[논문]자기정전용량 방식의 TSP에서 멀티터치 인식 및 추적

정성훈

doi:10.5391/jkiis.2014.24.2.136

초록
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본 논문에서 우리는 자기정전용량 방식의 TSP(Touch Screen Pannel)에서 멀티터치를 인식하고 추적하는 방법에 대하여 소개한다. 자기정전용량 방식의 TSP는 패널의 가로와 세로로 배치된 ITO 투명전극필름 자체의 정정용량변화를 센싱하여 터치를 인식하는 방법으로 SNR이 좋고 센싱시간이 빠르며 터치인식 및 처리가 간단한 장점이 있으나 멀티터치 처리에 어려운 단점이 있다. 이러한 이유로 최근에는 멀티터치에 어려움이 없는 상호정전용량 방식의 TSP가 많이 사용되고 있다. 그러나 소형으로 개발되는 리모컨 패드나 최근에 개발되고 있는 착용기기에서는 제한된 멀티터치만으로 가능하므로 큰 문제가 되지 않는다. 본 논문에서는 이러한 자기정전용량 방식의 TSP에서 멀티터치를 인식할 때 발생하는 문제와 이러한 문제를 완화하는 방법 그리고 터치이동 시에 이를 추적하는 방법에 대하여 제안한다. 제안한 방법을 실험한 결과 투 터치에서 안정적으로 동작함을 확인하였다.

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This paper introduces a multi-touch recognition and tracking method for self capacitive TSP(Touch Screen Pannel). Self capacitive TSP recognizes finger touches by sensing capacitive change of ITO transparent conducting film arranged by rows and columns on the TSP pannel. They have some advantages su...

This paper introduces a multi-touch recognition and tracking method for self capacitive TSP(Touch Screen Pannel). Self capacitive TSP recognizes finger touches by sensing capacitive change of ITO transparent conducting film arranged by rows and columns on the TSP pannel. They have some advantages such as high SNR, fast sensing, and simple touch processing, but have very difficulties for multi-touch processing. This disadvantage makes that the mutual capacitive TSPs, which have no such disadvantage, have been more widely used especially for multi-touch applications. However, since the other applications for remote control pad or recently developed wearable devises have only restrictive requirements for multi-touch, the disadvantage of self capacitive TSP is not a critical problem. In this paper, we first describe multi-touch recognition problems in self capacitive TSP and then propose how to overcome those problems and a tracking method of two touches when they are moving. Experimental results of our method showed that our algorithm works well in two touches.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서 우리는 자기정전용량 방식의 TSP에서 멀티터치를 인식하고 추적하는 알고리즘을 제안하였다. 특히 자기정전용량 방식에 의하여 발생하는 ghost 현상을 감안한 투 터치 추적방법을 설명하였으며 여러 가지 추가적으로 발생하는 문제에 대하여 언급하였다.
본 논문에서는 이러한 것을 모두 검토하여 자기정전용량 방식의 TSP에서 투 터치의 인식 및 추적을 할 수 있는 알고리즘을 다음과 같이 제안한다.
그러나 소형화면 기기에서도 기본적인 투 터치 까지는 안정적으로 제공해야한다. 본 논문에서는 자기정전용량방식에서 안정적으로 투 터치를 인식하고 각종 제스처에 사용할 수 있도록 터치를 추적하는 방법에 대하여 제안한다.

