王濱 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所

引言

觸摸屏作為一種輸入方式快捷、友好、方便的人機(jī)界面，已經(jīng)成為產(chǎn)品應(yīng)用的主流，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，從手機(jī)、PDA、個(gè)人電腦、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品，逐步擴(kuò)展到機(jī)載顯示領(lǐng)域。目前先進(jìn)的飛行器通常配置飛行顯示器觸摸屏，取代傳統(tǒng)的機(jī)械儀表，完成人機(jī)交互功能，飛行員通過(guò)顯示界面接收飛行過(guò)程中的各種信息，用于對(duì)飛機(jī)進(jìn)行正確的操作，基于觸摸操作的人機(jī)工效技術(shù)研究，是當(dāng)前研究的主要方向。

同時(shí)，觸摸點(diǎn)與顯示內(nèi)容的準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)及穩(wěn)定、快速的響應(yīng)是保證觸摸屏可靠工作的重要保證。盡管觸摸屏出廠前都經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)處理，但在后續(xù)產(chǎn)品集成或使用一段時(shí)間后，仍有可能出現(xiàn)定位失準(zhǔn)的情況，因此，觸摸操控需要對(duì)顯示器觸摸屏進(jìn)行精準(zhǔn)的校準(zhǔn)，校準(zhǔn)可以重新設(shè)定系統(tǒng)坐標(biāo)，從而保證觸摸屏的點(diǎn)擊準(zhǔn)確，否則可能導(dǎo)致控制不準(zhǔn)確或者操作錯(cuò)誤的問(wèn)題發(fā)生，從而影響飛行員的正常飛行任務(wù)和飛行安全。

1 電阻型觸摸屏基本原理

市場(chǎng)上常見(jiàn)的觸摸屏有四種，包括早期的紅外線觸摸屏、電容型觸摸屏、電阻型觸摸屏和表面聲波觸摸屏。機(jī)載顯示器觸摸屏，為了保證在苛刻的環(huán)境下高可靠工作，不能像我們使用的手機(jī)那樣采用普通的電容屏，需要采用傳統(tǒng)可靠性高的電阻屏，其對(duì)于分辨率的要求不是很高，但是要求控制準(zhǔn)確，通常選用電阻型觸摸屏。

電阻型觸摸屏又稱(chēng)電阻壓力型觸摸屏，它主要利用壓力傳感進(jìn)行工作。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，電阻式觸摸屏就是一種傳感器，它利用壓力感應(yīng)進(jìn)行控制，將矩形區(qū)域中觸摸點(diǎn)(X，Y)的物理位置轉(zhuǎn)換為代表 X 坐標(biāo)和 Y 坐標(biāo)的電壓。電阻式觸摸屏的主要部分，是一塊與顯示器表面非常配合的電阻薄膜屏，這是一種多層的復(fù)合薄膜，它以一層玻璃或硬塑料平板作為基層，表面涂有一層導(dǎo)電層(透明的導(dǎo)電電阻)，上面再蓋一層經(jīng)過(guò)硬化處理、光滑防擦的塑料層。它的內(nèi)表面也涂有一層透明導(dǎo)電層，在他們之間有許多細(xì)小的(小于1/1000 英寸) 的透明隔離點(diǎn)把兩層導(dǎo)電層隔開(kāi)絕緣。

當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，兩層導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)位置就有了接觸，兩導(dǎo)電層會(huì)出現(xiàn)一個(gè)觸摸點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)的電阻發(fā)生變化，其中一面導(dǎo)電層接通 Y 軸方向的 5V 均勻電壓場(chǎng)，使得偵測(cè)層的電壓由零變?yōu)榉橇?，控制器偵測(cè)到這個(gè)接通后，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，并將得到的電壓值與5V 相比即可得觸摸點(diǎn)的 Y 軸坐標(biāo)，同理也能得出 X 軸的坐標(biāo)，然后再根據(jù)模擬鼠標(biāo)的方式運(yùn)作。這就是所有電阻技術(shù)觸摸屏共同的最基本原理。

2 機(jī)載顯示器觸摸屏校準(zhǔn)方法

通常機(jī)載顯示器工作環(huán)境特殊，準(zhǔn)確性要求高，更需要采用合適的方法對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的校正。

