一种辅助色盲患者辨色的智能手环及辨色方法

摘要

本发明公开了一种辅助色盲患者辨色的智能手环，包括手环和设置在手环上辅助色盲患者的辨色装置，辨色装置包括凸透镜、颜色传感器、闪光灯、控制器、电源电路及显示屏，控制器分别与颜色传感器、闪光灯、电源电路及显示屏连接，凸透镜按照焦点位置设置在颜色传感器的前端，控制器内部程序自动进行白平衡调节，闪光灯通过凸透镜照射目标被测物，被测物的反射光经聚光光路后集中照射到颜色传感器上，控制器对颜色传感器的输出信号识别处理后，将识别结果传输给显示屏，实现辅助色盲患者辨色的可穿戴设备，提高颜色分辨的距离，有效减少颜色识别的误判率。本发明还公开了一种辅助色盲患者辨色的智能手环的辨色方法，实现可穿戴设备辅助色盲患者辨色。

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能电子设备，具体涉及一种辅助色盲患者辨色的智能手环及辨色方法。

背景技术

红绿色盲是一种遗传疾病，医学发达的今天仍无法治愈这种病，这类人群很苦闷，为此工作、生活都受到限制。目前唯一的办法就是借助纯光学原理的镜片帮助患者识别颜色。而借助电子设备辅助红绿色盲患者分辨颜色的报导尚未见到。因此我们利用颜色传感器制备智能辨色手环，可以用来辅助红绿色盲患者准确分辨红色和绿色，这是首例辅助红绿色盲患者辨色的可穿戴设备。

颜色传感器是一种常用的光电传感器，其主要用于工业检测、遥感等领域，常见的型号有TCS系列、FT系列等。其中，TCS230应用较为普遍，TCS230是美国TAOS公司生产的一种可编程彩色光到频率的转换器，比市面上见到的光转电压颜色检测仪器在性能上有更多的优势。TCS230把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的COMS电路上，同时在单一芯片上集成红绿蓝（RGB）三种滤光器，是世界第一个有数字兼容接口的RGB彩色传感器。对于TCS230来说，当选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定的原色通过，阻止其它原色的通过。例如:当选择红色滤波器时，入射光中只有红色可以通过，蓝色和绿色都被阻止，这样就可以得到红色光的光强；同理，选择其它的滤波器，就可以得到蓝色光和绿色光的光强。通过这三个值，就可以分析投射到TCS230传感器上的光的颜色。

基于TCS230的颜色识别主要问题是测量距离有限（最佳测量值只有2-3个厘米），这主要源于环境光的干扰、对目标被测物反射光的收集困难等，因此，直接使用TCS230进行颜色识别，在识别距离方面不能满足红绿色盲患者日常生活、工作的需要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的任务之一是提供一种辅助色盲患者辨色的智能手环，实现辅助色盲患者辨色的可穿戴设备，提高颜色传感器分辨的距离。

本发明通过下述技术方案来实现： 

一种辅助色盲患者辨色的智能手环，其特征在于：包括手环和设置在手环上辅助色盲患者的辨色装置，辨色装置包括凸透镜、颜色传感器、闪光灯、控制器、电源电路及显示屏，控制器分别与颜色传感器、闪光灯、电源电路及显示屏连接，凸透镜按照焦点位置设置在颜色传感器的前端，控制器内部程序自动进行白平衡调节，闪光灯通过凸透镜照射目标被测物，被测物的反射光经聚光光路后集中照射到颜色传感器上，控制器对颜色传感器的输出信号识别处理后，将识别结果传输给显示屏。

所述凸透镜固定于距离颜色传感器1倍的焦距处。

所述闪光灯为手机用闪光灯或发光二极管。

所述白平衡调节通过白平衡感测器及其控制电路进行调节白平衡。

所述颜色传感器为型号TCS230芯片。

所述TCS230芯片，其用于选择不同滤波器的光电二极管控制引脚（S2、S3）与所述控制器的第一输出端（P27）和第二输出端（P26）连接；其用于调整输出频率范围的输出定标控制引脚（S0、S1）分别通过用于保护控制器的限流电阻（R1、R2）与电源端（VCC）连接；频率输出使能引脚（                                                ）与接地端（GND）连接接地，用于提高抗噪声能力；频率输出端（OUT）与控制器的第一输入端（P35）连接；所述控制器为单片计算机。

