PDA

View Full Version : Đề tài cảm biến nhận màu sắc


falleaf
11-10-2006, 05:32 PM
Đạt giúp anh quản lý đề tài này nhé, cái này em làm rồi, chuẩn bị tài liệu và triển khai giúp anh nhé.

Trước tiên, tham khảo tài liệu tại đây các bạn à: http://www.robotroom.com/ColorSensor.html

Chúc vui

ami
21-10-2006, 06:07 AM
Anh sáng
Anh sáng là một thành phần trong phổ rộng lớn của các sóng điện từ. Tia hồng ngoại là ánh sáng mà ta không nhìn thấy nó ở liền những sóng ánh sáng có bước sóng dài nhất, ở phía bên kia của phổ ánh sáng nhìn thấy được là các bức xạ tử ngoại mà ta không nhìn thấy được. Anh sáng mắt nhìn thấy nằm trong phạm vi giữa 790 THz và 385 THz (têrahéc) chiều dài sóng tương ứng là từ 380nm đến 780nm (nanômét).
Anh sáng trắng bao gồm những bức xạ của tất cả các màu sắc.
Hiện tượng quang sai màu sắc
Độ nhạy lớn nhất của mắt người là trong vùng màu xanh có bước sóng 555nm, nếu chỉ có một ánh sáng đơn sắc thì sẽ loại trừ hiện tượng quang sai các mầu sắc. Mắt người có thể được coi như một máy ảnh, trong đó thủy tinh thể làm nhiệm vụ ống kính và dải võng mạc làm nhiệm vụ bề mặt cảm quang. Đối với lăng kính thì chỉ số khúc xạ thay đổi tuỳ theo tần số bức xạ, các tia bị khúc xạ trên lăng kính được tập trung tại các điểm gọi là tiêu cự. Các tia màu xanh có tiêu cự ở gần ống kính và các tia màu đỏ có tiêu cự xa nhất. Đối với mắt khi ngắm nhìn một vật có nhiều màu thì thuỷ tinh thể sẽ điều tiết thị lực làm cho các tiêu cự của các tia màu xanh sẽ ở trong mặt phẳng của võng mạc, tiêu cự các tia màu lơ sẽ ở trước võng mạc và tiêu cự các tia màu đỏ ở phía sau võng mạc. Mắt người nhìn vào các hình ảnh đơn sắc sẽ có mật độ rõ nét hơn là nhìn vào hình ảnh đa sắc.
Con người đã vẽ được đường cong về tính chất cảm sắc của một mắt trung bình, đường cong đó cho ta thấy là đối với các bức xạ có công suất bằng nhau thì khả năng cảm thụ giảm dần khi xa dần điểm cực đại là ở trong phạm vi màu xanh và khi độ nhạy bằng 0 thì chúng ta đã vượt quá phạm vi của ánh sáng nhìn thấy được.
Giải phẩu và sinh lý mắt
Những cơ bắp ở xung quanh thủy tinh thể làm thay đổi độ cong của thủy tinh thể để hình ảnh trên võng mạc sẽ rõ nét hơn. Võng mạc bao phủ trên đáy mắt, võng mạc làm nhiệm vụ của một bề mặt cảm quang, ánh sáng gây ra các phản ứng hoá học và phản ứng điện học lên trên võng mạc các phản ứng đó được thần kinh thị giác truyền lên óc, tại đó chúng sẽ gây ra các cảm giác thấy ánh sáng. Tuỳ theo hình dạng của chúng các thành phần đó được gọi là các tế bào hình nón và các tế bào hình gậy, mỗi con mắt chứa khoảng 120 triệu tế bào hình gậy và 6 triệu tế bào hình nón.
Các tế bào hình nón dùng để thu nhận màu sắc, các tế bào hình gậy chỉ có phản ứng duy nhất đối với cường độ ánh sáng, các độ nhạy cảm của các tế bào gậy không giống nhau khi gặp các bước sóng khác nhau. Đối với màu Vàng – Xanh thì các tế bào gậy nhạy cảm nhanh và mạnh nhất, đối với màu đỏ thì hiệu suất chỉ còn lại một nữa, đối với màu lơ thì chúng phản ứng rất yếu. Như vậy nếu V là cường độ của ánh sáng xanh mà một tế bào hình gậy thu nhận được, R là cường độ ánh sáng đỏ, B là cường độ ánh sáng màu lơ và nếu tế bào hình gậy chỉ bị ánh sáng ba màu đó kích thích thì cường độ ánh sáng tổng hợp mà tế bào hình gậy thu nhận được sẽ là 0,59V+.,30R+0,11B (ba hệ số này được chọn sao để các tỷ lệ được giử nguyên và tổng số ba hệ số đó là bằng 1) các tế bào hình gậy nhạy cảm hơn các tế bào hình nón hàng nghìn lần.
Cuối thế kỷ 19 một nhà vật lý học người Anh tên là Thomas Young đã đưa ra giả thiết có ba loại tế bào hình nón. Một loại nhạy cảm với các tia màu đỏ, một loại nhạy cảm với màu xanh, một loại nhạy cảm với màu lơ.Và năm 1961 các nhà sinh lý học trường ĐH John Hopkins đã chứng minh được giả thiết trên, mỗi loại tế bào hình nón lại truyền lên óc những thông tin liên quan đến cường độ ánh sáng trong dải các màu sắc tương ứng.
