颜色传感器的检测原理和应用实例

关键要点:

?颜色传感器是一种能够感知光线的传感器（光电传感器、光传感器的一种）。

?通过光电二极管接收环境光，分别检测RGB的强度，从而识别目标物体的颜色。

?通过检测环境光，可以将显示或拍摄的色彩校正到更佳状态。

?还可用于工厂等生产工艺的管理环节中，对产品颜色或液体颜色进行判定。

什么是颜色传感器

颜色传感器是一种能够感知光线的传感器（光电传感器、光传感器的一种）。

该传感器可以通过光电二极管接收环境光，并分别检测色彩三原色——R（红色）、G（绿色）、B（蓝色）的强度，从而识别目标物体的颜色。

颜色传感器的检测原理

当向物体照射含有RGB分量的光线时，会反射与物体自身颜色对应的颜色分量。例如，当物体为红色时，其反射光分量主要为红光（R）。物体的颜色由其反射的色光（RGB）分量的比例决定。颜色传感器通过光电二极管接收反射光，并计算RGB的强度比例来实现颜色识别。

下图展示了反射光与物体颜色的关系。物体为白色时，会反射RGB三原色光。物体为黄色时，会反射R色光和G色光，且两者的比例会改变黄色的色调深浅。物体为黑色时，无反射光。

颜色传感器IC的结构

颜色传感器通常以IC的形式实现。右图是颜色传感器IC的简化结构示意图，其内部配备有彩色滤光片（Color filter）和红外截止滤光片（Ir cut filter）。通过彩色滤光片增强RGB的分光特性，并利用红外截止滤光片的红外线阻隔功能，可实现高精度的颜色识别。

颜色传感器的应用实例

BH1749NUC是一款16bit串行输出型数字颜色传感器IC，它能够检测光的颜色分量（RGB）和红外光，并将其转换为数字信号。该IC具备更高的灵敏度、更宽的检测范围以及优异的红外光阻隔特性，能够轻松且精确地获取环境光的照度和色温。通过检测照度和色温，可实现高级显示屏显色、相机和视频拍摄图像调节等功能。该IC的功能框图及封装如下所示：

如上述结构图所示，该IC内部不仅配备了彩色滤光片（RGB）和红外截止滤光片（Ir cut filter），还具备其特色之一的红外光检测单元。光电二极管检测到的各色光分量通过ADC（模数转换器）转换为数字信号后，经由I2C接口传输至微控制器。

该IC的封装尺寸为2.1×2.0×0.6mm，体积小，功耗低，非常适用于电池驱动的多种应用场景。其主要电气规格如下：

?电源电压范围：2.3V～3.6V

?照度检测范围：80 klx(Typ)

?工作时的消耗电流：190μA(typ)

?断电时的消耗电流：0.8μA(typ)

?工作温度范围：-40℃～+85℃

下图展示了BH1749NUC的波长和比例特性参考数据，以及与以往产品的性能对比数据。性能对比数据表明，在日光色（5000K）和灯泡色（2800K）的色温检测中，BH1749NUC的测量结果非常准确。

颜色传感器的应用示例

通过颜色传感器检测环境光（周围光），可以将显示或拍摄的色彩校正到更佳状态。这使得显示屏能够输出更接近自然的图像，并提升拍摄画质，因此被广泛应用于液晶电视、智能手机、平板电脑、掌上游戏机等应用产品中。

另外，颜色传感器还可用于工厂等生产工艺的管理环节中，对产品颜色或液体颜色进行判定。