RGB色彩传感器工作原理及应用方案分析

文章摘要：光到模拟电压色彩传感器由色彩滤波器后面的光电二极管阵列与整合的电流到电压转换电路(通常是跨阻抗放大器)组成，如图1.2所示。落在每个光电二极管上的光转换成光电流，其幅度取决于亮度及入射光的波长(由于色彩滤波器)。 图1.2: 采用光到模拟电压转换的色彩传感器 如果没有色彩滤波器，典型的硅光电二极管会对从超紫色区域直到可视区域的波长作出响应，在光谱接近红外线的部分，峰值响应区域位于800nm和950nm之间。红色、绿色和蓝色透射色彩滤波器将重塑和优化光电二极管的光谱响应。正确设计的滤波器将对模仿人眼的滤波后的光电二极管阵列提供光谱响应。三个光电二极管中的每个光电二极管的光电流会使用电流到电压转换

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光到模拟电压色彩传感器由色彩滤波器后面的光电二极管阵列与整合的电流到电压转换电路(通常是跨阻抗放大器)组成，如图1.2所示。落在每个光电二极管上的光转换成光电流，其幅度取决于亮度及入射光的波长(由于色彩滤波器)。

图1.2: 采用光到模拟电压转换的色彩传感器

如果没有色彩滤波器，典型的硅光电二极管会对从超紫色区域直到可视区域的波长作出响应，在光谱接近红外线的部分，峰值响应区域位于800nm和950nm之间。红色、绿色和蓝色透射色彩滤波器将重塑和优化光电二极管的光谱响应。正确设计的滤波器将对模仿人眼的滤波后的光电二极管阵列提供光谱响应。三个光电二极管中的每个光电二极管的光电流会使用电流到电压转换器，转换成VRout、VGout和VBout。

有两种色彩传感模式：反射传感和透射传感。

反射传感

在反射传感中，色彩传感器检测从某个表面或对象反射的光，光源和色彩传感器都放在目标表面附近。来自光源(如白炽灯或荧光灯、白色LED或校准后的RGB LED模块)的光弹跳离开表面，被色彩传感器测得。反射离开表面的色彩与表面的颜色有关。例如，白光入射到红色表面上，会反射为红色。反射的红光撞击色彩传感器，产生R, G和B输出电压。通过解释三个电压，可以确定色彩。由于三个输出电压与反射光的密度线性提高，因此色彩传感器还可以测量表面或物体的反射系数。

图1.3: 反射的光的颜色取决于表面反射的颜色和吸收的颜色。

透射传感

在透射工作模式下，传感器朝向光源。色彩传感器搭配滤波器的光电二极管阵列将入射光转换成R, G和B光电流，然后放大并转换成模拟电压。由于所有三个输出都会随着光密度提高而线性提高，因此传感器可以同时测量光的颜色和总密度。

可以使用透射传感，确定透明介质的颜色，如玻璃和透明塑料、液体和气体。在这种应用中，光穿过透明介质，然后撞击在色彩传感器上。透明介质的颜色取决于对色彩传感器电压的理解。

图1.4: 传感器的R, G和B 输出取决于落在传感器上的光的颜色。

图1.5: 透明介质的色彩传感，如色彩滤波器、液体或气体。

解释色彩传感器值

可以使用色彩传感器的三个模拟输出电压直接控制硬件，或转换成数字值，从而数字处理器能够分析数据。然后可以从这些数字值中获得色彩和亮度信息。

描述色彩和亮度有两种方法。

a) 矩阵方法

如果需要区分多种色彩，那么适合采用这种方法。这种方法基于下面给出的矩阵：

其中X, Y, Z代表CIE三重刺激值，RGB代表色彩传感器的数字值。

将测量已知的参考色彩集合，对每个标准X, Y, Z值获得R, G, B 传感器值。矩阵系数C00, C01, C02, C10, C11, C12, C20, C21和C22从这些已知标准值中确定。一旦确定了这些矩阵系数，那么可以从R, G,和B 数字传感器值中计算得出未知色彩的X, Y, Z值。

b) 查表方法

如果要区分少量的参考色彩，适合采用这种方法。首先，在校准过程中获得每个色彩的参考色彩传感器值，其中包括亮度信息。必须确定亮度信息是否重要。如果亮度信息重要，理解中会使用实际色彩传感器值。

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