概述

    多點(diǎn)觸摸指的是允許計(jì)算機(jī)用戶同時(shí)通過(guò)多個(gè)手指或觸點(diǎn)來(lái)控制計(jì)算機(jī)的一種操作模式，而多點(diǎn)觸摸設(shè)備是由可觸摸顯示或影幕設(shè)備（如計(jì)算機(jī)顯示器、桌面、墻壁），也可由觸摸板組成，之后通過(guò)軟件識(shí)別同時(shí)發(fā)生觸摸行為的點(diǎn)并進(jìn)行處理。這與市場(chǎng)上常見的觸摸顯示屏（如計(jì)算機(jī)觸摸板、銀行的ATM 柜員機(jī)）不同，市場(chǎng)上常見的觸摸顯示屏只能夠識(shí)別單點(diǎn)。
 
    通過(guò)全球愛好者的不斷探索和創(chuàng)新，到目前為止，已經(jīng)有五種可以幫助愛好者搭建穩(wěn)定的多點(diǎn)觸摸平臺(tái)的技術(shù)，它們分別是：由Jeff Han 教授開創(chuàng)的受抑全內(nèi)反射多點(diǎn)觸摸技術(shù)（FTIR）；微軟Surface采用的背面散射光多點(diǎn)觸摸技術(shù)（Rear-DI）；由Alex Popovich 提出的激光平面多點(diǎn)觸摸技術(shù)（LLP）； 由Nima Motamedi 提出發(fā)光二極管平面多點(diǎn)觸摸技術(shù)（LED-LP）；由Tim Roth 提出的散射光平面多點(diǎn)觸摸技術(shù)（DSI）。

    這五項(xiàng)技術(shù)主要基于光學(xué)原理和計(jì)算機(jī)視覺識(shí)別，除了這五種主流技術(shù)之外，，還有一些其它的技術(shù)同樣可以搭建多點(diǎn)觸摸設(shè)備，包括聲波器、電容、電阻、動(dòng)作捕捉器、定位器、壓力感應(yīng)條等。通常情況下，這各種感應(yīng)器結(jié)合起來(lái)，就可以搭建一個(gè)特別的多點(diǎn)觸摸設(shè)備。在這里，我們將和大家探索這五種多點(diǎn)觸摸技術(shù)。

    基于光學(xué)原理的多點(diǎn)觸摸技術(shù)

    基于光學(xué)原理（如攝像頭）的多點(diǎn)觸摸技術(shù)搭建的設(shè)備體積相對(duì)較大，但它的可拓展性較強(qiáng)、成本較低以及容易搭建。受抑全內(nèi)反射多點(diǎn)觸摸技術(shù)（FTIR），正面和背面散射光多點(diǎn)觸摸技術(shù)（Front and Rear DI），激光平面多點(diǎn)觸摸技術(shù)（LLP），發(fā)光二極管平面多點(diǎn)觸摸技術(shù)（LED-LP），散射光平面多點(diǎn)觸摸技術(shù)（DSI），這些都是基于光學(xué)原理多點(diǎn)觸摸技術(shù)。

    每個(gè)基于光學(xué)原理的多點(diǎn)觸摸技術(shù)都包含光學(xué)感應(yīng)器（通常為攝像頭或攝像機(jī)）、紅外光源以及通過(guò)投影儀或者顯示面板顯示的屏幕。因?yàn)橛羞@三個(gè)相通點(diǎn)，所以在系統(tǒng)探討各項(xiàng)技術(shù)前，需要對(duì)這三點(diǎn)有個(gè)清晰認(rèn)識(shí)和了解。

