一种红外触摸框的光网设计方法与流程

1.本发明涉及红外触摸框的技术领域，具体地，主要涉及一种红外触摸框的光网设计方法。


背景技术：

2.红外触摸屏是一种常见的触摸屏技术，它利用红外线的物理原理实现对触摸位置的检测。
3.红外触摸框是红外触摸屏的边框，红外触摸屏的基本原理是，在红外触摸框上安装多个红外发射器和红外接收器，从而在屏幕表面上形成一张致密的红外线探测网，当有手指或其他物体接触屏幕时，在触点附近经过的红外线会被遮挡，从而设备可据此判定触摸点的位置，执行相应的响应动作。
4.申请公布号为cn111737778a的中国专利文件公开了一种红外触摸框的光网绘制方法，其采用了vba+excel+autocad的工具组合，通过输入坐标以及参数选择，并通过代码进行参数化绘图，缩短了绘图时间、提高了绘图的准确度。该方法还包括对光网的孔洞大小进行检测。
5.光网的最大孔洞是指触摸屏表面没有被红外线覆盖的最大区域的面积，如果最终生成的光网中存在部分孔洞过大，将导致这些孔洞所在的区域对触摸的感应不良，从而出现断触的现象；当出现断触设计缺陷后，需要重新绘制光网，带来极大的人力成本的浪费。
6.而在上述的红外触摸框的光网绘制方法中，无法评估所生成的光网的最大孔洞是否符合设计要求，可能导致设计存在断触的设计缺陷，从而存在光网返工重做的风险。
7.有鉴于此，需要对现有的红外触摸框的光网绘制方法进行改进。


技术实现要素：

8.针对现有技术的不足，本发明提供一种红外触摸框的光网设计方法，以确保孔洞大小符合设计要求、避免了光网孔洞过大导致的触摸感应不良和断触现象，从而避免光网绘制后返工重做带来的人力成本的浪费。
9.本发明公开一种红外触摸框的光网设计方法，所述红外触摸框包括边框、多个红外发射器和多个红外接收器，所述边框为平面多边形，所述边框的每个边上均安装有所述红外发射器和所述红外接收器中的其中一种或两种，所述光网设计方法包括如下步骤：
10.设定红外发射器和红外接收器的位置，将红外发射器和红外接收器的位置参数化，得到发射坐标和接收坐标；
11.以发射坐标与每个能接收该发射坐标光线的接收坐标之间的连线为光路直线，将每一条光路参数化，得到所有光路直线方程；
12.计算所有光路直线方程的交点坐标；
13.通过光路直线方程和交点坐标构建多边形区域；
14.孔洞判定：以每个边均不与其他光路直线相交的多边形区域为孔洞；
15.计算每个孔洞的面积。
16.本发明的有益效果在于：对红外触摸框光网进行设计时，当布置好红外发射器与红外接收器之后，通过对红外触摸框光网内所有孔洞的面积进行计算，来判定最大孔洞是否小于最大孔洞基准值，根据判断结果，设计人员能够及时调整光网参数，避免光网绘制后返工重做带来的人力成本的浪费，且该方法能够保证孔洞大小符合设计要求，避免了光网孔洞过大导致的触摸感应不良和断触现象。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
18.图1为本发明的红外触摸框的结构示意图；
19.图2为本发明的红外触摸框光网设计方法的算法框图；
20.图3为构建多边形区域的算法框图；
21.图4为用shoelace公式计算孔洞多边形区域面积的流程框图；
22.图5为实施例1中的红外触摸框及光路在直角坐标系中的参数化视图。
23.附图标记说明：1、边框；2、红外发射器；3、红外接收器。
具体实施方式
24.以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
25.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示诸如上、下、左、右、前、后
……
仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
26.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
27.为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
28.本发明公开一种红外触摸框的光网设计方法，参照图1，其中红外触摸框包括边框1、多个红外发射器2和多个红外接收器3，边框1为三角形、四边形等任意形状的平面多边形结构，其边数为n，图1中展示的边框1为四边形，边框1的每一边均具有一定的宽度，且边框1的每个边上均安装有红外发射器2或红外接收器3中的一种或两种，边框1同一边上的多个红外发射器2和/或红外接收器3沿同一直线排列布置，并平行于该边的长度方向。
