吉林大学学报(工学版) ›› 2018, Vol. 48 ›› Issue (6): 1910-1916.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20170681

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基于Kalman滤波的电容屏触控轨迹平滑算法

李居朋1(),张祖成1,李墨羽1,缪德芳2   

  1. 1. 北京交通大学 电子信息工程学院,北京 100044
    2. 北京集创北方科技股份有限公司,北京 100088
  • 收稿日期:2017-06-30 出版日期:2018-11-20 发布日期:2018-12-11
  • 作者简介:李居朋(1981-),男,副教授,博士.研究方向:信号与信息处理.
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(81671034);北京市科技计划项目(D151100000415002)

Smooth tracking with a kalman filter algorithm for capacitive touch panels

LI Ju-peng1(),ZHANG Zu-cheng1,LI Mo-yu1,MIAO De-fang2   

  1. 1. School of Electronic Information Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044,China
    2. Chipone Technology (Beijing) Co.,Ltd., Beijing 100088,China
  • Received:2017-06-30 Online:2018-11-20 Published:2018-12-11

摘要:

针对触控信号易受多种噪声影响而出现触控失真问题,提出了基于Kalman滤波的电容屏触控轨迹平滑算法。通过搭建电容屏触控信号采集和测试平台,获取原始触控电容数据并分析触控轨迹噪声特征,以此建立触控轨迹平滑系统的状态模型和观测模型,经Kalman算法的时域迭代处理实现电容屏触控轨迹的噪声抑制。试验测试结果证明:本文触控轨迹平滑滤波算法对比于传统平滑滤波算法,在不增加计算量的同时获得了更好的轨迹平均平滑度,可用于电容式触摸屏应用系统。

关键词: 信息处理技术, 电容式触摸屏, 触控轨迹噪声, Kalman滤波, 轨迹质量评价

Abstract:

Capacitive touch panels (CTPs) have been more popular owing to their excellent interactive performance. However, electronic magnetic interference, display noise and process variation negatively influence the accuracy of predictions of touch positions. A smooth tracking algorithm for capacitance touch panels based on Kalman filter was proposed. The original touch capacitance data and touch noise characteristic were detected using a micro-controller unit and a sensor integrated circuit. Additionally, the noise of touch trajectory was suppressed by Kalman algorithm timely through process model and measurement model of touch trajectory smooth system. Experimental results indicate that the proposed touch trajectory smooth algorithm has better performance compared to the traditional filtering algorithms, and the algorithm can be used to CTP systems.

Key words: information procession technology, capacitive touch panels(CTPs), touch tracking noise, Kalman filter, tracking quality evaluation

中图分类号: 

  • TP319

图1

电容屏触控信号采集系统"

图2

含有噪声的触控轨迹曲线图"

图3

轨迹噪声特点分析"

图4

三种不同的触控轨迹滤波算法处理结果对比"

图5

触控轨迹滤波结果对比"

表1

滤波算法间的轨迹平滑度和计算时间对比"

Savg 原轨迹 MAF算法 Wavelet算法 本文算法
轨迹平滑度 计算时间/ms 轨迹平滑度 计算时间/ms 轨迹平滑度 计算时间/ms
T1 2.8211 1.1513 0.0028 4.2714 0.1185 0.3159 0.0049
T2 1.6202 0.4837 0.0096 2.4252 0.2911 0.1322 0.0114
T3 2.0209 0.6081 0.0048 2.6716 0.2173 0.2036 0.0071
T4 1.5286 0.4659 0.0102 2.2643 0.3823 0.1440 0.0145
T5 1.5667 0.5557 0.0059 2.5727 0.2003 0.1768 0.0084
T6 2.9968 1.0294 0.0029 4.8427 0.1147 0.3816 0.0046
T7 1.2842 0.4190 0.0049 2.9810 0.1826 0.1368 0.0066
T8 1.1489 0.3905 0.0059 2.7265 0.1991 0.1290 0.0071
T9 1.2371 0.4342 0.0049 3.1694 0.2223 0.1374 0.0071
T10 1.9440 0.7652 0.0064 4.1793 0.1384 0.2242 0.0103

