1.1.3 触控显示的基本性能与概念

触控显示的基本性能与概念包括线性度（Linearity）、准确度（Accuracy）、灵敏度（Sensitivity）、手套操作（Glove）、防手掌识别（Palm Rejection）、手势（Gesture）、手势识别（Gesture Recognition）、被动笔（Passive Stylus）、主动笔（Active Stylus）、触控点数（Touch Numbers）、报点率（Report Rate）、防水（Waterproof）、信噪比（SNR）、两手指分离度（Finger Pitch）、坐标转换等。

线性度指在触控显示器件划线时报点轨迹与实际划线的偏差大小，反映触控显示器件划线响应的一致性。边缘与中心区域，横竖方向与斜方向，线性度会有一定差异，通常边缘与斜线线性度会差一点。如图1-3（a）所示，法线距离误差E_l由实际报点与路径规划点决定。

线性度一般情况下采用均方根非线性误差来表示，它是衡量触点在触控屏上的实际位置与触控屏通过检测计算得出的触点位置之间线性关系的一种性能指标。由式（1-2）求得的Δx′即x轴上的均方根非线性误差。

式中，x_i、x_0i分别表示第i个触点通过触控屏检测计算得出的输出坐标值及实际位置的坐标值。

如图1-3（b）所示，横轴表示触点之间的距离，即L轴；纵轴表示触点在x轴上的位置。通过将实际触点位置与通过触控屏检测计算得出的坐标位置绘制在坐标体系中，图中曲线部分即触控屏计算得出的坐标线，直线部分即触点真正的位置描绘线。图中，x₁、x₀₁分别是触控屏上离原点距离L₁处的点对应计算得出的位置与实际触点的位置，依次类推其他触摸点的情况。x方向线性度表示为

式中，x_n、x_0n分别表示第n个触点通过触控屏检测计算的坐标值与实际触点的坐标值，L_max、L_min分别表示所有测量的触点中实际相差最大的距离。y轴方向上的线性度也可以采用上述方法求得。

准确度D指触控显示模组报点位置与触控点位置的偏差，用来反映触控显示模组触控性能的精准程度。用户操作触控屏的定位，比滑动测试时要求更高，一般采用重心公式乘放大系数G，以此来满足触控准确度的要求。

如果重心放大不能满足精度，就必须对计算公式进行修正，修正后的公式如下：

式中，P表示手指在屏上的X或Y的坐标值，G表示放大系数，S_n表示在第n个通道感应点上的信号量，N表示X或Y方向上覆盖的通道个数，R_L表示触控屏在X或Y方向的逻辑分辨率。

准确度D计算公式如下：

其中，（x_a，y_a）为实际触控点坐标，（x_r，y_r）为报告触控点坐标，如图1-4所示。

灵敏度指测量最小被测量的能力（感应度），一般定义为由手指触摸产生的最大信号与设定阈值的比例。阈值设置越低，灵敏度就越大，但可能会因噪声而产生误触发的风险；阈值设置过高，灵敏度将降低，但可能会因触摸信号低而产生无报点的风险。一般选择手指触摸产生的最大信号量的一半左右为宜。此外，灵敏度与感应元器件上的覆盖物厚度也有一定的关系，如图1-5所示。

手套操作关注触控操作时所戴手套的材质，如橡胶、尼龙、棉质、牛皮等，主要针对电容式触控显示技术，如图1-6所示。不同材质的手套介电系数不同，产生的触控效果也不同，例如，橡胶手套的介电系数通常为2～3，尼龙手套的介电系数为3.5～3.8，棉质手套的介电系数为2.2，不同的材质手套的介电系数影响手指到触控屏幕表面形成的电容，从而影响触控效果。同种材质不同厚度的手套，同样影响触控效果。

防手掌识别（Palm Rejection）：手掌（大面积）接触屏幕时，触控屏不报点，其他非手掌接触的区域，可以正常操作。如图1-7所示，在使用电容笔操作时常用到此功能，当手掌接触到触控屏表面时不会误报点，同时再使用电容笔操作时可以正常操作。此功能需要关注：面积多大时判为大面积；手掌识别和被动笔是否需要同时使用（有些IC不支持同时使用）。

手势的具体方式如图1-8所示。手势可用于触控显示模组的工作唤醒。手势唤醒指在黑屏时，在触控屏上画特定的图案，可以解锁屏幕或直接打开相应的应用。触控屏的手势指示一般有单击、双击、拖放、旋转、缩放等。其中拖放、旋转、缩放实质上是触点在做移动，或者可以当成在触控屏上完成划线的动作。所以触控屏的手势指示可以简化为单击、双击及划线。

