專利名稱：色彩傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種色彩檢測裝置，具體涉及一種色彩傳感器，應用于一般 工業生產中的顏色測量與識別。
背景技術：
隨著現代工業化生產向髙速化、自動化方向的發展，生產過程中長期以 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色彩傳感器所 替代。例如圖書館使用不同顏色對文獻進行分類，能夠提高排架管理和統 計等工作效率；在包裝行業，產品包裝利用不同的顏色或裝潢表示其不同的 性質或用途；此外，色彩傳感器在涂料、紡織品和化妝品制造，以及醫療方 面也有著廣泛的應用。
現有的色彩傳感器比較少見，直到最近隨著微電子技術的發展，彩色
CCD作為圖像傳感器應用于工業、民用與特殊領域。然而，由于彩色CCD
并不是作為色彩傳感器而使用的，要得到對象的色彩信息還要經過復雜的信
號處理。TAOS(Texas Advanced Optoelectronic Solutions)公司最新推出的色
彩傳感器TCS230,能夠實現顏色的識別與檢測。TCS230把可配置的硅光電
二極管與電流頻率轉換器集成在一個單一的CMOS電路上，同時在單一芯片
上集成了紅綠藍(RGB)三種濾光器；其輸出信號是數字量，因而無需外接額
外的A/D轉換電路。然而這種基于三基色檢測的色彩傳感器的局限性會在光
強度較低的應用中顯現出來，且該色彩傳感器的價格昂貴，難以推廣應用。
另一種常用的色彩檢測儀器是分光光度色度計，其基本原理是利用不同波長
的光源照射被測物體，通過檢測穿過或從被測物體反射回來的光通量，并進
行一定的數據處理后得到檢測結果。該儀器的精度和分辨率均很高，但對于
使用環境有著較為嚴格的要求，因此該儀器一般用于實驗室分析，不適用于 工業生產中的顏色測量與識別。
發明內容
本發明的目的是提供一種價格低廉的色彩傳感器，以應用于一般工業生產中的顏色測量與識別。
為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是 一種色彩傳感器，包 括能分別提供至少2種顏色相異的光的照射光源、光電傳感器、具有A/D轉 換功能的微控制器、顯示組件、光源控制電路和通信接口；所述微控制器通 過光源控制電路與所述照射光源連接，所述微控制器通過光電傳感器接收所 述照射光源照射在待測物體上產生的反射光的光強信號，所述顯示組件與所 述微控制器連接；所述通信接口與所述微控制器連接。
上文中，所述微控制器通過光源控制電路與所述照射光源連接，是為了 控制產生多個顏色相異的單色光源以便進行測量；所述微控制器通過光電傳 感器接收所述照射光源照射在待測物體上產生的反射光的光強信號，是指采 用照射光源對待測物體進行照射，利用光電傳感器檢測待測物體的反射光強 度，再轉化為電信號輸送給微控制器；所述顯示組件是現有技術，可以采用 LED顯示、數碼管顯示或者液晶顯示器等等。在檢測待測物體之前，需要對 具有標準顏色的標準檢測樣本進行標定，標準檢測樣本的數量和顏色根據實 際應用情況確定。所述通信接口是現有技術，可以將檢測結果以規定格式傳 送給其它的設備。
所述照射光源的產生可以有以下幾種方法(1)采用白色光源+濾色片； (2)采用白色光源+分光棱鏡；(3)采用不同顏色的發光器件，例如多個單色光 LED; (4)采用能夠輪流發出不同顏色光的單個LED。
優選的技術方案，所述照射光源為LED發光器件。此外，可以采用多 個同一顏色的照射光源并列設置，利用無影燈的原理，以提髙光線的均勻性， 減少外界光線的干擾。
優選的技術方案，所述光電傳感器為光敏三極管。所述光電傳感器是現 有技術，也可以采用常規的光敏二極管、光敏電阻或光電池。
本發明同時同求保護一種色彩檢測方法，包括如下步驟
