تحقيق در مورد سنسورها و رو شهاي تشخيص رنگ در صنعت

 nx دارای 14 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است فایل ورد nx  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد. این پروژه توسط مرکز nx2 آماده و تنظیم شده است توجه : در صورت  مشاهده  بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي nx،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد بخشی از متن nx : سنسورها و رو شهای تشخیص رنگ در صنعت چكیده:برای تشخیص رنگ در صنعت رو شهای مختلفی وجود دارد كه به طور كلی می توان آنها را به دو قسمت عمده تقسیم نمود:الف- سیستم های مبتنی بر سنسورهای تشخیص رنگب- استفاده از پردازش تصویر برای تشخیص رنگ سیستم های مبتنی بر سنسورهای تشخیص رنگ نیز خود دارای انواع مختلفی می باشند كه با توجه به ساختار آنها ما آن را به سه دسته تقسیم می كنیم:1 – سنسورهای RGB2- فیلترهای Optic 3- تراشه های مخصوص اما باید به یك نكته اشاره كرد كه تقریباً پایه تمام سیستم های تشخیص رنگ بر اساس قسمت 1 می‌باشد كه همان متد RGB می باشد به همین دلیل در این مقاله بطور مفصل در مورد این روش بحث شده و در ادامه توضیحاتی در مورد دو نوع دیگر هم می آید و در انتها روشهای كلی تشخیص رنگ توسط پردازش تصویر نیز به طور خلاصه توضیح داده شده اند. كلمات كلیدی: روش RGB، پیوند pn،فتوترانزیستور، پردازش تصویر( Image Processing فهرست علائم : = R قرمز،= G سبز،= B آبی.1- مقدمه تشخیص رنگ در صنعت از اهمیت فو ق العاده ای برخوردار است. تشخیص رنگ در صنایع مواد غذایی، بخصوص دربسته بندی چای، صنعت چاپ، كارخانه های پارچه بافی و رنگرزی و لوازم آرایشی از موارد مهم و كاربردی برای تولید و كنترل كیفیت می باشد. به همین دلیل روشها و سنسورهای مختلفی برای این كار ایجاد گردیده است. ما ابتدا قبل از آشنایی با این روشها و طرز كار سنسورها احتیاج به آشنایی با ماهیت نور و رنگ وخواص آن می باشد كه در زیر به توضیح كلی آن می پردازیم: 1-1 نورنور یك نوع انرژی است و بصورت تشعشع الكترومغناطیس منتقل می شود. فاصل های كه در كاربردهای الكترونیك نوری را UV و ماوراء بنفش IR مورد توجه قرار می گیرد، تمام بخشهای نور مرئی شكل 1 به اضافه بیشتر محدوده مادون قرمز پوشش می دهد. تمام مشخصات سیگنالهای موجود در این بخش، مشخصاتی شبیه به سیگنالهای موجود در نور مرئی معمولی می باشد و به راحتی از ابزار نوری شفاف عبور می كنند و كاملاً توسط اشیاء تیره رنگ و مات جذب می گردند و توسط عدسیهای نوری می توانند تحت تاثیر قرار گیرند. شکل شماره11-2 رنگاز تركیب سه نور قرمز، سبز و آبی نورهای رنگی دیگر را می توان تولید كرد. این 3 رنگ را رنگهای اصلی نور می نامند. نورهای رنگی كه از آمیختن دو نور اصلی به وجود می آیند، نورهای فرعی نامیده می شوند. در )شكل2-الف) این تركیبها آمده است گلی = آبی + قرمز زرد = سبز + قرمز فیروز های = سبز + آبی در شكل)2 – ب (هم مثلث رنگ دیده می شود كه از تركیب هر راس مثلث با رنگ ضلع مقابل به آن راس رنگ مكمل را تشكیل می دهد به طور مثال:سفید آبی + قرمز + سبز زرد (الف) (ب)شکل (2) : (الف) ترکیب رنگها، (ب) مثلث رنگ1-3 رنگ اشیاء وقتی نور به سطح یك جسم می تابد علاوه بر بازتابش یا عبور نور، قسمتی از آن هم جذب شیء می شود. رنگ اجسام بستگی به نوری دارد كه به آنها می تابد، اجسام با توجه به نوری كه به آنها می تابد ممكن است به رنگهای متفاوت به نظر