基于電致變色器件的環(huán)境顏色自適應裝置及其自適應方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種環(huán)境顏色自適應裝置及方法，具體涉及一種基于電致變色器件的環(huán)境顏色自適應裝置及其自適應方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電致變色是指材料的光學屬性(反射率、透射率、吸收率等)在外加電場的作用下發(fā)生穩(wěn)定、可逆變化的現(xiàn)象，在外觀上表現(xiàn)為顏色和透明度的可逆變化。電致變色器件在日常生活中已被廣泛應用于電致變色節(jié)能靈巧窗、汽車后視防眩鏡和顯示器件等。根據(jù)電致變色器件在不同的外加電場作用下發(fā)生顏色變化的特性，可控制電致變色器件根據(jù)不同的背景環(huán)境改變自身的顏色實現(xiàn)隱身。
[0003]基于電致變色器件的環(huán)境顏色自適應裝置首先獲取外界環(huán)境的顏色信息，然后根據(jù)獲取到的顏色信息驅(qū)動電致變色器件顯示出相應的顏色，從而實現(xiàn)隱身。目前，基于電致變色器件的環(huán)境顏色自適應裝置中大多采用顏色傳感器獲取外界顏色信息，然后根據(jù)查找表中顏色與電壓的關(guān)系，施加給電致變色器件相應的恒電壓使其顯示相應的顏色。然而，顏色傳感器雖然具有分辨率高、可編程的顏色選擇、數(shù)字輸出的優(yōu)點，但其單點光電二極管限制了其探測距離，且該類探測器易受外界光線的影響，系統(tǒng)重啟后必須經(jīng)過白平衡校準，遠不能滿足遠距離顏色探測的需求；電致變色器件采用恒壓驅(qū)動方式，由于在恒壓驅(qū)動過程中電流會逐漸減小，從而延長器件的變色時間，影響自適應裝置的隱身效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對【背景技術(shù)】存在的缺陷，提出了一種基于電致變色器件的環(huán)境顏色自適應裝置及其自適應方法。本發(fā)明采用CMOS攝像頭獲取顏色信息，相比傳統(tǒng)的顏色傳感器，其顏色感應范圍和距離廣，相對CCD傳感器其具有功耗低、集成度高的優(yōu)點；本發(fā)明自適應裝置中采用恒流驅(qū)動方式對電致變色器件進行驅(qū)動，相對于恒壓驅(qū)動方式，有效地縮短了器件的響應時間，自適應效果更佳。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種基于電致變色器件的環(huán)境顏色自適應裝置，包括CMOS攝像頭數(shù)據(jù)采集模塊、SDRAM數(shù)據(jù)存儲模塊、FPGA主控模塊、D/A轉(zhuǎn)換器、恒流驅(qū)動電路、A/D轉(zhuǎn)換器和電致變色器件，其中，F(xiàn)PGA主控模塊包括寫FIFO、讀FIFO、圖像預處理單元、查找表;所述恒流驅(qū)動電路用于給電致變色器件提供恒定電流，且在其輸出端接口處設(shè)置雙向開關(guān)，以控制施加給電致變色器件的電流的方向；
[0007]所述CMOS攝像頭數(shù)據(jù)采集模塊采集外界環(huán)境的圖像信息后經(jīng)寫FIFO存入SDRAM數(shù)據(jù)存儲模塊中進行緩存，SDRAM數(shù)據(jù)存儲模塊通過讀FIFO將存儲的圖像信息輸入圖像預處理單元處理后，得到外界環(huán)境顏色的顏色參數(shù)值;將外界環(huán)境顏色的顏色參數(shù)值輸入查找表中，通過查找表擬合，即可獲得外界環(huán)境顏色對應的電壓參數(shù)值;然后，F(xiàn)PGA控制D/A轉(zhuǎn)換器輸出差分電流，差分電流經(jīng)恒流驅(qū)動電路后得到一個恒電流，通過FPGA控制雙向開關(guān)以實現(xiàn)施加于電致變色器件的電流方向與查找表擬合后獲得的電壓參數(shù)值對應，從而驅(qū)動器件變色(當查找表擬合后獲得的電壓為正電壓時，F(xiàn)PGA控制恒流驅(qū)動電路輸出端接口處的雙向開關(guān)，向電致變色器件施加正向電流;反之，則施加反向電流)，同時，A/D轉(zhuǎn)換器實時監(jiān)測電致變色器件兩端的電壓，當該電壓達到外界環(huán)境顏色對應的電壓值時，F(xiàn)PGA控制D/A轉(zhuǎn)換器切斷電流的輸出，使電致變色器件顯示出與外界環(huán)境顏色一致的顏色。
[0008]進一步地，所述基于電致變色器件的環(huán)境顏色自適應裝置還包括LCD圖像顯示模塊，用于顯示CMOS攝像頭數(shù)據(jù)采集模塊采集的外界環(huán)境的圖像信息。
[0009]進一步地，所述查找表由地址線和數(shù)據(jù)線組成，F(xiàn)PGA根據(jù)圖像預處理單元后獲得的顏色參數(shù)值從地址線中獲取數(shù)據(jù)線的電壓參數(shù)值所對應的數(shù)字量，F(xiàn)PGA根據(jù)該電壓值的正負可控制電致變色器件施加的電流方向。
