1.1.3 觸控顯示的基本性能與概念

觸控顯示的基本性能與概念包括線性度（Linearity）、準(zhǔn)確度（Accuracy）、靈敏度（Sensitivity）、手套操作（Glove）、防手掌識(shí)別（Palm Rejection）、手勢(shì)（Gesture）、手勢(shì)識(shí)別（Gesture Recognition）、被動(dòng)筆（Passive Stylus）、主動(dòng)筆（Active Stylus）、觸控點(diǎn)數(shù)（Touch Numbers）、報(bào)點(diǎn)率（Report Rate）、防水（Waterproof）、信噪比（SNR）、兩手指分離度（Finger Pitch）、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等。

線性度指在觸控顯示器件劃線時(shí)報(bào)點(diǎn)軌跡與實(shí)際劃線的偏差大小，反映觸控顯示器件劃線響應(yīng)的一致性。邊緣與中心區(qū)域，橫豎方向與斜方向，線性度會(huì)有一定差異，通常邊緣與斜線線性度會(huì)差一點(diǎn)。如圖1-3（a）所示，法線距離誤差E_l由實(shí)際報(bào)點(diǎn)與路徑規(guī)劃點(diǎn)決定。

線性度一般情況下采用均方根非線性誤差來(lái)表示，它是衡量觸點(diǎn)在觸控屏上的實(shí)際位置與觸控屏通過檢測(cè)計(jì)算得出的觸點(diǎn)位置之間線性關(guān)系的一種性能指標(biāo)。由式（1-2）求得的Δx′即x軸上的均方根非線性誤差。

式中，x_i、x_0i分別表示第i個(gè)觸點(diǎn)通過觸控屏檢測(cè)計(jì)算得出的輸出坐標(biāo)值及實(shí)際位置的坐標(biāo)值。

如圖1-3（b）所示，橫軸表示觸點(diǎn)之間的距離，即L軸；縱軸表示觸點(diǎn)在x軸上的位置。通過將實(shí)際觸點(diǎn)位置與通過觸控屏檢測(cè)計(jì)算得出的坐標(biāo)位置繪制在坐標(biāo)體系中，圖中曲線部分即觸控屏計(jì)算得出的坐標(biāo)線，直線部分即觸點(diǎn)真正的位置描繪線。圖中，x₁、x₀₁分別是觸控屏上離原點(diǎn)距離L₁處的點(diǎn)對(duì)應(yīng)計(jì)算得出的位置與實(shí)際觸點(diǎn)的位置，依次類推其他觸摸點(diǎn)的情況。x方向線性度表示為

式中，x_n、x_0n分別表示第n個(gè)觸點(diǎn)通過觸控屏檢測(cè)計(jì)算的坐標(biāo)值與實(shí)際觸點(diǎn)的坐標(biāo)值，L_max、L_min分別表示所有測(cè)量的觸點(diǎn)中實(shí)際相差最大的距離。y軸方向上的線性度也可以采用上述方法求得。

準(zhǔn)確度D指觸控顯示模組報(bào)點(diǎn)位置與觸控點(diǎn)位置的偏差，用來(lái)反映觸控顯示模組觸控性能的精準(zhǔn)程度。用戶操作觸控屏的定位，比滑動(dòng)測(cè)試時(shí)要求更高，一般采用重心公式乘放大系數(shù)G，以此來(lái)滿足觸控準(zhǔn)確度的要求。

如果重心放大不能滿足精度，就必須對(duì)計(jì)算公式進(jìn)行修正，修正后的公式如下：

式中，P表示手指在屏上的X或Y的坐標(biāo)值，G表示放大系數(shù)，S_n表示在第n個(gè)通道感應(yīng)點(diǎn)上的信號(hào)量，N表示X或Y方向上覆蓋的通道個(gè)數(shù)，R_L表示觸控屏在X或Y方向的邏輯分辨率。