Ơ trung tâm thần kinh thị giác có một chổ lõm xuống gọi là hoàng điểm hay “ điểm màu vàng “. Tại điểm này hoàn toàn chỉ có tế bào hình nón được bố trí với mất độ dày đặc tối đa, như vậy mắt người phân biệt được tốt nhất các chi tiết của hình ảnh có màu sắc tại phần tương ứng với trục của thị giác. Các tế bào hình gậy không có ở điểm vàng, sẽ ngày càng dày đặc khi ta xét rộng ra các gờ ngoài của võng mạc, vì thế cách nhìn theo hình khối tròn sẽ tạo ra được độ rõ nét đối với các chi tiết có độ sáng khác nhau. Ngược lại, ngoài trục thị giác ra sức nhìn sắc sảo đối với các màu sắc sẽ giảm đi một cách rõ rệt vì các tế bào hình nón trở nên thưa thớt.
Sự phân giải và sự tái tạo
Khi các màu sắc khác nhau của quang phổ được kết hợp lại với nhau ta có được ánh sáng trắng và ngược lại khi phân giải ánh sáng trắng qua lăng kính ta có được các màu sắc khác nhau của quang phổ.
Màu sắc của đồ vật
Màu sắc của đồ vật phụ thuộc vào khả năng hấp thụ và khả năng phản chiếu của các vật đó, vừa phụ thuộc vào cấu tạo của ánh sáng chiếu vào các đồ vật.
Vật có màu trắng không hấp thụ bất kỳ ánh sáng nào mà lại phản chiếu tất cả các ánh sáng có bước sóng khác nhau.
Vật màu đen có khả năng hấp thụ tất cả các bước sóng mà không phản chiếu bất kỳ ánh sáng nào.
Nhiều bước sóng được thu nhận đồng thời sẽ tạo ra cảm giác lẫn lộn vào nhau ở trong óc của con người.
Độ sáng
Đối với máy đèn chiếu khi ta đóng kín hoàn toàn các cửa chắn sáng màu đỏ, màu lơ và mở dần dần cửa chắn sáng của đèn chiếu ánh sáng màu xanh lúc nào ta cũng thấy một màu xanh thuần khiết và càng lúc càng sáng hơn, điều đó là do các ánh sáng có bước sóng gần giống hệt nhau. Khi điều chỉnh cửa chiếu sáng là ta chỉ thay đổi số lượng năng lượng ánh sáng chiếu, trên biểu đồ quang phổ của ánh sáng đó sẽ được tượng trưng bằng một vạch thẳng đứng. Biên độ của vạch đó thay đổi tùy theo độ mở của cửa chắn sáng. Tuy nhiên, khi cảm thụ màu luôn luôn giử vững sắc độ nhưng độ sáng thay đổi.
Màu trắng trong chụp ảnh ba màu
Khi độ mở của các cửa chắn sáng giống nhau thì ánh sáng tổng hợp cộng lại cho ta cảm giác đó là ánh sáng trắng, điều đó được coi như là một sự pha trộn của các tia có màu sắc khác nhau. Các tia đó không cần bao trùm toàn bộ phổ liên tục của các bức xạ nhìn thấy được (ba màu cũng đã là đủ). Như vậy võng mạc của con mắt sẵn có các thành phần cảm quang, mỗi loại lại thích ứng với một màu sắc cơ bản : đỏ, xanh và lơ.
Hiện tượng bảo hòa
Nếu cửa chắn sáng màu đỏ được mở rộng hơn một ít thì bề mặt khi chiếu ánh sáng vào có màu trắng sẽ chuyển sang màu hồng nhạt, càng mở thêm cửa chắn sáng màu đỏ thì màu hồng càng thêm thẩm hơn rồi chuyển dần sang màu đỏ. Tuy nhiên chỉ là màu đỏ nhạt kể cả khi cửa chắn sáng màu đỏ được mở tới mức tối đa. Như vậy màu đỏ coi như được pha trộn với màu trắng do màu xanh và màu lơ pha lẫn với một phần của màu đỏ đã tác động vào. Khi ta điều chỉnh giảm bớt cường độ ánh sáng màu xanh và màu lơ, lúc này chỉ còn lại ánh sáng màu đỏ và người ta gọi đây là hiện tượng bảo hòa. Độ bảo hoà không phụ thuộc vào màu sắc. Đối với mỗi màu người ta có thể được toàn bộ cả một dải bảo hoà đi từ số không đến mức bảo hòa bản thân của màu tinh khiết. Ta có thể dùng thay từ bảo hòa bằng từ “hệ số tinh khiết”.
Đặc tính cơ bản của màu sắc
Mỗi màu sắc có ba đặc tính : sắc độ, độ sáng và độ bảo hòa.
Sắc độ phụ thuộc vào bước sóng nỗi lên hơn hết cả trong phổ các tia sáng tới mắt chúng ta.
Độ sáng do công suất của các tia quyết định.
Độ bảo hòa phụ thuộc vào nội dung phổ của toàn bộ các tia mà ta nhận được.