برسند. در شكل 3 این موارد ذكر شده است. 1-4 رنگ فیلترهای نورصافیهای نور صفحه های شفاف به رنگ های مختلف هستند كه با توجه به رنگشان بعضی رنگها را جذب و بعضی را عبور می دهند. در شكل 4 مواردی از آن را می بینید. در عمل ممكن است كه احتیاج به استفاده از چند فیتلر باشد. پس از این مقدمات، با تقسیم كلی روشها به دو قسمت عمده به توضیح آنها می پردازیم:الف- سیست مهای مبتنی بر سنسورهای تشخیص رنگ شامل: 1- سنسورهای RGB2- فیلترهای Optic3- تراش ههای مخصوصب- استفاده از پردازش تصویر برای تشخیص رنگ2- سیستمهای مبتنی بر سنسورهای تشخیص رنگ2-1 سنسورهای RGB با برخورد فوتونهای نور به یك پیوند pn انرژی آن در پیوند جذب م یشود و باعث جابجایی حاملها در آن م یشود. اینامر باعث تغییر مقاومت پیوند م ی شود. هر كدام از نیم ه هادیهای به كار رفته در پیوندهای pn نسبت به طول موجهای خاصی حساس م ی باشند كه در مورد طو ل موجهای مرئی نور پیوندهای سیلیكونی بهترین حساسیت را دارند . به همین دلیل از این ماده در سنسورهای نوری استفاده م یشود. با توجه به اینكه هر یك از رنگهای نور دارای طول موج خاصی م یباشند، در نتیجه در اثر برخورد با پیوند pn هر یك انرژی خاصی را به پیو ند م یدهند و باعث ایجاد مقاومت خاصی م یشوند كه همین اصل پایه سنسورهای RGB می باشد. ساختار كلی یك سیستم تشخیص رنگ به روش RGB به صورت زیر م یباشد. (شكل 5) طرز كار سیستم به این ترتیب می باشد:3 نور اصلی در واحد 3 تولید م ی شوند و به جسم تابیده م ی شوند، این نورها به سرعت توسط واحد 2 مولتی پلكسم یشوند، پس در هر لحظه تنها یك رنگ داریم . در اثر برخورد نور بازگشتی از جسم به سنسور حساس به نور كه بستگی به رنگ جسم دارد (رجوع كنید به 1-3 رنگ اشیاء) با توجه به طول موج رنگ مربوطه ، میزان مقاومت سنسور به میزان خاص تغییر م ی كند. برای جلوگیری از نویز نور محیط (كه حاوی تمامی طول مو ج ها م ی باشد) LED ها توسط یك نوسان ساز با فركانس خاص، مثلاًKHz 40 درایو م یشوند و در قسمت 6 نیز دقیقاً فیلتری قرار داده م یشود كه این فركانس را عبور م یدهد در نتیجه بعد از تقویت در قسمت 5 تنها موج KHz 40 كه همان موج بازگشتی در اثر یكی از LED ها است عبور م ی كند و بعد از دادن آن به یك مبدل (A/D ) (قسمت 7) عددی ظاهر م ی شود كه پس از پردازش در میكروكنترلر (قسمت 8)می توان رنگ را تشخیص داد. به طور كلی 4 نوع پركاربرد از سنسورهای نوری وجود دارند كه م یتوانند در قسمت 4 به كار برده شوند كه عبارتند از: LDR (مقاومت وابسته به نور)، دیود نوری، ترانزیستورهای نوری و سلول خورشیدی (فتوسل) (شكل 6)   1- LDR : LDR به عنوان سلول نوری سولفید كادیم (CdS) شناخته م ی شود. این مقاومت نوعی ابزار الكتریكی نوری و غیرفعال است كه مقاومت آن در صورت وجود نور مرئی تغییر م ی كند. بسیار حساس م ی باشد و زمان پاس خ دهی در حدودچند میلی ثانیه دارد.2- دیودنوری: تمام اتصالات نیمه هادی سیلیكونی كه در بایاس معكوس می باشند، ذاتاً حسا س به نورند و جهتكاهش این اثر ناخواسته با رنگ های تیره پوشانده م ی شوند. یك راه اساسی برای استفاده از دیود نوری در بایاس معكوس با استفاده از یك مقاومت سری م ی باشد(شكل 7- الف) در اثر تابش نور، امپدانس نسبتاً كم است و چند صد نانو آمپراز R1 م یگذرد و ولتاژی متناسب با آن در دو سر مقاومت وجود دارد . در محیط بدون نور ، امپدانس بسیار بالا بوده و جریانی از R2 نمی گذرد. 3- فتوترانزیستور: