指尖上的精彩：触摸屏技术解析
技术讲坛
“触控”取代键盘和鼠标，正在成为手机、平板电脑等数码产品的一大时尚卖点。只要用手指在屏幕上“指指点点”就可以实现对电脑的操作，这样的场景以前也许只能在科幻电影中出现，而现在成为了现实。之所以能实现如此炫的功能，是因为这些设备均采用触摸屏设计，只要用手指轻轻点击或滑过屏幕，用户即可浏览照片、播放音乐、观看视频、玩游戏、接入互联网……
触摸屏技术，陈旧的“新技术”
触摸屏（Touch Panel），又称为触控面板，这其实并不是一个新生事物。比如当年风靡的摩托罗拉A6188商用手机的屏幕、笔记本电脑的鼠标触摸板都采用了触摸屏技术。其实早在1971年，美国人Sam Hurt就发明了触摸屏技术，要说这项技术真正进入我们生活已是上个世纪90年代的事了，但真正将触摸屏发扬光大的是苹果公司。2007年，苹果iPhone及iPod Touch的问世让触摸技术迅速俘获了全球大众的心，它为用户带来了更直接的人机互动体验。
触摸屏的基本工作原理其实很简单，触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成：触摸检测部件安装在显示屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接收后送到触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。触摸屏是一个以屏幕中心为原点的绝对坐标系，手指摸到哪儿就是哪儿，不需要第二个动作。相比之下，鼠标则是一个相对的定位系统，当我们需要光标移动到某个地方时，首先要知道现在在何处，然后往哪个方向走。
从技术原理来区别触摸屏，可分为五个基本种类：矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。而目前智能手机、平板电脑在屏幕触控方面主要采用电阻屏和电容屏两种，这就是今天我们所要谈的两个主题。
智能手机曾经的标配——电阻式触摸屏
电阻式触摸屏可以说是历史悠久了，在苹果的iPhone出现之前，几乎所有的手持智能设备均采用电阻触摸技术。长久以来，身边有人拿出一个机器用触控笔写写画画已经是很常见的场景。电阻式触摸屏是一块四层的透明的复合薄膜屏，最下面是玻璃或有机玻璃构成的基层，最上面是一层表面经过硬化处理从而光滑防刮的塑料层，中间是两层金属导电层，分别在基层之上和塑料层内表面，在两个导电层之间有许多细小的透明隔离点把它们隔开。
两个导电层上均涂有ITO（ITO：氧化铟，弱导电体）涂层，分别对应X、Y轴，当手指触摸屏幕时，两个导电层在触摸点处接触。按压不同的点时，该点到输出端的电阻值也不同，通过感应器传出相应的电信号，再经过转换电路送到处理器，通过运算转化为屏幕上的X、Y值，而完成点选的动作，并呈现在屏幕上。很多LCD模块都采用了电阻式触摸屏。电阻式触摸屏有两种类型，分别是4线和5线电阻式触摸屏。5线电阻屏的使用寿命和透明率与4线电阻屏相比有了一个飞跃，它的触摸寿命是3500万次，4线电阻屏则小于100万次，且5线电阻式触摸屏没有安装风险，同时5线电阻屏的ITO层能做得更薄，因此透光率和清晰度更高，几乎没有色彩失真。
电阻式触摸屏是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘和水汽，而且经济实惠，也最普通，目前三分之二以上的触摸屏部件厂商都在生产电阻式触摸屏。不过电阻式触摸屏也有一定的缺点。电阻式式技术依赖于触摸屏的物理运动，灵敏度较低，在进行屏幕虚拟键盘输入时会出现“掉字”现象，很难实现高速的输入，特别是经过正常的磨损老化后，性能会明显下降。再者这种技术只支持单点触摸，也就是一次只能用一个手指在屏幕上做单一动作。
只认手指的触摸屏——电容式触摸屏
后来厂商们又推出了另一种电容式触摸屏。电容式触摸屏也需要使用ITO材料，电容屏在原理上把人体当作一个电容器元件的电极使用。