準(zhǔn)確度D計(jì)算公式如下：

其中，（x_a，y_a）為實(shí)際觸控點(diǎn)坐標(biāo)，（x_r，y_r）為報(bào)告觸控點(diǎn)坐標(biāo)，如圖1-4所示。

靈敏度指測(cè)量最小被測(cè)量的能力（感應(yīng)度），一般定義為由手指觸摸產(chǎn)生的最大信號(hào)與設(shè)定閾值的比例。閾值設(shè)置越低，靈敏度就越大，但可能會(huì)因噪聲而產(chǎn)生誤觸發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)；閾值設(shè)置過高，靈敏度將降低，但可能會(huì)因觸摸信號(hào)低而產(chǎn)生無(wú)報(bào)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。一般選擇手指觸摸產(chǎn)生的最大信號(hào)量的一半左右為宜。此外，靈敏度與感應(yīng)元器件上的覆蓋物厚度也有一定的關(guān)系，如圖1-5所示。

手套操作關(guān)注觸控操作時(shí)所戴手套的材質(zhì)，如橡膠、尼龍、棉質(zhì)、牛皮等，主要針對(duì)電容式觸控顯示技術(shù)，如圖1-6所示。不同材質(zhì)的手套介電系數(shù)不同，產(chǎn)生的觸控效果也不同，例如，橡膠手套的介電系數(shù)通常為2～3，尼龍手套的介電系數(shù)為3.5～3.8，棉質(zhì)手套的介電系數(shù)為2.2，不同的材質(zhì)手套的介電系數(shù)影響手指到觸控屏幕表面形成的電容，從而影響觸控效果。同種材質(zhì)不同厚度的手套，同樣影響觸控效果。

防手掌識(shí)別（Palm Rejection）：手掌（大面積）接觸屏幕時(shí)，觸控屏不報(bào)點(diǎn)，其他非手掌接觸的區(qū)域，可以正常操作。如圖1-7所示，在使用電容筆操作時(shí)常用到此功能，當(dāng)手掌接觸到觸控屏表面時(shí)不會(huì)誤報(bào)點(diǎn)，同時(shí)再使用電容筆操作時(shí)可以正常操作。此功能需要關(guān)注：面積多大時(shí)判為大面積；手掌識(shí)別和被動(dòng)筆是否需要同時(shí)使用（有些IC不支持同時(shí)使用）。

手勢(shì)的具體方式如圖1-8所示。手勢(shì)可用于觸控顯示模組的工作喚醒。手勢(shì)喚醒指在黑屏?xí)r，在觸控屏上畫特定的圖案，可以解鎖屏幕或直接打開相應(yīng)的應(yīng)用。觸控屏的手勢(shì)指示一般有單擊、雙擊、拖放、旋轉(zhuǎn)、縮放等。其中拖放、旋轉(zhuǎn)、縮放實(shí)質(zhì)上是觸點(diǎn)在做移動(dòng)，或者可以當(dāng)成在觸控屏上完成劃線的動(dòng)作。所以觸控屏的手勢(shì)指示可以簡(jiǎn)化為單擊、雙擊及劃線。

當(dāng)主機(jī)接收到第一個(gè)觸摸坐標(biāo)時(shí)，手指處于“按下”的狀態(tài)，過后如果在一定的時(shí)間t₁內(nèi)沒有接收到第二個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，則認(rèn)為發(fā)生了“抬手”的動(dòng)作。這里的t₁定義為一般手指從抬起到再次按下所需要的時(shí)間，如果在這個(gè)時(shí)間內(nèi)接收到了第二個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)且屬于第一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的領(lǐng)域內(nèi)，則說(shuō)明手指沒有離開觸控屏，重新計(jì)時(shí)直到判定為發(fā)生了“抬手”動(dòng)作；再過一定的時(shí)間t₂，如果有新的坐標(biāo)點(diǎn)產(chǎn)生且屬于第一坐標(biāo)點(diǎn)的領(lǐng)域內(nèi)，說(shuō)明該次動(dòng)作為雙擊，否則為單擊；這里的t₂定義為一般手指點(diǎn)擊觸控屏開始到主機(jī)接收到新坐標(biāo)所用的時(shí)間。上面提到的領(lǐng)域由觸控屏的分辨率決定。一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)屬于另一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)是指兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)間的距離在分辨率之內(nèi)。