اصولا به مشابه دیودنوری عمل می كند و در واقع یك ترانزیس تور سیلیكونی اصلاح یافته است كه یكی از اتصالات آن توسط نور قابل ر ؤیت است . چند راه اساسی استفاده از ترانزیستور نوری npn (شكل 7-ب) آمده است. حساسیت یك ترانزیستور نوری معمولاً در حدود 100 برابر بزرگتر از یك دیود نوری است ولی پاسخ فركان سی آن نسبتاً كندتر از یك دیود نوری است.4- سلولهای خورشیدی: این گونه سلولهای خورشیدی عناصر ولتاژ نوری هستند كه مستقیماً نور را به انرژی الكتریكیتبدیل م یكنند و م یتوان آنها را برای داشتن مشخص ههای مورد نظر (جریان و ولتاژ) با هم سری و موازی كرد(شكل 7- ج) در شکل 8 (صفحه آخر)، یک نمونه از مدارات تشخیص رنگ بر اساس روشRGB را می بینیم که در آن از میکروPIC12CE674 استفاده شده است. سنسور به RG11 وصل می شود و caley lamp برای كالیبراسیون به كار می رود. 2-2 فیلترهای Optic:در این روش با استفاده از خاصیت صافیهای نور كه در قسمت 1-4 توضیح داده شد رنگ اجسام را تشخیص می دهند. یك سیستم فیلتردار را می توان به صورت زیر نمایش داد: (شكل9) یك نمونه مدار از این نوع را در شكل 10 (صفحه آخر) م یبینیم كه بر اساس فیلترهای نوری كار م یكند. همانطور كه م یبینید خروجی این سیستم در واقع بصورت دیجیتال به ما ارائه م ی شود، در صورتی كه در روش RGB خروجی آنالوگ بود و به یك مبدل A/D احتیاج بود. البته عیب این روش استفاده از تعداد بیشتری سنسور می باشد. به طور مثال اگر جسم قرمز باشد فیلتر قرمز تنها نور قرمز را رد م یكند و فیلترهای دیگر نوری را رد نم یكنند بنابراین: R=1 , G=0 , B=0 در نتیجه با Not كردن G,B و AND كل آنها خروجی كه دیود مشخص كننده Red است روشن می شود و یا اگر جسم زرد باشد، نور زرد تركیبی از قرمز و سبز است، پس داریم: كه خروجی زرد را روشن می كند B=0, R=1, G=1 Not(b)AND(R AND G) =12-3 تراشه های مخصوص : بسیاری از كارخان ه های معروف ساخت سنسورها و ابزار دقیق برای این منظور تراش ه هایی را طراحی كرد هاند كه به طوركامل كار دریافت و تجزیه تحلیل و فیلتر كردن نور را انجام م ی دهند و به راحتی قابل نصب و بهر ه برداری م یباشند. در شكل 11 نمونه هایی از این سنسورها آورده شده است.به طور مثال سنسور MCS3AT از شركت LASER COMPONENT حاوی 3 پیوند pn می باشد كه روی آن فیلترهای رنگ و لنز نیز موجود است و به راحتی با یك تقویت كننده می توان آن را به كاربرد و سه رنگ اصلی را تشخیص داد(شكل 12). بعلاوی پاره ای از این سیستم علاوه بر تشخیص رنگ توانایی ارائه اطلاعاتی دیگر مانند فاصله جسم، سرعت و درخشندگی و ; را نیز دارند كه می تواند بسیار مفید باشد.   3- استفاده از پردازش تصویر برای تشخیص رنگ اجسامپردازش تصویر عبارت از تجزیه و تحلیل تصاویر دیجیتال م ی باشد كه م ی تواند توسط كامپیوتر یا تراش ه های مخصوص كه (Digital Signal Presscor ) DSP نام دارند انجام شود. ساختار كلی یك سیستم پردازش تصویر به صورت زیر می باشد: البته یك تفاوت عمده بین این روش و روشه ا ی دیگر وجود دارد و آن قابلیت برنام هریزی آن م یباشد كه در سنسورهااین خاصیت وجود ندارد و تنها برای كاربردهای خاص م ی توانند به كار بروند . برای پردازش تصویر توسط كامپیوتر اززبانهای برنام هنویسی م یتوان استفاده كرد كه دستورهای خاصی برای این منظور نیز وجود دارد و یا در استفاده از DSP باید از زبان اسمبلی خاص آنها استفاده كرد كه به مراتب پیچید ه تر از زبانهای ساخت یافته