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颜色传感器通过自动曝光实现高动态范围

接线图 2024年10月22日 18:27 52 admin
图 1中的设计理念 是一种能够在高动态范围内生成 RGB 三元组的颜色检测器,这对于机器视觉应用来说是一个有用的属性。该电路实施自动曝光控制来实现这一点。因此,主体的 RGB 值在一定光强度范围内保持不变。

  当 RES 由 C(微控制器)驱动为高电平时,三个共阴极 RGB 光电二极管 (U1) 反向偏置并通过三个 N 通道 MOSFET(M1、M2、M3)预充电至 V R (通常为 0.5V)。复位阶段之后,节点 R、G 和 B 上的电压开始增加,与每个颜色成分的强度成线性比例。这些信号馈送三个具有线或连接输出的比较器 (U2)。第一个达到阈值 V TH (通常为 2.6V)的信号使 SH 通过反相器 U3A 置位,从而选通采样保持放大器 U4。 

颜色传感器通过自动曝光实现高动态范围  第1张

 然后,Arduino Nano 转换保持电压 RH、GH 和 BH 以进行进一步处理。不使用 U4 的 C 可以完成模拟到数字的转换,但连续转换会在信号之间引入采样误差。由于转换速率较高,信号越亮,该误差越大 。或者,可以使用至少有三个 ADC 的 C。

  D1 为比较器添加了强力滞后,D2 允许 Arduino 通过下拉节点 T2 来定义最大曝光时间,保持 RGB 信号。此功能对于保证传感器的固定工作速率必不可少。图 2显示了信号时序。在时间 t 1时,当 R = V TH时,比较器 U2A 拉低,保持三元组 [RH、GH、BH],以便在过程结束时 (T ADC ) 由 C 进行转换。在 t 2 时(最大曝光时间结束时),C 将 SH1 设置为低并转换输入。

颜色传感器通过自动曝光实现高动态范围  第2张

  图2  时序图

  总结一下,R、G、B 中最亮的信号 决定了曝光时间 (t 1 ),因此任何信号都不会出现饱和。这种信号压缩 使用 8 位 ADC 可实现约 100 dB 的动态范围。此外,要达到这样的性能,无需调整任何电路参数。

  图 3 解释了如何通过自动曝光控制获得高动态范围。给定一个目标,对于每个光强度,总会有一个曝光时间保证三重态 [RH,GH,BH] 保持不变:

颜色传感器通过自动曝光实现高动态范围  第3张

  图 3  两个 RGB 三元组的示例,指的是在两种不同的光强度下获取的同一目标。[R1,G1,B1] 是在 Ta 处采样的亮信号,而 [R2,G2,B2] 是在 Tb 处采样的暗信号。由于 [R1,G1,B1]Ta = [R2,G2,B2]Tb,因此物体的色度与光强度无关。
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