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    概述

    多點觸摸指的是允許計算機用戶同時通過多個手指或觸點來控制計算機的一種操作模式，而多點觸摸設備是由可觸摸顯示或影幕設備（如計算機顯示器、桌面、墻壁），也可由觸摸板組成，之后通過軟件識別同時發生觸摸行為的點并進行處理。這與市場上常見的觸摸顯示屏（如計算機觸摸板、銀行的ATM 柜員機）不同，市場上常見的觸摸顯示屏只能夠識別單點。
 
    通過全球愛好者的不斷探索和創新，到目前為止，已經有五種可以幫助愛好者搭建穩定的多點觸摸平臺的技術，它們分別是：由Jeff Han 教授開創的受抑全內反射多點觸摸技術（FTIR）；微軟Surface采用的背面散射光多點觸摸技術（Rear-DI）；由Alex Popovich 提出的激光平面多點觸摸技術（LLP）； 由Nima Motamedi 提出發光二極管平面多點觸摸技術（LED-LP）；由Tim Roth 提出的散射光平面多點觸摸技術（DSI）。

    這五項技術主要基于光學原理和計算機視覺識別，除了這五種主流技術之外，，還有一些其它的技術同樣可以搭建多點觸摸設備，包括聲波器、電容、電阻、動作捕捉器、定位器、壓力感應條等。通常情況下，這各種感應器結合起來，就可以搭建一個特別的多點觸摸設備。在這里，我們將和大家探索這五種多點觸摸技術。

    基于光學原理的多點觸摸技術

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

    每個基于光學原理的多點觸摸技術都包含光學感應器（通常為攝像頭或攝像機）、紅外光源以及通過投影儀或者顯示面板顯示的屏幕。因為有這三個相通點，所以在系統探討各項技術前，需要對這三點有個清晰認識和了解。

    紅外光源

    紅外線（英文簡稱：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，在光譜中波長自0.76μm（微米）至400μm，“近紅外”（英文簡稱：NIR）處于紅外光譜上的最低處，一般被認可的波長為700nm（納米）到1000nm 。大多數數碼攝像頭的傳感器對紅外線很敏感，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光只接收相對應紅外線波長光的鏡頭，替換原先的過濾鏡片就可以達到我們的目的。

    在多點觸摸技術中，紅外光源主要作用是區別觸摸表面的可視界面和手指或物體痕跡。鑒于很多系統都以投影儀或者顯示器作為顯示的設備，因此如何讓攝像頭僅讀取手指或物體反饋的觸摸點是我們需要關注的，通過改裝攝像頭，讓它僅讀取我們在觸摸表面上所需要反饋的觸摸點即可。

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

    我們需要的紅外光是通過紅外發光二極管得到的。在多數基于光學原理多點觸摸技術中（特別是LED-LP 以及FTIR），紅外發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。散射光多點觸摸技術(DI)不一定需要紅外發光二極管，但是也可以安裝具有紅外發光二極管的紅外光源組。激光平面多點觸摸技術(LLP)利用紅外激光器作為紅外光源。

    通常情況下，可以購買單紅外發光二極管或者直接購買紅外發光二極管帶：

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

    紅外發光二極管帶：這是用柔性扁平電纜結合紅外發光貼片制作的條帶，十分便利，購買的時候已經組裝好，只需要我們貼在亞克力四邊則可，公認質量最好的是美國的environmentallights.com提供的紅外發光二極管帶。

    紅外發射器：用于散射光多點觸摸裝置，這種方式的裝置更為簡易，只需要我們通過紅外發射器將箱子內部照亮即可，但需要我們注意的是如何消除因為紅外發射器引起的區域過亮問題。

    在購買紅外發光二極管之前，需要十分注意發光二極管的參數表、波長、角度、功率等，這些都是技術的重點。

    波長：780-940nm，紅外發光二極管在這個范圍內最容易被攝像頭讀取。波長越低，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48 度將不能產生全內反射，而角度大于正負48 度則會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48 度，但高于正負60 度會造成浪費（60-48=+/-12 度），紅外線會溢出亞克力。

