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    TCS230的MCU平臺(tái)顏色識(shí)別方法研究

    2013-10-10 01:56:06周中正王洪棟
    關(guān)鍵詞:白平衡物塊色度

    周中正,王洪棟

    (中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院,徐州221116)

    引 言

    顏色傳感器TCS230分辨率高,具有可編程的顏色通透選擇,無需數(shù)/模轉(zhuǎn)換[1],在科學(xué)研究領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用,如智能化水域污染監(jiān)測(cè)[2]、介質(zhì)界面檢測(cè)[3]、顏色加密識(shí)別[4]、溫度測(cè)量[5]等。但由于 TCS230采集顏色信息時(shí)受環(huán)境光強(qiáng)影響較大[1],只有在外界光強(qiáng)相對(duì)穩(wěn)定或在實(shí)驗(yàn)室條件下才能使TCS230的優(yōu)點(diǎn)得以發(fā)揮。雖然目前TCS230的顏色識(shí)別有白平衡算法來支撐,但白平衡處理并不能濾除光強(qiáng)干擾,在不易采取屏蔽措施的情況下往往難以達(dá)到識(shí)別精度的要求。另外,目前顏色識(shí)別的研究多基于PC平臺(tái),基于處理能力相對(duì)較弱的單片機(jī)平臺(tái)的實(shí)用方案幾乎沒有。

    本研究基于MCU平臺(tái),利用RGB-YCbCr變換,可從RGB值中提取對(duì)顏色識(shí)別有用的色度信息[6-7],為消除環(huán)境光強(qiáng)的不良影響創(chuàng)造了條件。本顏色識(shí)別方案是在大量實(shí)踐和嘗試的基礎(chǔ)上得到的,而且能夠在全國(guó)機(jī)器人大賽智能搬運(yùn)項(xiàng)目的比賽條件下滿足精度要求,為MCU平臺(tái)下的顏色識(shí)別提供了參考,具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

    1 TCS230顏色識(shí)別原理

    1.1 顏色識(shí)別原理

    物體顏色的感知是在白光的照耀下,物體表面反射出的有色光在人眼中所引起的反應(yīng),未被反射的成分則被物體吸收了。根據(jù)三原色理論,不同的顏色是由三原色(紅、綠、藍(lán))按照不同的比例混合而成的,如果能得到某種顏色所對(duì)應(yīng)的三原色的值,就能夠唯一確定該顏色。利用感光材料的感光特性,依次測(cè)得物體表面反射光中紅、綠、藍(lán)各色光的含量,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)顏色的識(shí)別。

    值得注意的是,只有在標(biāo)準(zhǔn)白光(RGB含量相等)照射的條件下才能客觀地反映出物體對(duì)光的反射特性,即得到物體表面的顏色信息,但現(xiàn)實(shí)測(cè)量條件下的光常為非標(biāo)準(zhǔn)白光。另外,感光材料對(duì)三種原色的敏感性不同,而且受感光原件制造精度、測(cè)量誤差和環(huán)境亮度的影響,在對(duì)同一物體表面顏色的測(cè)取過程中,往往會(huì)得到一組有一定分布特點(diǎn)的RGB點(diǎn),難以測(cè)得該顏色的精確信息,但可據(jù)此來判別出有限的幾種顏色。

    1.2 TCS230工作原理

    TCS230是專用的顏色傳感器,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    TCS230內(nèi)部集成了可配置的硅光電二極管陣列和一個(gè)電流/頻率轉(zhuǎn)換器,可輸出頻率隨光強(qiáng)線性變化且占空比為50%的方波。

    圖1 TCS230引腳封裝及功能框圖

    用戶可通過可編程引腳S0、S1來選擇100%、20%或2%的輸出比例因子,通過引腳S2、S3來選擇所需的濾光器顏色,如表1所列。

    表1 S0、S1、S2、S3引腳功能分配表

    在工作時(shí),可通過改變TCS230感光部位濾光器的顏色,依次讓三種原色的色光通過,根據(jù)其輸出頻率隨光強(qiáng)線性變化的特性,得到色光中的紅綠藍(lán)三原色信息。例如,當(dāng)選擇紅色濾光器時(shí),紅色光能透射到感光部位,而藍(lán)綠光則不能透過,此時(shí)即可得到紅色光在此種顏色中的含量信息。但由于TCS230的感光部位對(duì)三種原色的敏感性不同,需要利用白平衡算法進(jìn)行調(diào)整,具體方法為:在實(shí)驗(yàn)室中利用標(biāo)準(zhǔn)白光(可用白色光源經(jīng)試管透射得到)照射TCS230的二極管陣列,得到TCS230的RGB頻率調(diào)整參數(shù)(可設(shè)紅色光為A),然后在比賽條件下測(cè)得TCS230的RGB頻率參數(shù)(設(shè)紅色光為a),運(yùn)用白平衡調(diào)整(R=255·a/A),即可得到 RGB的理論值[8]。