29.参照图1，同一红外发射器2能够在一定角度范围内向外发射光线，从而能够被处于上述角度范围内的所有红外接收器3感知，上述红外发射器2的发射角度大小为α；同一红外接收器3能够接收一定角度范围内的所有光线，因此处在上述角度范围内的所有红外发射器2所发射的光均能被该红外接收器3接收，上述红外接收器3的接收角度大小为β；红外发射器2的发射角度α、红外接收器3的接收角度β均是可以调整的，这是红外发射器2和红外接收器3本身的特性。
30.参照图1，以平行于边框1任一边的直线的正方向或负方向为基准方向，与红外发射器2的发射角的角平分线重合的、光线前进方向上的向量为该红外发射器2的发射方位向量，发射方位向量沿逆时针方向和基准方向之间的夹角为γ1，红外发射器2固定后，其发射方位向量也随之确定，无论发射角度α如何调整，发射角均是关于发射方位向量两侧对称的，从而以γ1作为该红外发射器2的发射方位参数。
31.参照图1，与红外接收器3的接收角的角平分线重合的、光线前进方向上的向量为该红外接收器3的接收方位向量，接收方位向量沿逆时针方向和基准方向之间的夹角为γ2，红外接收器3固定后，其接收方位向量也随之确定，无论接收角度β如何调整，接收角均是关于接收方位向量两侧对称的，从而以γ2作为该红外接收器3的接收方位参数。
32.参照图1，红外发射器2的发射点与能够感知其光线的红外接收器3的接收点之间的连线为一条光路，所有光路形成光网，当且仅当有障碍物遮挡住光路上的光线时，设备才能判定触点位置；光网内多条光路相互交错，并与红外发射器2和红外接收器3排列形成的边界直线相交，形成多个多边形区域，内部没有其他光路穿过的多边形区域为孔洞，处于孔洞内的障碍物无法被设备感知，从而当触摸物位于孔洞内时，设备不能判定触点位置；对于任一确定型号、尺寸的红外触摸框，均有一个对应的最大孔洞基准值r，边界内所有孔洞的大小小于最大孔洞基准值r时，即符合光网设计标准。
33.参照图2，本发明公开的一种红外触摸框的光网设计方法，包括如下步骤：
34.s1、设定边框的边界，将边界参数化，得到边界直线方程：对于具有n个边的边框，每个边各设定一个边界，再将n个边界参数化为n条边界直线方程；由于边框具有一定的宽度，而红外发射器和红外接收器均是在边框内沿直线布置的，因此，边界直线在选择时，以边框同一边上的多个红外发射器的发射点和/或红外接收器的接收点所在的直线为该边的边界直线；
35.s2、设定红外发射器的位置和发射方位、设定红外接收器的位置和接收方位，并将红外发射器和红外接收器的位置参数化，得到发射坐标和接收坐标：以红外发射器在边界直线方程上的各点作为发射坐标、红外接收器在边界直线方程上的各点作为接收坐标；
36.s3、将每一条光路参数化，得到所有光路直线方程：发射坐标与每个能接收该发射坐标光线的接收坐标之间的连线为光路直线，遍历每个发射坐标，得到所有的光路，通过发射坐标和接收坐标计算每个光路所在直线的方程，得到光路直线方程；
37.s4、计算所有的边界直线方程、光路直线方程之间的交点坐标：遍历每条边界直线方程和光路直线方程，计算其与其他所有边界直线方程、光路直线方程的交点坐标，所有交点坐标的集合为i；
38.s5、构建多边形区域：从任意一个交点开始，选择一个边界直线或光路直线，总是按照顺时针或逆时针的方向选择下一个交点，重复上述选择的步骤，直到回到起始的交点，
获取上述路径中所有交点的坐标，即构建一个多边形区域；遍历所有交点，得到所有的多边形区域，多边形区域以其顶点坐标集合的形式表示，该顶点坐标全部取自集合i；
39.假设上述步骤共构建了n个多边形区域，则第一个多边形区域的顶点坐标集合为i1，第二个多边形区域的顶点坐标集合为i2，
……
，第n个多边形区域的顶点坐标集合为in，那么有
40.参照图3，具体地，通过交点坐标的集合i、边界直线方程和光路直线方程来构建多边形区域的方法是：
41.s51：选择任意一个交点为起始交点，将起始交点作为当前交点；
42.s52：选择当前交点沿一个边界直线或光路直线上的下一交点，该下一交点不可为除起始交点外的已选择过的交点，计算当前交点指向该下一交点的向量γ1；
