CN103512658A - 一种颜色识别系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种颜色识别系统及方法，其中颜色识别系统包括白色光源模块、颜色采集模块、单片机和LCD显示器，白色光源模块包括白色光源和与其连接的密封通道，白色光源的光通过该密封通道后照射到被测物体上；颜色采集模块包括颜色传感器和聚光透镜，聚光透镜安装在颜色传感器前，被测物体反射的光通过该聚光透镜被颜色传感器采集；颜色传感器将采集的光信号转化为数字信号并发送给单片机进行数据处理，得到不同颜色模式的HSI值和RGB值，并发送给LCD显示器进行数值显示。本发明的颜色识别系统结构简单，实现成本低，精度较高，适合个人使用。

Description

一种颜色识别系统及方法

技术领域

本发明涉及颜色识别，尤其涉及一种颜色识别系统及方法。

背景技术

随着颜色在工业生产控制中的作用越来越大，对颜色识别的要求也越来越高，要求低成本化，高实用性和高精确性。另外市场上颜色识别的产品主要是针对工业用的，且价格昂贵，个人使用的便携式颜色识别器的产品还很少，且识别精度较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中颜色识别的产品主要是针对工业用的，且价格昂贵的缺陷，提供一种结构简单、成本低，且适合个人使用的识别精度较高的颜色识别器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种颜色识别系统，包括白色光源模块、颜色采集模块、单片机和LCD显示器，其中，

所述白色光源模块包括白色光源和与其连接的密封通道，所述白色光源的光通过该密封通道后照射到被测物体上；

所述颜色采集模块包括颜色传感器和聚光透镜，所述聚光透镜安装在所述颜色传感器前，被测物体反射的光通过该聚光透镜被所述颜色传感器接收；

所述颜色传感器将接收的光信号转化为数字信号并发送给所述单片机进行数据处理，得到不同颜色模式的HSI值和RGB值，并发送给所述LCD显示器进行数值显示。

本发明所述的颜色识别系统中，该系统还包括用于在所述单片机完成颜色识别后进行声音提示的蜂鸣器，该蜂鸣器与单片机连接。

本发明所述的颜色识别系统中，该系统还包括与所述单片机连接的三色LED，所述单片机将RGB值发送给所述三色LED，所述三色LED根据所述RGB还原被测物体的颜色。

本发明所述的颜色识别系统中，该颜色识别系统还包括控制所述LCD显示器显示HSI值或RGB值的显示值切换按键，所述显示值切换按键与所述单片机连接。

本发明所述的颜色识别系统中，该颜色识别系统还包括通过所述单片机控制所述颜色采集模块在单次采集模式和连续采集模式之间切换的模式切换按键，所述模式切换按键与所述单片机连接。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：

提供一种颜色识别方法，包括以下步骤：

通过一密封通道将白光照射到被测物体上；

被测物体上反射的光经聚光透镜后，被颜色采集模块中的颜色传感器接收；

所述颜色传感器将接收的光信号转化为数字信号并发送给所述单片机进行数据处理；

单片机进行数据处理后得到不同颜色模式的HSI值和RGB值，并发送给所述LCD显示器进行数值显示。

本发明所述的颜色识别方法中，还包括步骤：在所述单片机完成颜色识别后进行声音提示。

本发明所述的颜色识别方法中，还包括步骤：在所述LCD显示器进行数值显示时，通过三色LED接收所述RGB值，还原被测物体的颜色。

本发明所述的颜色识别方法中，在LCD显示器显示时，通过显示值切换按键控制LCD显示器显示HSI值或RGB值。

本发明所述的颜色识别方法中，在单片机进行数据处理时具体通过预先存储的白平衡因子进行数据处理。

本发明产生的有益效果是：本发明将白色光源的光通过密封通道后照射到被测物体上，可以将几乎全部的白光都照射到被测物体上，从而可以使传感器接收更多由被测物体反射的光线，最大限度的避免了光线的损失，从而提高了系统的精确度；被测物体反射的光通过聚光透镜后再被颜色传感器接收，聚光透镜使得绝大部分反射光被颜色传感器接收到，可使被测物体与聚光透镜之间的距离很短，外界杂乱光线几乎不能到达传感器，从而可以保证颜色传感器输出准确的频率。颜色传感器将接收的光信号转化为数字信号并发送给单片机进行数据处理，得到不同颜色模式的HSI值和RGB值，并发送给所述LCD显示器进行数值显示。本发明结构简单，实现成本低，精度较高，适合个人使用。

进一步地，通过三色LED接收单片机的RGB值，可还原被测物体的颜色。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例颜色识别系统的结构示意图；

