触摸--用户界面的新感觉

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欢迎访问e展厅 展厅 9 人机界面展厅 工业触摸屏, 监视器, 液晶屏, 闪光器, 文本显示器, ... 在计算机只是由一些科学家用来进行科学计算的年代，对用户界面的要求并不是很高。如今，计算机已经变成一种商品，可以装在人们的口袋里，用来帮助人们处理日常的办公业务和生活事务，因此必须拥有尽可能接近自然的人机界面。尤其是在竞争激烈的市场环境之中，人性化的用户界面更是计算机或者内藏计算机的各类装置赢得客户的看家本领。 触摸是人类最重要的感知方式，所以也是人与各类机器设备进行交互的最自然的方式。即使是还没有学会说话和写字的婴幼儿童，也有可能通过触摸来与机器进行交互活动。可见，极富人性化、符合人与外界进行沟通的自然方式，这是触摸屏最显著的特点之一。 最早的触摸屏技术起源于国外军方，当时的单兵智能化武器发展较快，需要一种方便的瞄准调节器，于是诞生了早期的压力触摸屏技术，让士兵可以用手指在屏上触动来调节瞄准显示器中视野内的准星十字坐标。这项技术的创始人是军方研究所一位不知名的研究员，他恐怕并没有意识到自己所做的事情对于现代信息技术的影响。 随着公共场合信息查询服务与日俱增，触摸屏逐渐在市场中占有重要地位。事实上，触摸屏的应用远不止此，在工业控制、医疗卫生、航空航天和军事装备中的应用更为广泛。 触摸技术将会无所不在！因为从商场购物、银行服务到学习娱乐，从写字楼到工厂车间，计算机已经无所不在。为了与这些计算机进行简便、自然的沟通，人们早已开始寻求各种各样的手段。输入装置的演变，已经从略显笨拙的键盘和鼠标逐渐转向简单方便的触摸装置。医疗卫生机构使用触摸屏来实现患者图表信息显示与床头监护的完美结合，甚至有些餐馆和酒吧都已经使用带有触摸屏的计算机进行点菜和库存管理。博物馆、医院大厅、超级市场也开始使用触摸屏装置向公众提供各类信息。工厂的流水生产线可以使用触摸屏装置来进行生产过程控制。 触摸屏的应用领域如此广阔，难怪有权威人士预言：在今后几年内，触摸屏市场的年增长率将会保持在25%的水平之上。 触摸屏的5大技术 所有的触摸屏系统都有一个附加在显示器上的传感器单元。传感器单元与控制器和设备驱动软件配合工作，感知每一次触摸动作，确定触摸的位置并将这些信息发送给计算机的操作系统。至今有5种技术可供触摸屏传感器单元采用，每种技术都有其最适用的场合。 ●近场成像触摸屏 近场成像(NFI,NearFieldImaging)触摸屏的传感机构是中间有一层透明金属氧化物导电涂层的两块层压玻璃。在导电涂层上施加一个交流信号，从而在屏幕表面形成一个静电场。当有手指（带不带手套均可）或其他导体接触到传感器的时候，静电场就会受到干扰。而与之配套的影像处理控制器可以探测到这个干扰信号及其位置并把相应的坐标参数传给操作系统。 近场成像触摸屏非常耐用，灵敏度很好，可以在要求非常苛刻的环境中使用，也比较适用于无人值守的公众场合，但其不足之处是价格比较贵。 ●电阻式触摸屏 电阻式触摸屏由柔软的上层板和坚硬的下层板构成，这两层材料之间有一些绝缘点。上层板和下层板的内侧都有一层透明的金属氧化物涂层。由于电阻的分压作用，在板子上不同部位的电压是按梯次排列的。点触柔软的上层板，就会在上层板和下层板之间形成接触点，就像是电路中的开关。控制电路可以将接触点形成的不同的电压转换成位置坐标信息。 电阻式触摸屏的经济性很好，供电要求简单，非常容易产业化，而且适应的应用领域多种多样。例如现在常用的PDA等手持设备，基本上都是采用电阻式触摸屏。它的表面通常用塑料制造，比较柔软，耐磨性较差。 ●电容式触摸屏 电容式触摸屏是表面敷有透明金属氧化物的曲面或平面玻璃。在屏幕的四角施加一个电压，从而在屏幕上形成一个均衡的电场。不带手套的手指或者导体与屏幕接触时将会从四角吸收不同的电流，各个电流的大小与触摸的位置有关。控制电路可以根据电流的不同决定触摸的位置。 