單擊、雙擊涉及的坐標(biāo)數(shù)據(jù)少，每個(gè)坐標(biāo)數(shù)據(jù)都單獨(dú)地表征它的含義，最多也是兩個(gè)坐標(biāo)數(shù)據(jù)之間有一定的關(guān)聯(lián)，而且單個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)表征含義顯得尤為重要。但是，對(duì)在觸控屏上劃線則不同，它往往涉及多個(gè)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。如果手指移動(dòng)速度過快，在采集這些觸點(diǎn)時(shí)就可能存在一些數(shù)據(jù)欠采樣或在傳送中丟失一些數(shù)據(jù)，引起坐標(biāo)點(diǎn)的彈跳，跳躍間隔長(zhǎng)的話就可能會(huì)被誤認(rèn)為發(fā)生了“抬手”動(dòng)作，認(rèn)為劃線結(jié)束；手指移動(dòng)速度慢的話，在采集數(shù)據(jù)時(shí)可能造成坐標(biāo)點(diǎn)在某一點(diǎn)處分布很緊密，帶來(lái)毛刺，一般采用求平均值的方法排除。如果新的坐標(biāo)點(diǎn)屬于第一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的領(lǐng)域，將它們的坐標(biāo)求平均值作為真正的觸點(diǎn)坐標(biāo)，再與下一個(gè)新坐標(biāo)比較，若還是相融，再求取平均值作為真正的觸點(diǎn)坐標(biāo)，如此循環(huán)下去，直到兩個(gè)坐標(biāo)之間的距離大于觸控屏的分辨率時(shí)結(jié)束。

手勢(shì)識(shí)別屬于多點(diǎn)觸摸技術(shù)，同時(shí)由坐標(biāo)采集和轉(zhuǎn)換技術(shù)及手勢(shì)識(shí)別技術(shù)構(gòu)成，缺一不可。無(wú)論采用何種結(jié)構(gòu)的多點(diǎn)觸控屏，最后生成的坐標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都一樣。手勢(shì)識(shí)別僅僅對(duì)生成的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，屬于數(shù)據(jù)的后期處理。所以，手勢(shì)識(shí)別沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)，同樣的動(dòng)作依照不同的應(yīng)用程序可以觸發(fā)不同的操作。最基本的手勢(shì)識(shí)別動(dòng)作是延長(zhǎng)和旋轉(zhuǎn)。“延長(zhǎng)”是對(duì)兩點(diǎn)間的距離進(jìn)行比較，“旋轉(zhuǎn)”是對(duì)兩點(diǎn)所確定的直線相對(duì)于水平參考線的夾角大小進(jìn)行比較。為減小計(jì)算量，直接對(duì)距離的水平及夾角的正切值進(jìn)行比較。這樣，不需要對(duì)點(diǎn)的移動(dòng)細(xì)節(jié)進(jìn)行考察，而僅需要直接比較不同時(shí)刻兩點(diǎn)所成直線的狀態(tài)。如圖1-9所示，時(shí)刻1測(cè)得兩點(diǎn)坐標(biāo)A、B，時(shí)刻2測(cè)得兩點(diǎn)坐標(biāo)A′、B′，角度變化a大于閾值，則判定發(fā)生旋轉(zhuǎn)操作；長(zhǎng)度變化d大于閾值，則判定發(fā)生縮放操作。