    適用在DI 的角度：通常來講角度越廣越好，更大的角度產生的效果會更理想。對于DI 裝置，很多人會遇到區域過亮的問題。為了解決這個問題，我們建議將發光器反轉照射，避免直射顯示區域，同時我們需要為攝像頭加上過濾片，軟盤盤片可以臨時充當，但效果不太好，我們建議用專業的過濾鏡鏡片來解決問題。

    紅外攝像頭

    一般的網絡攝像頭或者攝像機可以用于多點觸摸設備上，但是會將紅外光過濾掉，只讓其讀取可見光，所以我們需要對其進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?，然后將過濾紅外光線的鏡片去掉，換上可以過濾可見光的鏡片即可。但有些價格比較貴的攝像頭會將這個具有過濾紅外線功能的過濾鏡片整合在攝像頭里面，我們無法去掉。

    有些攝像頭可以直接讀取紅外光線，但進行改裝的攝像頭用起來的效果會更好。

    多點觸摸設備的性能好壞取決于其采用的部件，因此你需要十分謹慎地去選擇你所需要的部件。在購買攝像頭之前，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小的用來測試的多點觸摸設備，那么一個簡單的攝像頭就足夠了，但相反如果你需要搭建一個用來演示的多點觸摸設備，那就需要考慮購買更好的攝像頭了。

    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，這對于需要做精確度高的設備來說很重要。對于一個小的多點觸摸設備來說，一個低分辨率的網絡攝像頭(320*240像素)就可以勝任了，而比較大的設備則需要一個分辨率高的攝像頭(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讀取到的幀的數目，幀率越高意味著在單位時間內影像越流暢。為了讓設備反應更加靈敏，更好地讀取手指或物體移動時產生的觸點信息，我們少需要30幀每秒(FPS)的攝像頭。

   接口：通常情況下，我們可以通過兩種接口來連接攝像頭和電腦。根據項目的不同，可以選擇常用的USB接口或者專業的IEEE1394接口（常說的“火口”、“火線”）。IEEE1394攝像頭對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算機處理，衰減越少的攝像頭，設備的效率越高。

    鏡頭類型：大多數網絡攝像頭都具有過濾紅外線的濾鏡片，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，很多網絡攝像頭可以很容易去除濾除紅外的鏡片，這個鏡片被放置在鏡頭的后面，具有遇紅色反光的特性。有些攝像頭無法拆除紅外濾鏡，需要將整個鏡頭進行更換。

    網絡攝像頭一般都會用到M12型號的底座，工業攝像頭系列(IEEE1394)通常需要另外購買鏡頭。不同型號的攝像頭，底座也不盡相同，例如M12、C或者CS。

    選擇一個好的攝像頭并不是一件容易的事情，很多攝像頭生產商會提供一個在線的鏡頭計算工具，這個工具通過輸入幾個參數便能夠幫我們測量出在鏡頭與顯示物體區域的焦距。要注意選擇好相對應型號。一個焦距比較低的鏡頭往往會產生諸如圖像變形等不好的效果，干擾觸點的定位，使得工作難以進行。

    攝像頭傳感器和紅外線過濾鏡：鑒于我們的多點觸摸技術是基于紅外線的，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，生產商都會提及所用的攝像頭傳感器類型，通過這個類型我們可以找到相對應的參數表，這個參數表會告訴我們這個攝像頭傳感器在不同波長光下的敏感度，例如：SONY ICX098BQ CCD 傳感器的參數表。

    在利用攝像頭作為多點觸摸設備部件前，需要為攝像頭添加過濾干擾光的濾鏡。盡管我們使用的是已經能夠感應紅外線的攝像頭，但它仍然會對其它光敏感。為了解決這個問題，我們需要在鏡頭前添加一個裁剪的濾片(軟盤、三色膠片)或者鏡頭濾鏡。裁剪的濾片能夠為我們消去一些可見光，但沒有特定的范圍，而鏡頭濾鏡具有波長唯一性、只允許一個特定波長的光線通過的特點。

    如果是購買USB接口的攝像頭，我們建議您購買以下的一種：

    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）。

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

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

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

    IEEE 1394 攝像頭相對于USB 攝像頭具有以下的優點：高幀率、高分辨率、圖像壓縮率低。