Sự pha trộn màu sắc
Khi ta pha trộn màu đỏ với màu xanh thì mắt người cảm thụ được một ánh sáng màu vàng, khi tiếp nhận ánh sáng màu vàng thì ánh sáng màu vàng đó sẽ tác động chính vào các tế bào hình nón của võng mạc, là loại nhạy cảm với màu đỏ và màu xanh vì mắt người không có loại thích ứng với màu vàng.
Với ba màu căn bản : đỏ – xanh – lơ ta có thể tạo được vô số các màu sắc và cũng là vô số các trị số bảo hòa bằng cách pha trộn chúng vào nhau một cách thích hợp.
Những tế bào hình nón rất nhạy cảm với màu đỏ. Nếu như chiếu vào mắt người một ánh sáng màu đỏ rất mạnh các tế bào hình nón sẽ bị mệt mỏi bởi ánh sáng mạnh đó, vì vậy độ nhạy cảm với màu đỏ trong chốc lát bị giảm đi và mắt người sẽ cảm thụ mạnh hơn với bức xạ màu lơ, màu xanh nên gây ra hiện tượng cảm thụ màu sắc không chính xác.
Phân tích và tổng hợp các màu sắc
Nếu là màu sắc tinh khiết hay đơn sắc ta xác định dựa vào tần số (hay bước sóng) và độ sáng (hay độ chiếu sáng). Nói cách khác với một màu đơn sắc ta có thể xác định một cách chính xác khi biết biên độ và vị trí của vạch tương ứng với màu đó trong quang phổ.
Nhưng trong thiên nhiên màu sắc không bao giờ là loại đơn sắc. Đó là sự hỗn hợp của các bước sóng khác nhau, và như vậy ta phải biết được :
-tần số của từng vạch
-biên độ của từng vạch
Cũng không hiếm các màu tự nhiên có quang phổ không rời rạc lắm, nghĩa là không bao gồm các vạch riêng rẽ nhau, nhưng lại có các tần số được tượng trưng bằng một năng lượng lớn hay nhỏ. Muốn xác định một màu phát ra, tùy theo dải quang phổ đó, người ta sử dụng một biểu đồ trong đó tần số được ghi trên trục đứng và biên độ được ghi trên trục ngang.
Biểu đồ cho thấy sự phân bố về phổ của một ánh sáng gọi là biểu đồ quang phổ. Muốn thực hiện biểu đồ quang phổ, phải sử dụng máy đo quang phổ dùng lăng kính. Anh sáng cần được nghiên cứu sẽ chiếu vào trong máy đó và người ta sẽ độ cường độ trên nhiều điểm khác nhau của thang đo các tần số. Ví dụ có thể sử dụng một tế bào quang điện. Muốn làm cho ánh sáng đó xuất hiện lại, người ta phải xác định liều lượng các nguồn phát ánh sáng đơn sắc thích hợp và phải trộn các ánh sáng sơ cấp đó vào với nhau. Nếu ta gặp một phổ có dải liên tục, thì phải có vô vàn các nguồn sáng sơ cấp để tạo nên dải đó.
Như vậy ta có thể phân tích ánh sáng bằng mày đo quang phổ, nhưng để tổng hợp ánh sáng lại thì rất phức tạp.
Chụp ảnh ba màu
