智能顏色識別系統(tǒng)文獻綜述

1、 單位代碼 01 學(xué) 號 1202120039 分 類 號 TN701 密 級 文獻綜述智能顏色識別系統(tǒng)的認識 院系名稱信息工程學(xué)院 專業(yè)名稱電子信息工程 學(xué)生姓名杜方周 指導(dǎo)教師何紅麗2016年3月5日智能顏色識別系統(tǒng)的認識摘 要隨著科技的開展，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向高速化、自動化方向不斷進步，色彩識別技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)檢測和自動控制領(lǐng)域，生產(chǎn)過程中長期以來由人眼起主導(dǎo)作用的顏色識別工作將越來越多地被相應(yīng)的顏色傳感器所替代。如：各種物體外表顏色識別、產(chǎn)品包裝色標檢測、產(chǎn)品外表特征顏色的檢測、液體溶液顏色變化過程的檢測與控制等等。本文首先闡述了顏色檢測的三種方法，分析了它們的優(yōu)缺點。其次，介紹

2、一下顏色識別系統(tǒng)的工作原理，其中包括關(guān)于TCS230芯片的介紹以及TCS230識別顏色的原理。最后是關(guān)于顏色識別系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：TCS3200，顏色傳感器，顏色識別系統(tǒng)1 概述顏色信息是人類生活中不可缺少的一局部，隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向高速化、自動化方向的開展，顏色傳感器將逐漸代替人眼來識別各種顏色，通過顏色識別系統(tǒng)的設(shè)計，融合電路、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)等課程知識，使我更好的掌握所學(xué)知識，本系統(tǒng)可用于任何需要顏色識別的場合。有一定的使用價值。顏色傳感器也叫色彩識別傳感器。標準的顏色測量方法是采用光譜光度測色儀，通過測量樣品的三刺激值，從而得到樣品的顏色。目前，基于各種原理的顏色識別傳感器有

3、兩種根本類型：其一是RGB(紅綠藍) 顏色傳感器，檢測的是三刺激值；其二是色差傳感器，檢測被測物體與標準顏色的色差1。這類裝置許多是漫反射型、光束型和光纖型的，封裝在各種金屬和聚碳酸酯外殼中。2 顏色檢測的主要方法顏色檢測主要有三種方法：目視法，光電積分法，分光光度法。方法一：目視法。是一種最傳統(tǒng)的顏色測量方法。具體做法是由標準色度觀察者在特定的照明條件下對產(chǎn)品進行目測鑒別，并與CIE(國際照明委員會)標準色度圖比較，得出顏色參數(shù)2。特點：目視法不能準確識別微細的色彩差異，常出現(xiàn)色彩判斷失誤；目視方法測色帶有一定的主觀色彩；測量結(jié)果精度不高、測量效率低。方法二：光電積分法。模擬人眼的三刺激值特

4、性，用光電積分效應(yīng)，直接測得顏色的三刺激值。特點：光電積分式儀器能準確測出兩個色源之間的色差，但不能精確測出色源的三刺激值和色品坐標。方法三：分光光度法。通過TCS230測量光源的光譜功率分布或物體反射光的光譜功率，根據(jù)這些光譜測量數(shù)據(jù)通過計算的方法求得物體在各種標準光源和標準照明體下的三刺激值，進而由此計算出各種顏色參數(shù)3。特點：分光光度測色儀不僅能精確測量色差，還能測量色源的三刺激值和色品坐標，應(yīng)用非常廣泛。3 TCS230芯片簡介TCS230是TAOS公司推出的可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器，它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉(zhuǎn)換器集成在一個單一的CMOS電路上，同時在單一芯片上集成了紅綠藍

5、(RGB)三種濾光器，是業(yè)界第一個有數(shù)字兼容接口的RGB彩色傳感器，TCS230的輸出信號是數(shù)字量，可以驅(qū)動標準的TTL或CMOS邏輯輸入，因此可直接與微處理器或其他邏輯電路相連接4。由于輸出的是數(shù)字量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)每個彩色信道10位以上的轉(zhuǎn)換精度，因而不再需要A/D轉(zhuǎn)換電路，使電路變得更簡單，當入射光投射到TCS230上時，通過光電二極管控制引腳S2、S3的不同組合，可以選擇不同的濾波器；經(jīng)過電流到頻率轉(zhuǎn)換器后輸出不同頻率的方波占空比是50，不同的顏色和光強對應(yīng)不同頻率的方波；還可以通過輸出定標控制引腳S0、S1，選擇不同的輸出比例因子，對輸出頻率范圍進行調(diào)整，以適應(yīng)不同的需求5。TCS23

6、0芯片各個引腳的功能如圖1所示。圖1 TCS230引腳圖表1 輸出頻率分頻選擇S0S1輸出頻率分頻比例LL掉電LH2%HL20%HH100%TCS230的S0、S1用于選擇輸出比例因子或電源關(guān)斷模式；S2、S3用于選擇濾波器的類型；OE反是頻率輸出使能引腳，可以控制輸出的狀態(tài)，當有多個芯片引腳共用微處理器的輸出引腳時，也可以作為片選信號，OUT是頻率輸出引腳，GND是芯片的接地引腳，VCC為芯片提供工作電壓6。TCS230顏色傳感器使用時相關(guān)控制引腳的一些組合選項如表1和表2所示。表2 濾光顏色選擇S2S3光電二極管類型LL紅色LH藍色HL消除無濾光HH綠色三原色的感應(yīng)原理。通常所看到的物體顏