表2

轨迹噪声抑制算法间性能参数对比"

轨迹平滑算法 平均平滑度Savg 平均消耗时间/ms
MAF算法 0.6303 0.0059
Wavelet算法 3.2104 0.2067
本文算法 0.1982 0.0082
[1] Krein P T, Meadows R D . The electroquasistatics of the capacitive touch panel[J]. IEEE Transactions on Industry Applications, 1990,26(3):529-534.
doi: 10.1109/28.55954
[2] 詹思维, 魏廷存, 李博 , 等. 投射式电容触摸屏控制芯片设计[J]. 微电子学, 2013,43(3):365-368.
Zhan Si-wei, Wei Yan-cun, Li Bo , et al. Design of control chip for projection type capacitive touch screen[J]. Microelectronics, 2013,43(3):365-368.
[3] Heo S, Ma H Song J , et al. 72dB SNR, 240 Hz frame rate readout IC with differential continuous-mode parallel architecture for larger touch-screen panel applications[J]. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, 2016,63(7):960-971.
doi: 10.1109/TCSI.2016.2553319
[4] Lin Chih-lung, Li Chia-sheng, Chang Yi-ming . Pressure sensitive stylus and algorithm for touch screen panel[J]. Journal of Display Technology, 2013,9(1):17-23.
doi: 10.1109/JDT.2012.2220524
[5] Ragheb A N, Mohamed M G A, Kim H. Differentiator based sensing circuit for efficient noise suppression of projected mutual-capacitance touch screens [C]//International Conference on Electronics, Information, and Communications, Da Nang, Vietnam, 2016: 1-5.
[6] Lee J S, Yeo D H, Kwon H J , et al. An LCD-VCOM-Noise resilient mutual-capacitive touch-sensor IC chip with a low-voltage driving signal[J]. IEEE Sensors Journal, 2015,15(8):4595-4602.
doi: 10.1109/JSEN.2015.2423556
[7] Yeo D H, Kim S H, Noh H K , et al. A SNR-enhanced mutual-capacitive touch-sensor ROIC using an averaging with three specific TX frequencies, a noise memory, and a compact delay compensation circuit[J]. IEEE Sensors Journal, 2016,16(18):6931-6938.
doi: 10.1109/JSEN.2016.2589963
[8] Li B, Wei T C, Wei X M . A touch prediction and window sensing strategy for low-power and low-cost capacitive multi-touch screen systems[J]. IEEE Journal of Display Technology, 2016,12(6):646-657.
doi: 10.1109/JDT.2016.2517094
[9] Gao S, Mclean D, Jackson L . Reduction of noise spikes in touch screen systems by low pass spatial filtering[J]. Journal of Display Technology, 2016,12(9):957-963.
doi: 10.1109/JDT.2016.2550519
[10] Yang J H, Choi J M . Control circuit of touch screen and noise removing method[P]. United States Patent:US20130300690A1, 2012-04-25.
[11] Klein H W . Noise immunity of touch screen devices[R]. San Jose, USA:White Paper, Cypress Semiconductor Corporation, 2013.
[12] Anderson E . Reduce display noise in capacitive touch screens[R]. San Jose, USA:White Paper, Cypress Semiconductor Corporation, 2013.
[13] Won S P, Melek W W, Golnaraghi F . A kalman/particle filter-based position and orientation estimation method using a position sensor/inertial measurement unit hybrid system[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2010,57(5):1787-1798.
doi: 10.1109/TIE.2009.2032431
[14] Li T H S, Su Y T, Liu S H , et al. Dynamic balance control for biped robot walking using sensor fusion, Kalman filter, fuzzy logic[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2012,59(11):4394-4408.
doi: 10.1109/TIE.2011.2175671
