CN104280122A - 色度计校准系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种具有色度计的玩具游戏群组和校准的方法。色度计可包括具有多个可切换的输出端口的微控制器、连接到三个输出端口的光源以及用于感测反射的光的光电晶体管的组合。色度计可包括四个不同的电阻器，每个电阻器连接到对应的附加的一个输出端口，同时四个不同的电阻器并联连接到光电晶体管。该色度计可被编程，以循环通过电阻器，并基于用于来自黑色表面的反射的低预定电压目标和用于来自白色表面的反射的较高预定电压目标而选择校准。光源是具有三波段波长的RGB光源。

Description

色度计校准系统和方法

技术领域

本公开涉及一种被配置为识别颜色的电子游戏设备。更具体而言，本公开涉及用于校准色度计以在各种应用中使用的系统和方法。

背景技术

通常，色度计是用于通过吸收和/或感测由扫描表面反射的光而确定扫描表面的颜色的系统。

有许多类型的电子游戏设备。通常，这些电子游戏设备可通过传感器接收以玩具的按钮或放置形式的用户输入。本公开涉及具有为用户提供创造性的、动态的和愉快的游戏播放能力的电子游戏设备。下面的公开涉及互动的并展现吸引用户的智慧的玩具。

发明内容

实施例涉及校准和使用色度计的方法。该色度计可包括具有多个可切换的输出端口的微控制器，连接到三个输出端口的RGB(红、绿和蓝)LED(发光二极管)光源，用于感测反射光的光电晶体管，至少两个不同的电阻器，每个电阻器连接到对应的附加的一个输出端口，同时两个不同的电阻器并联连接到光电晶体管。该微控制器可被编程，以循环通过电阻器并基于从黑色表面反射的低预定电压目标和用于从白色表面反射的较高预定电压目标而选择校准。色度计的校准过程可识别用于和光电晶体管一起使用的电阻器组合，该电阻器组合为色度计提供用于每个LED颜色的最佳灵敏度。

一些实施例包括色度计的组合，该色度计具有有多个可切换的输出端口的微处理器，连接到三个输出端口的光源(例如，RGB光)，用于感测反射光的光电晶体管，至少两个不同的电阻器，每个电阻器连接到对应的附加的一个输出端口。该至少两个不同的电阻器被配置成将光电晶体管连接到微处理器。该色度计可包括微处理器，该微处理器被配置为循环通过至少两个电阻器并基于从第一参考表面反射的第一预定电压目标和从第二参考表面反射的第二预定电压目标而选择校准。在各种实施例中，选择校准可包括基于从第一参考表面反射的第一预定电压目标和从第一参考表面反射的第二预定电压目标，选择电阻器或一组电阻器(电阻值)。在各种实施例中，第一预定电压目标不同于第二预定电压目标。在一些实施例中，第一预定电压目标比第二预定电压目标低。色度计可被配置为使用以下处理选择校准，处理包括微处理器被配置成存储电阻器或电阻器组合，该电阻器或电阻器组合允许光电晶体管生成用于从黑色表面反射的最低电压，并且处理还包括该微处理器被配置成存储电阻器或电阻器组合，该电阻器或电阻器组合允许光电晶体管生成用于从第二参考表面反射的最高电压。在各种实施例中，第一参考表面被着色黑色，第二参考表面被着色白色。

所述色度计具有微处理器，其被配置成通过循环通过用于光源的至少两个电阻器，确定至少两个不同的电阻器中的哪个生成来自第一参考表面的反射的反射率值和来自第二参考表面的反射的反射率值之间的最大差异。在其它实施例中，具有光源的色度计是三波段波长光源(tri-band wavelength light source)，其可包括被配置为生成着色的光的一个或多个光，所述着色的光在激活时包括红色、绿色或蓝色光中的至少一个。在其它实施例中，色度计具有处理器，其被配置为循环通过用于红色光的至少两个电阻器，确定至少两个不同的电阻器或者两个电阻器的组合中的哪个生成来自第一参考表面的反射的反射率值和来自第二参考表面的反射的反射率值之间的差异梯度。在各种实施例中，处理器被进一步配置为循环通过用于绿色光的至少两个电阻器，确定至少两个不同的电阻器或两个电阻器的组合中的哪个生成来自第一参考表面的反射的反射率值和来自第二参考表面的反射的反射率值之间的最大差异，并且处理器被进一步配置为循环通过用于蓝色光的至少两个电阻器，确定至少两个不同的电阻器或电阻器的组合中的哪个生成来自第一参考表面的反射的反射率值和来自第二参考表面的反射的反射率值之间的最大差异。

在另一个实施例中，微控制器可被配置为为红色光使用确定的电阻负载，并为绿色光使用至少两个电阻器中确定的一个。在一些实施例中，微控制器被配置为为蓝色光使用确定的电阻负载。在一些实施例中，电阻负载是一个电阻器或电阻器的组合。在各种实施例中，色度计中的两个不同的电阻器并联或串联连接到光电晶体管。在一些实施例中，光源具有经顺序供电以生成光的红色光源、绿色光源和蓝色光源中的至少一个，所述光发光并从第一参考表面或第二参考表面反射，微控制器被配置为确定至少两个电阻器或至少两个电阻器的组合中的哪个生成来自第一参考表面的反射的反射率值和来自第二参考表面的反射的反射率值之间的最大差异。因此，在第一参考表面和第二参考表面之间的输出中创建最大变化的该组电阻器被用作校准的电阻器组。

在各种实施例中，微处理器可以被配置为为第一光发射器选择第一电阻器组合，并为第二光发射器选择第二电阻器组合，第一电阻器组合提供与第二电阻器组合不同的电阻。

另一个实施例包括一种系统，该系统具有微控制器，其具有输入端口和多个可切换的端口，多个可切换的端口包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，具有连接到第一端口的第一光发射器和连接到第二端口的第二光发射器的光源，包括连接到第三端口的第一电阻器和连接到第四端口的第二电阻器的多个电阻器，第一和第二电阻器并联连接到光电晶体管，每个电阻器具有不同的电阻。在一些实施例中，微控制器被配置为循环通过多个电阻器的电阻组合而选择校准，并识别多个电阻器的组合，该组合在所选表面是第一参考表面时在输入端口生成最佳地接近第一预定电压目标的第一电压，并在所选表面是第二参考表面时在输入端口生成接近第二预定电压目标的第二电压。