电容式触摸屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO，最外层是一薄矽土玻璃保护层，夹层ITO涂层作为工作面，四个角上引出四个电极，内层ITO为屏蔽层以保证良好的工作环境。当手指触摸在金属层上时，由于人体电场，用户和触摸屏表面形成一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分别从触摸屏四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。
从使用角度看，电容式触控屏比电阻式触摸屏的性能更好。由于轻触甚至不用接触就能感应，操作时无需尖锐的触控笔，直接用手指来操作，对屏幕表面几乎没有磨损，使用寿命更长。iPhone就是使用电容式触摸屏，不需要配备触控笔来操作电容式触摸屏。不过，电容式触控屏的成本较高，也让它之前不太受关注。直到苹果推出的iPhone提供的友好人机界面，流畅操作性能使电容式触摸屏受到了市场的追捧，各种电容式触摸屏产品纷纷面世，而且随着工艺发展和批量化，它的成本不断下降，开始显现逐步取代电阻式触摸屏的趋势。
带有“苹果”味的触摸屏——投射式电容触摸屏
值得注意的是，iPhone所采用的电容触摸屏是电容屏中的上等屏——“投射式电容触摸屏”。相对于普通的电容屏，投射式电容触摸屏的优点在于灵敏度更高，可以实现与物理键盘相同的输入速度。iPhone触摸屏的另一大绝技就是它引以为豪的Multi-Touch（多点触控）技术。
苹果利用NXP基于ARM的控制器实现了一个算法，用来测量手指在显示器上的触摸变化，并据此调整显示屏的内容。借助这项技术，触摸屏能感知同时发生在触摸屏面板上明显不同区位的多个碰触或临近碰触，并据此给出清楚指示此多个碰触中每一碰触在该触摸屏表面具体位置的信息。不同于普通的电容屏，iPhone 的电容屏是根据一个坐标系来设计的，电路能够感应到沿线各点所发生的变化。为了提高定位的准确性，苹果通过将一系列透明电极排布成栅格状，来定位同时碰触触摸屏表面的多个目标位置：一个嵌入在电极层间的压力感应装置支持通过分析用户手指（一个或几个）碰触屏面的手法，推断出用户的意图，并滤除掉不经意的碰触。其结果是允许借助一个或几个手指的自然移动简单地实现滚动浏览、翻页及缩放图像大小等功能。
多点触摸成为主流操控
多点触控技术在触摸屏应用上的确是个创新。过去手机也好，PDA也好，都只能识别单个焦点。也就是说，你同时用两个手指触摸屏幕的话，系统只能识别出其中的一个点，而iPhone能够识别两个。这就使得iPhone多了很多直观的操作，比如说那个放大图片的操作，用两根手指点住图片分别往外拉就能够放大图片。这对一直只接触到单点触摸屏的我们来说无疑是个新奇的操作。当然，多点触摸并不仅限于放大缩小功能，这只是多点触摸的实际应用样例之一。有了多点触摸技术，怎么应用就可以通过无限想象来无限扩展。程序员可以把多点触摸应用到很多方面，从一定程度上改变或者创新出更多的操作方式来。可以说，苹果手机的广泛应用和火爆趋势使得多点触控技术获得了广泛的发展，而微软的Windows 7操作系统也内置了对多点触控技术的支持，这就使得该项技术更加受到关注。
与单点触摸屏一样，多点触摸屏也有一个局限，就是该技术能在屏幕上同时识别的操作点数量有限。为什么一次只能识别两个操作点呢？用户的两只手有十个手指，当用户之间彼此互动时，屏幕上会出现更多的手指。后来有厂商在多点触控技术的基础上推出了“多点触控全区输入”，它进一步提升了触摸屏的可靠性，能满足多种特性的应用需求。可靠性是指我们能以最高粒度准确捕获到屏幕上所有触点的原始数据，尽可能减少屏幕触点定位不准带来的混乱问题的能力。
写在最后
随着新一代触摸屏技术把我们带进了一个人机交互的新纪元，尤其是手持设备的操作理念将面临一场革命，新的触摸屏技术正向着更简单、更直观、更人性化的方向发展。那么触摸屏技术是否会彻底取代鼠标键盘呢？并不会这样，如同你有了先进的电动工具时，你仍然保留着铁锤和螺丝刀，它们的作用不同。触摸屏技术和键盘鼠标的关系也是这样，两者各自应用在适合的地方。