平板電視紅外線式觸控交互技術發(fā)展探究
北京時間03月11日消息，寶威科技網(wǎng)訊，隨著社會信息化的深入發(fā)展，家庭娛樂設備已經(jīng)越來越多的向數(shù)字化、信息化發(fā)展。但目前的數(shù)字娛樂設備存在人機交互方式復雜難懂、不適應主流用戶的操作習慣等問題，所以在普及深度和廣度上，受到極大影響。因此，同時具備強大功能和直觀操作方式的家庭數(shù)字娛樂終端，成為用戶迫切需求。“先進觸控交互式數(shù)字高清平板電視接收機”的研發(fā)成功既能滿足了用戶的需求，打開一系列與觸摸控制技術相關的產(chǎn)品市場，成為新興的綜合性媒體展示控制終端產(chǎn)品。
觸控技術作為一種形象直觀、簡單易懂的人機交互方式，已經(jīng)得到了廣泛的應用，觸控技術與數(shù)字高清平板電視接收機相結合，不但滿足用戶對收看高清數(shù)字電視節(jié)目的基本需求，同時作為直觀易懂的操作方式，使用戶能更充分地享受數(shù)字高清平板電視接收機的各種信息化功能。如：互動游戲、信息查詢、節(jié)目點播、網(wǎng)上沖浪、收發(fā)郵件等。從而帶動數(shù)字高清平板電視接收機的普及和整個平板電視產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。另外，因可視面積遠遠大于傳統(tǒng)的觸摸查詢機，具有更加震撼的顯示效果，靈活多變的媒體形式，高效快速的反應能力以及免維護、長壽命、高穩(wěn)定性等優(yōu)點已經(jīng)快速得到商業(yè)、工程及軍工等行業(yè)的認可,市場需求快速擴大。
在20世紀90年代初，隨著平板顯示技術的飛速發(fā)展及多媒體信息技術的突飛猛進，出現(xiàn)了一種新的人機交互作用技術——觸控交互技術。隨著信息社會的發(fā)展，觸控交互技術的應用越來越普遍，在全球，平均每年市場增長速度都超過30%。利用這種技術，用戶只要用手指輕輕點擊顯示屏上的圖符或文字就能實現(xiàn)對主機的操作，從而使人機交互更為直截了當，所以，這種技術極大方便了用戶。人機交互形式也打破了以往鍵盤鼠標模式的框架，更為直截了當?shù)膶崿F(xiàn)了操作[1.2]。
目前，全球已知觸控交互技術約有20種，其中只有少數(shù)幾種被主流公司完善發(fā)展，形成完整產(chǎn)品線并在全球銷售。其他的技術由于不具備成本優(yōu)勢或者尚未找到合適的主流市場，只在少數(shù)環(huán)境下被偶爾采用。
1)電阻式觸控交互技術（含四線、五線、六線、八線）
電阻式觸控交互技術使用兩層高透明的導電膜組成觸摸屏，導電膜中間涂敷支撐顆粒。當手指按在觸摸屏上時，導電層接觸，電阻發(fā)生變化，在X和Y兩個方向上產(chǎn)生電壓信號，實現(xiàn)坐標檢測。
由于電阻式觸控交互技術表面覆膜，透光性和防暴性能性能差，易損壞。適用于小尺寸、低功耗的應用領域，最常見的是手機、PDA等。
2)電容式觸控交互技術
電容式觸控交互技術表面敷有透明金屬氧化物膜。當在屏幕四角施加電壓時，會在屏幕上形成一個均衡的電場。手指做為導體與屏幕接觸時將會從四角吸收不同的電流，各個電流的大小與觸摸的位置有關。控制電路可以根據(jù)電流的不同決定觸摸的位置。
電容式觸控交互技術同樣屬覆膜類產(chǎn)品，透光性和防暴性能性能差，易損壞。同時由于使用者本身電阻值不同，會導致定位漂移。
3)聲波式觸控交互技術
聲波式觸控交互技術是由觸摸屏玻璃體、聲波發(fā)生器、反射條紋和聲波接受器組成，其中聲波發(fā)生器能發(fā)送高頻聲波跨越屏幕表面，手指觸及屏幕表面吸收聲波，觸點坐標位置由此確定。由于需要吸收聲波，所以對硬物觸擊無反應。
聲波式觸控交互技術完全透明。但是由于聲波發(fā)生器容易損壞，所以聲波式觸控交互技術市場定位為中端市場（包括Elotouch在內(nèi)所制造的聲波式觸控交互技術也曾出現(xiàn)過大面積的質(zhì)量問題）。同時由于目前在制造大尺寸觸控產(chǎn)品時工藝復雜，成品率極低，無法應付目前高速成長的大尺寸觸摸市場的需求。
