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颜色识别传感器原理与应用
2011-10-12 12:54
光的三原色：
        原色也叫基色是指不能透过其他颜色的混合调配而得出的“基本色”。以不同比例将原色混合，可以产生出其他的新颜色。光的三原色（三基色），就是RGB（红Red、绿Green、蓝Blue）。等量的红光+绿光=yellow，绿光+蓝光=青光cyan，等量的红光+蓝光=品红光magenta（也称洋红，即较浅的紫红），等量的红+绿+蓝=白色white，三种光的强度均为零， 就是黑色（黑暗）。颜料的三原色为红、黄、蓝不同于光的三原色。

白平衡：
         字面上的理解是白色的平衡。白平衡是描述中红、绿、蓝三基色混合生成后白色精确度的一项指标。白平衡是领域一个非常重要的概念，通过它可以解决色彩还原和处理的一系列问题。照相机内部有三个ＣＣＤ电子耦合元件，他们分别感受蓝色、绿色、红色的光线，在预置情况下这三个感光电路电子放大比例是相同的，为１：１：１的关系，白平衡的调整就是根据被调校的景物改变了这种比例关系。比如被调校景物的蓝、绿、红色光的比例关系是２：１：１（蓝光比例多，色温偏高），那么白平衡调整后的比例关系为１：２：２，调整后的电路放大比例中明显蓝的比例减少，增加了绿和红的比例，这样被调校景物通过白平衡调整电路到所拍摄的影像，蓝、绿、红的比例才会相同。也就是说如果被调校的白色偏一点蓝，那么白平衡调整就改变正常的比例关系减弱蓝电路的放大，同时增加绿和红的比例，使所成影像依然为白色。
颜色传感器：
      将物体的表面颜色转换成相应的电压或频率输出，应用在彩监视器的校准装置；彩色打印机和绘图仪；涂料、纺织品和化妆品制造，以及医疗方面的应用，如血液诊断、尿样分析和牙齿整形等。

颜色识别原理：
    TCS230采用8引脚的SOIC表面贴装式封装，在单一芯片上集成有64个光电二极管。这些二极管共分为四种类型。其中16个光电二极管带有红色滤波器；16个光电二极管带有绿色滤波器；16个光电二极管带有蓝色滤波器；其余16个不带有任何滤波器，可以透过全部的光信息。这些光电二极管在芯片内是交叉排列的，能够最大限度地减少入射光辐射的不均匀性，从而增加颜色识别的精确度；另一方面，相同颜色的16个光电二极管是并联连接的，均匀分布在二极管阵列中，可以消除颜色的位置误差。工作时，通过两个可编程的引脚来动态选择所需要的滤波器。当选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定的原色通过，阻止其他原色的通过。例如：当选择红色滤波器时，入射光中只有红色可以通过，蓝色和绿色都被阻止，这样就可以得到红色光的光强；同理，选择其他的滤波器，就可以得到蓝色光和绿色光的光强。通过这三个值，就可以分析投射到TCS230传感器上的光的颜色。
TCS230引脚说明：
   S0、S1：用于选择输出比例因子或电源关断模式；输出比例因子使传感器的输出能够适应不同的测量范围，提高了它的适应能力。例如，
         当使用低速的频率计数器时，就可以选择小的定标值，使TCS230的输出频率和计数器相匹配。
   S2、S3：用于选择滤波器的类型；OE是频率输出使能引脚，可以控制输出的状态，当有多个芯片引脚共用微处理器的输入引脚时，也可
         以作为片选信号；
    OUT是频率输出引脚，GND是芯片的接地引脚，VCC为芯片提供工作电压2.7V-5.5V。

白平衡的调整：
    TCS230的RGB输出并不相等的，因此在测试前必须进行白平衡调整，使得TCS230对所检测的“白色”中的三原色是相等的白平衡调整的具体步骤和方法如下：将空的试管放置在传感器的上方，试管的上方放置一个白色的光源，使入射光能够穿过试管照射到TCS230上；根据前面所介绍的方法，依次选通红色、绿色和蓝色滤波器，分别测得红色、绿色和蓝色的值，然后就可计算出需要的3个调整参数。
　　当用TCS230识别颜色时，就用这3个参数对所测颜色的R、G和B进行调整。这里有两种方法来计算调整参数：① 依次选通三种颜色的滤波器，然后对TCS230的输出脉冲依次进行计数。当计数到255时停止计数，分别计算每个通道所用的时间。这些时间对应于实际测试时TCS230每种滤波器所采用的时间基准，在这段时间内所测得的脉冲数就是所对应的R、G和B的值。② 设置定时器为一固定时间(例如10 ms)，然后选通三种颜色的滤波器，计算这段时间内TCS230的输出脉冲数，计算出一个比例因子，通过这个比例因子可以把这些脉冲数变为255。在实际测试时，使用同样的时间进行计数，把测得的脉冲数再乘以求得的比例因子，然后就可以得到所对应的R、G和B的值。
使用注意事项：
    1、 颜色识别时要避免外界光线的干扰，否则会影响颜色识别的结果。最好把传感器、光源等放置在一个密闭、无反射的箱子中进行测试。
　　2、 对光源没有特殊的要求，但是光源发出的光要尽量集中，否则会造成传感器之间的相互干扰。
　　3、  当第1次使用TCS230时，或TCS230识别模块重启、更换光源等情况时，都需要进行白平衡调整。