拉高S2和S3引腳，OUT引腳輸出對應(yīng)RGB脈 沖，讀取TCS1的RGB分量，退出子程序后，轉(zhuǎn)向?qū)CS2，使能TCS2輸出，輸出完成后，同樣對 TCS3使能輸出。當讀取完成TCS3之后，重新對TCSl進行讀取。如此循環(huán)讀取和輸出。
[0044] 3 MCU設(shè)計和相關(guān)算法
[0045] MCU (微型中央處理器）選擇STM32F407ZGT6,該芯片為ST公司生產(chǎn)的CortexHM 系列芯片，其運算頻率高達168MHz，具有2個高級定時器、10個通用定時器和2個基本定時 器。其中，通用定時器計數(shù)頻率為84MHz，可以完成0-65535從上至下或從下至上計數(shù)。本 程序使用定時器??Μ2的通道1對TCS3200D的OUT引腳輸出脈沖進行捕獲，并計算不同顏 色下脈沖輸出值。
[0046] 3. I STM32F407ZGT6 硬件連接設(shè)計
[0047] STM32F407ZGT6引腳眾多，為了能方便說明其與TCS3200D的硬件連接方式，只列 出以下幾個引腳，分別是STM32F407ZGT6的GPI0F5(以下簡稱PF5)連接顏色傳感器公用 OUT引腳，為線號捕獲線，PA4連接顏色傳感器公用S2引腳，PA7連接顏色傳感器公用S3引 腳，PE5連接顏色傳感器公用Sl引腳，PE6連接顏色傳感器公用SO引腳，PC6連接TCSl的OE 引腳，PC7連接TCS2的OE引腳，PC8連接TCS3的OE引腳。此外STM32F407ZGT6的其他基本 功能引腳比如時鐘線號線等，因為不作為本程序重點，故此不做詳細陳述。STM32F407ZGT6 和TCS3200D顏色感應(yīng)器硬件連接圖見圖3。
[0048] 3. 2 STM32F407ZGT6數(shù)據(jù)捕獲和顏色轉(zhuǎn)換
[0049] 光源發(fā)出的光經(jīng)木材反射進入顏色傳感器，使用STM32F407ZGT6的??Μ2通道1進 行OUT引腳頻率捕獲。流程圖如圖5,首先初始化??Μ2通用計時器，初始化采用21分頻，因 為??Μ2計數(shù)時鐘為84MHz，即l/84us計數(shù)1次，采用21分頻時，即采用21/84us (0. 25us) 計數(shù)一次。因為TCS3200D輸出為方波，占空比為50%，只需要連續(xù)捕獲兩次上升沿信號，即 可完成一次周期采集。當捕獲第一次上升沿信號時，清空??Μ2計數(shù)器，等待捕獲第二次上 升沿，讀取??Μ2計數(shù)器數(shù)值N，即可算出一個輸出周期時間T，T =數(shù)值N*0. 25us。光源發(fā) 出的光經(jīng)木材反射進入顏色傳感器，設(shè)定芯片測定的顏色傳感器對于紅色、綠色、藍色的輸 出周期分別為sr、sg、sb。
[0050] 捕獲到的木材具體RGB分量周期之后，還需與白光光照情況下的RGB數(shù)字進行比 較，方能算出具體RGB數(shù)值。因此，在對不同顏色RGB進行捕獲之前，需要先進行白平衡（標 定）。白平衡的方法為，將白色光源照射純白色光板，經(jīng)純白色光板反射后進入TCS3200D， 分別得出RGB三基色分量周期，該三個周期即為標準白光RGB數(shù)值。設(shè)定芯片測定的顏色傳 感器對標準白光中的紅色、綠色、藍色的輸出周期分別為tr、tg、tb。那么，對于紅色、綠色、 藍色的比例因子（白平衡系數(shù)）分別就是為255/tr、255/tg、255/tb。根據(jù)R = 255Xsr/ tr、G = 255Xsg/tg、B = 255Xsb/tb即可計算出木材的反射光中的紅色、綠色、藍色具體 強度值。
[0051] 3. 3顏色灰度值處理
