基于RGB三基色原理的手持式色度儀的設計

1、基于rgb三基色原理的手持式色度儀的設計色彩傳感技術是現(xiàn)代色彩測量儀器核心技術之一，已進展為集光學、機械、于一體的系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產向高速化、方向的進展。對產品色彩的檢查和色彩品質的控制提出了嚴格的要求，用法色彩測量儀器也成為了對產品色彩舉行客觀評價的主要手段。在色彩的檢測與識別中，影響其精確度的參數(shù)有無數(shù)如照明光源、特性、接收部分、信號處理等，都會挺直影響到測量的結果。如何處理好這些參數(shù)從而得到精確的測量結果是目前的主要問題之一。目前在檢測中三基色(rgb)色彩傳感器應用較為廣泛，本文將介紹一種基于rgb三基色原理的手持式色彩檢測儀的實現(xiàn)辦法。1 測量系統(tǒng)結構及測量原理1所示，本系統(tǒng)主要

2、由色彩傳感器、照明光源、信號處理、和液晶顯示等部分組成。11 色彩傳感器rgb三基色傳感器是通過測量構成物體色彩的三基色的反射比率實現(xiàn)色彩檢測的，因為其精密度極高，所以能精確區(qū)分極其相像的色彩，甚至是相同色彩的不同色調。本設計計劃選用的是mcs系列的rgb三基色色彩傳感器。12 照明光源本設計要求的測量光譜范圍為380nm750nm，而白色光基本能夠籠罩此光譜范圍，因此挑選白色貼片發(fā)光照明。用白色光照明代替多種單色光模擬白光照明，從理論和詳細實踐上都能提高照明效果，并且簡化設計辦法。多個白色組成環(huán)形45°(照明)/0°(測量)環(huán)形照明系統(tǒng)。1.3 信號處理電路色彩傳感器的輸

3、出信號普通是納安級的極小，這給測量帶來了不便。首先，要將極小的電流信號轉換為信號，以便后續(xù)a/d轉換電路和單片機舉行處理，同時還要完成放大的過程。如何在盡量減小失真的狀況下完成光電流信號的轉換和放大，是測量工作中必需要解決的問題。131 微電流測量原理微電流信號源可以看作是內阻十分大的電流源is，具有接地端的微電流測量原理2所示。對于輸入阻抗和放大倍數(shù)均無窮大的抱負運算來講，輸出電壓v0=isrf。理論上，只要rf取得足夠大，即使電流is很小，也可得到較大的輸出電壓v0。事實上，輸入阻抗不是無窮大，電阻rf的增大要受到運算放大器輸入阻抗的限制?？紤]到偏置電流ib對被測電流is的分流，則v0=-

4、(is-ib)rf，假如ib大于is，則is無法測量。影響微電流測量敏捷度的首要因素是運算放大器的偏置電流ib，第二是噪聲電壓和零點漂移。要實現(xiàn)微電流測量，運算放大器要滿足：偏置電流ib被測電流is；輸入阻抗ri反饋電阻rf；增益、共模抑制比高；失調電壓及漂移??；噪聲小。1.3.2 電路分析和設計在器件挑選方面，運放的輸入偏置電流ib是主要誤差源之一。本計劃選用ad公司生產的ad8608芯片作為電流轉換放大的主芯片，3所示。為了能測量納安級電流，圖2中的rf要選1010數(shù)量級的電阻，這樣大的電阻精度低，穩(wěn)定性差，噪聲也大，因此在圖3中用小電阻組成t型網(wǎng)絡代替高阻rf，并在運放的輸出端接上rc濾