7、色，實際上是物體外表吸收了照射到它上面的白光(日光)中的一局部有色成分，而反射出的另一局部有色光在人眼中的反響。白色是由各種頻率的可見光混合在一起構(gòu)成的，也就是說白光中包含著各種顏色的色光(如紅R、黃Y、綠G、青V、藍B、紫P)。根據(jù)德國物理學(xué)家赫姆霍茲(Helinholtz)的三原色理論可知，各種顏色是由不同比例的三原色(紅、綠、藍)混合而成的7。如果知道構(gòu)成各種顏色的三原色的值，就能夠知道所測試物體的顏色。對于TCS230來說，中選定一個顏色濾波器時，它只允許某種特定的原色通過，阻止其他原色的通過。例如：中選擇紅色濾波器時，入射光中只有紅色可以通過，藍色和綠色都被阻止，這樣就可以得到紅色光

8、的光強；同理，選擇其他的濾波器，就可以得到藍色光和綠色光的光強。通過這三個值，就可以分析投射到TCS230傳感器上的光的顏色8。從理論上講，白色是由等量的紅色、綠色和藍色混合而成的；但實際上，白色中的三原色并不完全相等，并且對于TCS230的光傳感器來說，它對這三種根本色的敏感性是不相同的，導(dǎo)致TCS230的RGB輸出并不相等，因此在測試前必須進行白平衡調(diào)整9。4 顏色識別技術(shù)分析顏色識別是新興的測控技術(shù)，普通的工業(yè)應(yīng)用如材料分揀，商標識別等已廣泛應(yīng)用。但高精密的顏色識別技術(shù)仍掌握在少數(shù)興旺國家，如美國、日本手中。我國在機器人視覺系統(tǒng)方面已取得了舉世矚目的成就，但在攝取數(shù)碼影像，高分辨率的顏色

9、識別方面仍缺乏自主研發(fā)能力。隨著顏色傳感器的廣泛應(yīng)用，顏色識別技術(shù)已成為儀器自動化，智能化的重要組成局部。一般顏色識別系統(tǒng)包括三局部如圖2所示。顏色采集電路單片機系統(tǒng)電路LCD1602顯示圖2 整體方案框圖物體顏色信息十分廣泛,顏色確實定需要色調(diào)、明度和飽和度三大要素或三原色(紅綠藍)的刺激值。影響顏色檢測準確度的參數(shù)主要有：照射光、物體反射、光源方位、觀測方位和傳感器性能等,任何一個參數(shù)發(fā)生變化都會導(dǎo)致觀察到的顏色發(fā)生變化。顏色在檢測的過程中，會受到多種因素的影響，比方：光源、物體、角度、傳感器性能等，這些參數(shù)中有一個發(fā)生變化，都會使顏色發(fā)生變化。而這些影響因素中，被測物體外表特性是其中的一

10、個重要的因素，因為物體外表的特性材質(zhì)、粗糙度不同，它們的光譜反射因數(shù)也會不同。光源照射到被測物體外表有一定的距離，距離的遠近決定著被反射到傳感器的感光芯片上光線的多少，所以傳感器與被測物體之間的距離直接影響著顏色信號的輸出，而距離的遠近決定著被測物體的顏色。結(jié)論前期的資料翻閱和對顏色識別系統(tǒng)原理的掌握讓我對整體系統(tǒng)有了新的認識，本文通過翻閱大量現(xiàn)有的期刊文章和相關(guān)論文，從TCS230的結(jié)構(gòu)特點和應(yīng)用領(lǐng)域出發(fā)，簡要表達了顏色識別系統(tǒng)根本原理和實現(xiàn)方案。通過分析顏色系統(tǒng)可能存在的干擾因素并作出合理應(yīng)對方案。讓我為后期的畢業(yè)設(shè)計具體實現(xiàn)的可能性有了一定的把握，包過顏色識別系統(tǒng)在今后的實際應(yīng)用前景有了

11、更深刻的了解。在此過程中，查閱了大量的文獻資料，豐富了自己的理論知識，對于自己的論文設(shè)計有著很好的推進作用。參考文獻1 盧川英,于浩成,孫敬輝,孟中.基于TCS230傳感器的顏色檢測系統(tǒng)J.吉林大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版), 2021(06),20-23.2 季峰,陳炳假設(shè),王嵩.基于單片機的顏色識別系統(tǒng)J.測控技術(shù), 2004(04),23-35.3 姜麗軍,李天涯,彭波.基于OPB780顏色傳感器的顏色測量系統(tǒng)的設(shè)計J.裝備制造技術(shù), 2021(06),53-67.4 潘海鴻,陳琳,黃炳瓊,蒙健義.基于TCS230傳感器的高精度顏色識別系統(tǒng)設(shè)計J.微計算機信息, 2021(16),23-46.5

12、 柯洪娣.基于顏色識別的智能電動車電控系統(tǒng)設(shè)計J.吉林工商學(xué)院學(xué)報, 2021(05),33-41.6 潘海鴻,陳琳,段素強,梁成業(yè),楊微.新型顏色傳感器TCS230應(yīng)用于CRRT機漏血檢測的可行性研究J.中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志, 2021(05),31-45.7 劉增輝.顏色傳感器技術(shù)研究進展J.傳感器技術(shù), 2003,22-33.8 龐小兵,黃東勝,鄒富順.在線式光纖傳感顏色識別系統(tǒng)的設(shè)計D.自動化儀表, 2021(9),15-24.9 鄭喜鳳,黃娉,劉貴華.三基色亮度計的設(shè)計和應(yīng)用J.微計算機信息, 2021,23-35.10 劉雙喜,丁筱玲.基于TCS230的便攜式數(shù)字化調(diào)色儀的系統(tǒng)設(shè)計J.電子元器件應(yīng)用, 2007,17-23.11 可榮碩,馬曉軍,張思博.基于RGB色彩空間的顏色識別系統(tǒng)設(shè)計