[0052] 讀取到木材表面RGB顏色分量，對應(yīng)為紅色、綠色、藍色三數(shù)值，無法進行顏色深 度比較，為了能夠?qū)⑷齻€數(shù)值轉(zhuǎn)換成為一個數(shù)字產(chǎn)生可比性，并且結(jié)合人眼對顏色深度區(qū) 分習(xí)慣，故選擇灰度值比較方法?；叶燃匆院谏珵榛鶞噬?，不同的飽和度的黑色來顯示圖 像。通常像素量化后用一個字節(jié)（Sbit)來表示。比如把有黑到灰到白的連續(xù)變化的灰度 值量化為256個灰度級，灰度值的范圍為0~255,其表示亮度從深到淺，對應(yīng)圖像中的顏色 為從黑到白，RGB轉(zhuǎn)為灰度值的心理學(xué)公式為：
[0053] Gray = 30% XR+59% XG+11% XB
[0054] MCU通過上述公式即可完成度顏色-灰度值得轉(zhuǎn)換，木材表面顏色將被轉(zhuǎn)換成為 0-255之間的量化數(shù)值，從而方便深度比較，得出色差等級。
[0055] 4 TFTLCD 信息輸出
[0056] TFTIXD液晶顯示器作為人機交互的重要硬件設(shè)備，在自動化控制系統(tǒng)中必不可 少。本系統(tǒng)直接利用ILI9341電容屏作為輸出信息和相關(guān)操作設(shè)備。
[0057] 4. I LCD顯示設(shè)計
[0058] IXD顯示器部分，主要使用ILI9341 IC芯片液晶顯示器，該顯示器還具有觸摸屏 功能。
[0059] ILI9341 GRAM部分最大可存儲18位存儲空間，考慮到顏色存儲，分8位，16位，24 位等。其中16位為增強顏色。本系統(tǒng)中選用16位顏色顯示，其中0位和12位無效。R G B 分量按照5:6:5進行存儲。GRAM實際上和顯存類似，其寄存器地址與IXD屏幕顯示點一一 對應(yīng)。本系統(tǒng)采用的IXD顯示屏分辨率是480*800,電容屏觸控。
[0060] 因 LCD顯示部分不是本設(shè)計重點，只強調(diào)結(jié)果輸出，所以，未對具體ILI9341存儲 寄存器進行詳細說明。
[0061] 本專利的優(yōu)點：
[0062] 1、采集器選擇是SOAT公司生產(chǎn)的TCS3200D傳感器，體積小，質(zhì)量輕，對流水線作 業(yè)產(chǎn)生的震動造成的圖像噪音有很好的應(yīng)對效果。
[0063] 2、MCU選擇STM32F407ZGT6,框架為ARM公司設(shè)計，數(shù)據(jù)處理速度快，響應(yīng)迅速、數(shù) 據(jù)處理穩(wěn)定、成本低等特點，在工業(yè)控制中應(yīng)用及其廣泛，對未來木材行業(yè)自動化篩選提供 技術(shù)支持。
[0064] 3、顏色灰度計算，將不同顏色轉(zhuǎn)化成單一顏色，為顏色深度分辨提供依據(jù)，對顏色 及其復(fù)雜的木材表面而言，適應(yīng)能力強。
[0065] 4、IXD顯示器具有很強的人機交互能力，人工操控系統(tǒng)更加方便。
[0066] 5、工控部分只需根據(jù)相關(guān)中斷完成即可。
[0067] 總而言之，本專利對木材表面顏色采集、色差等級及其算法進行研究。利用 TCS3200D顏色感應(yīng)器產(chǎn)生RGB三基色脈沖信號，通過STM32F407ZGT6芯片對其捕獲，計算 出對應(yīng)RGB數(shù)值，并通過灰度計算公式統(tǒng)一將RGB轉(zhuǎn)換成灰度值，與設(shè)定的顏色灰度色差區(qū) 間對比篩選，通過IXD顯示分選結(jié)果。
【主權(quán)項】
1. 木材顏色識別系統(tǒng)，其特征是：它包括白色發(fā)光光源、TCS3200D顏色傳感器、可編程 控制器、IXD液晶觸摸屏，白色發(fā)光光源發(fā)出的光經(jīng)木材反射進入顏色傳感器，顏色傳感器、 白色發(fā)光光源、IXD液晶觸摸屏均與可編程控制器連接。2. 如權(quán)利要求1所述的木材顏色識別系統(tǒng)，其特征是：顏色傳感器有三個或三個以上， 顏色傳感器沿著被測試木材的寬度方向排列。3. 