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http://www.intl-sensor.com 时间:2008/12/11 17:17:07 点击2069次

色彩的感知

在进入电子设备怎样传感色彩的理论之前，有必要了解人类是怎样感知色彩的。色彩是光源、物体和观察者之间交互的结果。在反射的光中，落在一个物体上的光会被反射或吸收，具体取决于表面特点，如反射系数和透射情况。例如，红纸会吸收光谱中大多数带绿色的部分和带蓝色的部分，同时反射光谱中带红色的部分，因此对观察者会表现为红色。在自己发光的物体中，其原理相同：光会到达人眼，然后由眼睛的接受器进行处理，由神经系统和大脑进行解释。

人类视觉系统可以检测到从大约400nm(紫色)到大约700nm(红色)的电磁光谱，可以适应变化广泛的照明度和大量的色彩饱和度(纯粹的颜色在白色中所占的比例)。虽然杆状细胞是能够在广泛的照明度上工作、并对变化提供快速响应的光传感器元件，但这些杆状细胞却无法检测色彩。称为锥状细胞的光传感器元件提供高分辨率的色彩图像。共有三个锥状细胞，在不同波长上实现峰值灵敏度，其分别是红色(580nm)、绿色(540nm)和蓝色(450nm)。可视光谱内任何波长的光都将会在不同程度上刺激这三类锥状细胞中的一个或多个单元，我们感觉到的色彩则是我们的视觉神经和大脑处理的信息。

很明显，拥有正常色彩视觉的人在看到波长组合相同的光时，基本上会感觉到相同的色彩。科学试验表明，人类可以区分非常细微的色彩差异，估计最高可以达到1000万种，问题是我们没有足够的词来描述所有这些有着细微差异的色彩。

解释色彩传感器值

可以使用色彩传感器的三个模拟输出电压直接控制硬件，或转换成数字值，从而数字处理器能够分析数据。然后可以从这些数字值中获得色彩和亮度信息。

描述色彩和亮度有两种方法。

a) 矩阵方法

如果需要区分多种色彩，那么适合采用这种方法。这种方法基于下面给出的矩阵：

其中X, Y, Z代表CIE三重刺激值，RGB代表色彩传感器的数字值。

将测量已知的参考色彩集合，对每个标准X, Y, Z值获得R, G, B 传感器值。矩阵系数C00, C01, C02, C10, C11, C12, C20, C21和C22从这些已知标准值中确定。一旦确定了这些矩阵系数，那么可以从R, G,和B 数字传感器值中计算得出未知色彩的X, Y, Z值。

b) 查表方法

如果要区分少量的参考色彩，适合采用这种方法。首先，在校准过程中获得每个色彩的参考色彩传感器值，其中包括亮度信息。必须确定亮度信息是否重要。如果亮度信息重要，理解中会使用实际色彩传感器值。

如果亮度对应用不重要，那么在校准过程中将对参考色彩及在测试过程中对未知色彩获得红色、绿色和蓝色传感器值的比率或比重。使用一个选定的色彩通道作为所有测量集合的基础，来获得比率。例如，如果选择绿色通道，那么通过将传感器测量值除以相应的绿色通道值，来获得比率，因此得到的绿色通道值一直是1。我们演示一下，如果集合(Rn, Gn, Bn)，n=1, 2, 3…N表示所有N个参考色彩的色彩传感器测量结果，那么通过下述集合得出比率：

，n=1,2,3, ...N。

也可以使用红色或蓝色通道值作为除数。选择使用哪条色彩通道与用户偏好有关。

如果未知色彩距离某个参考色彩最近，也就是说，如果未知色彩与该特定参考色彩之间的距离在未知色彩与所有其它参考色彩之间的所有其它距离中最短，那么可以确定未知色彩就是参考色彩。

未知色彩和参考色彩之间的距离使用下面的公式得出：

a) 在亮度重要时

b) 在亮度不重要时

注意：1. (Ru, Gu, Bu)是未知色彩传感器值；

2. (Rr, Gr, Br)是参考色彩传感器值；

3. 在亮度不重要时，一条传感器通道的值(如绿色通道)作为除数。

将为每个参考色彩确定最大距离极限，以避免接受不属于参考色彩列表的色彩。这个最大极限对每个参考色彩可以不同，具体视要求的准确性而定。

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