【正文】 .... 39 ...................................................................... 40 致謝 ............................................................................. 40 參考文獻(xiàn) ......................................................................... 41 陜 西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 2 附錄 I 程序代碼 ................................................................... 43 附錄 II電路總圖 .................................................................. 48 附錄 III 實(shí)物圖 ................................................................... 49 附錄 IV整體圖 .................................................................... 50 顏色識(shí)別系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 3 1 緒 論 研究背景 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向高速化、自動(dòng)化方向的發(fā)展，顏色識(shí)別廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)檢測(cè)和自動(dòng)控 制領(lǐng)域，而生產(chǎn)過程中長(zhǎng)期以來由人眼起主導(dǎo)作用的顏色識(shí)別工作將越來越多地被相應(yīng)的顏色傳感器所替代。如：各種物體表面顏色識(shí)別（產(chǎn)品包裝色標(biāo)檢測(cè)，產(chǎn)品外表特征顏色的檢測(cè)，液體溶液顏色變化過程的檢測(cè)與控制，等等）。目前的顏色傳感器通常是在獨(dú)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(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理，才能將顏色信號(hào)識(shí)別出來；有的將兩者集合起來，但是輸出模擬信號(hào)，需要一個(gè) A/D 電路進(jìn)行采樣，對(duì)該信號(hào)進(jìn)一步處理，才能進(jìn)行識(shí)別，增加了電路的復(fù)雜性，并且存在較大的識(shí)別誤差，影響了識(shí)別的效果。而 TCS3200 顏色傳感器是美國 TAOS公司生產(chǎn)的一種可編程并且能實(shí)現(xiàn)彩色光到頻率轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器，比市面上見到的光轉(zhuǎn)電壓顏色檢測(cè)儀器在性能上有更多的優(yōu)勢(shì)。 TCS3200 它對(duì)光的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍大 ， 標(biāo)準(zhǔn)輸出頻率范圍為 2Hz～ 500kHz， TCS3200 有兩個(gè)可編程的引腳，使用者可以對(duì) 100%、 20%、2%或者是動(dòng)力關(guān)閉模塊的輸出量程進(jìn)行選擇使用。 TCS3200在不需要 DCS系統(tǒng) 的情況下，給每個(gè)彩色通道至少能提供 10 字節(jié)的分辨。 TCS3200 可以用于彩色打印機(jī)、醫(yī)療診斷、LED 檢測(cè)、液體顏色識(shí)別、電腦彩色監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)、顏色產(chǎn)品加工控制、 和油漆、紡織品、化裝品及打印材料的彩色搭配等顏色檢測(cè)產(chǎn)品。 顏色識(shí)別及顏色傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 顏色傳感器也叫色彩識(shí)別傳感器。 標(biāo)準(zhǔn)的顏色測(cè)量方法是采用光譜光度測(cè)色儀 ,通過測(cè)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(shí)別傳感器有兩種基本類型 : 其一是 RGB(紅綠藍(lán) ) 顏色傳感器 , 檢測(cè)的是三刺激值 。 其二是色差傳感器 ,檢測(cè)被測(cè)物體與標(biāo)準(zhǔn)顏色的色差。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 。 