如權(quán)利要求2所述的木材顏色識別系統(tǒng)，其特征是：白色發(fā)光光源和顏色傳感器設(shè) 置在可以相對于被測試木材表面移動的移動支架上。4. 如權(quán)利要求2所述的木材顏色識別系統(tǒng)，其特征是：STM32F407ZGT6的GPI0F5連接 顏色傳感器公用OUT引腳，為線號捕獲線；PA4連接各顏色傳感器公用S2引腳，PA7連接各 顏色傳感器公用S3引腳，PE5連接各顏色傳感器公用Sl引腳，PE6連接各顏色傳感器公用 SO引腳，PC6、PC7、PC8分別與連接三個顏色傳感器的OE引腳。5. 木材顏色識別方法，其特征是：使用權(quán)利要求1-4任一所述的木材顏色識別系統(tǒng)，其 步驟包括： a、 標定：顏色傳感器捕獲由白色光源照射的純白色光板反射的光，通過控制器測定顏 色傳感器對于紅色、綠色、藍色三基色的輸出周期tr、tg、tb; b、 測試：光源發(fā)出的光照射在被測試木材的表面，木材的反射光進入顏色傳感器，通過 控制器測定顏色傳感器對于紅色、綠色、藍色的輸出周期sr、sg、sb; c、 灰度計算：以下式計算出灰度Gray并輸出至顯示器顯示： Gray= 30%X255Xsr/tr+59%X255Xsg/tg+11 %X255Xsb/tb〇6. 如權(quán)利要求5所述的木材顏色識別方法，其特征是：白色發(fā)光光源和顏色傳感器設(shè) 置在可以相對于被測試木材表面移動的移動支架上；當進行所述步驟b時，實時調(diào)整移動 支架的位置，使得顏色傳感器到被測試木材表面的距離為1〇_。7. 如權(quán)利要求5所述的木材顏色識別方法，其特征是：所述木材顏色識別系統(tǒng)還包括 用于判斷傳感器下方是否有被測試木材的物料傳感器；當物料傳感器檢測到傳感器下方有 被測試木材時，進行所述步驟b、c。8. 如權(quán)利要求5所述的木材顏色識別方法，其特征是：被測試木材從傳感器下方通過； 被測試木材從傳感器下方通過時，進行所述步驟b、c得到木材的灰度。9. 如權(quán)利要求5所述的木材顏色識別方法，其特征是：被測試木材從傳感器下方通過； 被測試木材從傳感器下方通過時，重復(fù)進行所述步驟b、c得到木材不同部位的灰度。10. 如權(quán)利要求9所述的木材顏色識別方法，其特征是：一個顏色傳感器或多個的顏色 傳感器對被測試木板表面的不同部位的灰度進行采集后，由控制器對采集到的各部位灰度 數(shù)值進行計算，以各部位灰度數(shù)值的算術(shù)平均值作為該木材的最終灰度值并輸出至顯示器 顯示；最終灰度值與存儲的顏色等級數(shù)據(jù)范圍進行對比，最終確定被測試木板顏色等級范 圍。
【專利摘要】本技術(shù)提供一種結(jié)構(gòu)簡單、運行速度快、成本低廉、失真小，準確性高的木材顏色識別系統(tǒng)，它包括白色發(fā)光光源、TCS3200D顏色傳感器、可編程控制器、LCD液晶觸摸屏，白色發(fā)光光源發(fā)出的光經(jīng)木材反射進入顏色傳感器，顏色傳感器、白色發(fā)光光源、LCD液晶觸摸屏均與可編程控制器連接。本技術(shù)還提供了一種能夠快捷識別木材顏色、運行速度快的木材顏色識別方法，其步驟：顏色傳感器捕獲由白色光源照射的純白色光板反射的光，通過控制器測定顏色傳感器對于紅色、綠色、藍色三基色的輸出周期tr、tg、tb；光源發(fā)出的光經(jīng)木材反射進入顏色傳感器，通過控制器測定顏色傳感器對于紅色、綠色、藍色的輸出周期sr、sg、sb；以下式計算出灰度Gray并輸出至顯示器顯示：Gray＝30％×255×sr/tr+59％×255×sg/tg+11％×255×sb/tb。
【IPC分類】G01N21/25
【公開號】CN105181609
【申請?zhí)枴緾N201510607998
【發(fā)明人】白軍杰, 蔡家斌, 周洪杰, 康曉偉
【申請人】南京林業(yè)大學(xué), 阜陽市金木工藝品有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月22日