在各种实施例中，该系统包括与多个电阻器一起并联连接到光电晶体管的输入端口。在本实施例中，第一参考表面着色黑色，第二参考表面着色白色。在本实施例中，微控制器为第一光发射器选择第一电阻器组合，并为第二光发射器选择第二电阻器组合，第一电阻器组合提供与第二电阻器组合不同的电阻。在各种实旋例中，微控制器被配置为为将来和第一光发射器一起使用而存储第一电阻器组合，并为将来和第二光发射器一起使用而存储第二电阻器组合。在各种实施例中，该系统包括在游戏群组中，游戏群组包括用于多个玩具的环境，每个玩具具有可由系统识别的着色表面，该系统具有扬声器，扬声器被配置为在识别多个玩具中一个玩具的着色表面时，向用户传达预定的消息。在各种实施例中，光电晶体管被配置为感测来自光源的从表面反射的光，第一和第二光发射器并联连接到光电晶体管。

一种校准色度计的方法，该方法提供多个电阻器，所述多个电阻器包括微控制器和传感器头之间的第一、第二、第三和第四电阻器，第一、第二、第三和第四电阻器分别连接到微控制器的第一、第二、第三和第四可切换的输出端口。该方法包括激活第一光源，以从第一参考表面向传感器头反射光，通过切换一个或多个输出端口，循环通过多个电阻器的多个电阻组合，并为每个电阻组合记录来自传感器头的低电压，每个电阻组合对应于来自第一光源的从第一参考表面反射的光。该方法还可包括激活第一光源，以从第二参考表面向传感器头反射光，通过切换一个或多个输出端口循环通过多个电阻器的多个电阻组合，并为每个电阻组合记录来自传感器头的高电压，每个电阻组合对应于来自第一光源的从白色表面反射的光，并且基于产生第一预定电压和产生第二预定电压的第一电阻组合，为用于和第一光源一起使用的传感器头选择校准，所述第一预定电压最佳地接近来自传感器头的低预定电压目标，用于由光源从黑色表面的反射，所述第二预定电压最佳地接近来自传感器头的高预定电压目标，用于由第一光源从白色表面的反射。

在各种实施例中，该方法还可包括使第二光源发光以从第一参考表面向传感器头反射光，并通过切换一个或多个输出端口循环通过多个电阻器的多个电阻组合，并为每个电阻组合记录来自传感器头的低电压，每个电阻组合对应于来自第二光源的从第一参考表面反射的光。在各种实施例中，该方法可包括激活第二光源以从白色表面向传感器头反射光，通过切换一个或多个输出端口循环通过多个电阻器的多个电阻组合，并为每个电阻组合记录来自传感器头的高电压，所述每个电阻组合对应于来自第二光源的从白色表面反射的光。该方法可包括基于产生低电压并产生高电压的第二电阻组合，为用于和第二光源一起使用的传感器头选择校准，所述低电压接近来自传感器头的低预定电压目标，用于由第二光源从第一参考表面反射，所述高电压接近来自传感器头的高预定电压目标，用于由第二光源从第二参考表面反射，并且提供发射具有第一波长的光的第一光源，和提供发射具有第二波长的光的第二光源。

在各种实施例中，该方法包括响应于确定生成来自第一参考表面的反射的反射率值和来自第二参考表面的反射的反射率值之间最大差异的电阻组合，选择电阻组合。在各种实施例中，第一参考表面着色黑色，且第二参考表面着色白色。在一些实施例中，该方法包括被配置为发射红色光的第一光源，和发射绿色光的第二光源，并且每次激活第一光源时使用第一电阻组合，并且每次激活第二光源时使用第二电阻组合。在一些实施例中，第一和第二电阻组合提供不同量的电阻。

考虑附图和详细说明后，将更容易地理解本发明的优点。

附图说明

图1是根据示例性实施例的色度计的示意图。

图2a-2c显示根据本公开，来自图1的色度计的部分电路图。

图3是来自显示颜色识别设备的图1-2c的色差计的图像。

图4是具有正被移除的颜色识别设备的外壳的图3的色度计的光发射器和光传感器的图像。

图5是根据示例性实施例，具有着色表面的物体的图像。

图6是根据示例性实施例，具有着色表面的物体的图像。

图7是根据示例性实施例，可用于校准图1-2c中所示的色度计的处理的流程图。

图8是根据示例性实施例，可用于校准图1-2c中所示的色度计的方法的流程图。

具体实施方式

图1-8中显示了色度计玩具和使用方法的实例。除非另有规定，色度计可以但不是必须包括本文所述、所示和/或所并入的结构、组件、功能和/或变化中的至少一个。

实施例包括电阻组合彩色LED校准方法，该方法可应用于玩具游戏群组(toyplayset)，该玩具游戏群组具有包括色差计的系统(例如，具有单一的光接收器或传感器的三色(RGB)LED)。校准处理可包括识别用于和光接收器一起使用的电阻器组合，光接收器为系统提供用于每个LED颜色的最佳灵敏度。每个着色的LED的最佳灵敏度可归因于组合，该组合产生用于参考白色纸张的模数转换器(ADC)值中的电压(或反射率值)到来自参考黑色纸张的ADC值的最大差异。在其他实施例中，所选的电阻器可以是电阻器组合，该电阻器组合在从白色表面和黑色表面生成的反射值中创建最大梯度。校准方法可包括在色差计上放置已知是白色的物体。在一些实施例中，一张白纸可放置在色差计上。LED可被激活，而来自LED的光可从物体反射(例如白色物体或纸张)，而光接收器可接收反射的光。光接收器可被配置为登记相应的反射率值。在各种实施例中，LED的每种颜色与其他颜色独立测试。在其它实施例中，LED可被串联或并联测试或校准。