4)紅外線式觸控交互技術
紅外線式觸控交互技術以紅外線掃描檢測技術為基本原理，由紅外線發(fā)射管與接收管在屏幕表面構成一個紅外線檢測矩陣柵格。當有物體進入這個檢測柵格的時候，就會阻擋一部分紅外光線，實現(xiàn)坐標位置檢測。
紅外線式觸控交互技術完全透明、甚至可以無玻璃體操作。同時具備防暴、防水、防塵、防油污、無坐標漂移、抗光干擾、完全無漂移、可任意物體觸擊、寬溫適應、支持壓力軸反應等特性。
2、紅外式觸控交互技術發(fā)展趨勢
隨著平面顯示時代的到來，諸如平面CRT顯示器、液晶、等離子顯示技術的不斷成熟和普及，基于平面紅外線掃描檢測原理為技術基礎的紅外線觸控交互技術優(yōu)勢凸現(xiàn)，以此為依托市場優(yōu)勢漸趨明顯。
在技術適用性方面，紅外線觸控交互技術完全可以滿足現(xiàn)今及未來若干年內(nèi)觸摸產(chǎn)品市場的多元化需求。在觸控交互技術觸摸尺寸為10.4英寸至29英寸范圍內(nèi)，紅外線觸控交互技術產(chǎn)品依托其本身的技術優(yōu)勢可全面替代其他種類技術觸控交互技術的應用。
在市場方面，隨著平面顯示產(chǎn)品的迅速發(fā)展普及，紅外線觸控交互技術產(chǎn)品市場將獲得其他技術不具備的獨特市場空間，市場需求將不斷擴大。從價格優(yōu)勢上看，紅外線觸控交互技術具有生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)成本低，使用壽命長，免維護，維修成本低等特點，尤其是紅外線觸控交互技術在29英寸以上應用時，具有絕對的壟斷性和排它性，勢必成為觸控交互技術市場上的新寵。
紅外式觸控交互技術具有良好的寬溫（-25°C~+80°C）特性并具有極寬的尺寸規(guī)格（6.4英寸～150英寸），同時具有防暴、防震、防水、防塵和防生化武器侵襲等特點，在金融設備、自助設備、POS、博彩設備、工業(yè)控制、教育培訓、軍事指揮等主要的觸控交互技術應用市場都具有廣闊的發(fā)展空間。隨著純平及大尺寸顯示技術的飛速發(fā)展，紅外發(fā)光管成本的快速下降，紅外式觸控交互技術在市場和成本兩個主要方面都越來越具備優(yōu)勢。需要特別指出的是，隨著在30~150英寸的顯示器市場的成長，只有紅外式觸控交互技術可以完全配合背投、正投、全透明等各種顯示方式，將在大尺寸顯示器市場占有主導地位。
最初的紅外式觸控交互技術出現(xiàn)于1992年，分辨率只有32×32。第一代紅外式觸控交互技術分辨率低、易受環(huán)境干擾而誤動作，要求在一定的遮光環(huán)境中使用。由于這些局限性，致使紅外式觸控交互技術曾經(jīng)淡出市場。
第二代紅外式觸控交互技術于1994年推出，分辨率達到64×64，改善了抗光干擾性能，可以適應大多數(shù)室內(nèi)環(huán)境。第三代紅外式觸控交互技術1997年推出，分辨率達到320×240，可以在室外非陽光直射的環(huán)境中使用；第四代紅外式觸控交互技術1998年推出，使分辨率提高到了800×600。
從紅外式觸控交互技術的發(fā)展歷程來看，主要的進步是沿著提高分辨率和對強光干擾環(huán)境適應能力兩個方面進行的，但基本上沒有克服產(chǎn)品壽命短、器件特性參數(shù)容易漂移等問題。
近期推出的第五代紅外式觸控交互技術，不僅將分辨率提高到了1000×720，通過插值運算，分辨率高達4096×4096?？箯姽飧蓴_性能提高到太陽直射環(huán)境亦可使用，更重要的是在產(chǎn)品壽命和免維護性能方面有了本質(zhì)的飛躍。第五代紅外觸控技術采用概率函數(shù)器件冗余分布的指導思想，工作環(huán)境下壽命大于7年。這就是說，當配套的顯示器達到壽命終結的時候，觸控交互模塊本身仍然可以正常工作。