被動(dòng)筆和主動(dòng)筆主要應(yīng)用于電容式觸控屏和電磁式觸控屏。被動(dòng)筆不發(fā)射信號(hào)，與觸控屏接觸可以改變觸控屏的電容或電感。主動(dòng)筆里有電路，發(fā)射信號(hào)給觸控屏接收，來(lái)檢測(cè)筆的坐標(biāo)，需要電池。在電容式觸控技術(shù)中，為了使被動(dòng)筆頭引起足夠的電容變化量，通常筆頭直徑都比較大。在筆中加入壓力傳感器，可以使筆感測(cè)用戶書寫力度的變化，從而根據(jù)書寫力度的變化來(lái)改變筆跡的粗細(xì)，達(dá)到優(yōu)異的用戶體驗(yàn)效果。

觸控點(diǎn)數(shù)指可以同時(shí)識(shí)別觸摸點(diǎn)的數(shù)目。通常大于等于3點(diǎn)的，稱為多點(diǎn)觸控。

報(bào)點(diǎn)率指觸控屏報(bào)點(diǎn)的頻率，報(bào)點(diǎn)率越高單位時(shí)間內(nèi)報(bào)出的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)越多，系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)量越大，可以越真實(shí)地還原觸摸的軌跡。一般報(bào)點(diǎn)率需求大于80Hz，不同應(yīng)用要求不一樣。

防水指當(dāng)水或水汽加到蓋板表面區(qū)域，滴水過程和觸控操作時(shí)，無(wú)死點(diǎn)、亂報(bào)點(diǎn)、多報(bào)點(diǎn)或其他功能失效，未觸控時(shí)無(wú)亂報(bào)點(diǎn)。評(píng)估時(shí)要注意應(yīng)用環(huán)境，對(duì)防水需求劃分等級(jí)，并注意蓋板上的液體是否為導(dǎo)電液體（如鹽水）。

信噪比（SNR）是指觸控信號(hào)與噪聲之比（S/N），如圖1-10所示。一般來(lái)說(shuō)，S/N越大越好，但是沒有必要過分追求S/N值，因?yàn)樵谟械那闆r下受PCB布線和覆蓋物的材料、厚度的限制，很難達(dá)到很高的信噪比，但無(wú)論如何S/N不能小于5，否則將很難保證不會(huì)出現(xiàn)誤觸發(fā)和其他不可控的問題。不同觸控芯片的供應(yīng)商，SNR算法可能會(huì)有差異。典型的SNR計(jì)算公式如下：

式中，，N=1000。S_T表示觸控信號(hào)，σ表示觸控IC的噪聲。

兩手指分離度指檢測(cè)觸摸時(shí)兩指間的最小距離，如圖1-11所示。兩指在觸控屏上滑動(dòng)，當(dāng)兩指并攏到某一個(gè)距離時(shí)，系統(tǒng)判斷為一個(gè)點(diǎn)。每根手指觸摸時(shí)都會(huì)形成一個(gè)信號(hào)量，當(dāng)兩指之間逐漸靠近信號(hào)量出現(xiàn)疊加的形態(tài)，兩指移動(dòng)到某一距離，兩指間的信號(hào)疊加使系統(tǒng)判定為一個(gè)大面積的信號(hào)輸入，從而只輸出一個(gè)坐標(biāo)。兩指分離度通常要求大于2.5倍的感測(cè)電極節(jié)距。

在觸控屏和顯示屏裝配過程中，可能會(huì)出現(xiàn)兩者邊緣沒有對(duì)齊的情況，或者經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的使用后，觸控屏與顯示屏發(fā)生錯(cuò)位而導(dǎo)致顯示屏的坐標(biāo)原點(diǎn)、標(biāo)度與觸控屏的原點(diǎn)、標(biāo)度不一致。所以，必須進(jìn)行坐標(biāo)變換，使得通過觸控屏放映的坐標(biāo)與顯示器上的坐標(biāo)一一對(duì)應(yīng)。