在示例性实施例中，红色LED可被首先测试，然后是绿色LED，而最后跟着蓝色LED。在各种实施例中，LED的测试顺序可改变。对于每个测试的颜色，每个电阻器组合被测试，并且来自光电晶体管的反射率值和/或电压输出可被测量。例如，与第一电阻器相关联的电阻器组合可被首先测试(例如，70在13千欧)，然后是与第一电阻器和第二电阻器相关联的电阻器组合(例如，端口70和74在7172欧姆)，然后是与第一、第二和第三电阻器相关联的电阻器组合(例如，端口70、74和73在5129欧姆)，等等。在此示例性实施例中，一张白纸还可用于每个电阻器组合，来执行该测试。

对于每种颜色，校准系统可识别和存储为特定颜色提供最佳灵敏度的电阻器组合。用于每种颜色的最佳灵敏度可归因于组合，该组合产生用于参考白色纸张的模数转换器(ADC)值或电压与来自参考黑色纸张的ADC值相比的最大差异。

因此，校准系统为每种颜色识别期望的电阻器组合，并且那些期望的电阻器组合由微控制器在实时操作期间存储和使用。例如，在校准过程之后，该系统可将端口70和74识别为用于红色LED的期望的电阻器组合，将端口73和74识别为用于绿色LED的期望的电阻器组合，并将端口70、73和74以及C3识别为用于蓝色LED的期望的电阻器组合。在实时操作期间，当使用红色LED时，端口70和74的组合也被激活。类似地，当使用绿色LED时，端口74和C3的组合被激活。

本文公开了一种色度计、使用的方法和其校准的方法，其可应用于玩具游戏群组，该玩具游戏群组包括具有色差计的系统。色差计可包括三色(RGB)LED和光接收器(例如光电晶体管)。然而，色差计可包括被配置为读取颜色的任何合适的机制或装置。校准处理可识别用于和光接收器一起使用的电阻器组合，光接收器为系统提供用于每个LED颜色的最佳灵敏度，以产生具有低成本组件(例如不精确的电阻器、LED或光电晶体管)的校准的结果。

参照图1，图1是根据示例性的实施例的系统1的示意图。系统1包括光发射器10、物体20、光传感器12、电负载40和控制器30。在一些实施例中，系统1中的物体20可由提供系统1的其他部件的实体来提供。在其它实施例中，系统1中的物体20可由与提供系统1的其他部件的实体不同的实体来提供。

光发射器10被配置为包括一个或多个光发射器。在示例性的实施例中，光发射器可具有单个发光元件，所述单个发光元件被配置为基于从控制器30接收的输入而发射红色、绿色和蓝色光。在其他实施例中，发射器10可包括第一、第二和第三光发射器。正如图1所示，光发射器10被配置为生成红色光束31、绿色光束33和蓝色光束35。在其它实施例中，发射器10可基于从控制器30接收的信号而生成其他光束。在各种实施例中，发射器10可被配置成顺序生成红色、绿色和蓝色光束。在各种实施例中，由光发射器10生成的光束可在从着色表面22被反射之前通过一个或多个滤光器。在一些实施例中，滤光器可以是偏振滤光器。如下面更详细论述的，光发射器10可包括第一光发射器202、第二光发射器204和第三光发射器206。第一光发射器202可被配置为生成红色光。第二光发射器204可被配置为生成绿色光。第三光发射器206可被配置为生成蓝色光。

物体20可以是具有着色表面22的任何物体。在一些实施例中，物体20可以是小雕像、玩偶、和真实世界物体相同的塑料物体、玩具或可动玩偶。附着到物体20的任何部分可以是具有颜色的着色表面22，至少该着色表面22具有将从光发射器10接收的光反射到光传感器12的反射面。物体20的实例在下图中显示。

光传感器12可被配置为接收从着色表面22反射的光。在一些实施例中，光传感器12可以是基于接收的光的波长或强度而生成不同电压和/或电流的光电晶体管或其它光敏电路。正如图1所示，光束31(例如红色)的一部分由物体20的着色表面22反射以产生反射的光束32。光传感器12可接收反射的光束32，并且响应于接收反射的光束，光传感器12可基于电负载40的电阻生成电信号。在各种实施例中，可根据电负载40的值改变来自光传感器12的强度和输出。基于改变放置在光传感器12上的负载，上述允许校准系统1。当在校准后被使用时，校准使得系统1最佳地执行。系统1的校准识别可应用到光传感器12的电气负载(如电阻)来为一个或多个光束31、33或35产生最佳结果。系统1的校准之后，控制器30为由光发射器10生成的每个光带宽存储负载配置。因此，基于从控制器30接收的输入，光传感器12可从电负载40接收电负载标识符中的任何一个或多个。

基于从控制器30接收的输入，电负载40可包括以单独地或以组合方式应用的多个电负载。电负载40例如可包括多个电负载，诸如但不限于负载42、负载44、负载46和负载48。在各种实施例中，电负载40内部的电路可具有可连接以并联或串联操作的各种电阻器。在一些实施例中，负载42可具有至少一个电阻器，该电阻器的一端连接到地，而另一端间接地连接到光传感器12。负载42还可包括发送到控制器30的输入或输出。同样地，负载44、46和48可以如上所述的关于负载42的类似方式连接。在各种实施例中，负载42和44可作为单一负载操作，负载42、44和46可作为单一负载操作，或负载42、44、46和48可作为单一负载操作。负载42、44、46和48的其它组合和排列也是可能的。负载组合的每个新排列可为光传感器12的输出生成不同的电阻。变化光传感器上的电阻或负载改变由光传感器为每个LED生成的输出，并允许控制器30确定哪个负载或负载组合从光传感器12生成最佳近似的输出。在一些实施例中，电负载40内的负载可以是基于电容或基于其他有关电的负载。