第五代紅外式觸控交互技術在性能指標上的改善，將觸控交互界面顯示模塊的應用推向新的水平。例如，過去觸控交互界面顯示模塊在跟蹤手指移動軌跡的時候會出現(xiàn)很多斷筆，無法用于漢字識別。第五代紅外式觸控交互技術在跟蹤手指移動軌跡的時堍，精度、平滑度和跟蹤速度都可以滿足要求。用戶的書寫可以十分流暢地轉換成圖像軌跡，完全支持手寫識別輸入。
實際上，已經(jīng)可以用第五代紅外式觸控交互技術這樣一個單一設備作為完整的人機界面平臺，取代鼠標、書寫板甚至鍵盤。從應用的層面看，觸控交互技術不應該僅僅作為一個將觸摸位置轉換為坐標信息的簡單設備，而應該作為一個完整的人機界面系統(tǒng)進行設計。第五代紅外式觸控交互技術就是依據(jù)這樣的標準，通過內(nèi)置的處理器和完善的驅(qū)動軟件來實現(xiàn)產(chǎn)品概念的提升。
3、海爾集團在觸控交互技術方面取得的成果
隨著社會信息化的深入發(fā)展，家庭娛樂設備也越來越多的向數(shù)字化、信息化發(fā)展。我國自2003年率先提出平板電視的概念后，平板電視被各級市場的消費者逐步了解并認同。同時具備強大功能和直觀操作方式的家庭數(shù)字娛樂終端，將成為用戶迫切需求。
國內(nèi)的高端觸控交互技術產(chǎn)品已經(jīng)基本被Unitop（匯冠）紅外式觸控交互技術壟斷，全國的金融設備、自助設備等行業(yè)市場已經(jīng)長期使用并反饋良好。市場也出現(xiàn)了一些其他的進入者，如OneTouch、GeneralTouch，由于技術不足和產(chǎn)品應用中頻繁出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，短時間無法對Unitop造成實質(zhì)威脅。
國內(nèi)中端觸控交互技術市場已經(jīng)基本被GeneralTouch（四川吉銳）聲波式觸控交互技術壟斷，主要應用在自助設備市場。最近出現(xiàn)了一些其他進入者，如OneTouch、ConTouch，由于可以提供較為相似產(chǎn)品，已經(jīng)對GeneralTouch的市場份額形成蠶食態(tài)勢[4.5]。
海爾集團最新研制出的先進觸控交互式數(shù)字高清平板電視接收機，其產(chǎn)品和技術以靈活多變的媒體形式，高效快速的反應能力以及免維護、長壽命、高穩(wěn)定性等優(yōu)點已經(jīng)快速得到商業(yè)、工程及軍工等行業(yè)的認可，已經(jīng)被多個重點市場所接受。不但滿足了用戶的需求，更能充分享受數(shù)字高清平板電視接收機的各種信息化功能。如：互動游戲、信息查詢、節(jié)目點播、網(wǎng)上沖浪、收發(fā)郵件等功能。從而帶動數(shù)字高清平板電視接收機的普及和整個平板電視產(chǎn)業(yè)鏈的提升。與傳統(tǒng)平板電視相比，海爾集團研制出的先進觸控交互式數(shù)字高清平板電視接收機具有以下幾個優(yōu)點：
1）智能調(diào)節(jié)，無光干擾，高透光性，最高達100%
采用革命性的機械和光學設計，徹底解決了以往紅外觸控技術無法抗光擾或只能在法線30度以內(nèi)抗光擾的缺陷，對于任意角度的日照光線均有很強的抗光擾能力，完全適應強日光照射下的戶外工同時顯示界面表面沒有任何的涂層或覆膜，能達到無玻璃工作，最高達100%
2）高性能、高可靠性的預掃描補償技術的觸摸檢測技術
在掃描檢測方面，這項技術采用了預先檢測紅外發(fā)射和接收管的發(fā)射和接收靈敏度的方法，可以設定在設備正式工作前首先檢測一遍或幾遍紅外發(fā)射和接收管的發(fā)射效率和靈敏度，然后記憶每一對管子的靈敏度情況，通過觸摸屏內(nèi)部的微控制器系統(tǒng)來調(diào)整電路的放大倍數(shù)，自動適應紅外發(fā)射和接收管靈敏度，以保證檢測的可靠性。使用這種技術，即使管子經(jīng)過長時間的使用后，靈敏度下降到原來的1/4～1/3，也能保證可靠地檢測到觸摸操作，大大地提高了檢測的可靠性。而現(xiàn)有的紅外觸摸屏，一般只要有一對管子的靈敏度下降到原來的一半，就無法正常使用了。而紅外發(fā)射管在大電流沖擊下發(fā)射效率降低的曲線是一個接近對數(shù)曲線的曲線，因此使用這種技術能夠延長紅外觸摸屏的使用壽命3-5倍。