(1) 利用照射光源產生的至少2種顏色相異的光分別照射至少2個標準 檢測樣本，通過光電傳感器接收照射在標準檢測樣本上的反射光的光強信 號，得到至少2個標準檢測樣本的檢測數據；
(2) 再利用照射光源產生的至少2種顏色相異的光分別照射待測物體， 通過光電傳感器接收照射在待測物體上的反射光的光強信號，得到待測物體的檢測數據；
(3)分別將步驟(1)中的標準檢測樣本的檢測數據和步驟(2)中的待測物 體的檢測數據進行離差平方和計算，并比較大小，其中最小值所對應的標準 檢測樣本的顏色即為待測物體的顏色。
上文中，所述步驟(l)相當于傳感器標定，可由生產廠商事先做好。
本發明的工作原理如下采用不同波長(顏色)的照射光源對待測物體 進行照射，同時利用光電傳感器檢測待測物體的反射光強度，由于不同顏色 的待測物體表面對于不同波長的光線反射強度是不一樣的，因此根據對于不 同波長的照射光的檢測結果，就能夠判斷出待測物體的顏色。在進行正式檢 測前，需要先進行標定，即先將每個標準檢測樣本在不同波長的照射光下進 行照射，然后記錄檢測光的強度；對待測物體進行檢測時，將檢測數據與樣本數據進行 對比，取與標準檢測樣本最為接近的數據所對應的顏色作為檢測結果。
以兩個標準檢測樣本(紅色、綠色)的情況為例，分別用紅色和綠色光 源照射標準檢測樣本，并檢測標定標準檢測樣本的反射光強度，可以分別得 到相應的兩組檢測數據
C1 = [C11， C21，C2=[C12， C22
再分別用紅色和綠色光源照射待測物體，得到一組檢測數據 S=[S1， S2
定義待測物體顏色與標準檢測樣本顏色的距離如下 Dl2= (Sl國Cll) 2 + (S2-C21)2 D22 = (S1-C12) 2+ (S2-C22) 2
如果DKD2，則判定待測物體顏色為紅色(CI);反之，則判定待測物 體顏色為綠色(C2)。
對于一般情況，設標準檢測樣本數為ii，對標準檢測樣本進行照射的光 源種類(波長)數為m。則可以得到n個標準檢測樣本CI, C2...， Cii的檢 測數據為
C1 = [C11，…，Cml
C2=[C12，…，Cm2
Cn=Cln,…，Cmn再分別用m個進行標定的光源照射待測物體，得到一組檢測數據.-S=[S1,…，Sm]
分別計算待測物體顏色與標準檢測樣本顏色的距離 Dl2= (Sl-Cll) 2+ (S2-C21) 2+...+ (Sm-Cml) 2 D22 = (S1-C12) 2+ (S2-C22) 2+ + (Sm誦Cm2) 2
Dn2= (Sl-Cln) 2+ (S2-C2n) 2+...+ (Sm-Cmn) 2 比較Dl， D2， ...Dn，取其中最小者所對應的標準檢測樣本顏色，即為 待測物體顏色的測量結果。
由于上述技術方案的采用，與現有技術相比，本發明具有如下優點
1. 本發明利用照射光源、光電傳感器和微控制器等器件制備了色彩傳 感器，可以準確地檢測待測物體的顏色，可以應用于一般工業生產中的顏色 測量與識別。
2. 本發明對于顏色的識別準確度較髙，且操作方便、結構簡單，成本 較低，適于推廣應用。
圖1是本發明實施例一的組成結構示意圖
圖2是本發明實施例一中具有2個LED照射光源的檢測示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步描述 實施例一
參見附圖1 2所示， 一種色彩傳感器，包括能分別提供至少2種顏色相 異的光的照射光源、至少2個標準檢測樣本、光電傳感器、具有A/D轉換功 能的微控制器、顯示組件、光源控制電路和通信接口；所述微控制器通過光 源控制電路與所述照射光源連接，所述微控制器通過光電傳感器接收所述照 射光源照射在標準檢測樣本或待測物體上產生的反射光的光強信號，所述顯 示組件與所述微控制器連接，所述通信接口與所述微控制器連接。所述照射 光源為LED發光器件；所述光電傳感器為光敏三極管。