在各种实施例中，控制器30可以是包括微处理器58和存储设备38的微处理器或状态机。控制器30还可具有连接到光发射器10、光传感器12和电负载40的控制线。控制器30还可包括单个控件和/或与光发射器10、光传感器12或电负载40连接到各个组件的输出线。例如，控制器30可被配置为单独激活负载42、44、46和48中的每一个或它们的各种组合。

存储设备38可以是被配置为存储各种数据的存储器电路，各种数据包括但不限于校准的结果。校准的结果可包括存储那个负载组件为每个光波长(红色、绿色、蓝色等)生成最佳灵敏度。存储为红色、绿色和蓝色光生成最佳灵敏度的负载组件之后，控制器30可被配置为基于存储设备38中存储的用于正在生成的LED或颜色的校准数据，激活来自电负载40的负载组件。

系统1被配置为使用电负载40内的各种电负载校准光传感器12。控制器30可向光发射器10、光传感器12和电负载40发送控制信号并从光发射器10、光传感器12和电负载40接收结果信号以最初校准系统1。系统1的校准可被配置为确定哪一个或多个负载(例如电阻器或电阻器组合等)生成信号，该信号具有由白色物体生成的电压(或反射率值)和由黑色物体生成的电压(或反射率值)之间的最大差值。在各种实施例中，可为每个光波长确定负载或负载组合。例如，该系统可被配置成为红色光31、绿色光33和蓝色光35中每个光波长使用不同的负载。因此，在一些实施例中，控制器30可在校准程序期间为每个光波长依次计算负载。在最初校准之后，系统1可被配置成为光发射器10发射的每个光使用所确定的荷载。

可以用颜色白和黑扫描每个阈值ADC电平一次。通过每个阈值电平读取到白色(255，255，255)和黑色(0，0，0)的最近的RGB ADC将被选择为用于每个光传感器10的默认ADC设置。

对应于测试的光传感器10的校准结果可以存储于EEPROM上(电可擦除可编程只读存储器)，用于大规模生产。在校准期间，基于参考白色物体和参考黑色物体生成红色、绿色和蓝色LED反射率值(或者反之亦然)。在一些实施例中，参考物体可以包括灰色物体，从该物体产生附加的红色、绿色、蓝色LED反射率值。对于每种颜色，例如黑色或者白色(或者灰色)，控制器30可逐个打开RGB LED的每个颜色——红色、绿色和蓝色，并通过ADC(模数转换器)电路读出相应的光电晶体管或光传感器12的输出。可在校准过程中测试所有电阻器或负载组合。用于黑色和白色测试纸的红色、绿色、蓝色LED的不同电阻器组合的光电晶体管的输出的ADC值可被存储在系统存储器(存储设备38)中，其可以在MCU(微控制器)中或者EEPROM中，用于以后由色差计使用。

图2a示出图1所示的系统1的部分的示例性电路图。图2a包括光发射器10、光电晶体管12和其他光传感器12组件、负载42、44、46和48。根据示例性实施例，图2a是色度计50的电路图。色度计50可包括光发射器10(参见图1)、光电晶体管54、电源56(例如，多个电池)、作为负载的多个电阻器42、44、46和48(参见图1)以及微控制器或微处理器58，微控制器或微处理器58具有多个可切换的输出端口或控制引脚，例如输出端口61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、75、76、77、78和79(参见图2b)。

光发射器10可包括连接到输出端口61的第一光发射器202、连接到输出端口62的第二光发射器204以及连接到输出端口63的第三光发射器206。光发射器10被示为具有分别对应于RGB LED的红色、绿色和蓝色组件的第一、第二和第三光发射器202、204和206的RGB LED。在一些实施例中，光发射器10可包括其它光发射器，其可以包括或可以不包括LED和/或具有红色、绿色和蓝色组件。

如图1所示，多个电阻器可包括连接到输出端口70的第一电阻器509、连接到输出端口74的第二电阻器510、连接到输出端口73的第三电阻器511以及连接到输出端口66的第四电阻器512。正如所示，电阻器509、510、511和512被配置为并联连接到光电晶体管54。

光电晶体管54可被配置为从光发射器10接收和/或感测反射的光。例如，从光发射器10发射的光可由所选的表面反射，并且指向光电晶体管54。光电晶体管54是光敏晶体管，其在曝露于光时生成电信号(例如电流或电压变化)。

微控制器58可被配置为识别多个电阻器的组合以与光电晶体管54来为光发射器10的每种颜色改善色度计50的灵敏度。例如，微控制器58可被编程来循环通过电负载电路或电阻器，并基于用于从第一选择表面反射的低预定电压目标和用于从第二选择表面反射的较高预定电压目标而选择校准。电压目标可在微控制器58的输入端口69被读取。

在示例性实施例中，第一选择表面是黑色表面，而第二选择表面是白色表面。在一些实施例中，第一或第二选择表面可以是另一种已知的颜色，例如但不限于灰色。在其它实施例中，色度计50的校准可基于用于从第三选择表面反射的中值预定电压目标，例如但不限于灰色表面。

为了校准色度计50，一张白纸或物体可被放置在色度计50上。来自光发射器10的光可从白纸反射。反射光然后可由光电晶体管54接收，光电晶体管54登记对应的反射率值。可独立于其它颜色测试由光发射器10发射的每种颜色。例如，红色可先被测试，然后绿色，然后蓝色。在其它实施例中，测试的颜色顺序可以改变。

