RGB色彩傳感器工作原理及應用方案分析（上）

盡管人眼區分色彩的能力非常強，但不同的人在描述同一色彩時(shí)會(huì )有所不同，這意味著(zhù)在要求精確的色彩檢測和管理的應用中，口頭描述是不夠的。更好的解決方案是使用充分校準的色彩傳感設備，以數字方式描述色彩。這些設備包括昂貴的實(shí)驗室級分光光譜儀到經(jīng)濟的RGB色彩傳感器(如安華高科技生產(chǎn)的色彩傳感器)。安華高科技擁有各種色彩傳感器，為當前許多實(shí)際色彩傳感和測量應用提供了實(shí)用的解決方案。本文的目標是考察色彩感知、測量和規格、以及怎樣應用色彩傳感器生成的數據。最后，本文討論了安華高科技的RGB色彩傳感器產(chǎn)品及其怎樣為各種色彩傳感應用服務(wù)。

色彩的感知

在進(jìn)入電子設備怎樣傳感色彩的理論之前，有必要了解人類(lèi)是怎樣感知色彩的。色彩是光源、物體和觀(guān)察者之間交互的結果。在反射的光中，落在一個(gè)物體上的光會(huì )被反射或吸收，具體取決于表面特點(diǎn)，如反射系數和透射情況。例如，紅紙會(huì )吸收光譜中大多數帶綠色的部分和帶藍色的部分，同時(shí)反射光譜中帶紅色的部分，因此對觀(guān)察者會(huì )表現為紅色。在自己發(fā)光的物體中，其原理相同：光會(huì )到達人眼，然后由眼睛的接受器進(jìn)行處理，由神經(jīng)系統和大腦進(jìn)行解釋。

人類(lèi)視覺(jué)系統可以檢測到從大約400nm(紫色)到大約700nm(紅色)的電磁光譜，可以適應變化廣泛的照明度和大量的色彩飽和度(純粹的顏色在白色中所占的比例)。雖然桿狀細胞是能夠在廣泛的照明度上工作、并對變化提供快速響應的光傳感器元件，但這些桿狀細胞卻無(wú)法檢測色彩。稱(chēng)為錐狀細胞的光傳感器元件提供高分辨率的色彩圖像。共有三個(gè)錐狀細胞，在不同波長(cháng)上實(shí)現峰值靈敏度，其分別是紅色(580nm)、綠色(540nm)和藍色(450nm)?？梢暪庾V內任何波長(cháng)的光都將會(huì )在不同程度上刺激這三類(lèi)錐狀細胞中的一個(gè)或多個(gè)單元，我們感覺(jué)到的色彩則是我們的視覺(jué)神經(jīng)和大腦處理的信息。

很明顯，擁有正常色彩視覺(jué)的人在看到波長(cháng)組合相同的光時(shí)，基本上會(huì )感覺(jué)到相同的色彩?？茖W(xué)試驗表明，人類(lèi)可以區分非常細微的色彩差異，估計最高可以達到1000萬(wàn)種，問(wèn)題是我們沒(méi)有足夠的詞來(lái)描述所有這些有著(zhù)細微差異的色彩。

色彩測量的原理

圖1.1顯示了與使用儀器或傳感器進(jìn)行色彩測量相比，人眼檢測色彩的基本原理。傳感設備可以是高端設備，如分光光譜儀或英國國際照明委員會(huì )(CIE)校準的攝像機，也可以是低端設備，如RGB色彩傳感器等。

測量?jì)x器通常分為兩大類(lèi)：色度分析方法和測光方法。在使用色度分析方法時(shí)，設備使用具有三個(gè)濾波器的傳感器測量來(lái)自物體的光(圖1.1b)。正常情況下，傳感器廓線(xiàn)經(jīng)過(guò)優(yōu)化，因此與人眼響應非常相似。輸出采用CIE三重刺激值表示：X, Y, Z。

測光方法(圖1c)使用各種各樣的傳感器，在大量的窄波長(cháng)范圍內測量色彩。然后，儀器的微電腦通過(guò)對得到的數據求積分，計算三重刺激值。

安華高科技的色彩傳感器(圖1d)是三濾波器設備，提供了色度分析測量功能。傳感器輸出由電壓輸出VR, VG,和VB或模擬數字轉換后的R, G和B數字值組成。

圖1a 本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201706/350926.htm

圖1b

圖1c

圖1d

圖1.2: 采用光到模擬電壓轉換的色彩傳感器

圖1.3: 反射的光的顏色取決于表面反射的顏色和吸收的顏色。

圖1.4: 傳感器的R, G和B 輸出取決于落在傳感器上的光的顏色。

圖1.5: 透明介質(zhì)的色彩傳感，如色彩濾波器、液體或氣體。