《電子技術(shù)應(yīng)用》
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如何讓機器感知真正的彩色世界

2020-04-01
來源:致遠電子
關(guān)鍵詞: 機器 感知 彩色

  摘要:你能準確說出不同顏色的名字嗎,?XYZ三刺激值和RGB三原色的區(qū)別在哪,?光譜傳感器又是什么新玩意?如果連肉眼都能明顯看出的顏色變化,,傳感器卻無法區(qū)分開來,,產(chǎn)品的可靠性還能保證嗎?歡迎來到《走進色彩》,。

  首先,,各位請帶著這么個問題,來仔細查看以下三張圖片——

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  “這到底是個什么顏色,?,?”

  “白色?暗白色,?灰色,?淺灰色?”相信各位都很難有一個準確的回答,?;蛘呶覀兛梢栽僮鲞@么個小實驗:打開你的手機,找到一個白色的地方,,然后逐漸把屏幕亮度調(diào)低——你會發(fā)現(xiàn),,隨著屏幕變暗,這個白色漸漸就變?yōu)椤盎疑绷?。甚至你還可以這么理解——“黑色,,就是亮度為0的白色!”

  其實顏色的概念,,可以分為兩部分:明度(亮度)和色度,。上述三種顏色,我們都可以稱之為“白色”,只是它們的亮度不一樣,。

  一,、“顏色”

  再來科普一下,我們?nèi)庋凼侨绾慰匆姟邦伾钡摹?/p>

  人類的視網(wǎng)膜上的有視桿細胞和視錐細胞,,其中視錐細胞用于感知強光和負責色覺,。視錐細胞有L、M,、S型有三種,,分別對紅色(Long長波)、綠色(Medium中波),、藍色(Short短波)敏感,,見下圖:

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  正是因為有這三種細胞的存在,紅,、綠,、藍才成了我們?nèi)祟惖娜⒁獾氖?,紅,、綠、藍之所以是三原色,,不是因為物理原因,,而是生理原因,比如鳥類有四種感知波長的細胞,,如果它也是像人類一樣感知色彩的話,那它的原色是四種,。

  紅色光和綠色光混合可以看到黃色光,,那是因為這種混合產(chǎn)生的復(fù)色光對視錐細胞的刺激和黃色的單色光對視錐細胞的刺激等效,但實際上兩者本質(zhì)上是不同的,,只是因為人眼的特性,,才使得二者看起來一樣。黃色的復(fù)色光和黃色的單色光的光譜是不一樣的,!

  二,、CIE 1931 XYZ顏色空間

  在紅、綠,,藍三原色系統(tǒng)中,,紅、綠,、藍的刺激量分別以R,、G、B表示之。由于從實際光譜中選定的紅,、綠,、藍三原色光不可能調(diào)配出存在于自然界的所有色彩,所以,,CIE(國際照明委員會)于1931年從理論上假設(shè)了并不存在于自然界的三種原色,,即理論三原色,以X,,Y,,Z表示,以期從理論上來調(diào)配一切色彩,,從而形成了XYZ測色系統(tǒng),。

  X原色相當于飽和度比光譜紅還要高的紅紫,Y原色相當于飽和度比520nm的光譜綠還要高的綠,,Z原色相當于飽和度比477nm的光譜藍還要高的藍,。

  CIE XYZ顏色空間稍加變換就可得到Y(jié)xy色彩空間,其中Y取三刺激值中Y的值,,表示亮度(明度),,x、y反映顏色的色度特性——借此,,我們也就有了一個更好的手段,,來進行對顏色的考量!

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  三,、ams光譜傳感器

  “那有沒有合適的傳感器推薦呢,?是XYZ傳感器嗎?”

  “有,!但不是XYZ傳感器,,是艾邁斯半導(dǎo)體(ams)的多通道光譜傳感器:AS7341!客官請往下看,!”

  AS7341特點:

  8個可見光通道——380nm~710nm

  既可準確分辨出不同顏色光中的光譜成分,,又可以通過ams提供的后端算法,準確地獲得XYZ三刺激值和Yxy色度,、明度值,。不同場合不同用法!

  NIR通道:可以得出近紅外數(shù)據(jù),,做些簡單的物質(zhì)判別,、區(qū)分,如掃地機器人中的地毯檢測,。

  Flicker通道:可以檢測環(huán)境中的光源閃爍(50Hz-1KHz),。

  功耗: 210?A normal, 0.7?A sleep,。

  芯片尺寸3.1 x 2 x 1mm (OLGA 8 package)。

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  有了AS7341,,我們就可以實現(xiàn)以下的常見應(yīng)用:

  液體的顏色/色差判別,、變化速率

  化學試紙顏色判別

  水質(zhì)濁度判斷

  掃地機器人—--地毯檢測

  光源CCT色溫測量

  當然啦,光譜傳感器能實現(xiàn)什么具體的功能,,全靠各位客官的想象力,,上述只是筆者的簡單應(yīng)用分享。

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  值得一提的是,,AS7341剛在2019年的ASPENCORE全球雙峰會上,,斬獲了“年度傳感器”獎。相信在未來,,ams還會不斷推出各種充滿驚喜的傳感器方案,!


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