[0010]進一步地，所述恒流驅(qū)動電路包括依次連接的差分放大器、幅度調(diào)節(jié)電路、電流采樣電路和功率MOSFET。
[0011 ] 一種基于電致變色器件的環(huán)境顏色自適應方法，包括以下步驟:
[0012]步驟1:FPGA控制CMOS攝像頭數(shù)據(jù)采集模塊采集外界環(huán)境的圖像信息，得到RGB565格式的圖像數(shù)據(jù)；
[0013]步驟2: FPGA控制SDRAM數(shù)據(jù)存儲模塊和讀FIFO、寫FIFO之間進行數(shù)據(jù)傳輸，將步驟I得到的圖像數(shù)據(jù)通過寫FIFO存儲至SDRAM數(shù)據(jù)存儲模塊，實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的緩存，F(xiàn)PGA控制讀FIFO讀取SDRAM數(shù)據(jù)存儲模塊中的圖像數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)綀D像預處理單元；
[0014]步驟3:圖像預處理單元對接收到的圖像數(shù)據(jù)進行處理，得到外界環(huán)境顏色，外界環(huán)境的圖像信息中往往包含很多顏色，因此需要從多種顏色中選取出最主要的顏色，作為外界環(huán)境顏色;具體過程為:將接收到的圖像看作一個640*480的矩陣，去除邊緣區(qū)域，得到600*400的原始矩陣;將原始矩陣中20行、20列作為一個色塊矩陣，則可得到30*20個色塊矩陣;計算每一個色塊矩陣的RGB值離散度，在一定誤差范圍內(nèi)，取出η個RGB值離散度最小的色塊矩陣，計算取出的η個色塊矩陣中每個色塊矩陣的所有點的RGB值平均值，取RGB值平均值相近的色塊矩陣中離散度最低的色塊矩陣的所有點的RGB值平均值，即為外界環(huán)境顏色的RGB值;
[0015]步驟4:將步驟3得到的外界環(huán)境顏色的RGB值參數(shù)輸入查找表，采用查找表實現(xiàn)顏色參數(shù)與電壓參數(shù)的擬合;具體為:首先把電致變色器件所有的顏色以及與顏色對應的電壓參數(shù)所對應的數(shù)字量存儲于FPGA內(nèi)部查找表中，F(xiàn)PGA根據(jù)步驟3得到的外界環(huán)境顏色的RGB值從查找表中得到外界環(huán)境顏色對應的電壓值，并根據(jù)該電壓值的正負，控制恒流驅(qū)動電路輸出接口與電致變色器件工作電極和對電極之間的連接關(guān)系，進而控制施加于電致變色器件的電流方向；
[0016]步驟5:FPGA控制D/A轉(zhuǎn)換器輸出差分電流，差分電流經(jīng)恒流驅(qū)動電路后得到一個恒電流信號，即可對器件進行恒流驅(qū)動，電致變色器件兩端輸入恒電流時器件兩端的電壓絕對值會逐漸上升，因此需同時采用A/D轉(zhuǎn)換器實時監(jiān)測電致變色器件兩端的電壓，當該電壓達到外界環(huán)境顏色對應的電壓值時，F(xiàn)PGA控制D/A轉(zhuǎn)換器切斷電流的輸出，使電致變色器件顯示出與外界環(huán)境顏色一致的顏色。
[0017]本發(fā)明的有益效果為:
[0018]1、本發(fā)明自適應裝置采用恒流驅(qū)動方式對電致變色器件進行驅(qū)動，相對于恒壓驅(qū)動方式，有效地縮短了器件的響應時間，自適應效果更佳。
[0019]2、本發(fā)明采用CMOS攝像頭獲取顏色信息，它將圖像陣列、模擬信號處理器、A/D轉(zhuǎn)換器、DSP處理器集成在同一芯片上，可通過配置寄存器的方式控制圖像格式和傳輸方式；相比傳統(tǒng)的顏色傳感器，其顏色感應范圍和距離廣，相對CCD傳感器其具有功耗低、集成度高的優(yōu)點；本發(fā)明圖像預處理單元獲取外界環(huán)境顏色參數(shù)值的方法簡單，可快速準確地獲取顏色參數(shù)值。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明基于電致變色器件的環(huán)境顏色自適應裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明基于電致變色器件的環(huán)境顏色自適應方法步驟3中原始矩陣到色塊矩陣的轉(zhuǎn)換示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明基于電致變色器件的環(huán)境顏色自適應裝置中恒流驅(qū)動電路的電路圖。
【具體實施方式】
[0023]下面詳細介紹本發(fā)明的一個具體實施例。
[0024]CMOS攝像頭數(shù)據(jù)采集模塊采用0V7670CM0S圖像傳感器，F(xiàn)PGA控制傳感器采集外界圖像信息并解碼為用于FPGA處理的RGB565數(shù)字信號;SDRAM采用256M的H57V2562GTR緩存攝像頭的圖像信息以供FPGA進行后續(xù)的圖像預處理和圖像顯示；控制核心FPGA采用EP4CE15F17C8，它負責圖像預處理、顏色與電壓值的擬合，以及協(xié)調(diào)各模塊的工作;D/A轉(zhuǎn)換器采用AD9708，以實現(xiàn)差