图2是本发明实施例颜色识别系统的光路图；

图3是本发明实施例颜色识别的方法流程图；

图4是本发明实施例颜色识别系统工作的主程序流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例的颜色识别系统包括白色光源模块30、颜色采集模块20、单片机10和LCD显示器40，其中，白色光源模块30包括白色光源和与其连接的密封通道（参见图2），白色光源的光通过该密封通道全反射后照射到被测物体上。白色光源可以采用接近纯白的高光LED。利用密封通道使颜色采样的距离不会变，即采集到的被测物体反射的光的衰减的能量是一样的，在后面的数据处理阶段会得到补偿，所以不考虑接收到的光的强度的衰减。可以理解的是，颜色识别系统还包括为其各个部分供电的电源（图中未示出）。

本发明的一个实施例中，单片机10采用STC12C5406AD，本实施例中主要是用到了该单片机的定时器、计数器、串口通行、PWM控制、I\O数据传输等功能。

颜色采集模块20包括颜色传感器和聚光透镜（参见图2），聚光透镜安装在颜色传感器前，被测物体反射的光通过该聚光透镜被颜色传感器采集。聚光透镜可使得绝大部分反射光被颜色传感器接收到，另外可将被测物体与聚光透镜之间的距离设置得较短，外界杂乱光线几乎不能到达传感器，从而可以保证颜色传感器输出准确的频率。

本发明的一个实施例中颜色传感器采用TCS320，其对光源要求很高，同一种颜色在不同的实测距离、不同的光源环境中所测出的频率可能不样。对于TCS320的光传感器来说，它对这三种基本色的敏感性是不相同的，导致TCS320的RGB输出并不相等，所以必须利用白平衡进行调节与补偿，使TCS320对所检测的“白色”中的三原色相等。

颜色传感器将采集的光信号转化为数字信号并发送给单片机10进行数据处理，即进行颜色识别，得到不同颜色模式的HSI值和RGB值，并发送给LCD显示器40进行数值显示。其中HIS值分别包括色调H(Hue)、饱和度S(Saturation)和强度I(Intensity)的值，RGB值包括红R(Red)、绿G(Green)和蓝B(Blue)的强度值。本发明实施例中LCD显示器40选用的是1602字符型LCD显示屏，可以显示两行，每行十六个字符，能够显示本发明所需要显示的各个颜色模式中三个变量的值。本发明实施例中在单片机10进行数据处理时，可以根据预先存储的白平衡因子进行数据处理，白平衡因子可以通过单片机10的学习功能预先得到一组表示白光的频率基准值，然后计算出3个调整参数即基色的比例因子（即白平衡因子）；单片机10的学习分为1次和多次。学习一次，存下参数白平衡因子（此参数一直储存着），以后每次进行识别的时候，就调用此因子进行白平衡调整。学习多次是每次进行颜色识别的时候，都先进行白平衡，获得白平衡因子（此白平衡因子为暂存，仅供本次颜色识别使用），然后通过单片机进行颜色识别。多次进行白平衡是提高精度的一种方法。

本发明实施例中，TCS320输出的占空比为50%的不同频率的脉冲，所以可以用单片机10的计数器来记录到达T0口的脉冲数。有两种方法来衡量RGB三种分量值。第一种：选通红色二极管阵列，让T0计数器计数，定时器同时开始计时，当T0计数器的数达到255时，提取定时器中的时间，同理可测得蓝色、绿色分量的时间，再通过白平衡调节因子，则可以得到所测相应的颜色的RGB值。第二种方法：选通红色二极管阵列，让定时器定是一固定时间，计数器开始计数，当定时器溢出时，提取计数器中的数值，得到以红色计数值，同理可得到蓝色、绿色分量的值，再通过白平衡调节，则可以得到所测相应颜色的RGB真实值。经过实验测试，第二种方法的偶然误差要小于第一种，所以采用第二种方法计数，且经过多次采样，求平均后RGB值的误差会很小。

白平衡调节是应适应各种不同场合，本发明的颜色识别系统有自主学习功能，即在区别颜色之前，先对周围环境进行学习，得到一组表示白光的频率基准值，然后计算出3个调整参数即基色的比例因子。本发明实施例中的单片机10把颜色传感器测得的三基色脉冲数再乘以其相应的比例因子，得到所对应的R、G和B频率值，通过三色LED可还原出待测物体的颜色。以此作为颜色辨别的标准，从而提高系统的可靠性。

如设比例因子为K，白平衡时的测得红色分量值为R0，被测物体实际测定的红色分量值为r，则被测物体的校正后的真实R分量为：

R=K*r=255*（r/R0）；

同理蓝色分量：

B=K*b=255*（b/B0）；

同理绿色分量：

G=K*g=255*（g/G0）。

如图1所示，本发明实施例的颜色识别系统还包括蜂鸣器50，用于在所述单片机完成颜色识别后进行声音提示，该蜂鸣器50与单片机10连接。

如图1所示，本发明实施例的颜色识别系统还包括与单片机连接的三色LED60，单片机10将RGB值发送给三色LED60，三色LED60可根据RGB还原被测物体的颜色。