顏色識(shí)別技術(shù)的研究成果 （ 1) 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(shí)別與檢測(cè)，色彩傳感器具有高精度 3 色測(cè)量 (CIE)，是測(cè)量光源系統(tǒng)的出色解決方案，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(hào)反饋的信息控制并達(dá)到相應(yīng)的 Yxy值。陜 西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 4 相比別的傳感器，在溫度變化的情況下， MAZET 的傳感器性能不變，甚至在溫度或者能量很高的情況下、 MAZET 的傳感器也不會(huì)有任何老化。 MTCSiCS 的輸出信號(hào)是數(shù)字量，可以驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)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)崿F(xiàn)每個(gè)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(jiǎn)單。當(dāng)入射光投射到 MTCSiCS 上時(shí)，通過光電二極管控制引腳 S 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(qiáng)對(duì)應(yīng)不同頻率的方波；還可以通過輸出定標(biāo)控制引腳 S0、 S1，選擇不同的輸出比例因子，對(duì)輸出頻率范圍進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的需求。 （ 2) 德國 ELTROTEC 色標(biāo)傳感器可以檢測(cè)出顏色的差異， ELTROTEC 色標(biāo)檢測(cè)器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗背景干擾能 力強(qiáng)。即使顏色上的細(xì)微差異或高光澤目標(biāo)物也能夠被 ELTROTEC 檢測(cè)到，產(chǎn)品被廣泛的運(yùn)用于包裝機(jī)械和印刷機(jī)械，造紙機(jī)械等自控系統(tǒng)中。 ELTROTEC 色標(biāo)檢測(cè)器適用于必須快速和準(zhǔn)確檢測(cè)色標(biāo)或其他用顏色對(duì)比作記號(hào)的場(chǎng)合。在 30 多種不同的灰度等級(jí)中，色標(biāo)檢測(cè)器可檢測(cè)所有類型的色標(biāo)標(biāo)記，可給不同的用戶界面提供多種對(duì)比度檢測(cè)技術(shù)，以滿足廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，是業(yè)界最佳的色彩辨識(shí)儀器。 （ 3) FT50C1顏色傳感器：自 2021 年，通過測(cè)試開始投入應(yīng)用至今 FT50C1一直得到廣泛應(yīng)用。該傳感器使用直徑 4mm 的圓光斑。適 合用于分選包裝或檢測(cè)不同類型的標(biāo)簽。 FT50C2顏色傳感器：使用 2mm 的正方形光斑。適合于檢測(cè)非常微小的物體。典型應(yīng)用是：檢測(cè)小部件或檢測(cè)細(xì)致的儀器。 FT50C3顏色傳感器：使用 1mm*5mm 的長(zhǎng)方形光斑。專為檢測(cè)長(zhǎng)方形物體而設(shè)計(jì)。典型應(yīng)用為：檢測(cè)導(dǎo)管內(nèi)半導(dǎo)體芯片的缺失和正確順序。 （ 4） CS顏色檢測(cè)器利用三色光方法鑒別顏色。 CS 顏色檢測(cè)器可以發(fā)射多種光譜組合，從而代替了傳統(tǒng)的接收端濾式寬帶光譜（易受周圍光線影響）。被檢測(cè)物體的反射光線被接收并被數(shù)字化，通過集成的微處理器進(jìn)行運(yùn)算和標(biāo)準(zhǔn)化。所有的紅、綠 、藍(lán)（ RGB）波長(zhǎng)范圍包括所有必要色度、飽和度和亮度等信息都被包括在最后的信號(hào)值中。這些測(cè)量與保存的參考值在數(shù)微秒內(nèi)進(jìn)行比較，根據(jù)結(jié)果，改變開關(guān)輸出的狀態(tài)。顏色檢測(cè)器可利用接收光和發(fā)射光的顏色檢測(cè)而鑒別物體 例如透明物體或液體。根據(jù)工作需要，可以通過自學(xué)習(xí)模式存儲(chǔ)一個(gè)或三個(gè)顏色參考值。因?yàn)轭伾珯z測(cè)器對(duì)周圍光線極顏色識(shí)別系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 5 度不敏感，所以檢測(cè)的可靠性不會(huì)被進(jìn)入傳感器一端的反映或光線影響。 國內(nèi)顏色傳感器的研究成果與動(dòng)態(tài) （ 1） 四川火狐公司推出的 MCS 顏色傳感器是最小的三原色傳感器，由三個(gè) SiPIN光電管以及在片濾波器集成在一起的，每個(gè)光電管都各自有三種顏色之一的濾波器。它具備小尺寸設(shè) 計(jì)，高質(zhì)量濾波器和三種顏色同步記錄的特點(diǎn)。