电容式触摸屏主要用于游戏娱乐类设备和公共场合的信息服务设备，对画面清晰度的影响不大，触摸分辨率比较高。不足之处是要求用不带手套的手指或导体接触才能触发，需要经常重新校准，性能容易受到长时间磨损的影响，难以进行工业化生产。 ●表面声波触摸屏 超声波触摸屏通过屏幕纵向和横向边缘的压电换能器发射超声波来实现，在各自对面的边缘上装有超声波传感器，这样就在屏幕表面形成一个纵横交错的超声波栅格。当手指或者其他柔性触摸笔接近屏幕表面时，阻挡和吸收了纵向和横向的声波。超声波传感器可以根据声波的变化来确定是否有手指或者接触笔触及屏幕，不同的传感器代表不同的坐标位置。控制器可以通过超声波的强度和位置变化信息对接触点进行定位。 超声波触摸屏对原显示器的清晰度影响很小，对触摸的感知分辨率很高，而且经久耐用。另外一个特点是对显示器屏幕表面的平整度要求不高，所以在球面或柱面显示器上可以较好地应用。这种触摸屏主要用于医疗监护和一些重要场合的公众信息服务。不足之处是手指和接触笔必须能够吸收声波，容易受到噪声干扰，工业化生产比较困难，对供电系统要求较高，要求屏幕表面洁净度较好，水渍或者脏物都会影响使用效果。 ●红外触摸屏 红外触摸屏以光束阻断技术为基本原理，不需要在原来的显示器表面覆盖任何材料，而是在显示屏幕的四周安放一个框架。框架上面的两个对边上，一边安装发光二极管（LED），另一边安装红外线探测器，这样就在显示屏幕的表面形成了一个由红外线组成的栅格。当有任何物体进入这个栅格的时候，就会阻挡一些光线，在红外线探测器上就会收到变化的信号，经由控制器将触摸的位置坐标传递给操作系统。 红外触摸屏的好处是完全透光，不影响显示器的清晰度，而且分辨率很高。不利的一面有：价格比较贵；发光二极管寿命比较短，影响了整个触摸屏的寿命；容易受到应用环境中强光干扰。但是，近来红外触摸技术有了较大的突破，克服了不少原来比较致命的问题。目前，红外触摸屏主要应用在较大尺寸的显示器上，例如银行里的自动柜员机以及大量的军事应用。 纯平时代，红外时代 从技术的层面上看，市场上现有的触摸技术各有各的优势和缺点。但从市场需求的层面上看，应该采用何种技术的触摸屏，关键要看应用环境的要求。实际上，随着技术的进步和市场环境的变化，触摸技术的竞争态势也在发生着有趣的变化。综合起来看，对触摸屏的要求呈现出以下要点： ●工作稳定性 触摸屏本来是很方便的，但是出了故障就很不方便了。事实上我们经常看到公众场合的触摸屏因为出故障而停用。因此，在恶劣环境中能够长期正常工作，这是对触 摸屏的一项基本要求。 ●手写文字和图像识别 作为一种方便的输入设备，不仅能够接受人们的点触，而且能够对写写画画的信息进行识别和处理，这样才能在更大的程度上方便使用。长期以来，对于书写信息的处理一直是触摸屏技术的一大挑战。 ●价格 触摸屏要普及应用，大量应用于以个人、家庭为消费对象的产品，必须在价格上具有足够的吸引力。 ●功耗 触摸屏用于便携和手持产品时需要保证极低的功耗，这是影响触摸屏与其他设备配合工作的重要因素。 由于触摸屏是结合显示器使用的一种透明的绝对定位系统，透明和优良的定位原理是它的技术特征。首先它必须保证不影响视觉图像，也就是要有良好的透明度、清晰度和最小的反光和色彩失真；其次它应该保证稳定、准确的定位，而且必须长期稳定地工作。当触摸屏应用于个人手持产品时还有一个技术指标，就是尽可能低的功耗。 从视觉效果上比较，各种技术的优劣顺序是：红外线技术、表面声波技术、电阻技术、电容技术。从定位原理上比较，优劣顺序是：红外线技术、电阻技术、表面声波技术、电容技术。电容触摸屏器件参数特性容易漂移，很难长时间稳定工作。表面声波触摸屏对灰尘和脏物比较敏感，传感器寿命也比较短。改进后的红外线技术和电阻技术都能长时间稳定工作。电阻触摸屏功耗比较低，但是在使用过程中容易被划伤。红外触摸屏的价格比电阻屏要高一些。 从技术演变来看，近年来红外线触摸屏有较大的进步，一些国际大公司的产品均做出了相应调整，如IBM触摸屏电脑现在全部改用红外触摸屏。 