RGB传感器实现高动态范围

文章作者:Massimo Gottardi

一个颜色检测器的设计理念显示了传感器能够在高动态范围内生成RGB三组，这对于机器视觉应用来说是一个有用的属性。该电路实现了自动曝光控制来实现这一点。因此，RGB值的主体是不变的光强度范围。

当RES被µC(微控制器)驱动高时，三个共阴极RGB光电二极管(U1)通过三个n通道mosfet (M1, M2, M3)反向偏置并预先充电到VR(通常为0.5V)。复位相位后，节点R、G和B上的电压开始增加，与各颜色分量的强度成线性正比。这些信号提供三个比较器(U2)与有线或连接的输出。到达阈值VTH(通常为2.6V)的第一个信号通过逆变器U3A使SH确定，该逆变器对采样保持放大器U4进行频响。

图1:RGB传感器，自动曝光控制

保持电压RH, GH和BH然后由Arduino Nano转换进行进一步处理。用µC可以在不需要U4的情况下完成模数转换，但连续的转换会在信号之间引入采样误差。这一误差在更亮的信号中会更大，因为转换速率更高。另外，一个包含至少三个adc的µC也可以使用。

D1向比较器添加蛮力滞后，D2允许Arduino通过将节点T2向下拉出，保持RGB信号来定义最大曝光时间。这项功能是保证传感器的固定运行速率所必需的。图2显示了信号定时。在时间t1，当r = vth时，比较器U2a拉低，保持三重态[RH，GH，BH]，在过程结束时由μC转换（TADC）。在T2 - 最大曝光时间的结束 - μC集SH1低并转换输入。

图2:时间图

总的来说，R、G和B中最亮的信号决定了曝光时间(t1)，因此任何信号都不会出现饱和。该信号压缩使用8位ADC实现大约100dB的动态范围。而且，为了达到这种性能，不需要调整任何电路参数。

图3解释了通过自动曝光控制获得的高动态范围。给定目标，对于每个光强度，将始终存在曝光时间，这保证了Triplet [Rh，GH，BH]常数：

图3:两个RGB三联体的例子是指在两种不同光强度下获得的同一目标。[R1,G1,B1]为亮信号，在Ta处采样，[R2,G2,B2]为暗信号，在Tb处采样。由于[R1,G1,B1]Ta = [R2,G2,B2]Tb，物体的色度与光强无关。

虽然有完全集成的数字接口RGB传感器(如Avago APDS-9950, ams TMG3993)，但它们不实现自动曝光，因此可能需要多次曝光和µC干预来实现这些功能。

由EDN首次出版。