三個(gè)不同區(qū)域的顏色識(shí)別響應(yīng)，類似于人眼。每個(gè)光電管對(duì)相應(yīng)光譜濾波器的顏色光最敏感，主要是紅色，綠色，藍(lán)色。對(duì)高動(dòng)態(tài)工業(yè)顏色應(yīng)用（允許信號(hào)頻率到 MHz 范圍），新的緊湊型顏色傳感器是首選，適合低價(jià)格快速信號(hào)處理。這種光電管的環(huán)型排列，適合輔助光纖測(cè)量信號(hào)的耦合。這些傳感器提供 TO5 和 SOP8 透明塑料或者玻璃封裝。 （ 2） 廣州創(chuàng)光電子有限公司 的 PDIC903B 顏色傳感器主要用來檢測(cè)環(huán)境亮度水平，并通過提供高度線性的成比例輸出，來調(diào)節(jié)顯示屏幕或鍵盤的背光?？蓭椭銛y式顯示設(shè)備降低功耗，延長(zhǎng) LCD屏幕的使用壽命。這些經(jīng)濟(jì)型傳感器可以根據(jù)制造商預(yù)先設(shè)定的模式來控制便攜式 LCD顯示器的背光。尺寸（寬 x長(zhǎng) x高） x 受光面積： 波長(zhǎng)范圍 :390700nm 峰值波長(zhǎng) :620nm\550nm\470nm(三色 )工作電壓： 靈敏度范圍： 3 lx80k lx 精確度：輸入電流 500mμ A時(shí)對(duì)數(shù)曲線上下偏差 3% 可提供樣品。廣泛應(yīng)用于：移動(dòng)設(shè)備 PDA、 移動(dòng)電話、筆記本電腦和數(shù)碼相機(jī)的鍵盤和顯示屏背光控制。 （ 3） 深圳市易創(chuàng)特自動(dòng)化設(shè)備 有限公司 推出的新一代數(shù)字顏色傳感器TCS3414CS，不但可以偵測(cè)顏色，同時(shí)還可以偵測(cè)色溫。其應(yīng)用主要是帶有液晶屏的數(shù)碼產(chǎn)品如液晶電視，可視 DVD，車載數(shù)碼產(chǎn)品，另外如筆記本電腦，手機(jī)， PMP 等移動(dòng)設(shè)備也都有應(yīng)用。其產(chǎn)品的低檔系列，以其優(yōu)良偵測(cè)精度和優(yōu)勢(shì)的價(jià)格，尤其適合玩具類等產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用。 （ 4） 上海精電電子設(shè)備有限公司研發(fā)生產(chǎn)的顏色識(shí)別傳感器、色標(biāo)傳感器系列產(chǎn)品，作為國內(nèi)最專業(yè)的光學(xué)測(cè)量及檢測(cè)設(shè)備研發(fā)及生產(chǎn)廠家特別在辨色識(shí)別，激光測(cè)距 ,光纖的技術(shù)上處于領(lǐng)先地位 ,運(yùn)用了當(dāng)今先進(jìn)的數(shù)字化背景抑制技術(shù) ,大 大提高了測(cè)量精度和抗干擾能力 ,因?yàn)橛羞@樣的特點(diǎn)，使得該公司產(chǎn)品在國內(nèi)市場(chǎng)有相當(dāng)占有率，依靠合理的價(jià)格更適合國內(nèi)市場(chǎng)的服務(wù)理念成為少數(shù)幾家能與國外頂級(jí)品牌抗衡的高科技企業(yè)。目前生產(chǎn)的超高功率 RGB 數(shù)字光纖傳感器在檢測(cè)時(shí)的方便性為一般傳感器望塵莫及， RGB 顏色傳感器利用數(shù)模轉(zhuǎn)換的高精度放大器，成為業(yè)界最佳的色彩辨識(shí)，即陜 西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 6 使顏色上的細(xì)微差異或高光澤目標(biāo)物也能夠輕易的檢測(cè)。 本論文的主要工作及意義 本文以色彩識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)為目的，采用 AT89C52 單片機(jī)為核心，利用 TCS3200 顏色傳感器和 LCD1602 建立 起來的。文中給出整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，包括，根據(jù)對(duì)三原色的感應(yīng)原理和 TCS3200 顏色傳感器識(shí)別顏色的原理的分析，設(shè)計(jì)出一個(gè)合適的可行的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。其次，利用 TCS3200 顏色傳感器，在合適的環(huán)境下，對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)，將測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。最后，將轉(zhuǎn)化后的數(shù)字量送到 AT89C52 單片機(jī)進(jìn)行處理，得到被測(cè)物體所包含的 RGB 三原色的顏色值，之后利用 LCD1602 顯示出來。 傳統(tǒng)的顏色識(shí)別依靠人眼進(jìn)行辨別，但是已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)高速化、自動(dòng)化的需要。