所述显示屏为有机电激发光二极管显示屏。

所述电源电路连接的电源采用手机用的锂电池或镍氢电池。 

所述辨色装置上设有白平衡调节键和白平衡截止键。

本发明的任务之二是提供一种辅助色盲患者辨色的智能手环的辨色方法，实现可穿戴设备辅助色盲患者辨色。

本发明通过下述技术方案来实现：

一种辅助色盲患者辨色的智能手环的辨色方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：系统初始化；

步骤2：所述控制器内部程序判断检测到的白平衡调节键是否按下，如果判断是，跳转步骤3；否则跳转步骤4；

步骤3：白平衡调节，通过所述控制器接收到所述颜色传感器输出的脉冲，计算识别当前环境下对白色物体RGB比例，当白色物体RGB比例不平衡时，调用白平衡子程序，校准光源中的RGB差值，使当前环境对白色物体RGB的不平衡比例调整为1:1:1；

步骤4：颜色识别计算及处理，控制器内部程序选通相应的颜色滤波器，在预设时间内分别计算出颜色传感器的三种输出频率；颜色识别计算及处理子程序把RGB三个数据划分225个单位，在三维数据图中进行各种颜色划分，当计算出的颜色传感器的三种输出频率符合某个颜色区域的时候，即输出该颜色的结果，对RGB数值进行更新；

步骤5：颜色识别结果及RGB具体的数值通过显示屏显示；

步骤6：控制器内部程序判断检测到的白平衡截止键是否按下，如果判断是，跳转步骤7，否则跳转步骤4；

步骤7：关闭控制器中断，停止对颜色识别数据的更新，颜色识别功能停止，锁定结果并输出显示。

本发明的优点：

（1）本发明辅助色盲患者辨色的智能手环，实现辅助色盲患者辨色的可穿戴设备。

（2）本发明辅助色盲患者辨色的智能手环，将凸透镜放置于颜色传感器的前方，距离颜色传感器1倍焦距处，可有效的汇聚目标被测物反射回来的光线，有效提高分辨的距离。

（3）本发明辅助色盲患者辨色的智能手环，创新采用更接近自然光RGB平衡比例的手机用闪光灯作为光源，有效减少颜色识别的误判率。

（4）本发明辅助色盲患者辨色的智能手环的辨色方法，实现可穿戴设备辅助色盲患者辨色。

附图说明

图1 为本发明的系统结构图；

图2为本发明的控制器单片机外围电路接线图；

图3为本发明的颜色识别电路；

图4为图2单片机连接的白平衡调节键和白平衡截止键电路图；

图5为本发明的闪光灯电路图；

图6为图2单片机连接的显示屏电路图；

图7为本发明辅助红绿色盲患者辨色的智能手环的辨色方法流程图。

具体实施方式

实施例1：

一种辅助色盲患者辨色的智能手环，包括手环和设置在手环上辅助色盲患者的辨色装置，这可为色盲患者提供一种可穿戴电子设备。如图1至图2，辨色装置包括凸透镜、颜色传感器（型号为TCS230芯片）、手机用闪光灯、单片计算机（简称单片机，型号为STC12C5A60S2）、电源电路及有机电激发光二极管显示屏（简称为OLED显示屏），单片机分别与颜色传感器TCS230芯片、手机用闪光灯、电源电路及OLED显示屏连接，凸透镜按照焦点位置设置在TCS230芯片前端距离TCS230芯片1倍的焦距处围内可准确识别物体的颜色。

如图4，当开关J1按下时，手机用闪光灯LEDB亮显示，通过凸透镜照射目标被测物，被测物的反射光经聚光光路后集中照射到TCS230芯片的感光面上，单片机内部程序自动进行白平衡调节，单片机内部程序按照表1控制选通TCS230芯片的光电二极管控制引脚（S2、S3），选择滤波器，从而将输出频率传输给单片机进行计算，如图5，计算的结果通过单片机的输出引脚传输给OLED显示屏的引脚（D0、D1、RST1、DC、CS）。