    2 基于MC9S12XS128的顏色識(shí)別方案

    2.1 方案理論依據(jù)

    顏色由亮度和色度來刻畫,色度是不包括亮度在內(nèi)的顏色的性質(zhì),反映的是顏色的色調(diào)和飽和度。在比賽中要辨別物塊顏色,就需要提取色度信息,而亮度信息則屬于干擾。利用TCS230運(yùn)用白平衡算法獲取的RGB值既與色度有關(guān),又受亮度影響。雖然在實(shí)驗(yàn)室條件下仍可完成顏色的測(cè)量,但白平衡調(diào)整并未解決亮度干擾的問題,當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)改變時(shí)RGB值也會(huì)出現(xiàn)較大變化,在比賽條件下往往達(dá)不到判別的精度。

    本顏色識(shí)別方案利用色度學(xué)RGB原理,運(yùn)用RGBYCbCr變換,將RGB模式轉(zhuǎn)換為YCbCr模式。YCbCr模式是刻畫顏色性質(zhì)的一種模式,其中Y代表亮度,Cb和Cr則代表色調(diào)、飽和度。常見的JPEG圖片格式采用的就是YCbCr色彩系統(tǒng)。RGB-YCbCr變換公式為:

    2.2 方案設(shè)計(jì)

    本方案以色度信息Cb、Cr為主要判據(jù),解決了利用RGB參數(shù)判別顏色受亮度干擾的問題,對(duì)不易區(qū)分的顏色以RGB值為輔助判據(jù)來進(jìn)一步判別。

    顏色識(shí)別流程如圖2所示。首先拉低使能引腳開啟TCS230,控制引腳S2、S3依次選通紅綠藍(lán)三種濾光器,利用MC9S12XS128的定時(shí)器和脈沖累加器來獲取TCS230在三種色光下的輸出頻率,即可得到原始的RGB頻率信息,利用白平衡調(diào)整,得到RGB的理論值。由RGB-YCb-Cr變換公式(1)求出Cb、Cr值,這樣就濾除了亮度干擾,獲取了物塊的色度信息,然后根據(jù)各顏色對(duì)應(yīng)的CbCr分布圖(如圖3所示),即可實(shí)現(xiàn)物塊顏色的判別。其中,CbCr分布圖的構(gòu)建方法(顏色分布的平面分割方法)為:經(jīng)多次預(yù)測(cè)量(即比賽前測(cè)量)得到一系列關(guān)于Cb、Cr的散點(diǎn),以Cb為x軸、以Cr為y軸作平面圖,根據(jù)散點(diǎn)的分布來分割各顏色物塊對(duì)應(yīng)的區(qū)域,要盡可能給各色塊以足夠的裕量。如果在CbCr分布圖中出現(xiàn)了不同顏色有重疊區(qū)的情況,就需要進(jìn)行RGB輔助判斷,即根據(jù)獲取的RGB值中容易區(qū)分重疊顏色的一個(gè)或多個(gè)值(如根據(jù)R值或根據(jù)R、G值)來進(jìn)一步輔助判斷。

    3 智能搬運(yùn)小車平臺(tái)

    圖2 顏色識(shí)別流程圖

    圖3 各顏色物塊CbCr分布及分割示意圖

    3.1 智能搬運(yùn)項(xiàng)目規(guī)則簡(jiǎn)述

    智能搬運(yùn)項(xiàng)目的比賽場(chǎng)地如圖4所示。比賽時(shí),參賽選手在置有黃、白、紅、黑、藍(lán) 5種顏色物塊的袋子中隨機(jī)依次抽取三個(gè)物塊,并按抽取順序,將三個(gè)物塊擺放至拾起區(qū)(圖4中黃、紅、藍(lán)顏色區(qū)與中部交叉點(diǎn)之間的白色區(qū)域)。分揀搬運(yùn)小車從出發(fā)區(qū)(圖4下方綠色矩形區(qū)域)出發(fā),沿黑線循跡至拾起區(qū)拾取物塊,并根據(jù)物塊顏色將其送至對(duì)應(yīng)顏色區(qū),最后回到出發(fā)區(qū)。比賽成績(jī)由小車送物塊至對(duì)應(yīng)顏色區(qū)的精確度(圖4黃、白、紅、黑、藍(lán)各顏色區(qū)靶心10環(huán)為10分,隨環(huán)數(shù)減小分?jǐn)?shù)依次降低)和回到出發(fā)區(qū)的時(shí)間綜合決定。