Người ta dùng ba màu sơ cấp : đỏ – xanh – lơ được phân bố gần đều trong quang phổ. Màu đỏ có tần số thấp, màu xanh có tần số trung bình và màu lơ có tần số cao (các màu sơ cấp không phải là màu đơn sắc). Trong thực tế, tia sáng cần được phân tích, đứng về phương diện quang học, sẽ được chia làm ba và hướng về ba bộ lọc. Bộ lọc thứ nhất chỉ cho màu đỏ đi qua, bộ thứ hai màu xanh và bộ thứ ba màu lơ. Cường độ ánh sáng được đo bằng một tế bào quang điện. Muốn tái tạo lại tia sáng màu đó, thì phải điều chỉnh cường độ sáng của ba nguồ, ánh sáng trắng được che bằng các bộ lọc khác nhau, và phải chồng lên nhau ba vết sáng đó trên màn ảnh.
Tam giác Maxwell
Maxwell là nhà vật lý đã lập nên phương trình vi phân về sự lan truyền sóng điện từ, và là người đầu tiên lập ra mặt phẳng màu. Tam giác Maxwell là một tam giác cân mà ba đỉnh R, B, V biểu thị các màu đo, xanh và lơ tinh khiết. Không kể đến đặc tính về cường độ sáng, trên lý thuyết ở trong tam giác đó phải thấy được tất cả các sắc độ và tất cả các độ bảo hòa có thể đạt được theo phương pháp chụp ảnh ba màu.
Một điểm bất kỳ P ở trong tam giác biểu thị một màu sắc, một điểm ở trên cạnh BR – ví dụ – đặc trưng cho một màu trong đó có màu lơ và màu đỏ nhưng không có màu xanh. Điểm M ở giữa BR tương ứng với màu magenta, một màu bổ sung cho màu xanh; điểm J ở giữa RG tượng trưng cho màu vàng (bổ sung cho màu lơ ở đỉnh đối diện), điểm C ở giữa BG đặc trưng cho màu cyan (bổ sung cho màu đỏ ở đỉnh đối diện), trọng tâm W của tam giác tượng trưng cho màu sắc gồm có các thành phần bằng nhau của ba màu đỏ,xanh và lơ tức là màu trắng.
Muốn xác định vị trí của một điểm trong tam giác khi đã biết giá trị của ba màu sơ cấp, người ta sẽ giả thiết tam giác được cấu tạo về phương diện vật lý bởi ba cái thanh lý tưởng (rất rắn chắc nhưng không có khối lượng) và người ta đặc lên ba đỉnh, những trọng lượng tỷ lệ với giá trị của các màu sơ cấp : khối lượng r ở R, v tại V, và b tại B. người ta sẽ tìm trọng tâm đó sẽ không giống với trọng tâm hình học W của tam giác, người ta gọi đó là lực trọng tâm. Bắt đầu người ta chia cạnh BR ra thành các phần bằng nhau (b + r), người ta đặt lực trọng tâm M ở cách điểm B là r phần (nghĩa là b phần ở cách điểm R). người ta nối VM rồi chia VM thành r + b + v phần bằng nhau. Và điểm P tượng trưng cho màu cần tìm sẽ ở cách điểm M là v phần (nghĩa là b+r phần từ điểm V).(hình 20 sgk/41).
Nếu ngược lại ta muốn biết các màu sơ cấp của điểm cho trước P, người ta nối điểm đó vào một đỉnh (ví dụ đỉnh V). đường thẳng PV sẽ cắt cạnh đối diện tại M và tỷ lệ cho ta v, trong đó cho ta r+b tỷ lệ . biết r+b và người ta tìm ra r và b một cách dể dàng. Lợi ích của phương pháp này là đưa các cấu trúc hình học vào mặt phẳng.