3）模塊化總線驅(qū)動技術
超大尺寸觸摸屏需要解決許多工藝上的限制，比如比常規(guī)尺寸多得多的紅外線傳感器，如果采用小尺寸通常的掃描技術，不僅掃描一場的時間就慢得驚人，而且存在安裝觸摸屏的顯示器周圍的狹小空間內(nèi)的電路板的布線等問題，以及裝配、維修、運輸?shù)葐栴}。同時，50－100英寸全系列顯示器尺寸種類眾多，還存在4：3、16：9等不同的尺寸規(guī)范，甚至還有非標產(chǎn)品。這樣一來，不僅產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)和庫存成本驚人，而且如果每個尺寸產(chǎn)品都單獨開發(fā)，就需要每種產(chǎn)品都進行相關檢測認證。而使用創(chuàng)新的通用模塊電路，以總線方式串接，在只需要布設有限數(shù)量的總線的基板上采用搭積木的方式來設計不同尺寸規(guī)格的超大尺寸觸摸屏，大大降低了設計難度，縮短了設計周期，不僅完美地解決了上述問題，而且降低了維護維修成本。
4）快速響應技術
采用用了一種能夠有效地提高紅外觸摸屏響應速度的創(chuàng)新的方法。首先在整個觸摸屏的區(qū)域內(nèi)掃描檢測是否有觸摸物存在；如果檢測到有觸摸物則計算觸摸物的位置，并以該位置為參照點，選擇該其前后左右的若干對紅外發(fā)射和接收對管來設定新的、小于整個觸摸屏尺寸的檢測區(qū)域并掃描檢測該區(qū)域；如果在該設定區(qū)域內(nèi)再次檢測到觸摸物，則重復上述計算、設定步驟，或者設定與上次尺寸相同的檢測區(qū)域，或者設定尺寸更小的新區(qū)域，繼續(xù)掃描檢測觸摸物。如此循環(huán)重復上述步驟，如果上述的某次檢測沒有檢測到觸摸物，則重新開始對整個觸摸屏的掃描檢測。由于這種方法減小了實際的檢測掃描面積，因此極大地提高觸摸屏對于觸摸操作的響應速度，使得近百英寸的觸摸屏的響應速度與十幾英寸的觸摸屏的響應速度幾乎相同，非常適用于大尺寸的紅外觸摸屏。
5）多點觸摸技術
使用了一種創(chuàng)新的專利技術來識別紅外觸摸屏上多個觸摸點。這種方法在觸摸屏掃描檢測到了觸摸屏的橫向或縱向有超過一對發(fā)射個接收管之間的光線被阻斷以后，存貯被阻斷的對管的序號或地址，并將檢測得到的縱橫向的坐標值組合得到多個可能的觸摸點。然后，再使用離軸掃描的方法，剔除偽觸摸點，從而實現(xiàn)了多點觸摸的檢測。這種方法有兩種具體的技術方案，都已經(jīng)分別申請了中國專利。并且，這兩種技術方案都不改變現(xiàn)有紅外觸摸屏的結構，均通過微處理器的軟件實現(xiàn)，因此具有應用成本極低、適用性非常廣闊的優(yōu)點。
平板顯示行業(yè)已成為國際貿(mào)易領域增長最快的產(chǎn)業(yè)之一，平板顯示新技術是下一代移動通信、新一代家電和3C整合產(chǎn)品的關鍵技術基礎，在未來幾乎所有電子信息產(chǎn)品中均有應用，是國際信息產(chǎn)業(yè)技術制高點。海爾集團在開拓國際市場方面具有良好的基礎，先進觸控交互式數(shù)字高清平板電視接收機的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化必將進一步突顯我國觸控交互式數(shù)字高清平板電視的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，在不斷開拓國內(nèi)外市場中提升電子信息產(chǎn)品的技術水平；加快形成平板顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展的優(yōu)良平臺，在更高的層次上承接國際技術轉移，開展更廣泛和更深入的國際合作。