对于测试的每种颜色，每个电阻器的组合可以被测试。例如，与输出端口70、74、73和66相关联的电阻器组合(例如4473欧姆)可被首先组合和测试，然后与输出端口70、74和73相关联的电阻器组合可被组合(例如5129欧姆)，然后输出端口70、73和66可被组合(例如6209欧姆)，然后输出端口70和74可被结合(例如7172欧姆)，然后来自端口70和73的输出可被结合(例如7548欧姆)，然后来自端口74和73的输出可被结合(例如8471欧姆)，然后来自端口70和67的输出可被结合(例如9479欧姆)，然后来自端口74和66的输出可被结合(例如10980欧姆)，然后来自端口73和66的输出可被结合(例如11887欧姆)，然后是来自端口70的输出(例如13000欧姆)，然后是来自端口74的输出(例如16000欧姆)，然后是来自端口74的输出(例如18000欧姆)，然后是来自端口66或C3的输出(例如35000欧姆)，和/或多个电阻器的任何其他合适的电阻器组合。可使用一张黑色或白色物体测试每个上述的电负荷值，来为每个着色的LED确定最佳的灵敏度。本文所述的校准处理可使用如下面表1中所示的各种电阻器和电阻器值。

端口	欧姆	电阻组合	端口组合
				70	13000	4473	70||74||73||C3
74	16000	8129	70||73||74
				73	18000	6209	70||73||C3
C3	35000	7172	70||74
						7548	70||73
		8471	74||73
						9479	70||C3
		10980	74||C3
						11887	73||C3
		13000	70
						16000	74
		18000	73
						35000	C3

表1

对于每种颜色，色度计50可识别和存储为该颜色提供最佳灵敏度的电阻器组合。用于每种颜色的最佳灵敏度可以归因于生成用于白色纸张的模拟数字转换器(ADC)值和用于黑色纸张的ADC值的最大差异的组合。用于白色纸张的ADC值可对应于用于白色纸张的反射率值，而用于黑色纸张的ADC值可对应于用于黑色纸张的反射率值。ADC值可对应于在输入端口69处读取的电压。正如图2a中所示，输入端口67与输出端口70、74、73和66并联连接，并且连接到光电晶体管54。

因此，色度计50可为每种颜色识别期望的电阻器组合，并且那些期望的电阻器组合被储存并且和多个着色表面一起在实时操作期间使用。在一些实施例中，色度计50可包括电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)(参见图1和图2c的存储设备38)，以存储电阻器组合和/或其他合适的数据。图2c显示可在大批量生产环境中存储(或用于存储)校准数据的色度计50的一部分。

在示例性实施例中，在校准之后，色度计50可识别来自用于红色光的期望电阻器组合的端口70和74的输出、来自用于绿色光的期望电阻器组合的端口74和76的输出以及用于蓝色的期望电阻器组合的端口70、74、73和66的输出。在实时操作或玩游戏期间，当使用红色LED时，可使用端口70和74组合的输出。当使用绿色LED时，可使用来自端口74和66组合的输出。当使用蓝色LED时，来自端口70、74、73和66组合的输出可用于光电晶体管和光传感器。

在各种实施例中，电源可为色度计50提供稳定的电压(例如4.5V)。可校准用于每个RGB LED的电阻器组合，以便从每介LED反射的光强度接近用于黑色纸张的低预定电压目标以及用于白色纸张的高预定电压目标。

低预定电压目标可对应于小于或等于1.8V的电压，而高预定电压目标可对应于大于或等于3.3V的电压。在各种实施例中，微控制器58可为每个LED识别电阻器组合，其最佳地接近对应于在输入69处从第一表面反射的光的低预定电压，还最佳地接近对应于在输入69处从第二表面反射的光的高预定电压。正如本文所述，微控制器58或外部校准控制器可控制校准处理。

用于不同光电晶体管的光传感器30的校准过程可包括建立黑色表面的ADC阈值电平(例如反射率值0)和白色表面的ADC阈值电平(例如反射率值255)。例如，等于输入端口69处的低预定电压目标的电压可对应于黑色表面的ADC阈值电平，而等于输入端口69处的高预定电压目标的电压读取可对应于白色表面的ADC阈值电平。

可为每个LED测试每个电阻器组合，而微控制器58可为每个LED识别和存储电阻器组合，该电阻器组合产生最接近ADC阈值水平的反射率值和/或产生黑色表面反射率值和白色表面反射率值之间的最大差异。例如，当测试红色LED时，第一电阻器组合可生成100的黑色表面反射率值和220的白色表面反射率值。第二电阻器组合可生成95的黑色表面反射率值和245的白色表面反射率值。在这种情况下，微控制器58可将第二电阻器组合识别为比第一电阻器组合更好的用于红色LED的电阻器组合。如果微控制器58将第二电阻器组合识别成为红色LED测试的所有其他组合中的最佳电阻器组合，则微控制器58可存储第二电阻器组合，作为将结合用于未来颜色识别的红色LED一起使用的校准的电阻器组合。

可以类似方式测试、识别和存储用于其他LED的电阻器组合。例如，微控制器58可为绿色LED存储第三电阻器组合，第三电阻器组合可生成92的黑色表面反射率值和240的白色表面反射率值。微控制器58可为蓝色LED存储第四电阻器组合，第四电阻器组合可生成80的黑色表面反射率值和243的白色表面反射率值。在该示例性实施例中，可用245、240、243的白色表面的红色、绿色和蓝色反射率值以及95、92、80的黑色表面的红色、绿色、蓝色反射率值校准色度计50，他们分别对应于用于红色的第二电阻器组合、用于绿色的第三电阻器组合和用于蓝色的第四电阻器组合。对应于每个LED的校准结果可以被存储在微控制器58(或控制器30)中的EEPROM和/或存储器38中，并且可用于随后的大规模生产。

色度计50和本文所述的校准处理允许便宜的不精确组件(例如不精确的电阻器或光电晶体管)用于产生校准的结果。在玩具游戏群组的通常操作中，可为每个LED使用在校准期间确定的具体的电阻器组合。此组合可存储在系统存储器38中，或者在微控制器58中包括的片上存储器中，在EEPROM中，或者在任何其它合适的介质中。

图3是显示色差计104的俯视图的照片。正如所示，色差计104可包括外壳或平台138、用于识别玩具人偶的着色表面的颜色识别设备140、窗口142、激活色差计104的按钮144。色差计可包括诸如LED 146的指示设备，以指示色差计104和扬声器148的激活，扬声器148被配置为在识别玩具人偶之一的着色表面时向用户传送预定的消息或信号。

