色彩传感器及其应用.doc

色彩传感器及其应用 南京农业大学 朱冲 【摘要】颜色传感器在工业、生产自动化和办公自动化中都有很大用处，介绍了影响颜色检测准确度的几个参数，阐述了颜色传感器发展的难点。还介绍了目前传感器发展的两个主要方向，显示了颜色传感器在工业自动化进步中所发挥的积极作用。 【关键词】:颜色识别;颜色传感器;信号处理 Color sensor and its application The color sensor is very useful in industrial automation,Introduces several parameters influencing the accuracy of color detection,This paper expounds the difficulties in the development of color sensor.This paper introduces the current two main direction of sensor development.Display the positive role of color sensor in industrial automation in progress. 【Key word 】:color discrimination Color sensor signal processing 引言 在色彩电子设备出现以前，人类是靠眼睛来感知色彩的。人眼睛能辨别物象本体的明暗看到物件的立体程度。慢慢出现了色彩传感器电子设备，它能代替人眼感知色彩，而且鄙人更能区分非常细微的色彩差异，色彩传感器电设备可以辨别达到1000万种的色彩差异。颜色检测和颜色变化的识别在终端设备上起着极其重要的作用，比如色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；也在工业应用中起着重要作用，例如，在工业方面可用来监测生产流程及产品质量；在电子翻印方面可用于实现颜色的真实复制而不受环境温度、湿度、纸张以及调色剂的影响；在商品包装中，通过对一包装纸两相邻标签颜色的探测可实现自动控制，在自动颜色计数中可自动统计各种颜色的数目。色彩传感器系统的复杂性在很大程度上取决于其确定色彩的波长谱带或信号通道的数量。此类系统从相对简单的三通道色度计到多频带频谱仪种类繁多。本文就某一色彩传感器谈论其原理及应用。 2.色彩传感器的工作原理 色彩传感器分为三种不同类型:光到光电流转换，光到模拟电压转换，光到数字转换。前者通常只代表实际色彩传感器的输入部分，因为原始光电流的幅度非常低，总是要求放大，以将光电流转换成可用的水平。所以，最实用的模拟输出色彩传感器至少会有一个跨阻抗放大器，并提供电压输出。 2.1光到光电流转换器原理 光到光电流转换器由光电二极管或具有色彩滤波器的光电二极管组成，光电二极管和发光二极管相似，核心也是p- n结，但光电二极管是把光能转为电能的转换器。 在光电二极管外壳上有一个能让光照射到光敏区的窗口，光电二极管工作在反向电压下。无光照时，反向偏置的p- n结中只有微弱的反向漏电流一暗电流通过。当有光子能量大于p- n结半导体材料禁带宽度的光波照射时，p- n结各区域中的价电子吸收光子能量后，将挣脱束缚而成为自由电子，同时产生一个空穴，这些由光照产生的自由电子和空穴称为光生载流子。在远离耗尽层的p区和n区中，因电场强度弱，光生载流子只能作扩散运动，在扩散过程中因复合而消失，不可能形成光电流。而耗尽层中由于电场强度大，光生自由电子和空穴将在电场力作用下以很大速度分别向n区和p区运动，并到达电极沿外电路运动，形成光电流。方向由光电二极管的负极到正极。将光转换成光电流。可以使用外部电路，将光电流转换成成比例的电压输出，然后可以通过模拟数字转换器将电压转换成数字格式，输送到微控制器中。感测色彩的传统做法是采用把三至四个光电二极管组合在一块芯片上的结构，而将红、绿、蓝滤色器置于光电二极管的表面(通常将两个蓝滤色器组合在一起以补偿硅片对于蓝光的低灵敏度)。独立的跨阻抗放大器将每个光电二极管的输出馈送到具有8}t2位典型分辨率的A/D转换器中。 所以光到光电流转换器适合要求响应时间短、定制增益和速度调节及在光线变化条件下工作的应用。 2.2光到模拟电压转换器原理 光到模拟电压转换器由搭配色彩滤波器的光电二极管阵列组成，并整合一个跨阻抗放大器。要求使用外部电路，将模拟电压转换成数字输出，然后才能输送到数