RGB色彩傳感器工作原理及應(yīng)用方案分析（上）
盡管人眼區(qū)分色彩的能力非常強(qiáng)，但不同的人在描述同一色彩時(shí)會(huì)有所不同，這意味著在要求精確的色彩檢測(cè)和管理的應(yīng)用中，口頭描述是不夠的。更好的解決方案是使用充分校準(zhǔn)的色彩傳感設(shè)備，以數(shù)字方式描述色彩。這些設(shè)備包括昂貴的實(shí)驗(yàn)室級(jí)分光光譜儀到經(jīng)濟(jì)的RGB色彩傳感器(如安華高科技生產(chǎn)的色彩傳感器)。安華高科技擁有各種色彩傳感器，為當(dāng)前許多實(shí)際色彩傳感和測(cè)量應(yīng)用提供了實(shí)用的解決方案。本文的目標(biāo)是考察色彩感知、測(cè)量和規(guī)格、以及怎樣應(yīng)用色彩傳感器生成的數(shù)據(jù)。最后，本文討論了安華高科技的RGB色彩傳感器產(chǎn)品及其怎樣為各種色彩傳感應(yīng)用服務(wù)。 色彩的感知在進(jìn)入電子設(shè)備怎樣傳感色彩的理論之前，有必要了解人類是怎樣感知色彩的。色彩是光源、物體和觀察者之間交互的結(jié)果。在反射的光中，落在一個(gè)物體上的光會(huì)被反射或吸收，具體取決于表面特點(diǎn)，如反射系數(shù)和透射情況。例如，紅紙會(huì)吸收光譜中大多數(shù)帶綠色的部分和帶藍(lán)色的部分，同時(shí)反射光譜中帶紅色的部分，因此對(duì)觀察者會(huì)表現(xiàn)為紅色。在自己發(fā)光的物體中，其原理相同：光會(huì)到達(dá)人眼，然后由眼睛的接受器進(jìn)行處理，由神經(jīng)系統(tǒng)和大腦進(jìn)行解釋。 人類視覺(jué)系統(tǒng)可以檢測(cè)到從大約400nm(紫色)到大約700nm(紅色)的電磁光譜，可以適應(yīng)變化廣泛的照明度和大量的色彩飽和度(純粹的顏色在白色中所占的比例)。雖然桿狀細(xì)胞是能夠在廣泛的照明度上工作、并對(duì)變化提供快速響應(yīng)的光傳感器元件，但這些桿狀細(xì)胞卻無(wú)法檢測(cè)色彩。稱為錐狀細(xì)胞的光傳感器元件提供高分辨率的色彩圖像。共有三個(gè)錐狀細(xì)胞，在不同波長(zhǎng)上實(shí)現(xiàn)峰值靈敏度，其分別是紅色(580nm)、綠色(540nm)和藍(lán)色(450nm)?？梢暪庾V內(nèi)任何波長(zhǎng)的光都將會(huì)在不同程度上刺激這三類錐狀細(xì)胞中的一個(gè)或多個(gè)單元，我們感覺(jué)到的色彩則是我們的視覺(jué)神經(jīng)和大腦處理的信息。 很明顯，擁有正常色彩視覺(jué)的人在看到波長(zhǎng)組合相同的光時(shí)，基本上會(huì)感覺(jué)到相同的色彩?？茖W(xué)試驗(yàn)表明，人類可以區(qū)分非常細(xì)微的色彩差異，估計(jì)最高可以達(dá)到1000萬(wàn)種，問(wèn)題是我們沒(méi)有足夠的詞來(lái)描述所有這些有著細(xì)微差異的色彩。 色彩測(cè)量的原理圖1.1顯示了與使用儀器或傳感器進(jìn)行色彩測(cè)量相比，人眼檢測(cè)色彩的基本原理。傳感設(shè)備可以是高端設(shè)備，如分光光譜儀或英國(guó)國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)校準(zhǔn)的攝像機(jī)，也可以是低端設(shè)備，如RGB色彩傳感器等。 測(cè)量?jī)x器通常分為兩大類：色度分析方法和測(cè)光方法。在使用色度分析方法時(shí)，設(shè)備使用具有三個(gè)濾波器的傳感器測(cè)量來(lái)自物體的光(圖1.1b)。正常情況下，傳感器廓線經(jīng)過(guò)優(yōu)化，因此與人眼響應(yīng)非常相似。輸出采用CIE三重刺激值表示：X, Y, Z。 測(cè)光方法(圖1c)使用各種各樣的傳感器，在大量的窄波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)量色彩。然后，儀器的微電腦通過(guò)對(duì)得到的數(shù)據(jù)求積分，計(jì)算三重刺激值。 安華高科技的色彩傳感器(圖1d)是三濾波器設(shè)備，提供了色度分析測(cè)量功能。傳感器輸出由電壓輸出VR, VG,和VB或模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換后的R, G和B數(shù)字值組成。
圖1a |
圖1b |
圖1c |
圖1d |
圖1.2: 采用光到模擬電壓轉(zhuǎn)換的色彩傳感器 |
圖1.3: 反射的光的顏色取決于表面反射的顏色和吸收的顏色。 |
圖1.4: 傳感器的R, G和B 輸出取決于落在傳感器上的光的顏色。 |
圖1.5: 透明介質(zhì)的色彩傳感，如色彩濾波器、液體或氣體。 |