图4是经去除外壳以显示内壳154内放置的光RGB LED52和光电晶体管54的颜色识别设备140的图。正如所示，内壳154包括其中放置RGB LED 52的第一孔156、其中放置光电晶体管54的第二孔158以及将孔158和孔156分离的壁160。正如所示，孔156和158每个都具有矩形形状，其每个都是大约3mm乘以5mm；而壁160大约1mm厚。窗口142(参见图4)可被放置在RGB LED 52和光电晶体管54上方5mm。内壳154的顶面可被布置在窗口142下方稍微小于5mm。然而，在其他实施例中，这些组件可具有其它尺寸或形状。

内壳154可被布置在外壳内，而壁160可被配置为防止从RGB LED 52发射的光直接由光电晶体管54接收。内壳和外壳可被配置为将从第一孔156内的RGBLED 52发射的光引导通过窗口142，其中所述光可从所选的着色表面反射以产生反射的光。反射的光然后可被往回引导通过窗口142而朝向光电晶体管54，其布置在第二孔154内，光电晶体管54可感测反射的光。然后微控制器58可识别反射的光的颜色，以确定所选的着色表面的颜色。

如上所述，一个或多个玩具人偶中的每一个可具有着色表面。在各种实施例中，每个玩具人偶的着色表面的特征在于可由色差计104识别的不同颜色。例如，图5显示具有位于凹槽21a内的着色表面22的物体20的底部。虽然图5中显示具有单个颜色的单个物体20，但各种其它物体和各种其他颜色和颜色组合可用于激活系统1或色度计50。色差计104(参见图3)的微控制器58(参见图1和图2a)可被编程以识别第一、第二、第三和第四颜色，多达16种颜色，和/或一一区分这些颜色以基于所扫描的颜色生成不同的响应。

相关联的物体的一个或多个凹槽可被成形和/或形成所需尺寸以对应于颜色识别设备140的形状和/或尺寸(参见图3)。如图3中所示，颜色识别设备140被成形以类似于一对脚。如5中所示，凹槽21a被成形和/或形成所需尺寸，以对应于颜色识别设备140的形状和/或尺寸。这些对应的形状和/或尺寸可阻止环境光进入颜色识别设备140和/或可鼓励用户将物体(或物品)放置在颜色识别设备140上。其它物体可具有比颜色识别设备140(参见图3)实质上更大的表面面积，以帮助用户在颜色识别设备140上放置着色表面。

图6是显示放置在颜色识别设备140的窗口142上的物体136的凹槽136b的横截面的图。着色表面136a可具有第四颜色。如由标注的箭头所指示，从光发射器10(参见图1和2a-2c)发射的光可通过窗口142而被引导朝向着色表面136a。发射的光可从着色表面136a反射，并且可通过窗口142而被引导回光电晶体管54。图1、2a-2c的校准电路例如可识别作为第四颜色的着色表面136a。

当色差计104识别着色表面的颜色时，色差计104可被编程以发射对应于识别的玩具的信号。例如，当色差计104识别第一颜色时，色差计104可发射对应于第一特征(例如对应于第一特征的模拟语音)的第一信号(例如第一预定消息)。当色差计104识别第二颜色，色差计104可发射对应于第二特征或其他特征(例如对应于第二特征或其他特征的模拟语音)的第二信号(例如第二预定消息)。

为了色差计104识别物品并发射对应的信号(例如通过扬声器148)，用户可通过按压按钮144激活色差计104(见图3)。然后，用户可在颜色识别设备140的窗口142上放置第一物品的着色表面。色差计104可识别的第一物品的着色表面的特征颜色并发射相应的信号(例如相关联的预定信号)。用户可以从颜色识别设备140去除第一物品，来如发射的信号所指示地玩第一物品。例如，用户可在颜色识别设备140上放置第二物品。

在一些实施例中，色差计104可被配置为在第一物品或任何其它物品随后被放置在颜色识别设备140上并由颜色识别设备140识别时发射第二相关联的预定信号。第二预定信号可对应于将被执行的不同位置或不同活动。

色差计104可被校准，以便预定的电阻器组合用于光发射器10中的每个LED，以识别相关物体的着色表面的颜色，并向用户发射相应的信号。正如所述，色差计104可为光发射器10的每个LED使用不同的电阻器组合。

图7是可由图1-2c中所示的系统实现的示例性校准处理700的流程图。处理700被执行以校准色度计50。处理700可由系统1用于校准色度计50。在步骤702，用户或校准器可选择用于校准色度计的基色物体。在示例性实施例中，基色物体可以被着色为白色或黑色。接着在步骤704，系统1可选择一个或多个电负载40，以与光传感器12一起用于校准光传感器12。在校准处理700中，系统1可循环通过各种可用的负载，以便确定与光传感器12一起使用的最优的负载。

选择校准颜色和电阻或负载以施加到光传感器之后，在步骤706，控制器30可向光发射器10发送信号，以生成着色的光。在接收信号以生成着色的光之后，光发射器10可创建红色、绿色或蓝色光的至少一种的光。在各种实施例中，校准处理700可被分离地执行，用于每个着色的光。

在步骤706发射光之后，光束可由着色物体反射到光传感器12。接着在步骤708，光传感器12可接收从着色的物体反射的光。在接收反射的光之后，光传感器12可向控制器30生成电信号。

接着在步骤710，控制器30可基于电负载确定用于反射的光的反射率值。在各种实施例中，在确定反射率值之后，反射率值可被存储在存储设备38中，用于以后的比较。接着在步骤714，系统1可确定是否已为着色的光测试所有可能的或潜在的电负载值。确定不是所有的负载被测试之后，处理700可以正好返回步骤704之前。在一些实施例中，在步骤704可选择下一个负载值，并且可以重复运行处理700以测试每个负载值。在一些实施例中，系统1可以不循环通过每个可能的负载值，而是可循环通过预定的电负载值(例如表1)。确定所有潜在的负载值已被测试之后，处理700可测试下一个校准颜色。