前几年，红外触摸屏和声波触摸屏都表现出较好的前景，而且声波触摸屏由于对显示器表面平整度的要求不高，在球面、柱面显示器盛行的市场上占了先机。而红外触摸屏对显示器表面平整度要求较高，再加上发光二极管和传感器的性能不够稳定、电器特性参数容易漂移而造成误差，所以在市场上处于不利地位。 近两年来，纯平显示器和液晶显示器逐渐成为时尚，使红外触摸屏的市场前景豁然开朗。可以预言，显示器的纯平时代将会为触摸屏市场带来一个红外时代。同时也应该看到，电阻触摸屏因为其较低的造价和功耗将会在小型手持设备市场上占有一席之地。 红外触摸进入第五代 长期以来，触摸屏市场处于五彩纷呈的局面，采用不同技术的触摸屏适应了不同的应用环境，红外触摸技术只是其中的一种，有自身的优势和不足。业内人士对红外触摸技术的优势极为钟情，对其不足之处也非常清楚，并做出了不懈的努力进行改进。到目前为止，红外触摸技术已经进入第五代。从其表现出来的一些特性来看，极有可能从各种触摸技术之中脱颖而出，成为触摸屏市场的弄潮儿。 最初的红外触摸屏出现于1992年，分辨率只有32×32。第一代红外触摸技术分辨率低、易受环境干扰而误动作，而且要求在一定的遮光环境中使用。由于这些局限性，致使红外触摸屏一度曾经淡出市场。 第二代红外触摸屏于1994年推出，分辨率达到64×64，改善了抗光干扰性能，可以适应大多数室内环境。第三代红外触摸屏1997年推出，分辨率达到320×240，可以在室外非阳光直射的环境中使用；第四代红外触摸屏的主要贡献是提高了分辨率，达到了800×600，于1998年推出。从红外触摸屏的发展历程来看，主要的进步是沿着提高分辨率和对强光干扰环境适应能力两个方面进行的，但基本上没有克服产品寿命短、器件特性参数容易漂移等问题。 近期推出的第五代红外触摸技术，不仅将分辨率提高到了1000×720，抗强光干扰性能提高到太阳直射环境亦可使用，更重要的是在产品寿命和免维护性能方面有了本质的飞跃。第五代红外触摸采用概率函数器件冗余分布的指导思想，工作环境下寿命大于7年。这就是说，当配套的显示器达到寿命终结的时候，触摸屏本身仍然是正常工作的。 第五代红外触摸屏在性能指标上的改善，足以将触摸屏的应用推向新的水平。原来有些场合不能使用的，现在可以使用了。例如，过去触摸屏在跟踪手指移动轨迹的时候会出现很多断笔，无法用于汉字识别。第五代触摸屏在跟踪手指移动轨迹的时候，精度、平滑度和跟踪速度都可以满足要求。用户的书写可以十分流畅地转换成图像轨迹，完全支持手写识别输入。 实际上，已经可以用第五代触摸屏这样一个单一设备作为完整的人机界面平台，取代鼠标、书写板甚至键盘。 从应用的层面看，触摸屏不应该仅仅作为一个将触摸位置转换为坐标信息的简单设备，而应该作为一个完整的人机界面系统进行设计。第五代红外触摸屏就是依据这样的标准，通过内置的处理器和完善的驱动软件来实现产品概念的提升。 因此，新的红外触摸技术会对国内外市场造成非常重大的影响。 第一，第五代红外触摸屏极有可能脱颖而出，打破声波屏、电阻屏、电容屏、红外屏几分天下的格局。最有可能出现的情况是，红外屏占据80%以上的主流市场，电阻屏和电容屏锁定在４英寸以下的应用领域，而声波屏将被逐渐淘汰。 第二，第五代红外触摸屏有望打破国外厂商长期占据国内市场的局面，以更好的质量和较低的价格将美国和日本的触摸屏产品从中国市场清除出去。但是，我国台湾省的一些厂商将会以五线电阻触摸屏在移动产品市场占有重要地位。 第三，通过充分利用产品优势，加大国际市场运作力度，第五代红外触摸屏可以在国际市场上与国外产品一争高低。但应该注意到，第五代红外触摸屏的产品优势能够保持的时间是有限的，国外厂商的研发力度历来不容忽视，单一产品技术上的优势可能很快就不存在。 第四，由于功能和性能上的提高，第五代红外触摸屏将会开辟新的应用领域，例如红外触摸屏可能会频频亮相于工控和家电等行业，并且与鼠标、手写板等输入设备形成了替代和竞争的关系，对相关产品的市场造成影响。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (1/17/2007)