對(duì)于顏色的識(shí)別，以前一般采用機(jī)器視覺， 利用計(jì)算機(jī)處理和分析圖像信息得出結(jié)論。但是由于整個(gè)系統(tǒng)比較復(fù)雜，需要處理的數(shù)據(jù)量非常大，很大程度上限制了識(shí)別的速度和精度，并且成本比顏色識(shí)別傳感器高幾倍，因此很快被市場(chǎng)淘汰。所以目前對(duì)于顏色的識(shí)別，一般采用顏色傳感器。 顏色傳感器在自動(dòng)化中發(fā)揮著積極的作用，在汽車制造、電子、包裝、印染、醫(yī)藥和化妝品等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。在線識(shí)別要求顏色傳感器具有自動(dòng)化程度高、速度快、檢測(cè)可靠、并且操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。國內(nèi)顏色傳感器技術(shù)還不夠成熟，一般采用傳統(tǒng)光源，體積較大，精度和穩(wěn)定性不高，因此，此次設(shè)計(jì)具有良好的應(yīng)用前景及實(shí)際 意義。 顏色識(shí)別系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 7 2 顏色識(shí)別及顏色傳感器技術(shù)介紹 顏色識(shí)別 正如我們所知道的那樣，色彩實(shí)際上是頻率連續(xù)的電磁波，理論上色彩是無限的，但是人們能分辨的色彩是有限的，而且存在著個(gè)體差異。專業(yè)人士在設(shè)計(jì)一個(gè)色彩識(shí)別系統(tǒng)的時(shí)候，會(huì)很仔細(xì)地以 5%甚至更小的區(qū)別來仔細(xì)調(diào)整色彩之間的比值。當(dāng)這些類似色并排在一起時(shí)，即使是沒有經(jīng)過訓(xùn)練的普通人，除了色盲以外，都能夠看出它們之間的區(qū)別。但是當(dāng)一個(gè)色彩識(shí)別系統(tǒng)被確定并且單獨(dú)展現(xiàn)時(shí)，普通人是無法區(qū)別出這5%有什么更大的差異的。因此大多數(shù)人會(huì)簡(jiǎn)單的將他們所看到的某個(gè)色彩歸類到他們 能用簡(jiǎn)單語言描述的一類顏色，比如紅、黃、白，或在這個(gè)基礎(chǔ)上加以設(shè)當(dāng)?shù)膮^(qū)分，比如橘黃，有點(diǎn)發(fā)白的橘黃等。這種普通人感知的色彩可以被看作圍繞著一個(gè)核心色的一個(gè)一個(gè)的區(qū)間，在這個(gè)區(qū)間中的所有顏色在色彩識(shí)別的時(shí)候，都會(huì)被看作是一種色彩。處于同一色彩識(shí)別區(qū)間的所有色彩盡管值不一樣，但是對(duì)于受眾而言是一樣的。 顏色識(shí)別算法 顏色 識(shí)別的應(yīng)用 在現(xiàn)今的工業(yè)化社會(huì)中，色彩識(shí)別被廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)之中， 如： 各種物體表面顏色識(shí)別（產(chǎn)品包裝色標(biāo)檢測(cè)，產(chǎn)品外表特征顏色的檢測(cè)，液體溶液顏色變化過程的檢測(cè)與控制，等等 ） 。又如：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；在品牌的形象設(shè)計(jì)和品牌推廣的競(jìng)爭(zhēng)中，色彩系統(tǒng)是一個(gè)比較重要的部分，設(shè)計(jì)師都會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間細(xì)致地調(diào)整不同色彩搭配之間的組合關(guān)系，以達(dá)到更好的視覺效果。 顏色 識(shí)別一般算法 （ 1) 色彩空間 通常所看到的物體的顏色 , 實(shí)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(yīng)。任何一種顏色都可以用三種基本顏色按照不同的比例混合得到。 這里介紹一種最典型的顏色模型 ,即 RGB模型。如 圖 21所示 ,在這個(gè)顏色模型中 , 3個(gè)軸分別為 R、 G、 B。原點(diǎn)對(duì)應(yīng)的為黑色 (0, 0, 0),離原點(diǎn)最遠(yuǎn)的頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)白色 (255, 255, 255)。 由黑到白的灰度分布在從原點(diǎn)到最遠(yuǎn)頂點(diǎn)間的連線上 , 正方體的其他六個(gè)角點(diǎn)陜 西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 8 分別為紅、 黃、綠、青、藍(lán)、和品紅。需要注意的一點(diǎn)是 ,RGB顏色模型所覆蓋的顏色域取決于顯示設(shè)備因光電的顏色特性。每一種顏色都有唯一的 RGB 值與它對(duì)應(yīng)。 R 紅B 藍(lán)G 綠品 紅白青黑黃 圖 21 RGB顏