5、波電路，用來驅除高頻噪聲信號和斬波尖峰噪聲的干擾，對提高電路的穩(wěn)定性是很有益處的，但普通時光常數(shù)較大，不適合測量快變信號。c與r組成反饋補償網(wǎng)絡，以降低帶寬，防止t型網(wǎng)絡與c1相移產生自激振蕩。133 提高性能的措施(1)不接運算放大器的平衡電阻試驗證實，在高內阻電流源的微電流放大器中，運算放大器接平衡電阻不僅很難使輸入電阻平衡，反而會增強電路噪聲，所以圖3中ad8608運算放大器同相端不接平衡電阻，而是挺直接地。(2)降低運算放大器的工作溫度由運算放大器的溫度特性可知，溫度每上升10，運算放大器的偏置電流將增強1倍，從而降低微電流測量的敏捷度和精確度。為此，應盡可能地降低電源電壓增大負載電阻

6、(大于10k)，以減小運算放大器的工作電流，降低工作溫度。(3)減小的漏電流在微電流測量中，提高pcb的絕緣強度和削減漏電流十分重要。通常意義上等效于絕緣的納安級的漏電流就會對測量結果造成嚴峻的影響，所以要實行措施嚴格控制pcb板的漏電流：選用漏電流遠小于pa級的高絕緣電路板，如環(huán)氧玻璃板；輸入信號采納絕緣好、不產生靜電、吸濕性小的聚四氟乙烯接線柱；在電路板上用接地屏蔽環(huán)將運算放大器的同相、反相輸入端包圍起來并接地，使其等電位，保證它們之間漏電流為零；電路安裝好后，清除殘留雜質，元件和電路板做清潔、干燥、防潮處理。(4)提高信噪比電阻選低噪聲的l精度的金膜電阻；選低噪聲的瓷介、云母或鉭電容；電

7、源兩級lc濾波，降低噪聲；電源線盡量遠離輸入信號線；信號輸入線用完量短的屏蔽電纜；在電源部分和放大器的輸出、輸入部分大面積敷銅，放大器的輸入部分與電源一點接地；囫圇微電流放大器用金屬屏蔽。14 測量控制電路本系統(tǒng)中采納l8fxx8系列單片機為核心，利用其內置a/d轉換器采集電流電壓轉換后的信號，與參考數(shù)據(jù)比較，得到色彩編碼，送液晶屏顯示，4所示。2 軟件設計本系統(tǒng)采納匯編語言編程，有利于提高程序運行速度。系統(tǒng)軟件流程圖5所示。3 試驗結果與結論試驗中測量用法的樣品是中國建造色卡。這是一套供建造行業(yè)用法的事物色彩標準樣品，其色彩表示辦法是依據(jù)gbt15608-1995中國建造色彩體系的標號系統(tǒng)設

8、計的。色卡的編碼是按照gbt 18922-2002建造色彩的表示辦法的要求制作的。31 試驗此系統(tǒng)已舉行色彩檢測試驗，從中國建造色卡中選取了若干種標準色彩舉行測量。圖6是該色彩體系轉換成rgb色彩體系后綠色彩刺激值的實際測量狀況。32 試驗結論分析從圖6的曲線可以看出，因為各種干擾因素的存在，試驗中對于辨別極其相近色彩的狀況還不甚抱負，主要的干擾因素包括：(1)照明光源對測量敏捷度的影響照明光源的穩(wěn)定性挺直影響到色彩傳感器輸出信號的精確性。用白光照明相比較用單一色光模擬的優(yōu)越性的確存在，但其自身也存在問題，例如色溫相對不穩(wěn)定、平衡性不太抱負等。(2)反饋電阻對電流電壓轉換敏捷度的影響大阻值的反饋電阻精度低，穩(wěn)定性差，噪聲也大，而小阻值的反饋電阻簡單使被測信號沉沒在噪聲中。(3)色卡校準問題每一套標準色卡都有用法期限，用法一段時光后，簡單浮現(xiàn)走色、變色等狀況，需要重新清潔、保養(yǎng)或更換等。色彩檢測在工業(yè)、生產自動化和辦公自動化等領域用處很大，有效、便捷、牢靠地測量出被測物體的色彩是色彩檢測