cứ quăng lên đây rồi mai sửa. Buồn ngủ quá rồi. Mong bà con thông cảm.

Kỳ sau sẽ giới thiệu cách thực hiện với MCU.

thanhgiang
16-07-2007, 10:56 AM
sao ko thay cach thuc hien voi mcu dau ca

cho1cafeda
20-07-2007, 01:04 PM
cảm biến này có thể làm đơn giản = CDS + 1 giấy kính lọc màu>>opamp so sánh >>fifflop( 4013 chẳng hạn )>>led hiển thị màu tương ­ứng.

cho1cafeda
20-07-2007, 01:07 PM
nhân tiện thấy bác Ami rất rành về ánh sáng nên muốn hỏi :
vì sao nhìn hòn đảo xanh lục t­­ừ ngoài biển xa lại thấy màu xanh lam??

Mecha
20-07-2007, 03:58 PM
nhân tiện thấy bác Ami rất rành về ánh sáng nên muốn hỏi :
vì sao nhìn hòn đảo xanh lục t­­ừ ngoài biển xa lại thấy màu xanh lam??

Mình trả lời giúp Ami nhé. Có mấy khả năng sau:
- Có thể người nào đó quan sát hòn đảo qua một tờ giấy kính màu xanh lam nên nhìn cái gì cũng thấy có màu xanh lam hết trơn. Nghe hơi khôi hài những vãn có thể xảy ra đấy vì dạo này mình gặp khá nhiều người đầu óc "vui" lắm:D
- Có thể do quan sát một hòn đảo nhỏ giữa cả một vùng biển rộng lớn có màu xanh lam nên mắt mình bị ảo giác đánh lừa

thanhgiang
22-07-2007, 05:11 PM
hic vậy la mai ma cha thay hon duoc gi ca. Theo tui thay nhu trong robotroom thi lan luot cho quang tro nhan duoc phan anh sang R,B,G nhờ 1 DAC ta có được thành phần mỗi màu sau đó rôi tong hợp lại (mỗi thàn phần nhân với 1 hệ số nào đó) rồi so sánh với 1 giá tri chuẩn. Suy ra mầu dó

falleaf
22-07-2007, 06:10 PM
Vấn đề xảy ra ở việc màu không chuẩn, sử dụng hệ màu nào, các vấn đề phản xạ, nhiễu khi nhận màu. Hệ số lựa chọn đó, thực chất có cố định không, có biến đổi tuyển tính không? Nếu hệ số đó không cố định, không biến đổi tuyến tính, thì tất yếu chúng ta cần phải đặt ra vấn đề để giải quyết.

Nếu mọi thứ đều quá đơn giản như vậy thì chắc là sẽ ít người nghiên cứu về màu sắc lắm.

Chúc vui

nbgfn
05-01-2009, 01:43 PM
anh chị ơi.sao lâu rồi ko thấy ai lên vậy.robocon năm nay cần có sự giúp đỡ của các anh chị.đề thi năm nay có 2 màu cần phân biệt là đỏ và xanh.em dùng loại cảm biến nào la thích hợp cho năm nay hả anh chị.cảm ơn anh chị nhiều

herrtien
05-01-2009, 08:52 PM
Bạn có thể tham khảo bài dự thi của tôi tại địa chỉ: http://www.contest2009.rpc.vn. Sử dụng cảm biến TCS230 của TAOs. Nếu cần biết thêm thông tin thì gửi email cho tôi: herrtien@yahoo.com

herrtien
05-01-2009, 09:38 PM
Video cảm biến mầu kết hợp với vi điều khiển và PLC.http://www.youtube.com/watch?v=LJmodC-bW_g

namkhanhpro
12-06-2010, 10:23 AM
may cao thu cho e hoi la xay dung he thong dem va phan loai san pham voi 3 mau nhu the nao
nen dung cam bien gi