进一步地，本发明实施例的颜色识别系统还包括显示值切换按键70，用于控制LCD显示器40显示HSI值或RGB值，显示值切换按键70与单片机10连接。

进一步地，本发明实施例的颜色识别系统还包括模式切换按键80，用于通过单片机10控制颜色采集模块20在单次采集模式和连续采集模式之间切换，模式切换按键80与单片机10连接。

如图3所示，本发明实施例颜色识别方法适用于上述颜色识别系统，主要包括以下步骤：

S301、通过一密封通道将白光照射到被测物体上；

S302、被测物体上反射的光经聚光透镜后，被颜色采集模块中的颜色传感器采集；

S303、颜色传感器将采集的光信号转化为数字信号并发送给单片机进行数据处理；具体通过预先存储的白平衡因子（即基色的比例因子）进行数据处理，具体处理过程在上文已有详细描述，在此不赘述。

S304、单片机进行数据处理后得到不同颜色模式的HSI值和RGB值，并发送给LCD显示器进行数值显示。

在本发明的一个实施例中，在LCD显示器显示不同颜色模式的数值时进行声音提示。

在LCD显示器进行数值显示时，通过三色LED接收RGB值，还原被测物体的颜色。

本发明实施例中，在LCD显示器显示时，还可通过显示值切换按键控制LCD显示器显示HSI值或RGB值。

在颜色采集模块工作时，通过模式切换按键切换颜色采集模块的模式，包括单次采集模式和连续采集模式。

本发明实施例中，颜色识别系统工作的主程序流程如图4所示，包括以下步骤：

S401、颜色识别系统进行初始化，主要为端口的初始化，包括LCD显示器的8位数据I/O口的初始化，蜂鸣器的控制端口初始化，因端口要求的输出电流比较大，所以这几个端口需要推挽上拉。

S402、初始化完毕之后，判断系统是否需要白平衡；

S403、如果需要进行白平衡，则采集白平衡RGB分量值，计算出白平衡调节因子；如果不需要则直接转入S405；

S404、计算出白平衡调节因子后，可控制蜂鸣器提示；

S405、进行颜色识别采样；

S406、颜色识别采样完毕后，通过蜂鸣器提示；

S407、向LCD显示器发送RGB值并显示；

S408、检测显示值切换按键是否按下，即是否需要进行颜色模式的显示切换；

S409、若显示值切换按键被按下，则需要切换显示HSI值，若否，则程序结束。

另外还可以同时可检测模式切换按键是否按下，若按下则连续采样，否则仅进行单次采样，若否，则程序结束。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种颜色识别系统，包括白色光源模块、颜色采集模块、单片机和LCD显示器，其特征在于，

所述白色光源模块包括白色光源和与其连接的密封通道，所述白色光源的光通过该密封通道后照射到被测物体上；

所述颜色采集模块包括颜色传感器和聚光透镜，所述聚光透镜安装在所述颜色传感器前，被测物体反射的光通过该聚光透镜被所述颜色传感器采集；

所述颜色传感器将采集的光信号转化为数字信号并发送给所述单片机进行数据处理，得到不同颜色模式的HSI值和RGB值，并发送给所述LCD显示器进行数值显示。

2.根据权利要求1所述的颜色识别系统，其特征在于，该系统还包括用于在所述单片机完成数据处理后进行声音提示的蜂鸣器，该蜂鸣器与单片机连接。

3.根据权利要求2所述的颜色识别系统，其特征在于，该系统还包括与所述单片机连接的三色LED，所述单片机将RGB值发送给所述三色LED，所述三色LED根据所述RGB还原被测物体的颜色。

4.根据权利要求3所述的颜色识别系统，其特征在于，该颜色识别系统还包括控制所述LCD显示器显示HSI值或RGB值的显示值切换按键，所述显示值切换按键与所述单片机连接。

5.根据权利要求4所述的颜色识别系统，其特征在于，该颜色识别系统还包括通过所述单片机控制所述颜色采集模块在单次采集模式和连续采集模式之间切换的模式切换按键，所述模式切换按键与所述单片机连接。

6.一种颜色识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过一密封通道将白光照射到被测物体上；

被测物体上反射的光经聚光透镜后，被颜色采集模块中的颜色传感器采集；

所述颜色传感器将采集的光信号转化为数字信号并发送给所述单片机进行数据处理；

单片机进行数据处理后得到不同颜色模式的HSI值和RGB值，并发送给所述LCD显示器进行数值显示。

7.根据权利要求6所述的颜色识别方法，其特征在于，还包括步骤：在所述单片机完成数据处理后进行声音提示。

8.根据权利要求7所述的颜色识别方法，其特征在于，还包括步骤：在所述LCD显示器进行数值显示时，通过三色LED接收所述RGB值，还原被测物体的颜色。

9.根据权利要求8所述的颜色识别方法，其特征在于，在LCD显示器显示时，通过显示值切换按键控制LCD显示器显示HSI值或RGB值。

10.根据权利要求9所述的颜色识别方法，其特征在于，在单片机进行数据处理时具体通过预先存储的白平衡因子进行数据处理。

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