제안 방법

그림에서 보듯이 두 개의 터치 간격이 멀기 때문에 빠른 속도로 선을 그어도 인식 및 추적에 전혀 문제없이 동작하는 것을 확인할 수 있었다. 두 번째 실험은 난이도가 높은 실험으로 두 개의 터치를 X축으로 같은 위치에서 시작해서 빗겨 이동하여 빠르게 무작위로 그리는 실험을 하였다. 2절에서 논의한 것처럼 두 개의 터치 위치가 한 축으로 같았다가 달랐다가 하면서 빠르게 이동하는 것이기 때문에 알고리즘이 잘 못된 경우에 많은 문제가 발생할 수 있는 실험이다.
특히 자기정전용량 방식에 의하여 발생하는 ghost 현상을 감안한 투 터치 추적방법을 설명하였으며 여러 가지 추가적으로 발생하는 문제에 대하여 언급하였다. 본 논문에서 제안한 방법을 실제로 TSP에 구현하여 동작성을 테스트 해 보았다. 테스트 결과 비교적 안정적으로 투 터치를 인식하였으며 복잡하고 빠르게 투 터치가 이동하는 가운데에서도 비교적 문제없이 터치를 추적함을 볼 수 있었다.
그래야 잡음에 민감하지 않으면서도 안정적으로 터치를 인식할 수 있다. 본 논문에서는 이를 위하여 초기 threshold는 크게 두고 이동 시에는 threshold를 낮추어 터치를 인식하게 하였다. 그러나 터치로 인하여 측정되는 정전용량은 온도에도 많은 영향을 받는다.
본 논문에서 우리는 자기정전용량 방식의 TSP에서 멀티터치를 인식하고 추적하는 알고리즘을 제안하였다. 특히 자기정전용량 방식에 의하여 발생하는 ghost 현상을 감안한 투 터치 추적방법을 설명하였으며 여러 가지 추가적으로 발생하는 문제에 대하여 언급하였다. 본 논문에서 제안한 방법을 실제로 TSP에 구현하여 동작성을 테스트 해 보았다.

성능/효과

다만 투 터치 이동 시에 실제 위치와 ghost 위치가 섞여서 얻어진 다면 많은 문제가 발생한다. 결론적으로 첫 번째 터치에서 ghost 터치로 인식되었다면 그 이후 터치도 모두 ghost 로 추적하면 되고 첫 번째 터치에서 실제터치로 인식되었다면 그 이후 터치도 모두 실제 터치로 인식하면 된다.
그러나, 위의 과정은 모두 프레임 전환속도가 터치 이동속도보다 매우 빠르다는 전제로 얻은 결론이다. 만약, 이동거리로 투 터치를 추적할 때 프레임 속도가 낮거나 터치 이동이 매우 빠른 경우 실제로 이동한 터치와 다르게 추적이 일어날 수 있다.
그림 6은 두 개의 터치를 나란히 밑으로 긋는 실험이다. 그림에서 보듯이 두 개의 터치 간격이 멀기 때문에 빠른 속도로 선을 그어도 인식 및 추적에 전혀 문제없이 동작하는 것을 확인할 수 있었다. 두 번째 실험은 난이도가 높은 실험으로 두 개의 터치를 X축으로 같은 위치에서 시작해서 빗겨 이동하여 빠르게 무작위로 그리는 실험을 하였다.
이와 같은 실험결과로 보았을 때 본 논문에서 제안한 방법이 자기정전용량방식의 TSP에서 비교적 안정적으로 멀티터치를 인식하고 추적하는 것을 확인할 수 있었다. 다만 2절에서 논의한 것처럼 두 개의 터치가 짧은 간격으로 연속으로 일어날 때 순간적으로 두 개의 터치가 한쪽으로 같은 위치에 있었다가 떨어지는 문제가 발생하였다.
본 논문에서 제안한 방법을 실제로 TSP에 구현하여 동작성을 테스트 해 보았다. 테스트 결과 비교적 안정적으로 투 터치를 인식하였으며 복잡하고 빠르게 투 터치가 이동하는 가운데에서도 비교적 문제없이 터치를 추적함을 볼 수 있었다. 다만, 본 논문에서 제안한 방법은 여러 가지 다른 알고리즘이 가능한 가운데 제안된 하나로서 장점과 단점을 가질 수 있으나 현재 다른 방법에 대한 논문이 거의 없어서 비교실험은 하지 못하였다.