在步骤716，系统1可选择第二校准颜色。在一些实施例中，第二校准颜色可以是白色或黑色。在其它实施例中，其它颜色可用于校准光传感器12。接着在步骤718，系统1确定是否要用于校准的所有基色已被测试。如果一些校准颜色未被测试，则系统1用剩余的校准颜色或颜色开始处理700。如果所有的校准颜色已被测试，则系统1执行步骤720。在步骤720，对于每个负载，系统1确定具有为第一校准颜色和第二校准颜色生成的反射率值之间最大差值的负载。

接着在步骤722，控制器30可在存储器中存储校准的电气负载，并在将来当从光发射器10发射光时使用校准的电气负载。在其它实施例中，可以为具有不同颜色的光(例如RGB发射器)执行处理700几次。

根据本公开的方面，图8示出校准光传感器12(或传感器头)中色度计50的方法800。方法800可包括步骤302，其提供多个电阻器，所述多个电阻器包括在微控制器和传感器头之间并联或串联的第一、第二、第三和第四电阻器，该第一、第二、第三和第四电阻器分别连接到微控制器的第一、第二、第三和第四可切换的输出端口。

方法800可包括步骤804，发射红色LED，以从黑色表面向传感器头(光传感器12)反射光。接着在步骤806，通过切换一个或多个输出端口，系统可循环通过多个电阻器的多个电阻组合。接着在步骤808，系统可为每个电阻组合记录来自传感器头的低电压，每个电阻组合对应于从红色LED来自黑色表面反射的光。

方法800可包括步骤810，其激活红色LED，以从白色表面向色度计传感器头反射光。在步骤812，通过切换一个或多个输出端口并记录来自传感器头的高电压用于对应于从白色表面反射的光的每个电阻组合，方法800可循环通过多个电阻器的多个电阻组合。

方法800可包括步骤814，为将与红色LED一起使用的传感器头选择校准。基于产生低电压的电阻组合选择校准，所述低电压最佳地接近来自从黑色表面的反射的传感器头的低预定电压目标。基于产生高电压的电阻组合选择校准，所述高电压最佳地接近来自从白色表面的反射的传感器头的高预定电压目标。

在方法800的一些实施例中，可在对应于在白色表面上使红色LED发光的步骤810之前或之后执行对应于在黑色表面上使红色LED发光的步骤804。该步骤分组可以简化方法800，导致更快更高效的校准过程。

虽然方法800指代发射红色LED，但实旋例包括发射绿色LED和为绿色LED执行步骤802-814。可为蓝色LED执行类似的步骤802-814。因此，方法800可用于校准具有多种颜色的RGB LED。凭借上述设置，我们可在做颜色检测(应用于彩色纸反射)时充分利用每个RGB LED可用的电压范围。

本公开涉及多输出引脚的颜色识别阈值选择，其使用低成本、高容差组件。在一些实施例中，上述公开的校准组件和方法为游戏群组提供了低成本的色度计。色度计的窗口区域可被成形，使得各种玩具人偶及配件的对应成形的基座覆盖窗口区域。校准方法允许使用低成本的电子组件，例如高容差电阻器(high-tolerance resistor，并导致在一些实施例中高达15种不同颜色样本的精确识别。每个这样的颜色样本可与不同的玩具人偶或配件相关联，允许用于儿童和成人的神奇游戏体验。

可以相信本文所阐述的本公开包含具有独立效用的多个不同的发明。虽然已经以其优选形式公开这些发明中的每一个，但本文公开和示出的其具体实施例并不被视为具有限制意义，因为许多变化都定可能的。每个实例定义了前述公开所披露的实施例，但任何一个实例并不一定包含可能最终被要求的所有特征或组合。其中描述引用“一个”或“第一”元件或其等同物，这种描述包括一个或多个这样的元件，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。此外，用于识别的元件的序数指示，例如第一、第二或第三，用于区分这些元件，并且不指示所需的或有限数量的这种元件，并且不指示这些元件的特定位置或顺序，除非另有特别声明。

Claims (20)

1.一种色度计，包括：

具有多个可切换的输出端口的微处理器；

连接到三个输出端口的光源；

用于感测反射光的光电晶体管；

至少两个不同的电阻器，每个电阻器连接到对应的附加的一个输出端口，至少两个不同的电阻器配置成将光电晶体管连接到微处理器；

微处理器，被配置成循环通过至少两个电阻器并基于从第一参考表面反射的第一预定电压目标和从第二参考表面反射的第二预定电压目标而选择校准。

2.根据权利要求1所述的色度计，其中选择校准进一步包括：基于用于从第一参考表面反射的第一预定电压目标和用于从第二参考表面反射的第二预定电压目标来选择电阻器或一组电阻器。

3.根据权利要求2所述的色度计，其中选择校准包括微控制器被配置成存储电阻器或电阻器组合，电阻器或电阻器组合允许光电晶体管生成用于从第一参考表面反射的最低电压；

其中选择校准包括微控制器被配置成存储电阻器或电阻器组合，电阻器或电阻器组合允许光电晶体管生成用于从第二参考表面反射的最高电压；

其中第一参考表面着色黑色，第二参考表面着色白色。

4.根据权利要求2所述的色度计，进一步包括：色度计被配置成通过循环通过用于光源的至少两个电阻器，确定至少两个不同的电阻器中的哪个生成来自第一参考表面的反射的反射率值和来自第二参考表面的反射的反射率值之间的最大差异；并且

其中第一预定电压目标低于第二预定电压目标。

5.根据权利要求1所述的色度计，其中光源是三波段波长光源，其进一步包括被配置成生成着色的光的一个或多个光，在激活时所述着色的光包括红色、绿色或蓝色光中的至少一个。

6.根据权利要求5所述的色度计，其中微处理器色度计被配置成通过循环通过用于红色光的至少两个电阻器，确定至少两个不同的电阻器或两个电阻器的组合中的哪个生成来自第一参考表面的反射的反射率值和来自第二参考表面的反射的反射率值之间的差异梯度；