    紅外光源

    紅外線（英文簡(jiǎn)稱：IR）是不可見光的一種，位于人眼可以看到的可見光的紅光外側(cè)，在光譜中波長(zhǎng)自0.76μm（微米）至400μm，“近紅外”（英文簡(jiǎn)稱：NIR）處于紅外光譜上的最低處，一般被認(rèn)可的波長(zhǎng)為700nm（納米）到1000nm 。大多數(shù)數(shù)碼攝像頭的傳感器對(duì)紅外線很敏感，所以我們通常看到的攝像頭都加裝一塊可以濾去紅外線的鏡頭，以便于攝像頭只捕捉可見光。但這與我們所需要的相反，我們需要捕捉紅外光，因此我們需要將一塊可以濾除其它波長(zhǎng)光只接收相對(duì)應(yīng)紅外線波長(zhǎng)光的鏡頭，替換原先的過(guò)濾鏡片就可以達(dá)到我們的目的。

    在多點(diǎn)觸摸技術(shù)中，紅外光源主要作用是區(qū)別觸摸表面的可視界面和手指或物體痕跡。鑒于很多系統(tǒng)都以投影儀或者顯示器作為顯示的設(shè)備，因此如何讓攝像頭僅讀取手指或物體反饋的觸摸點(diǎn)是我們需要關(guān)注的，通過(guò)改裝攝像頭，讓它僅讀取我們?cè)谟|摸表面上所需要反饋的觸摸點(diǎn)即可。

    大多數(shù)亞克力(Acrylic)生產(chǎn)商在生產(chǎn)亞克力時(shí)已經(jīng)加強(qiáng)了削弱900nm 以上紅外線的能力，這樣可以幫助在作為窗戶使用時(shí)是減少對(duì)太陽(yáng)熱的吸收。很多攝像頭在這方面上也做了修正，減小對(duì)940nm 以上紅外線敏感度和降低太陽(yáng)光的干擾。

    我們需要的紅外光是通過(guò)紅外發(fā)光二極管得到的。在多數(shù)基于光學(xué)原理多點(diǎn)觸摸技術(shù)中（特別是LED-LP 以及FTIR），紅外發(fā)光二極管可以作為有效的紅外光源從而提高我們所需要的紅外光。散射光多點(diǎn)觸摸技術(shù)(DI)不一定需要紅外發(fā)光二極管，但是也可以安裝具有紅外發(fā)光二極管的紅外光源組。激光平面多點(diǎn)觸摸技術(shù)(LLP)利用紅外激光器作為紅外光源。

    通常情況下，可以購(gòu)買單紅外發(fā)光二極管或者直接購(gòu)買紅外發(fā)光二極管帶：

    單紅外發(fā)光二極管：?jiǎn)渭t外發(fā)光二極管價(jià)格相對(duì)便宜，可以很容易利用FTIR、DSI 以及LED-LP技術(shù)，為設(shè)備制作發(fā)光二極管框，但是需要我們了解如何去焊接我們所需要的電路。目前最常用的型號(hào)是歐司朗的SFH 485P，如果你想利用LCD面板作為顯示設(shè)備的話，那么你需要亮度更大的紅外發(fā)光二極管。

    紅外發(fā)光二極管帶：這是用柔性扁平電纜結(jié)合紅外發(fā)光貼片制作的條帶，十分便利，購(gòu)買的時(shí)候已經(jīng)組裝好，只需要我們貼在亞克力四邊則可，公認(rèn)質(zhì)量最好的是美國(guó)的environmentallights.com提供的紅外發(fā)光二極管帶。

    紅外發(fā)射器：用于散射光多點(diǎn)觸摸裝置，這種方式的裝置更為簡(jiǎn)易，只需要我們通過(guò)紅外發(fā)射器將箱子內(nèi)部照亮即可，但需要我們注意的是如何消除因?yàn)榧t外發(fā)射器引起的區(qū)域過(guò)亮問(wèn)題。

    在購(gòu)買紅外發(fā)光二極管之前，需要十分注意發(fā)光二極管的參數(shù)表、波長(zhǎng)、角度、功率等，這些都是技術(shù)的重點(diǎn)。