후속연구

테스트 결과 비교적 안정적으로 투 터치를 인식하였으며 복잡하고 빠르게 투 터치가 이동하는 가운데에서도 비교적 문제없이 터치를 추적함을 볼 수 있었다. 다만, 본 논문에서 제안한 방법은 여러 가지 다른 알고리즘이 가능한 가운데 제안된 하나로서 장점과 단점을 가질 수 있으나 현재 다른 방법에 대한 논문이 거의 없어서 비교실험은 하지 못하였다. 또한 2절에서도 설명했듯이 자기정전용량방식을 사용한 방법으로 투 터치 이상이나 회전과 같은 제스처에서는 사용할 수 없는 한계가 있다.
다만 2절에서 논의한 것처럼 두 개의 터치가 짧은 간격으로 연속으로 일어날 때 순간적으로 두 개의 터치가 한쪽으로 같은 위치에 있었다가 떨어지는 문제가 발생하였다. 이 문제를 완화하기 위하여 추가적인 알고리즘이 개발되어야할 것으로 판단된다. 간단한 방법으로는 이전 프레임과 현재 프레임 사이에서 특정 거리 이상으로 터치가 발생한 경우에는 무시하는 방법을 생각해 볼 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자기정전용량방식의 단점은 무엇인가?	또한 자기정전용량방식은 터치에 의하여 변화되는 정전용량이 상호정전용량보다 크기 때문에 SNR이 커서 잡음에 강하다. 그러나 자기정전용량방식은 가로세로축으로 M+N개의 데이터만 발생하여 멀티터치 시에 ghost 현상이 발생하고 멀티터치 처리가 어려운 단점이 있다. 이러한 단점으로 최근의 스마트폰에서는 멀티터치가 가능한 상호정전용량방식이 널리 사용되고 있다.
	터치스크린을 구현하는 방법에는 어떤 것들이 있는가?	스마트폰과 같은 모바일기기의 확산과 더불어 손가락을 입력장치로 사용하는 터치스크린이 확산되고 있다 [1]. 터치스크린을 구현하는 방법은 터치압력에 따른 저항의 변화를 측정하는 방식인 저항방식과 터치로 인하여 변화하는 정전용량을 측정하는 방법인 정전용량방식이 있다. 최근에는 터치감이 좋은 정전용량방식이 많이 사용되고 있다.
	정전용량방식의 터치스크린은 정전용량을 측정하는 방법에 따라 어떤 방식들로 나누어지는가?	정전용량 방식의 터치스크린에는 정전용량을 센싱하기 위한 투명전극필름인 ITO(Indium Tin Oxide)가 가로세로로 배치되어 정전용량을 측정하며 정정용량을 측정하는 방법에 따라서 상호정전용량(mutual capacitance) 방식과 자기정전용량(self capacitance) 방식이 있다. 상호정전용량 방식은 가로 쪽 ITO에 전압을 가하고 세로 쪽 ITO에 유도된 전압을 측정하여 정전용량을 측정하며 자기정전용량방식은 각 ITO에 전압을 가하고 자신의 전압변화를 측정하여 정전용량을 측정한다.

참고문헌 (3)

X. Wu, B. W. Lee, C. Joung, and S. Jang, "Touchware: a software based implementation for high resolution multi-touch applications," 2010 10th IEEE International Conference on Computer and Information Technology (CIT 2010), pp. 1703-1710, 2010.
P. Coni, J. N. Perbet, Y. Sontag, and J. C. Abadie, "Eliminating Ghost Touches on a Self-Capacitive Touch-Screen," SID Symposium Digest of Technical Papers, vol. 43, Iss. 1, pp. 411-414, Jun 2012.
X. Li, Y. Wang, and J Xie, "Analyzing Algorithm of Multi-camera Multi-touch System for Educational Application," 2009 Second International Conference on Education Technology and Training, pp. 90-94, 2009.

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