[15] Yi Q M, Xie J H, Shi M. The application of an extended Kalman filter in the dynamic positioning system [C]//International Conference on Natural Computation, Fuzzy Systems and Knowledge Discovery, Changsha,China, 2016: 1945-1949.
[16] Wu Y L, Zhang Q, Shen Z P. Kalman filtering with multiplicative and additive noises [C]//World Congress on Intelligent Control and Automation,Guilin,China, 2016: 483-487.
[1] 托乎提努尔,张海龙,王杰,王娜,冶鑫晨,王万琼. 基于图形处理器的高速中值滤波算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(3): 979-985.
[2] 付银娟,李勇,徐丽琴,张昆辉. NLFM⁃Costas射频隐身雷达信号设计及分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(3): 994-999.
[3] 苏寒松,代志涛,刘高华,张倩芳. 结合吸收Markov链和流行排序的显著性区域检测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1887-1894.
[4] 徐岩,孙美双. 基于卷积神经网络的水下图像增强方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1895-1903.
[5] 黄勇,杨德运,乔赛,慕振国. 高分辨合成孔径雷达图像的耦合传统恒虚警目标检测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1904-1909.
[6] 应欢,刘松华,唐博文,韩丽芳,周亮. 基于自适应释放策略的低开销确定性重放方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1917-1924.
[7] 陆智俊,钟超,吴敬玉. 星载合成孔径雷达图像小特征的准确分割方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1925-1930.
[8] 刘仲民,王阳,李战明,胡文瑾. 基于简单线性迭代聚类和快速最近邻区域合并的图像分割算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1931-1937.
[9] 单泽彪,刘小松,史红伟,王春阳,石要武. 动态压缩感知波达方向跟踪算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1938-1944.
[10] 姚海洋, 王海燕, 张之琛, 申晓红. 双Duffing振子逆向联合信号检测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1282-1290.
[11] 全薇, 郝晓明, 孙雅东, 柏葆华, 王禹亭. 基于实际眼结构的个性化投影式头盔物镜研制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1291-1297.
[12] 陈绵书, 苏越, 桑爱军, 李培鹏. 基于空间矢量模型的图像分类方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 943-951.
[13] 陈涛, 崔岳寒, 郭立民. 适用于单快拍的多重信号分类改进算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 952-956.
[14] 孟广伟, 李荣佳, 王欣, 周立明, 顾帅. 压电双材料界面裂纹的强度因子分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 500-506.
[15] 林金花, 王延杰, 孙宏海. 改进的自适应特征细分方法及其对Catmull-Clark曲面的实时绘制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 625-632.
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[1] 李寿涛, 李元春. 在未知环境下基于递阶模糊行为的移动机器人控制算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2005, 35(04): 391 -397 .
[2] 张和生,张毅,温慧敏,胡东成 . 利用GPS数据估计路段的平均行程时间[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(03): 533 -0537 .
[3] 聂建军,杜发荣,高峰 . 存在热漏的内燃机与斯特林联合循环的有限时间的热力学研究[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(03): 518 -0523 .
[4] 包铁,刘淑芬 . 基于通信顺序进程的网络故障管理形式化描述[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(01): 117 -120 .
[5] 冯金巧;杨兆升;张林;董升 . 一种自适应指数平滑动态预测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(06): 1284 -1287 .
[6] 杨庆芳,陈林 . 交通控制子区动态划分方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(增刊2): 139 -142 .
[7] 李成,刘治华,张平 . 具有初始位移的两层转子结构复合材料储能飞轮的应力及位移分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(04): 828 -832 .
[8] 梁继才,李义,李忠然,张巍,柳承德 . 汽车保险杠树脂传递模塑工艺充模过程的数值模拟[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(增刊2): 15 -19 .
[9] 沈传亮,刘国君,董景石,杨志刚,程光明 . 压电型多振子单腔精密药物输送泵[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(01): 89 -94 .
[10] 彭亚平,郭英男,黄为钧,谭满志,董磊,王志伟 . 乙醇燃料均质压燃的燃烧循环变动[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(02): 301 -0306 .