СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №5/2015

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 52 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2015 Канал красного (Red) Канал зелёного (Green) Канал синего (Blue) Канал суммарный (Clear) Регистр команд 4 регистра данных АЦП Блок прерываний Блок синхронизации Двухпроводный последовательный интерфейс Блок АЦП V DD SYNC SDA SCL INT Блок АЦП Блок АЦП Блок АЦП Блок оптических фильтров Экспериментальное устройство анализа и распознавания цвета В статье описан принцип действия и рабочий макет экспериментального оптико-электронного устройства, измеряющего цветовые параметры физических объектов в видимом диапазоне волн с запоминанием и последующим распознаванием их цветов. В устройстве используется распространённый метод измерения параметров видимого спектра излучения объекта и вычисления его цветовых координат в одной из систем цветности. Предложенный алгоритм распознавания цвета может найти применение в различных промышленных и научных приборах. Павел Редькин (г. Ульяновск) П РИНЦИП ДЕЙСТВИЯ Описанное в статье устройство было задуманоиизготовлено в виде рабочего макета в исследовательских и экспери- ментальныхцелях, главнымобразом, для разработкииотладки достаточнонадёж- ного алгоритма распознавания цвета. Необходимость в таком алгоритме воз- никла у автора при работе над несколь- кими проектами. Когда алгоритм был отлажен, появилась мысль оформить его описание в видежурнальной статьи, доработав интерфейс пользователя. При распознавании цвета объекта устройство решает две последователь- ные подзадачи: измерение исходных параметров видимого спектра излуче- ния объекта, определяющих его цвет, и преобразование этих параметров в набор абсолютных значений, характе- ризующих этот цвет. В качестве исход- ных параметров используются значе- ния интенсивности излучения объекта в нескольких участках видимого спект- ра, а в качестве результата – цветовые координаты в одной из существующих систем цветности, а также относитель- ная яркость излучения объекта. Основой устройства является оптико- электронный цифровой датчик цвета TCS3414CS [1], имеющий каналы изме- рения интенсивности излучения трёх основных цветов спектра оптического диапазона: красного (центральная длина волны640 нм, полоса Δλ ½ = 17 нм), зелё- ного (центральная длина волны524 нм, полоса Δλ ½ = 47 нм) и синего (цен- тральная длина волны 470 нм, полоса Δλ ½ = 35 нм). Цветовые каналы содержат группыфотодиодов, снабжённых соот- ветствующими светофильтрами. Кроме цветовых также имеется так называемый суммарный канал, содержащий группу фотодиодов для измерения суммарной интенсивности излучения во всём види- мом диапазоне (без светофильтров). Сигналыот группфотодиодов каждого канала оцифровываются с помощью встроенных модулей АЦП. Результаты преобразования в виде последователь- ных 16-разрядных слов данных посту- пают во внешнее устройство. Благода- ря возможности программного задания коэффициента усиления аналоговых сигналов на входах АЦП и выбора вре- мени преобразования, динамический диапазон устройства по входу состав- ляет (1:1000000) [1]. Функциональная схема датчика TCS3414CS изображена на рисунке 1. На рисунке 2 приведена частотная характеристика датчика TCS3414CS, представляющая собой зависимость нормированных откликов (выход- ных сигналов) датчика для всех четы- рёх каналов (красного – Red, зелёно- го – Green, синего – Blue и суммарного – Clear) от длины волны. Нормирование откликов произведено по значению на выходе суммарного канала, соответ- ствующему длине волны 655 нм (100%). Датчик цвета TCS3414CS использует- ся в составе промышленного модуля – сборки I2CColor Sensor (SEN60256P) [2], поддерживающего стандарт конструкти- ва Grove и содержащего, помимо самого датчика, внешний светодиод для актив- ной подсветки исследуемых объектов, цепи формирования сигналов после- довательной шины I 2 C, используемой для передачи команд и данных, а также разъёмпитания и подключения пошине I 2 C к внешним устройствам. Внешний вид модуля I2C Color Sensor показан на рисунке 3. Функциональная схема все- го устройства приведена на рисунке 4. Макет состоит из центрального кон- троллера, который в качестве ведущего (Master) устройства осуществляет обмен командамии даннымипошине I 2 C с дву- мя ведомыми (Slave) устройствами: моду- лем I2C Color Sensor и микросхемой памяти I2CЭСППЗУ, в которойхранятся наборыпараметров тех цветов, которые может распознавать устройство. Помимо этого, к центральному контроллеру под- ключеныорганыуправления ииндика- ции: кнопки, ЖКИ, светодиоды, усили- тель звукового сигнала с излучателем, «озвучивающим» нажатия на кнопки. Последние два узла не являются обя- зательными, а лишь дополняют поль- зовательский интерфейс устройства. Рис. 1. Функциональная схема датчика цвета TCS3414CS