1、引言

        隨著社會信息化的深入發(fā)展，家庭娛樂設(shè)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(shè)備存在人機交互方式復(fù)雜難懂、不適應(yīng)主流用戶的操作習(xí)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(shù)相關(guān)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(shù)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(yīng)用，觸控技術(shù)與數(shù)字高清平板電視接收機相結(jié)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(yīng)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(rèn)可,市場需求快速擴大。

        在20世紀(jì)90年代初，隨著平板顯示技術(shù)的飛速發(fā)展及多媒體信息技術(shù)的突飛猛進，出現(xiàn)了一種新的人機交互作用技術(shù)——觸控交互技術(shù)。隨著信息社會的發(fā)展，觸控交互技術(shù)的應(yīng)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(shù)，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(dāng)，所以，這種技術(shù)極大方便了用戶。人機交互形式也打破了以往鍵盤鼠標(biāo)模式的框架，更為直截了當(dāng)?shù)膶崿F(xiàn)了操作[1.2]。

        目前，全球已知觸控交互技術(shù)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(shù)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(shù)（含四線、五線、六線、八線）

        電阻式觸控交互技術(shù)使用兩層高透明的導(dǎo)電膜組成觸摸屏，導(dǎo)電膜中間涂敷支撐顆粒。當(dāng)手指按在觸摸屏上時，導(dǎo)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(biāo)檢測。

        由于電阻式觸控交互技術(shù)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(yīng)用領(lǐng)域，最常見的是手機、PDA等。

       2) 電容式觸控交互技術(shù)

        電容式觸控交互技術(shù)表面敷有透明金屬氧化物膜。當(dāng)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(dǎo)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(guān)。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(shù)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(dǎo)致定位漂移。

       3) 聲波式觸控交互技術(shù)

        聲波式觸控交互技術(shù)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(biāo)位置由此確定。由于需要吸收聲波，所以對硬物觸擊無反應(yīng)。

        聲波式觸控交互技術(shù)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(shù)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(shù)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(fù)雜，成品率極低，無法應(yīng)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(shù)

        紅外線式觸控交互技術(shù)以紅外線掃描檢測技術(shù)為基本原理，由紅外線發(fā)射管與接收管在屏幕表面構(gòu)成一個紅外線檢測矩陣柵格。當(dāng)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(biāo)位置檢測。

        紅外線式觸控交互技術(shù)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(biāo)漂移、抗光干擾、完全無漂移、可任意物體觸擊、寬溫適應(yīng)、支持壓力軸反應(yīng)等特性。

        2、紅外式觸控交互技術(shù)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(shù)的不斷成熟和普及，基于平面紅外線掃描檢測原理為技術(shù)基礎(chǔ)的紅外線觸控交互技術(shù)優(yōu)勢凸現(xiàn)，以此為依托市場優(yōu)勢漸趨明顯。
        在技術(shù)適用性方面，紅外線觸控交互技術(shù)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(shù)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(shù)產(chǎn)品依托其本身的技術(shù)優(yōu)勢可全面替代其他種類技術(shù)觸控交互技術(shù)的應(yīng)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(shù)產(chǎn)品市場將獲得其他技術(shù)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(shù)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(shù)在29英寸以上應(yīng)用時，具有絕對的壟斷性和排它性，勢必成為觸控交互技術(shù)市場上的新寵。

       紅外式觸控交互技術(shù)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(shè)備、自助設(shè)備、POS、游戲設(shè)備、工業(yè)控制、教育培訓(xùn)、軍事指揮等主要的觸控交互技術(shù)應(yīng)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(shù)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(shù)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(shù)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(dǎo)地位。

        最初的紅外式觸控交互技術(shù)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(shù)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(shù)曾經(jīng)淡出市場。

        第二代紅外式觸控交互技術(shù)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(yīng)大多數(shù)室內(nèi)環(huán)境。第三代紅外式觸控交互技術(shù)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(shù)1998年推出，使分辨率提高到了800×600。從紅外式觸控交互技術(shù)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(yīng)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(shù)，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。抗強光干擾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(shù)采用概率函數(shù)器件冗余分布的指導(dǎo)思想，工作環(huán)境下壽命大于7年。這就是說，當(dāng)配套的顯示器達到壽命終結(jié)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(shù)在性能指標(biāo)上的改善，將觸控交互界面顯示模塊的應(yīng)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(shù)在跟蹤手指移動軌跡的時候，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(zhuǎn)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(shù)這樣一個單一設(shè)備作為完整的人機界面平臺，取代鼠標(biāo)、書寫板甚至鍵盤。從應(yīng)用的層面看，觸控交互技術(shù)不應(yīng)該僅僅作為一個將觸摸位置轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)信息的簡單設(shè)備，而應(yīng)該作為一個完整的人機界面系統(tǒng)進行設(shè)計。第五代紅外式觸控交互技術(shù)就是依據(jù)這樣的標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)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(shè)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(rèn)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(shù)產(chǎn)品已經(jīng)基本被Unitop（匯冠）紅外式觸控交互技術(shù)壟斷，全國的金融設(shè)備、自助設(shè)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(shù)不足和產(chǎn)品應(yīng)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(shù)市場已經(jīng)基本被GeneralTouch（四川吉銳）聲波式觸控交互技術(shù)壟斷，主要應(yīng)用在自助設(shè)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(shù)以靈活多變的媒體形式，高效快速的反應(yīng)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(rèn)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(xué)設(shè)計，徹底解決了以往紅外觸控技術(shù)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(yīng)強日光照射下的戶外工作。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(yù)掃描補償技術(shù)的觸摸檢測技術(shù)

        在掃描檢測方面，這項技術(shù)采用了預(yù)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(shè)定在設(shè)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(yīng)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(shù)，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(shù)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(shù)

        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(shù)，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(biāo)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(guān)檢測認(rèn)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(shè)有限數(shù)量的總線的基板上采用搭積木的方式來設(shè)計不同尺寸規(guī)格的超大尺寸觸摸屏，大大降低了設(shè)計難度，縮短了設(shè)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(yīng)技術(shù)

        采用用了一種能夠有效地提高紅外觸摸屏響應(yīng)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(shè)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(shè)定區(qū)域內(nèi)再次檢測到觸摸物，則重復(fù)上述計算、設(shè)定步驟，或者設(shè)定與上次尺寸相同的檢測區(qū)域，或者設(shè)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(fù)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(yīng)速度，使得近百英寸的觸摸屏的響應(yīng)速度與十幾英寸的觸摸屏的響應(yīng)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(shù)

        使用了一種創(chuàng)新的專利技術(shù)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(biāo)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(shù)方案，都已經(jīng)分別申請了中國專利。并且，這兩種技術(shù)方案都不改變現(xiàn)有紅外觸摸屏的結(jié)構(gòu)，均通過微處理器的軟件實現(xiàn)，因此具有應(yīng)用成本極低、適用性非常廣闊的優(yōu)點。

        4、結(jié)論

        平板顯示行業(yè)已成為國際貿(mào)易領(lǐng)域增長最快的產(chǎn)業(yè)之一，平板顯示新技術(shù)是下一代移動通信、新一代家電和3C整合產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)，在未來幾乎所有電子信息產(chǎn)品中均有應(yīng)用，是國際信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)制高點。海爾集團在開拓國際市場方面具有良好的基礎(chǔ)，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(shù)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(shù)轉(zhuǎn)移，開展更廣泛和更深入的國際合作。