其中，微处理器被进一步配置成通过循环通过用于绿色光的至少两个电阻器，确定至少两个不同的电阻器或两个电阻器的组合中的哪个生成来自第一参考表面的反射的反射率值和来自第二参考表面的反射的反射率值之间的最大差异；

其中，微处理器被进一步配置成通过循环通过用于蓝色光的至少两个电阻器，确定至少两个不同的电阻器或两个电阻器的组合中的哪个生成来自第一参考表面的反射的反射率值和来自第二参考表面的反射的反射率值之间的最大差异。

7.根据权利要求6所述的色度计，其中微控制器被配置成为红色光使用确定的电阻负载；

其中微控制器被配置成为绿色光使用确定的电阻负载；

其中微控制器被配置成为蓝色光使用确定的电阻负载；

其中电阻负载是一个电阻器或电阻器组合。

8.根据权利要求1所述的色度计，其中两个不同的电阻器并联连接到光电晶体管。

9.根据权利要求1所述的色度计，其中光源包括经顺序供电以生成光的红色光源、绿色光源和蓝色光源，所述光发光并从第一参考表面或第二参考表面反射；

其中微控制器被配置成确定至少两个电阻器或至少两个电阻器的组合中的哪个生成来自第一参考表面的反射的反射率值和来自第二参考表面的反射的反射率值之间的最大差异。

10.根据权利要求1所述的色度计，其中微处理器被配置成为第一光发射器选择第一电阻器组合，并为第二光发射器选择第二电阻器组合，第一电阻器组合提供与第二电阻器组合不同的电阻。

11.一种系统，包括：

微控制器，具有输入端口和多个可切换的端口，多个可切换的端口包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；

光源，具有连接到第一端口的第一光发射器和连接到第二端口的第二光发射器；以及

多个电阻器，包括连接到第三端口的第一电阻器和连接到第四端口的第二电阻器，第一和第二电阻器并联连接到光电晶体管，每个电阻器具有不同的电阻；

其中微控制器被配置成通过循环通过多个电阻器的电阻组合而选择校准，并识别多个电阻器的组合，所述组合在所选表面是第一参考表面时在输入端口生成最佳地接近第一预定电压目标的第一电压，并在所选表面是第二参考表面时在输入端口生成最佳地接近第二预定电压目标的第二电压。

12.根据权利要求11所述的系统，其中输入端口与多个电阻器一起并联连接到光电晶体管；并且

其中第一参考表面着色黑色，第二参考表面着色白色。

13.根据权利要求11所述的系统，其中微控制器为第一光发射器选择第一电阻器组合，并为第二光发射器选择第二电阻器组合，第一电阻器组合提供与第二电阻器组合不同的电阻。

14.根据权利要求11所述的系统，其中微控制器被配置成为将来与第一光发射器一起使用而存储第一电阻器组合，并为将来与第二光发射器一起使用而存储第二电阻器组合。

15.根据权利要求11所述的系统，其中所述系统包括在游戏群组中，游戏群组包括多个玩具的环境，每个玩具具有由系统可识别的着色表面，所述系统具有扬声器，所述扬声器被配置成在识别多个玩具中一个玩具的着色表面时，向用户传送预定的消息。

16.根据权利要求11所述的系统，其中光电晶体管被配置成感测由光源从表面反射的光，第一和第二光发射器并联连接到光电晶体管。

17.一种校准色度计的方法，所述方法包括：

提供多个电阻器，所述多个电阻器包括微控制器和传感器头之间的第一，第二，第三和第四电阻器，第一、第二、第三和第四电阻器分别连接到微控制器的第一、第二、第三和第四可切换的输出端口；

激活第一光源，以从第一参考表面向传感器头反射光；

通过切换一个或多个输出端口，循环通过多个电阻器的多个电阻组合，以及

为每个电阻组合记录来自传感器头的第一预定电压，所述每个电阻组合对应于由第一光源从黑色表面反射的光；

激活第一光源，以从第二参考表面向传感器头反射光；

通过切换一个或多个输出端口，循环通过多个电阻器的多个电阻组合，并为每个电阻组合记录来自传感器头的高电压，所述每个电阻组合对应于由第一光源从第二参考表面反射的光；

基于产生第一预定电压和第二预定电压的第一电阻组合，为用于与第一光源一起使用的传感器头选择校准，第一预定电压最佳地接近用于由光源从黑色表面的反射的来自传感器头的低预定电压目标，第二预定电压最佳地接近用于由第一光源从白色表面的反射的来自传感器头的第二预定电压目标。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括使第二光源发光，以从第一参考表面向传感器头反射光；

通过切换一个或多个输出端口，循环通过多个电阻器的多个电阻组合，并为每个电阻组合记录来自传感器头的低电压，每个电阻组合对应于由第二光源从第一参考表面反射的光；

激活第二光源，以从白色表面向传感器头反射光；

通过切换一个或多个输出端口，循环通过多个电阻器的多个电阻组合，并为每个电阻组合记录来自传感器头的高电压，所述每个电阻组合对应于由第二光源从第二参考表面反射的光；

基于产生低电压并产生高电压的第二电阻组合，为用于与第二光源一起使用的传感器头选择校准，所述低电压接近用于由第二光源从第一参考表面的反射的来自传感器头的低预定电压目标，所述高电压接近用于由第二光源从第二参考表面的反射的来自传感器头的高预定电压目标；

其中第一光源具有第一波长，而第二光源具有第二波长。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括响应于确定哪个电阻组合生成来自第一参考表面的反射的反射率值和来自第二参考表面的反射的反射率值之间的最大差异，而选择电阻组合；

其中第一参考表面着色黑色，第二参考表面着色白色。

20.根据权利要求18所述的方法，其中第一光源发射红色光，第二光源发射绿色光，并且每次激活第一光源时使用第一电阻组合，并且每次激活第二光源时使用第二电阻组合。