    波長(zhǎng)：780-940nm，紅外發(fā)光二極管在這個(gè)范圍內(nèi)最容易被攝像頭讀取。波長(zhǎng)越低，敏感度就越高，更容易分析壓感。

    功率：最低為80mw。

    適用在FTIR 的角度：角度低于正負(fù)48 度將不能產(chǎn)生全內(nèi)反射，而角度大于正負(fù)48 度則會(huì)使紅外線溢出亞克力。為了確保范圍正常，可以讓角度高于正負(fù)48 度，但高于正負(fù)60 度會(huì)造成浪費(fèi)（60-48=+/-12 度），紅外線會(huì)溢出亞克力。

    適用在DI 的角度：通常來(lái)講角度越廣越好，更大的角度產(chǎn)生的效果會(huì)更理想。對(duì)于DI 裝置，很多人會(huì)遇到區(qū)域過(guò)亮的問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們建議將發(fā)光器反轉(zhuǎn)照射，避免直射顯示區(qū)域，同時(shí)我們需要為攝像頭加上過(guò)濾片，軟盤盤片可以臨時(shí)充當(dāng)，但效果不太好，我們建議用專業(yè)的過(guò)濾鏡鏡片來(lái)解決問(wèn)題。

    紅外攝像頭

    一般的網(wǎng)絡(luò)攝像頭或者攝像機(jī)可以用于多點(diǎn)觸摸設(shè)備上，但是會(huì)將紅外光過(guò)濾掉，只讓其讀取可見光，所以我們需要對(duì)其進(jìn)行改裝成只有紅外光可以被讀取。通常情況下，我們只需要打開攝像頭的蓋⼦，然后將過(guò)濾紅外光線的鏡片去掉，換上可以過(guò)濾可見光的鏡片即可。但有些價(jià)格比較貴的攝像頭會(huì)將這個(gè)具有過(guò)濾紅外線功能的過(guò)濾鏡片整合在攝像頭里面，我們無(wú)法去掉。

    有些攝像頭可以直接讀取紅外光線，但進(jìn)行改裝的攝像頭用起來(lái)的效果會(huì)更好。

    多點(diǎn)觸摸設(shè)備的性能好壞取決于其采用的部件，因此你需要十分謹(jǐn)慎地去選擇你所需要的部件。在購(gòu)買攝像頭之前，你需要明確的是自己的目的是什么。如果你僅需要搭建一個(gè)小的用來(lái)測(cè)試的多點(diǎn)觸摸設(shè)備，那么一個(gè)簡(jiǎn)單的攝像頭就足夠了，但相反如果你需要搭建一個(gè)用來(lái)演示的多點(diǎn)觸摸設(shè)備，那就需要考慮購(gòu)買更好的攝像頭了。

    分辨率：攝像頭的分辨率十分重要，分辨率越高的攝像頭能夠更容易地讀取手指或者物體清晰的圖像，這對(duì)于需要做精確度高的設(shè)備來(lái)說(shuō)很重要。對(duì)于一個(gè)小的多點(diǎn)觸摸設(shè)備來(lái)說(shuō)，一個(gè)低分辨率的網(wǎng)絡(luò)攝像頭(320*240像素)就可以勝任了，而比較大的設(shè)備則需要一個(gè)分辨率高的攝像頭(640*480像素以上)以提高精確度。

    幀率：幀率是指攝像頭在一秒中內(nèi)讀取到的幀的數(shù)目，幀率越高意味著在單位時(shí)間內(nèi)影像越流暢。為了讓設(shè)備反應(yīng)更加靈敏，更好地讀取手指或物體移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的觸點(diǎn)信息，我們少需要30幀每秒(FPS)的攝像頭。

   接口：通常情況下，我們可以通過(guò)兩種接口來(lái)連接攝像頭和電腦。根據(jù)項(xiàng)目的不同，可以選擇常用的USB接口或者專業(yè)的IEEE1394接口（常說(shuō)的“火口”、“火線”）。IEEE1394攝像頭對(duì)讀取的信息的衰減程度小，從而能夠更好地將信息傳送給計(jì)算機(jī)處理，衰減越少的攝像頭，設(shè)備的效率越高。