如图2，单片机系统：STC12C5A60S2单片机，连同复位、晶振、电源电路共同构成单片机最小系统，用来对颜色识别信号进行处理（含白平衡调节）、控制按键的识别、闪光灯控制等。由于考虑到最终构建的产品要可穿戴，在电源的选择上我们选用了小型的手机用的锂电池或镍氢电池，其电压只有+3.7V，因此，通过升压电路将其升到+5V，为整个系统提供+5V电压，确保电路的正常稳定工作。

如图2至图3，颜色识别电路： TCS230芯片，其用于选择不同滤波器的光电二极管控制引脚（S2、S3）与单片机的第一输出端P27和第二输出端P26连接；其用于调整输出频率范围的输出定标控制引脚（S0、S1）分别通过用于保护控制器的限流电阻（R1、R2）与电源端VCC连接，使其输出频率标定为100%，输出定标控制引脚（S0、S1）也可用于选择电源关断模式；频率输出使能引脚与接地端GND连接接地，用于提高抗噪声能力；频率输出端OUT与单片机的第一输入端P35连接，将输出频率送单片机处理；电源端VCC接+5V。

如图6，辨色装置上设有手动控制的白平衡调节键SW5和白平衡截止键SW6，这两个按键与单片机的第一输入端P06和第二输入端P07，按键按下时，低电平为有效触发信号。

上述手机用闪光灯LEDB可用发光二极管替代，本实施例中采用手机用闪光灯LEDB，在使用TCS230芯片进行颜色识别时，一般会配备光源，来增强目标被测物的反射光强，但光源选择时需要考虑其显色性，显色性是指光源发出的光照射到物体上所产生的客观效果和对物体真实色彩的显现程度。显色性高的光源对颜色的表现较好，所看到的颜色接近自然原色；显色性低的光源对颜色表现较差，所看到的颜色偏差也较大。通称情况下，配合TCS230芯片使用的一般为1个或者4个LED灯作为光源，但是LED光源的显色性只为自然光的80%。因此，我们创新性的选用了手机拍照用的闪光灯作为光源，闪光灯光源发出的光中所含的各色光的比例和自然光最接近，显色性可达95%。这样做，使光源更接近自然光的RGB的平衡比例，有效减少误判率。

如图7，辅助色盲患者辨色的智能手环的辨色方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：系统初始化，包括OLED显示屏初始化、TCS230芯片上初始化、定时器初始化等；

步骤2：单片机内部程序判断检测到的白平衡调节键是否按下，即单片机内部程序判断白平衡调节键SW5是否给单片机输送低电平触发信号，如果判断是，跳转步骤3；否则跳转步骤4；

步骤3：白平衡调节，通过单片机的第一输入端P35接收到颜色传感器TCS230芯片输出的脉冲，计算识别当前环境下对白色物体RGB比例，当白色物体RGB比例不平衡时，调用白平衡子程序，校准光源中的RGB差值，使当前环境对白色物体RGB的不平衡比例调整为1:1:1；

步骤4：颜色识别计算及处理，单片机内部程序通过定时器在预设时间内依据表1选通相应的滤波器，相应地通过单片机中断读取计数器的值，分别计算出TCS230的三种输出频率；颜色识别计算及处理子程序把RGB三个数据划分225个单位，在三维数据图中进行各种颜色划分，当计算出的TCS230的三种输出频率符合某个颜色区域的时候，即输出该颜色的结果，对RGB数值进行更新；

步骤5：颜色识别结果及RGB具体的数值通过OLED显示屏显示；

步骤6：单片机内部程序判断检测到的白平衡截止键是否按下，即单片机内部程序判断白平衡截止键SW6是否给单片机输送低电平触发信号，如果判断是，跳转步骤7，否则跳转步骤4；

步骤7：关闭单片机中断，停止对颜色识别数据的更新，颜色识别功能停止，锁定结果并输出显示。

实施例2：

    在实施例1的基础上，上述白平衡调节也可以通过白平衡感测器及其控制电路进行调节白平衡。

本发明不局限于上述具体实施方式，本领域的普通技术人员根据本发明做出的进一步拓展均落入本发明的保护范围。