كامپیوتری می باشد ، منتها DSP بسیار سریعتر از كامپیوتر م یباشد و نیازی به كارت رابط مخصوص (Frame Grabber) ندارد. برای تشخیص رنگ از روش ه ای RGB, HIS, YUV, HSY استفاده می شود. عوامل زیر در تشخیص رنگ توسط پردازش تصویر تاثیر دارند كه عبارتند از: 1- دوربین مورد استفاده2- نوع كارت Frame Grabber كه برای دیجیتال كردن تصویر مورد استفاده قرار می گیرد.3- شرایط نوری محیط دو مورد اول ثابت هستند و مورد سوم در بعضی روش ها اثر گذا ر است و بعضی روش ها خود را به طور اتوماتیك باشرایط نوری تنظیم م یكنند و یا م یتوان آن را به طور دستی تنظیم كرد.3-1 استفاده مستقیم از RGB : خروجی بسیاری از دوربینهای CCD موجود در بازار بصورت RGB می باشد یعنی خروجی كارت Frame Grabber هر نقطه را با 24 بیت نشان م ی دهد كه هر 8 بیت مشخ ص گر میزان هر یك از 3 رنگ اصلی م ی باشد . رو شهای دیگر با فرمولهایی از همین روش مشتق م یشوند. مشكل این روش آنست كه اگر ما برای هر رنگ R, G, B خاص در نظر بگیریم و جدولی را برای رن گهای مختلف در نظر بگیریم، نقاطی را خواهیم داشت كه R, G, B منطبق با جدول نخواهند داشت و درنتیجه دقت مورد نظر ما حاصل نمی شود. 3-2 سیستم HIS :سیستم HIS از سیستم RGB منظ متر است و در نمودار آن نقاط هم رنگ تقریباً كنار هم هستند. در این سیست م پارامترهانشانگر این معانی می باشند:Hue : نشانگر خود رنگ م ی باشد، به عنوان مثال یعنی برای هر رنگ یك بازه روی H وجود دارد كه نشانگر آن رنگاست. البته این حرف مقداری خطا دارد و رنگ یك نقطه كمی به مقادیر S, I آن بستگی دارد. Saturation : نشانگر درجه خلوص رنگ م یباشد، یعنی هر چه S كمتر باشد، رنگ بیشتر به خاكستری نزدیك م یشود. Intensity : نشانگر شدت و میزان روشنایی رنگ م یباشد. مشكل این روش ، احتیاج به محاسبات زیاد ی م ی باشد كه باعث كندی سیستم كنترلی م ی شود و یا احتیاج به پردازند ه ای قوی خواهد داشت.3-3 روش های HSY, YUV : در روش HSY به جای پارامتر I از پارامتر Y استفاده می شود. برد پارامتر Y از I گسترده تر است و به همین دلیل قابلیت تفكیك بیشتری نسبت به I دارد ولی حساسیت آن نسبت به نور بیشتر است. روش YUV نیز به این دلیل استفاده می شود كه به عنوان خروجی استاندارد بسیاری از دوربین ها وجود دارد و روند تبدیل HIS به RGB را لازم ندارد.3-4 رفع خطای تشخیص رنگ: برای تشخیص رنگ یك نقطه چون ممكن است كه noise در تصویر باشد ، از این روش استفاده م ی شود كه مرب ع های كوچكی در همسایگی آن نیز چك م یشوند و رنگی كه بیشترین تعداد را دارد، به عنوان رنگ این نقطه برگشت داده م یشود.4- نتیج هگیری در نهایت ما سیست م های بسیاری را برای تشخیص رنگ اجسام بررسی كردیم كه هر یك مزایا و معایب خود را دارند .اما تحقیق و بررسی در راستای ساخت سیستمی كه بتواند تمام رنگها را تشخیص دهد و خروجی تفكیك شده عالی را ارائهدهد، هنوز محقق نشده است و احتیاج به تحقیقات و بررس یهای بیشتر دارد.5- مراجع [1] Julian W. Gardner, “Microsensors”, wiley, 2000[2] R.C. GONZALES. R.E.WOODS, “Digital Image processing”, Addisom – wesley, 1993[3] آر. ام. مارستون، ترجمه پوپک محبت زاده، 1380 ، الكترونیك نوری، انتشارات کانون نشر علوم[4‍] سایتهای مربوط در اینترنت ادامه خواندن تحقيق در مورد سنسورها و رو شهاي تشخيص رنگ در صنعت

نوشته تحقيق در مورد سنسورها و رو شهاي تشخيص رنگ در صنعت اولین بار در دانلود رایگان پدیدار شد.