王濱 中國航空工業(yè)集團公司西安航空計算技術(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)域不斷擴大，從手機、PDA、個人電腦、消費類電子產(chǎn)品，逐步擴展到機載顯示領(lǐng)域。目前先進的飛行器通常配置飛行顯示器觸摸屏，取代傳統(tǒng)的機械儀表，完成人機交互功能，飛行員通過顯示界面接收飛行過程中的各種信息，用于對飛機進行正確的操作，基于觸摸操作的人機工效技術(shù)研究，是當前研究的主要方向。

同時，觸摸點與顯示內(nèi)容的準確對應(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)過校準處理，但在后續(xù)產(chǎn)品集成或使用一段時間后，仍有可能出現(xiàn)定位失準的情況，因此，觸摸操控需要對顯示器觸摸屏進行精準的校準，校準可以重新設(shè)定系統(tǒng)坐標，從而保證觸摸屏的點擊準確，否則可能導致控制不準確或者操作錯誤的問題發(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

市場上常見的觸摸屏有四種，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，其對于分辨率的要求不是很高，但是要求控制準確，通常選用電阻型觸摸屏。

電阻型觸摸屏又稱電阻壓力型觸摸屏，它主要利用壓力傳感進行工作。簡單來說，電阻式觸摸屏就是一種傳感器，它利用壓力感應(yīng)進行控制，將矩形區(qū)域中觸摸點(X，Y)的物理位置轉(zhuǎn)換為代表 X 坐標和 Y 坐標的電壓。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，表面涂有一層導電層(透明的導電電阻)，上面再蓋一層經(jīng)過硬化處理、光滑防擦的塑料層。它的內(nèi)表面也涂有一層透明導電層，在他們之間有許多細小的(小于1/1000 英寸) 的透明隔離點把兩層導電層隔開絕緣。

當手指觸摸屏幕時，兩層導電層在觸摸點位置就有了接觸，兩導電層會出現(xiàn)一個觸摸點，這個點的電阻發(fā)生變化，其中一面導電層接通 Y 軸方向的 5V 均勻電壓場，使得偵測層的電壓由零變?yōu)榉橇?，控制器偵測到這個接通后，進行 A/D 轉(zhuǎn)換，并將得到的電壓值與5V 相比即可得觸摸點的 Y 軸坐標，同理也能得出 X 軸的坐標，然后再根據(jù)模擬鼠標的方式運作。這就是所有電阻技術(shù)觸摸屏共同的最基本原理。

2 機載顯示器觸摸屏校準方法

通常機載顯示器工作環(huán)境特殊，準確性要求高，更需要采用合適的方法對其進行準確的校正。

由于在觸摸時手指壓力感應(yīng)得到坐標值的并不能達到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，對應(yīng)點的集合會有所偏差。在觸摸屏上點擊某一按鈕或選擇某項功能時，內(nèi)置的軟件便無法對觸摸屏上的點擊做出正確響應(yīng)，而觸摸屏具有離散性，任意兩個觸摸點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)過一定的校準。

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

觸摸屏坐標分為物理坐標和邏輯坐標。物理坐標指觸摸屏上點的實際位置，通常以液晶上點的個數(shù)來度量。邏輯坐標指這點被觸摸時A/D 轉(zhuǎn)換后的坐標值。如圖1，我們假定液晶最左下角為坐標軸原點A，在液晶上任取一點B（十字線交叉中心），B 在X 方向距離A 10 個點，在Y 方向距離A20 個點，則這點的物理坐標為（10，20）。如果我們觸摸這一點時得到的X 向A/D 轉(zhuǎn)換值為100，Y 向A/D 轉(zhuǎn)換值為200，則這點的邏輯坐標為（100，200）。

圖1 阻觸摸屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)

觸摸屏常和點陣式液晶顯示(LCD)屏疊加在一起配套使用，如圖1 所示，構(gòu)成一個矩形的實際物理平面； 而由用戶觸摸的觸摸點集合經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器，得到具體顯示坐標的集合，這個集合構(gòu)成了一個邏輯平面。由于存在誤差，這兩個平面并不重合，校準的作用就是要將邏輯平面映射到物理平面上，即得到觸點在液晶屏上的位置坐標。校準算法的中心思想也就是要建立這樣一個映射函數(shù)現(xiàn)有的校準算法大多是基于線性校準，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。

一般的校準算法常選取2-5 個采樣點來收集校準信息。假設(shè)LCD 顯示器上的對應(yīng)點可以通過觸摸屏上的點轉(zhuǎn)換得到，只需正好3個采樣點我們就可得到校準數(shù)據(jù)。采樣點的選取也應(yīng)當考慮到實際情況。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

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

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

圖2 一種機載顯示器觸摸控制示意圖