43.s53：选择上述下一交点沿一个边界直线或光路直线上的另一交点，该另一交点不可为除起始交点外的已选择过的交点，计算下一交点指向该另一交点的向量λ2；
44.s54：作向量λ1与向量λ2之间的叉积，若叉积＞0，则以下一交点作为当前交点，回到s52；若叉积≤0，则回到s53；
45.在s54中，也可按照若叉积＜0，则以下一交点作为当前交点，回到s52；若叉积≥0，则回到s53；其中，按照叉积均为同一符号的标准来选择下一交点的目的在于，保证所有的下一交点均是沿顺时针或逆时针方向选择的；
46.s55：当回到起始交点时，以上述步骤经过的路径中所有交点坐标的集合作为一个多边形区域的顶点坐标集合；
47.使用上述方法，遍历所有交点，每次循环时找到所有符合s54中条件的交点的集合，即可得到所有多边形区域的顶点坐标集合。
48.在上述构建多边形区域的方法中，确保选择的下一交点或另一交点不是除起始交点外的已选择交点的方法是：在每次执行上述方法时，使用一个集合来记录已选择的除起始交点外的交点，在选择下一交点或另一交点时，检查它是否已经存在于上述集合中，如果存在，则另外选择一个交点。
49.s6、孔洞判定：检查多边形区域的每个边是否与其他光路直线相交，如果多边形区域的每个边均不与其他光路直线相交，则该多边形区域为孔洞，如果多边形区域的任一边与其他光路直线相交，则说明这个多边形区域不是孔洞。遍历所有多边形区域，将多边形区域的每一条边与其他不与该边重合的边界直线和光路直线进行相交检查。
50.通过上述方法，找到所有的作为孔洞的多边形区域的顶点坐标集合。
51.s7、计算孔洞面积：根据每一个孔洞的顶点坐标集合，使用面积计算公式计算作为孔洞的多边形区域的面积，本发明中采用shoelace公式，即鞋带公式来计算作为孔洞的多边形区域面积。
52.参照图4，具体地，使用shoelace公式计算孔洞多边形区域面积的方法是：
53.s71：将孔洞的顶点坐标按顺时针或逆时针顺序排列，使得最后一个顶点与第一个顶点相连以形成闭合的多边形；
54.s72：将上述顶点坐标表示为有序对(x,y)的形式；
55.s73：对于每个顶点，按照顺序计算该顶点的x坐标乘以下一个顶点的y坐标，并减去该顶点的y坐标乘以下一个顶点的x坐标；对于排列顺序中最后一个顶点，其顶点的x坐标
乘以第一个顶点的y坐标，并减去该顶点的y坐标乘以第一个顶点的x坐标；
56.s74：将s73中所有计算结果求和，取绝对值后除以2，即可得到孔洞的面积；
57.遍历所有孔洞，即可得到所有孔洞的面积。
58.s8、最大孔洞判定：将所有孔洞的面积按照大小进行排序，得到最大孔洞的面积s，将最大孔洞的面积s与最大孔洞基准值r进行比较，若s＜r，则说明光网符合设计要求，否则回到s2。
59.s9、参数输出：将符合设计要求的光网参数进行记录或者输出至文件，以方便进行后续生产，其中的光网参数包括边界直线方程、基准方向、所有红外发射器的发射坐标、所有红外发射器的发射角度α、所有红外发射器的发射方位参数γ1、所有红外接收器的接收坐标、所有红外接收器的接收角度β、所有红外接收器的接收方位参数γ2。
60.实施例1
61.参照图5，本实施例中的红外触摸框为正方形结构，在红外触摸框其中一个边缘上仅设有一个红外发射器，与上述边缘相对的边缘上仅设有一个红外接收器，且红外发射器和红外接收器均设置在边缘的二等分点处；在红外触摸框另外一个边缘上设有两个红外发射器和一个红外接收器，与该边缘相对的边缘上设有两个红外接收器和一个红外发射器，且红外发射器和红外接收器均设置在边缘的四等分点处；本实施例中的红外发射器的发射角度α＝180
°
，但不能在发射角的边界上发射光线，红外接收器的接收角度β＝180
°
，但不能在接收角的边界上接收光线；本实施例中以x轴正方向为基准方向、规定最大孔洞基准值r＝2。
62.采用本发明的红外触摸框的光网设计方法对上述的红外触摸框进行光网设计，步骤如下：
63.s1’、设定边框的边界，将边界参数化，得到边界直线方程：边界参数化后，得到四个边界直线方程分别为x＝0，y＝0，x＝4，y＝4；
64.s2’、设设定红外发射器的位置和发射方位、设定红外接收器的位置和接收方位，并将红外发射器和红外接收器的位置参数化，得到发射坐标和接收坐标：
65.发射坐标：(0，2)，(2，0)，(1，4)，(3，4)；
66.发射方位γ1：0
°
，90
°
，270
°
，270
°
