
屏和 Ｌ Ｄ显示图形的点都用矢量来表示 ： （， Ｃ Ｑ ） Ｙ
为触摸 屏上 的点 ，称 为物理 坐标 ； ａ Ｙ） Ｌ Ｄ Ｑ （ ｄ为 Ｃ 均， 显示 屏 上 的点 ，称 为 显 示坐 标 。设 物理 坐标 ：
示 屏 上点 坐标可 以化 简 为 ：
Ｘ －ｋ Ｃ ｓｃ ｓ — ｉ０ｉ￣ ＋ ｘ ｄ－ｘ ｏ Ｏｏ ￣ ｓ ｓ ｏ Ｓ Ｒ［ ｏ ｎ ｎ］
＝ｋＲＣ ｓ 一￣ｋＲｓｎＯ ｘ ｘ 一 ｘ Ｏ Ｏ Ｏ ｘ ｉ ＋Ｓ ＝ｋ ‘ ’ ＋． ５
Ｙ ＝ ［ｎ ｃ ｓ ＋ ｏ ｉ ＋ ａ ｓ ｏ ｃ ｓｓ ］ ｉ ｎ
则 可 以得到 ：
Ａｌ‘ ５＋ Ｂｌ’ ＋ Ｃｌ Ｘ ５； Ｙ５ ＝ ｄ
对等 式做 如下 处理 ：
第一 步 ，将 原方 程 ５个 等式 直接 相加 ，得 第 １ 个 总等式 ：
１ １ ２ ３ ４ ５ １ （１ ２ ３ ４ ４ ‘ ） ＋Ｂ ‘Ｙ＋Ｙ＋Ｙ＋ｙ＋Ｙ） ＋
Ｄ ｉ１ ．９ ９ Ｊｉｓ ．０ ９ １ ４ ２ １ ．（Ｅ） ０ ｏ ： ３ ６／ ． ｎ １ ０ －０ ３ ．０ ７ ０ ｓ ２ ．７
０ 引 言
触摸 屏 广泛 应用 于工业 控制 领域 的人机 交互 和
力感 应进 行控 制 ，将矩 形 区域 中触 摸点 （， ） ｘ ｙ 的物 理 位置 转换 为代 表 Ｘ坐标 和 ｙ坐 标的 电压 Ｊ 摸 。触 屏 工 作 时 ，上 下 导 电 层 相 当 于 电 阻 网络 ， 当某 一 层 电极加 上 电压 时 ，会 在该 网络 上形 成 电压 梯 度 。 如 果 有 外 力 使 得 上 下 两层 在 某一 点接 触 ，则 在 电
Ｃｌ ｄ十 ＋ ３ ４ ５； ＝ １ ｄ－ ＋ ｄ ｆ
Ｘ坐标 方程 ： ｄ Ｘ＝ 】ｘ Ｂ】 ・＋ ・ ＋Ｃ １
主要 有位 移误 差 、放大 误差 和旋 转误 差 Ｌ，从 而导 ３ Ｊ
极 未加 电压 的 另一层 可 以检 测 到 接触 点处 的 电压 ，
经 过 Ａ Ｄ 转 换 知 道 接 触 点 处 的 坐 标 Ｊ 比如 ，在 ／ 。
Ｙ＋电极上 加 驱 动 电压 Ｖ ，Ｙ 电极 接地 ，则 顶层 ＿
控 制设 备 ，简化 了用 户 的操作 ＿，提供 了更 加友 好 ｌ Ｊ
直 接 的人 机 交互 。市场 上较 为常 见的 触摸屏 有 ：红
外线 触摸 屏 、电容 式触摸 屏 、 电阻式触 摸屏 和表 面 声 波触摸 屏 。 目前 ，市场 上 应用 比较 多的是 电 阻式 触 摸屏 。 然 而 电阻 式 触摸 屏 在 出 厂时 由于 Ｌ Ｄ 显 Ｃ 示屏 与 触 摸 屏之 间装配 的不对 应 会 引起 机 械误 差 ，
的校 准 精 度 ，在 此 数 学 推 理 的基 础 上 ，本 文 进 一 步 提 出 了触 摸 屏 校 准 的优 化 算 法 ，并 以 嵌 入 式 硬 件 为 平 台 ，采 集 触 摸 屏 检 测 数 据 作 为 测 试 样 本 ，
对 两 种 校 准 算 法 进 行 了 测试 比较 ，结 果 表 明 ，优
Ｂ ＝一［ ｄ ｙ２ ２ Ｙｌ ｄ ｍ ）
Ｇ ＝ ｄ ２１Ｂ Ｙ ｙ １ ）－ ２ １ （
３ （ｏ Ｙ３ ２ ／ ） Ｙ２ ｄ １ ） 一 － ） ］
存 在移 动误 差 ，则假 设 角度 差为 ，缩放 因子 为 颤
和 氏，位 移 因子 为 和 ，可得 到显 示坐 标 ： Ｘ ｋＲ Ｏ （＋ｏ ｄ ｘＣ ｓＯ ￣＋ ）
ｚ ｄ ｄ ２ Ｙ） （￣ ｙ３ － ２ ／ ＝［ 广 ２ － ３ ｙ － ｄ １ Ｙ） ￣ ） 一 ） ］
由于触 摸 屏和 Ｌ Ｄ 显示 屏 接触 点 之 间存 在 角 Ｃ 度误 差 ， 同时考虑 到每 个 点的 和 Ｙ坐 标都 存在 不
同 的 因子 缩 放 ，并且 触 摸 屏和 Ｌ Ｄ显 示 屏之 间还 Ｃ
１ ‘ ＋ １ ＋ Ｃｌ＝ Ｘ ２ ｄ；
， ） ，
可以得到 方程组 ：
算 出与 Ｌ Ｄ 显 示 屏相 一致 的点 集合 ，这种 图 形重 Ｃ 建 的过程 就是 校准 。
２ 触摸屏的基本线－ 性校准算法
触 摸 屏和 Ｌ Ｄ 显示 屏 叠 加 在配 套 使 用 时 ， 由 Ｃ 于 存 在 误 差 ，触 摸 屏 坐 标 系和 显 示 屏 坐 标 系不 重
ｄ ２， ） ｄ Ｙ３ ４ ｄ 、 ５ ） 、 ３ ｄ、 ， ） ， ４ ， ，代 入 Ｘ坐 标 Ｙ） 方程 Ｘ １ ｘ Ｂ１ ｄ 。＋ 。 ＋Ｃ ，可 以得 到方程 组 ： １
误 差 极 小 ， 则 ｓ ｏｔ ｌ 那 么 ，Ｌ Ｄ 显 ｉ ≈ ，ｃ ｓａ 。 ｎ Ｃ
图１ 电阻式触摸屏示意图
Ｉ 訇 化 违
精 度 ，它 存 在 着误 差 ，尤 其 是 触 摸 屏 本 身 电阻 材 料 的均 匀性 以及 出厂 安 装 时 存 在 的 机 械 误 差 ，直
接影 响 到 了 触摸 屏 的精 度 。因 此 ，在 使 用 触 摸 屏 时 ，需 要 将 触 摸 屏 上 的 图形 经 过 一 定 的 变 换 ，换
值得 注 意 的是 ，只 有在 触 摸屏 和 Ｌ Ｄ 显 示 屏 Ｃ 之 间的 角 度 误 差 极 小 的情 况下 ，上 述 的 基 本 线 性 校 准 算 法 才 适 用 。 为 了达 到 更 好 的 校 准 效 果 ，
本 文 在 此 基 础 上 ，对 基 本 线 性 校 准 算 法 进 行 了 优