当主机接收到第一个触摸坐标时，手指处于“按下”的状态，过后如果在一定的时间t₁内没有接收到第二个坐标点，则认为发生了“抬手”的动作。这里的t₁定义为一般手指从抬起到再次按下所需要的时间，如果在这个时间内接收到了第二个坐标点且属于第一个坐标点的领域内，则说明手指没有离开触控屏，重新计时直到判定为发生了“抬手”动作；再过一定的时间t₂，如果有新的坐标点产生且属于第一坐标点的领域内，说明该次动作为双击，否则为单击；这里的t₂定义为一般手指点击触控屏开始到主机接收到新坐标所用的时间。上面提到的领域由触控屏的分辨率决定。一个坐标点属于另一个坐标点是指两个坐标点间的距离在分辨率之内。

单击、双击涉及的坐标数据少，每个坐标数据都单独地表征它的含义，最多也是两个坐标数据之间有一定的关联，而且单个坐标点表征含义显得尤为重要。但是，对在触控屏上划线则不同，它往往涉及多个坐标数据。如果手指移动速度过快，在采集这些触点时就可能存在一些数据欠采样或在传送中丢失一些数据，引起坐标点的弹跳，跳跃间隔长的话就可能会被误认为发生了“抬手”动作，认为划线结束；手指移动速度慢的话，在采集数据时可能造成坐标点在某一点处分布很紧密，带来毛刺，一般采用求平均值的方法排除。如果新的坐标点属于第一个坐标点的领域，将它们的坐标求平均值作为真正的触点坐标，再与下一个新坐标比较，若还是相融，再求取平均值作为真正的触点坐标，如此循环下去，直到两个坐标之间的距离大于触控屏的分辨率时结束。

手势识别属于多点触摸技术，同时由坐标采集和转换技术及手势识别技术构成，缺一不可。无论采用何种结构的多点触控屏，最后生成的坐标数据结构都一样。手势识别仅仅对生成的坐标数据进行综合处理，属于数据的后期处理。所以，手势识别没有固定的标准，同样的动作依照不同的应用程序可以触发不同的操作。最基本的手势识别动作是延长和旋转。“延长”是对两点间的距离进行比较，“旋转”是对两点所确定的直线相对于水平参考线的夹角大小进行比较。为减小计算量，直接对距离的水平及夹角的正切值进行比较。这样，不需要对点的移动细节进行考察，而仅需要直接比较不同时刻两点所成直线的状态。如图1-9所示，时刻1测得两点坐标A、B，时刻2测得两点坐标A′、B′，角度变化a大于阈值，则判定发生旋转操作；长度变化d大于阈值，则判定发生缩放操作。

被动笔和主动笔主要应用于电容式触控屏和电磁式触控屏。被动笔不发射信号，与触控屏接触可以改变触控屏的电容或电感。主动笔里有电路，发射信号给触控屏接收，来检测笔的坐标，需要电池。在电容式触控技术中，为了使被动笔头引起足够的电容变化量，通常笔头直径都比较大。在笔中加入压力传感器，可以使笔感测用户书写力度的变化，从而根据书写力度的变化来改变笔迹的粗细，达到优异的用户体验效果。

触控点数指可以同时识别触摸点的数目。通常大于等于3点的，称为多点触控。

报点率指触控屏报点的频率，报点率越高单位时间内报出的坐标点数越多，系统接收到的数据量越大，可以越真实地还原触摸的轨迹。一般报点率需求大于80Hz，不同应用要求不一样。

防水指当水或水汽加到盖板表面区域，滴水过程和触控操作时，无死点、乱报点、多报点或其他功能失效，未触控时无乱报点。评估时要注意应用环境，对防水需求划分等级，并注意盖板上的液体是否为导电液体（如盐水）。

信噪比（SNR）是指触控信号与噪声之比（S/N），如图1-10所示。一般来说，S/N越大越好，但是没有必要过分追求S/N值，因为在有的情况下受PCB布线和覆盖物的材料、厚度的限制，很难达到很高的信噪比，但无论如何S/N不能小于5，否则将很难保证不会出现误触发和其他不可控的问题。不同触控芯片的供应商，SNR算法可能会有差异。典型的SNR计算公式如下：

式中，，N=1000。S_T表示触控信号，σ表示触控IC的噪声。

两手指分离度指检测触摸时两指间的最小距离，如图1-11所示。两指在触控屏上滑动，当两指并拢到某一个距离时，系统判断为一个点。每根手指触摸时都会形成一个信号量，当两指之间逐渐靠近信号量出现叠加的形态，两指移动到某一距离，两指间的信号叠加使系统判定为一个大面积的信号输入，从而只输出一个坐标。两指分离度通常要求大于2.5倍的感测电极节距。

在触控屏和显示屏装配过程中，可能会出现两者边缘没有对齐的情况，或者经过长时间的使用后，触控屏与显示屏发生错位而导致显示屏的坐标原点、标度与触控屏的原点、标度不一致。所以，必须进行坐标变换，使得通过触控屏放映的坐标与显示器上的坐标一一对应。