；
67.接收坐标：(1，0)，(2，4)，(3，0)，(4，2)；
68.接收方位γ2：270
°
，90
°
，270
°
，0
°
；
69.s3’、将每一条光路参数化，得到所有光路直线方程：
70.光路直线方程：2x+y-2＝0，2x+3y-6＝0，y-2＝0，x-y+2＝0，x-2＝0，x-y-2＝0，x-1＝0，2x+y-6＝0，2x+3y-14＝0，2x-y-2＝0，x＝3，2x+y-10＝0；
71.s4’、计算所有边界直线方程、光路直线方程的交点坐标：
72.所有交点坐标的集合所有交点坐标的集合
73.s5’、构建多边形区域：
74.所有多边形区域的顶点坐标集合为：i1＝{(0,0)，(1,0)，(0,2)}，＝{(0,0)，(1,0)，(0,2)}，i3＝{(0,0)，(1,0)，(1,2)，(0,2)}，
……
；
75.s6’、孔洞判定：上述多边形区域中，每个边均不与其他边界直线和/或光路直线相交的多边形区域为孔洞，找到所有孔洞的顶点坐标集合为：i1＝{(0,0)，(1,0)，(0,2)}，i4＝{(1,2)，(1,3)，(0,2)}，i5＝{(0,2)，(1,3)，(1,4)，(0,4)}，2)，(1,3)，(1,4)，(0,4)}，2)，(1,3)，(1,4)，(0,4)}，2)，(1,3)，(1,4)，(0,4)}，2)，(1,3)，(1,4)，(0,4)}，2)，(1,3)，(1,4)，(0,4)}，2)，(1,3)，(1,4)，(0,4)}，2)，(1,3)，(1,4)，(0,4)}，i
26
＝{(3,2)，(3,1)，(4,2)}，i
27
＝{(3,1)，(3,0)，(4,0)，(4,2)}，＝{(3,1)，(3,0)，(4,0)，(4,2)}，i
30
＝{(3,4)，(4,2)，(4,4)}；
76.s7’、计算孔洞面积：
77.使用shoelace公式即鞋带公式，计算所有孔洞的面积为：s1＝1，＝1，＝1，＝1，s
30
＝1；
78.s8’、最大孔洞判定：将上述s1～s
30
按照大小进行排序后，得到最大孔洞面积＜最大孔洞基准值r＝2，因此光网设计符合要求；
79.s9’、参数输出：输出参数包括本实施例中的边界直线方程、基准方向、所有红外发射器的发射坐标、所有红外发射器的发射角度α、所有红外发射器的发射方位参数γ1、所有红外接收器的接收坐标、所有红外接收器的接收角度β、所有红外接收器的接收方位参数γ2。
80.综上所述，本发明的实施原理和有益效果是：对红外触摸框光网进行设计时，当布
置好红外发射器与红外接收器之后，通过对红外触摸框光网内所有孔洞的面积进行计算，来判定最大孔洞是否小于最大孔洞基准值，根据判断结果，设计人员能够及时调整光网参数，避免光网绘制后返工重做带来的人力成本的浪费，且该方法能够保证孔洞大小符合设计要求，避免了光网孔洞过大导致的触摸感应不良和断触现象。
81.以上仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种红外触摸框的光网设计方法，其特征在于，所述红外触摸框包括边框、多个红外发射器和多个红外接收器，所述边框为平面多边形，所述边框的每个边上均安装有所述红外发射器和所述红外接收器中的其中一种或两种，所述光网设计方法包括：设定红外发射器和红外接收器的位置，将红外发射器和红外接收器的位置参数化，得到发射坐标和接收坐标；以发射坐标与每个能接收该发射坐标光线的接收坐标之间的连线为光路直线，将每一条光路参数化，得到所有光路直线方程；计算所有光路直线方程的交点坐标；通过光路直线方程和交点坐标构建多边形区域；孔洞判定：以每个边均不与其他光路直线相交的多边形区域为孔洞；计算每个孔洞的面积。2.根据权利要求1所述的红外触摸框的光网设计方法，其特征在于，所述边框的每个边上的多个所述红外发射器和/或所述红外接收器沿直线排列，每个边上的所述红外发射器和/或所述红外接收器的排列直线构成一条边界。3.根据权利要求2所述的红外触摸框的光网设计方法，其特征在于，所述光网设计方法还包括将所述边界参数化为边界直线方程，计算所有的边界直线方程、光路直线方程之间的交点坐标，并通过边界直线方程、光路直线方程和交点坐标构建多边形区域。4.