MAZET色彩傳感器MTCSiCS及顏色識別電路

        隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向高速化、自動化方向的發(fā)展，生產(chǎn)過程中長期以來由人眼起主導作用的顏色識別工作將越來越多地被相應的顏色傳感器所替代。例如：圖書館使 用顏色區(qū)分對文獻進行分類，能夠極大地提高排架管理和統(tǒng)計等工作；在包裝行業(yè)，產(chǎn)品包裝利用不同的顏色或裝潢來表示其不同的性質(zhì)或用途。目前的顏色傳感器通常是在獨立的光電二極管上覆蓋經(jīng)過修正的紅、綠、籃濾光片，然后對輸出信號進行相應的處理，才能將顏色信號識別出來；有的將兩者集合起來，但是輸出模擬信號，需要一個A/D電路進行采樣，對該信號進一步處理，才能進行識別，增加了電路的復雜性，并且存在較大的識別誤差，影響了識別的效果。MAZET公司最新推出的顏色傳感器 MTCSiCS，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)顏色的識別與檢測，與以前的顏色傳感器相比，還具有許多優(yōu)良的新特性。MAZET的色彩傳感器具有高精度的3色測量(CIE),是測量光源系統(tǒng)的最佳解決方案，其控制系統(tǒng)可以捕捉到目前的顏色狀況，然后根據(jù)圖像信號反饋的信息控制并達到相應的Yxy值。相比起別的傳感器，在溫度變化的情況下，MAZET的傳感器性能不變，在溫度或者能量甚至是高溫的情況下，MAZET的傳感器也不會有任何老化。

MTCSiCS芯片的結(jié)構(gòu)框圖與特點

        MTCSiCS是MAZET公司推出的真彩色探測器,MTCSiCS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。由于輸出的是數(shù)字量，并且能夠?qū)?現(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。圖1是MTCSiCS的引腳和功能框圖。

        從圖1可知：當入射光投射到MTCSiCS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，以適應不同的需求。

MTCSiCS識別顏色的原理

        由上面的介紹可知，這種可編程的彩色光到頻率轉(zhuǎn)換器適合于色度計測量應用領(lǐng)域，如彩色打 印、醫(yī)療診斷、計算機彩色監(jiān)視器校準以及油漆、紡織品、化妝品和印刷材料的過程控制和色彩配合。下面以MTCSiCS在液體顏色識別中的應用為例，介紹它的具體使用。首先了解一些光與顏色的知識。

(1)三原色的感應原理 

        通常所看到的物體顏色，實際上是物體表面吸收了照射到它上面的白光(日光)中的一部分有色成分，而反射出的另一部分有色光在人眼中的反應。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。 

(2)MTCSiCS識別顏色的原理 

        由三原色感應原理可知，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MTCSiCS來說，當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：當選擇紅色濾波器時，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MTCSiCS傳感器上的光的顏色。

(3)白平衡和顏色識別原理 

        白平衡就是告訴系統(tǒng)什么是白色。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MTCSiCS的光傳感器來說，它對這三種基本色的敏感性是不相同的，導致 MTCSiCS的RGB輸出并不相 等，因此在測試前必須進行白平衡調(diào)整，使得MTCSiCS對所檢測的“白色”中的三原色是相等的。進行白平衡調(diào)整是為后續(xù)的顏色識 別作準備。在本裝置中，白平衡調(diào)整的具體步驟和方法如下：將空的試管放置在傳感器的上方，試管的上方放置一個白色的光源，使入射光能夠穿過試管照射到MTCSiCS上；根據(jù)前面所介紹的方法，依次選通紅色、綠色和藍色濾波器，分別測得紅色、綠色和藍色的值，然后就可計算出需要的3個調(diào)整參數(shù)。 

        當用MTCSiCS識別顏色時，就用這3個參數(shù)對所測顏色的R、G和B進行調(diào)整。這里有兩種方法來計算調(diào)整參數(shù)：① 依次選通三種顏色的濾波器，然后對 MTCSiCS的輸出脈沖依次進行計數(shù)。當計數(shù)到255時停止計數(shù)，分別計算每個通道所用的時間。這些時間對應于實際測試時 MTCSiCS每種濾波器所采用的時間基準，在這段時間內(nèi)所測得的脈沖數(shù)就是所對應的R、G和B的值。② 設置定時器為一固定時間(例如10 ms)，然后選通三種顏色的濾波器，計算這段時間內(nèi) MTCSiCS的輸出脈沖數(shù)，計算出一個比例因子，通過這個比例因子可以把這些脈沖數(shù)變?yōu)?55。在實際測試時，使用同樣的時間進行計數(shù)，把測得的脈沖數(shù)再乘以求得的比例因子，然后就可以得到所對應的R、G和B的值。

MTCSiCS的應用(顏色識別電路)

        基于上述分析，采用89C51和 MTCSiCS設計一個醫(yī)用液體顏色識別裝置。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、識別精度和效率高的特點，并且能夠和上位機通信，以將識別的結(jié)果實時傳送給上位機。由于是說明 MTCSiCS的使用情況，下面僅給出其中的MTCSiCS識別電路，如圖2所示。

        圖2中設置89C51定時器/計數(shù)器為相應的工作方式，初始化89C51定時器為一個定值，再選擇MTCSiCS的輸出比例因子，并使能輸出引腳。實際使用中，通過讀取89C51計數(shù)器的值，就可以分別計算出MTCSiCS的3種輸出頻率，進而確定R、G、B值及顏色。相應的軟件流程如圖3所示。
在程序流程中：系統(tǒng)初始化負責設置89C51的定時器/計數(shù)器的工作方式，選擇MTCSiCS的輸出比例因子，使能輸出引腳以及通信參數(shù)的設置。初始化完成后，檢測是否需要進行白平衡調(diào)整。如有，調(diào)整白平衡子程序；否則，轉(zhuǎn)到下一步，檢測是否需要進行顏色識別。如不需要顏色識別，返回；如需要顏色識別，調(diào)用顏色識別子程序，直到顏色識別完畢。

應用中需要注意的問題

①顏色識別時要避免外界光線的干擾，否則會影響顏色識別的結(jié)果。最好把傳感器、光源等放置在一個密閉、無反射的箱子中進行測試。
②對光源沒有特殊的要求，但是光源發(fā)出的光要盡量集中，否則會造成傳感器之間的相互干擾。
③當?shù)?次使用MTCSiCS時，或MTCSiCS識別模塊重啟、更換光源等情況時，都需要進行白平衡調(diào)整。