    圖4 智能搬運(yùn)比賽場(chǎng)地

    3.2 智能搬運(yùn)小車設(shè)計(jì)方案

    智能搬運(yùn)小車的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。硬件部分主要由MPU、傳感器模塊和動(dòng)作模塊構(gòu)成。MPU采用Freescale公司16位MC9S12XS128芯片,它包含8個(gè)8位PWM通道且相鄰兩通道可合并為一個(gè)16位通道,可高精度控制舵機(jī)動(dòng)作;還包含8通道的16位標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器TIM及1個(gè)16位的脈沖累加器[9],可方便地測(cè)出TCS230在紅綠藍(lán)色光下的輸出頻率。傳感器模塊包括用于循跡的光電對(duì)管TK-20、用于探測(cè)物塊的測(cè)距傳感器GP2Y0A02YK0F和用于采集物塊顏色RGB信息的顏色傳感器TCS230。動(dòng)作模塊主要由小車輪子的驅(qū)動(dòng)舵機(jī)S4309R和用于抓取物塊的驅(qū)動(dòng)舵機(jī)SR-403P構(gòu)成。軟件的關(guān)鍵部分包括:用于循跡糾正控制的定時(shí)器中斷、用于判別物塊顏色的顏色識(shí)別和用于產(chǎn)生舵機(jī)控制信號(hào)的雙通道合并PWM產(chǎn)生。

    圖5 智能搬運(yùn)小車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    4 顏色識(shí)別結(jié)果分析

    利用上文設(shè)計(jì)的智能搬運(yùn)小車檢驗(yàn)該顏色識(shí)別算法,得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所列。

    表2 智能搬運(yùn)小車分揀各色塊實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)表

    該統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,本顏色識(shí)別方案在比賽環(huán)境條件下的顏色識(shí)別成功率達(dá)91.4%以上,可以滿足比賽精度的要求,表明本顏色識(shí)別方案能夠在單片機(jī)平臺(tái)中有效地實(shí)現(xiàn)顏色的識(shí)別。

    結(jié) 語(yǔ)

    ① 將RGB-YCbCr變換應(yīng)用于TCS230的顏色識(shí)別是解決TCS230受外界光強(qiáng)干擾問題的有效途徑,是對(duì)現(xiàn)行TCS230白平衡算法的良好補(bǔ)充。

    ② 對(duì)不同物體顏色按CbCr參數(shù)的分布情況進(jìn)行平面分割,并用RGB值輔助判斷的方法是區(qū)分物體顏色的一種實(shí)用方法,適用于單片機(jī)顏色判別系統(tǒng)。

    [1]張松燦,肖本賢.高分辨率顏色傳感器TCS230的原理和應(yīng)用[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2005(3).

    [2]侯昭武,包敬海,李尚平,等.基于TCS230智能化輪船污染監(jiān)測(cè)儀的研究[J].自動(dòng)化與儀表,2010(3).

    [3]王安敏,尚緒超,趙龍.基于顏色傳感器TCS230的油水界面檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2010(9).

    [4]F Yucel,O Oral,N Caglayan.Design and Implementation of a Personal Computer Authorization System using Color Detection[J].Electronics and Electrical Engineering,2011,115(9).

    [5]Zhao Guangxing Zhao Guangyi,ZhaoYuan.Design of color temperature measurement device based on TCS230[C].Beijing:IET International Conference on Wireless Sensor Network,2010.

    [6]Saarinen K.Comparison of decimation and interpolation methods in case of multiple repeated RGB-YCbCr colour image format conversions[C].USA:Circuits and Systems,1994.

    [7]江鳳兵.基于RGB-H-CbCr新顏色空間的膚色檢測(cè)算法研究[J].科技廣場(chǎng),2011(9).

    [8]秦志強(qiáng),李昌帥,許國(guó)璋.智能傳感器應(yīng)用項(xiàng)目教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010:85-88.

    [9]王宜懷,曹金華.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn):基于飛思卡爾S12X微控制器[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2011:207-248.

    [10]TAOS Inc.Texas Advanced Optoelectronic Solutions TCS230 Datasheet.2007.

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