6上文中，所述微控制器通過光源控制電路與所述照射光源連接，是為了 控制產生多個顏色相異的單色光源以便進行測量；所述微控制器通過光電傳 感器接收所述照射光源照射在待測物體上產生的反射光的光強信號，是指采 用照射光源對待測物體進行照射，利用光電傳感器檢測待測物體的反射光強 度，再轉化為電信號輸送給微控制器；所述顯示組件是現有技術，可以采用 LED顯示、數碼管顯示或者液晶顯示器等等。在檢測待測物體之前，需要對 具有標準顏色的標準檢測樣本進行標定，標準檢測樣本的數量和顏色根據實 際應用情況確定。
圖2是一個只使用2個LED光源(具體發光顏色要根據被測目標顏色 確定，目前市場上能夠買到的單色光LED有紅、綠、藍、黃四種顏色)和 一個光電傳感器接收反射光信號的系統，可以用于簡單色彩的檢測與識別。 該系統的工作原理如下由微控制器(MCU)使L1點亮照射目標，然后檢 測光電傳感器的接收信號；再使L2點亮，然后檢測光電傳感器的接收信號， 得到兩個檢測數據；根據這兩個檢測數據可以計算出與標準檢測樣本之間的 離差平方和，其中較小的離差平方和所對應的標準檢測樣本的顏色就是檢測 結果。檢測結果可以通過通信接口傳送至其它設備。利用該色彩傳感器可以 制作針對蔬菜水果色澤的自動檢測裝置。在工業生產線、物流輸送過程中可 以對不同性質的物體貼上不同顏色的標志，然后利用本色彩檢測裝置進行檢 測和分別處理，例如貨物分揀等。此裝置可以消除人為判別所造成的誤差。
權利要求
1.一種色彩傳感器，其特征在于包括能分別提供至少2種顏色相異的光的照射光源、光電傳感器、具有A/D轉換功能的微控制器、顯示組件、光源控制電路和通信接口；所述微控制器通過光源控制電路與所述照射光源連接，所述微控制器通過光電傳感器接收所述照射光源照射在待測物體上產生的反射光的光強信號，所述顯示組件與所述微控制器連接；所述通信接口與所述微控制器連接。
2. 根據權利要求1所述的色彩傳感器，其特征在于所述照射光源為 LED發光器件。
3. 根據權利要求1所述的色彩傳感器，其特征在于所述光電傳感器 為光敏三極管。
4. 一種色彩檢測方法，其特征在于，包括如下步驟(1) 利用照射光源產生的至少2種顏色相異的光分別照射至少2個標準 檢測樣本，通過光電傳感器接收照射在標準檢測樣本上的反射光的光強信 號，得到至少2個標準檢測樣本的檢測數據；(2) 再利用照射光源產生的至少2種顏色相異的光分別照射待測物體， 通過光電傳感器接收照射在待測物體上的反射光的光強信號，得到待測物體 的檢測數據；(3) 分別將步驟(1)中的標準檢測樣本的檢測數據和步驟(2)中的待測物 體的檢測數據進行離差平方和計算，并比較大小，其中最小值所對應的標準 檢測樣本的顏色即為待測物體的顏色。
全文摘要
本發明公開了一種色彩傳感器，包括能分別提供至少2種顏色相異的光的照射光源、光電傳感器、具有A/D轉換功能的微控制器、顯示組件、光源控制電路和通信接口；所述微控制器通過光源控制電路與所述照射光源連接，所述微控制器通過光電傳感器接收所述照射光源照射在待測物體上產生的反射光的光強信號，所述顯示組件與所述微控制器連接；所述通信接口與所述微控制器連接。本發明可以準確地檢測待測物體的顏色，可以應用于一般工業生產中的顏色測量與識別；且操作方便、結構簡單，成本較低，適于推廣應用。
文檔編號G01J3/50GK101586984SQ200910033720
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月2日 優先權日2009年6月2日
發明者王富東 申請人:蘇州大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