根据权利要求3所述的红外触摸框的光网设计方法，其特征在于，所述通过边界直线方程、光路直线方程和交点坐标构建多边形区域的方法是：s51：选择任意一个交点为起始交点，将起始交点作为当前交点；s52：选择当前交点沿一个边界直线或光路直线上的下一交点，该下一交点不可为除起始交点外的已选择过的交点，计算当前交点指向该下一交点的向量λ1；s53：选择上述下一交点沿一个边界直线或光路直线上的另一交点，该另一交点不可为除起始交点外的已选择过的交点，计算下一交点指向该另一交点的向量λ2；s54：作向量λ1与向量λ2之间的叉积，若叉积＞0，则以下一交点作为当前交点，回到s52；若叉积≤0，则回到s53；s55：当回到起始交点时，以上述步骤经过的路径中所有交点的集合作为一个多边形区域的顶点坐标集合；使用上述s51～s55，遍历所有交点，每次循环时找到所有符合s54中条件的交点的集合，得到所有多边形区域的顶点坐标集合。5.根据权利要求3所述的红外触摸框的光网设计方法，其特征在于，所述通过边界直线方程、光路直线方程和交点坐标构建多边形区域的方法是：s51’：选择任意一个交点为起始交点，将起始交点作为当前交点；s52’：选择当前交点沿一个边界直线或光路直线上的下一交点，该下一交点不可为除起始交点外的已选择过的交点，计算当前交点指向该下一交点的向量λ1；s53’：选择上述下一交点沿一个边界直线或光路直线上的另一交点，该另一交点不可为除起始交点外的已选择过的交点，计算下一交点指向该另一交点的向量λ2；s54’：作向量λ1与向量λ2之间的叉积，若叉积＜0，则以下一交点作为当前交点，回到s52’；若叉积≥0，则回到s53’；
s55’：当回到起始交点时，以上述步骤经过的路径中所有交点的集合作为一个多边形区域的顶点坐标集合；使用上述s51’～s55’，遍历所有交点，每次循环时找到所有符合s54’中条件的交点的集合，得到所有多边形区域的顶点坐标集合。6.根据权利要求4或5所述的红外触摸框的光网设计方法，其特征在于，在每次循环所述s51～s55或s51’～s55’时，使用集合记录已选择的除起始交点外的交点，在选择下一交点或另一交点时，检查该下一交点或另一交点是否已经存在于上述集合中，如果存在，则另外选择一个交点。7.根据权利要求1-5任一所述的红外触摸框的光网设计方法，其特征在于，所述孔洞面积的计算方法是：s71：将孔洞的顶点坐标按顺时针或逆时针顺序排列，使得最后一个顶点与第一个顶点相连以形成闭合的多边形；s72：将上述顶点坐标表示为有序对(x,y)的形式；s73：对于每个顶点，按照顺序计算该顶点的x坐标乘以下一个顶点的y坐标，并减去该顶点的y坐标乘以下一个顶点的x坐标；对于排列顺序中最后一个顶点，其顶点的x坐标乘以第一个顶点的y坐标，并减去该顶点的y坐标乘以第一个顶点的x坐标；s74：将s73中所有计算结果求和，取绝对值后除以2，即可得到孔洞的面积；遍历所有孔洞，得到所有孔洞的面积。8.根据权利要求7所述的红外触摸框的光网设计方法，其特征在于，所述光网设计方法还包括设定最大孔洞基准值r，在得到所有孔洞的面积后，取最大孔洞的面积s与最大孔洞基准值r进行比较。9.根据权利要求8所述的红外触摸框的光网设计方法，其特征在于，当s＜r时记录光网参数；所述光网参数包括边界直线方程、红外发射器的发射坐标、红外接收器的接收坐标。10.根据权利要求1-5任一所述的红外触摸框的光网设计方法，其特征在于，所述光网设计方法还包括设定红外发射器的发射方位和设定红外接收器的接收方位。

技术总结
本发明公开了一种红外触摸框的光网设计方法，属于红外触摸框的技术领域，主要技术方案包括：设定红外发射器和红外接收器的位置，将红外发射器和红外接收器的位置参数化，得到发射坐标和接收坐标；以发射坐标与每个能接收该发射坐标光线的接收坐标之间的连线为光路直线，将每一条光路参数化，得到所有光路直线方程；计算所有光路直线方程的交点坐标；通过光路直线方程和交点坐标构建多边形区域；孔洞判定：以每个边均不与其他光路直线相交的多边形区域为孔洞；计算每个孔洞的面积。本发明能够确保红外触摸框光网的孔洞大小符合设计要求、避免了光网孔洞过大导致的触摸感应不良和断触现象，从而避免光网绘制后返工重做带来的人力成本的浪费。人力成本的浪费。人力成本的浪费。


技术研发人员：赵雷 熊安红 陈金民 熊亚强
受保护的技术使用者：惠州市炬能量电子科技有限公司
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/8/21