由于在觸摸時(shí)手指壓力感應(yīng)得到坐標(biāo)值的并不能達(dá)到100%的精度，它存在著誤差。由于誤差的存在，在觸摸屏上所繪制的圖形和液晶屏上的圖形，對(duì)應(yīng)點(diǎn)的集合會(huì)有所偏差。在觸摸屏上點(diǎn)擊某一按鈕或選擇某項(xiàng)功能時(shí)，內(nèi)置的軟件便無(wú)法對(duì)觸摸屏上的點(diǎn)擊做出正確響應(yīng)，而觸摸屏具有離散性，任意兩個(gè)觸摸點(diǎn)密度都不能完全一致，所以幾乎所有帶阻性觸摸屏的設(shè)備在出廠前均要經(jīng)過(guò)一定的校準(zhǔn)。

校準(zhǔn)是一種圖形重建的過(guò)程，即將圖形經(jīng)過(guò)變換，換算出與液晶屏相一致的點(diǎn)集合，現(xiàn)有的校準(zhǔn)算法主要是用來(lái)改善上述的固有誤差。

觸摸屏坐標(biāo)分為物理坐標(biāo)和邏輯坐標(biāo)。物理坐標(biāo)指觸摸屏上點(diǎn)的實(shí)際位置，通常以液晶上點(diǎn)的個(gè)數(shù)來(lái)度量。邏輯坐標(biāo)指這點(diǎn)被觸摸時(shí)A/D 轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)值。如圖1，我們假定液晶最左下角為坐標(biāo)軸原點(diǎn)A，在液晶上任取一點(diǎn)B（十字線交叉中心），B 在X 方向距離A 10 個(gè)點(diǎn)，在Y 方向距離A20 個(gè)點(diǎn)，則這點(diǎn)的物理坐標(biāo)為（10，20）。如果我們觸摸這一點(diǎn)時(shí)得到的X 向A/D 轉(zhuǎn)換值為100，Y 向A/D 轉(zhuǎn)換值為200，則這點(diǎn)的邏輯坐標(biāo)為（100，200）。

圖1 阻觸摸屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)

觸摸屏常和點(diǎn)陣式液晶顯示(LCD)屏疊加在一起配套使用，如圖1 所示，構(gòu)成一個(gè)矩形的實(shí)際物理平面； 而由用戶(hù)觸摸的觸摸點(diǎn)集合經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器，得到具體顯示坐標(biāo)的集合，這個(gè)集合構(gòu)成了一個(gè)邏輯平面。由于存在誤差，這兩個(gè)平面并不重合，校準(zhǔn)的作用就是要將邏輯平面映射到物理平面上，即得到觸點(diǎn)在液晶屏上的位置坐標(biāo)。校準(zhǔn)算法的中心思想也就是要建立這樣一個(gè)映射函數(shù)現(xiàn)有的校準(zhǔn)算法大多是基于線性校準(zhǔn)，即首先假定物理平面和邏輯平面之間的誤差是線性誤差，由旋轉(zhuǎn)和偏移形成。

一般的校準(zhǔn)算法常選取2-5 個(gè)采樣點(diǎn)來(lái)收集校準(zhǔn)信息。假設(shè)LCD 顯示器上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)可以通過(guò)觸摸屏上的點(diǎn)轉(zhuǎn)換得到，只需正好3個(gè)采樣點(diǎn)我們就可得到校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。采樣點(diǎn)的選取也應(yīng)當(dāng)考慮到實(shí)際情況。它們必須能得出非冗余的聯(lián)立方程組，它們不能太靠近觸摸屏的邊緣(此處呈現(xiàn)非線性)，此外它們的間隔必須足夠?qū)?，以便盡可能減少放大誤差。

3 結(jié)論

本文介紹了一種機(jī)載顯示器觸摸屏校準(zhǔn)方法，在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)該方法校準(zhǔn)的顯示界面如圖2 所示，飛行員反饋人機(jī)操作效果比較好，控制準(zhǔn)確，能夠支持實(shí)際飛行中的各種控制。

這種校準(zhǔn)方法，對(duì)提高機(jī)載顯示器的觸摸精度，保證飛行員的操控準(zhǔn)確性和飛行安全有著重要意義，在未來(lái)機(jī)載顯示系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用前景。

圖2 一種機(jī)載顯示器觸摸控制示意圖