    鏡頭類型：大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)攝像頭都具有過(guò)濾紅外線的濾鏡片，也具有避免圖像變形的矯正單元。我們需要捕捉和利用紅外線，很多網(wǎng)絡(luò)攝像頭可以很容易去除濾除紅外的鏡片，這個(gè)鏡片被放置在鏡頭的后面，具有遇紅色反光的特性。有些攝像頭無(wú)法拆除紅外濾鏡，需要將整個(gè)鏡頭進(jìn)行更換。

    網(wǎng)絡(luò)攝像頭一般都會(huì)用到M12型號(hào)的底座，工業(yè)攝像頭系列(IEEE1394)通常需要另外購(gòu)買鏡頭。不同型號(hào)的攝像頭，底座也不盡相同，例如M12、C或者CS。

    選擇一個(gè)好的攝像頭并不是一件容易的事情，很多攝像頭生產(chǎn)商會(huì)提供一個(gè)在線的鏡頭計(jì)算工具，這個(gè)工具通過(guò)輸入幾個(gè)參數(shù)便能夠幫我們測(cè)量出在鏡頭與顯示物體區(qū)域的焦距。要注意選擇好相對(duì)應(yīng)型號(hào)。一個(gè)焦距比較低的鏡頭往往會(huì)產(chǎn)生諸如圖像變形等不好的效果，干擾觸點(diǎn)的定位，使得工作難以進(jìn)行。

    攝像頭傳感器和紅外線過(guò)濾鏡：鑒于我們的多點(diǎn)觸摸技術(shù)是基于紅外線的，因此我們需要知道我們選擇的攝像頭是否具有讀取紅外線的功能。一般情況下，生產(chǎn)商都會(huì)提及所用的攝像頭傳感器類型，通過(guò)這個(gè)類型我們可以找到相對(duì)應(yīng)的參數(shù)表，這個(gè)參數(shù)表會(huì)告訴我們這個(gè)攝像頭傳感器在不同波長(zhǎng)光下的敏感度，例如：SONY ICX098BQ CCD 傳感器的參數(shù)表。

 

    在利用攝像頭作為多點(diǎn)觸摸設(shè)備部件前，需要為攝像頭添加過(guò)濾干擾光的濾鏡。盡管我們使用的是已經(jīng)能夠感應(yīng)紅外線的攝像頭，但它仍然會(huì)對(duì)其它光敏感。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們需要在鏡頭前添加一個(gè)裁剪的濾片(軟盤、三色膠片)或者鏡頭濾鏡。裁剪的濾片能夠?yàn)槲覀兿�去一些可見光，但沒(méi)有特定的范圍，而鏡頭濾鏡具有波長(zhǎng)唯一性、只允許一個(gè)特定波長(zhǎng)的光線通過(guò)的特點(diǎn)。

    如果是購(gòu)買USB接口的攝像頭，我們建議您購(gòu)買以下的一種：

    PlayStation 3(PS3eye)攝像頭，能夠比較容易地除去紅外濾鏡片，具有比較高的幀率(640*480@30 FPS)。

    Philips SPC 900NC，不能除去紅外濾鏡片，需要更換鏡頭，具有比較高的幀率(640*480@30 FPS）。

    如果是購(gòu)買IEEE 1394(火線接口)的攝像頭，我們建議您購(gòu)買以下的一種：

    Unibrain Fire(640*480@30 FPS)，傳感器型號(hào)與Philips SPC 900NC相同。

    Point Grey Firefly(640*480@60 FPS)。

    IEEE 1394 攝像頭相對(duì)于USB 攝像頭具有以下的優(yōu)點(diǎn)：高幀率、高分辨率、圖像壓縮率低。