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【EV3基础 第四课】你是我的眼(上)

乐高 少儿编程 2002浏览 0评论
ev3硬件基础01

本阶段课程适合2年级、3年级、4年级及以上刚开始接触EV3机器人的同学们。

如果你有器材,那么可以花1个小时陪伴孩子一起学习本课,帮助他理解。

如果你没有器材,那么可以花5分钟学完本课,一段时间后可以考虑为孩子添置一套EV3设备,从这里开始学习。

“如果我能看得见,就能轻易地分别白天黑夜~

就能准确的在地图上,沿着黑先走。

如果我能看得见,就能随便到处乱走,

就能看到有墙壁,不再撞得粉碎……”

——以上为小E内心独白。

 

别急别急,今天咱就开始给小E桑按个眼。

机器人跟人不同,人的眼睛是非常厉害的输入器官,能判断距离、颜色、明暗等等等等,所以最强的制造家不是别人,其实是咱老妈。我们平时一定别因为玩“王者农药”搞坏眼睛,这设备“维修”起来代价就高了。

 

咱小E有自己的眼睛设备,不过功能上单一了一些。

下图是三种传感器。

【EV3基础 第四课】你是我的眼(上)

可以说,他们都有“眼睛”的功能。我们今天首先认识一下最左边的这位。

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这位叫做颜色传感器(以下简称色感),是用来测量各种光线条件的。

重点

大家要理解一个概念,颜色,其实是一种我们的眼睛和大脑对光的视觉感受,光具有光波,是一种能量。不同的颜色光波的长短不同,所以可以简单理解为:颜色其实本质上是一种光。

 

所以,颜色传感器,其实是一种检测光值设备。因为除了颜色外,色感是有多种模式可以供我们使用的。

为什么我们要重点说明这个事情?

老丁见过很多同学会被颜色两个字误导,学了几年,都没真正搞清楚工作模式的使用方法,遇到问题还得靠老师来分析。单纯理解为“颜色”的同学在很多使用的场景只想得起来辨别色彩,其实我们应该要学会根据不同的要求选择不同的模式使用。

如果理解成光就不一样了,同学们自然会考虑,我们要辨别的是光的颜色?还是亮度?还是其他作用……这样对今后的帮助才会更大。

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从上图中,我们可以看到三种模式的名称。

Reflect——反射的——测量反射光/色彩灰度

Ambient——环境的、周围的——测量环境光

Color——色彩——测量颜色值

我们不去详细讨论色彩是怎么形成的了。只要你在EV3上切换这三种模式,我们可以看到,传感器的LED灯的颜色也不相同。

在Reflect模式下,LED灯亮红色,三原色中,光波最长的颜色,反射率强。

在Ambient模式下,LED灯亮蓝色,三原色中,光波最短的颜色,反射率弱。

在Color模式下,LED灯亮白色,其实是全部彩色光集中到一点上,视觉上就会变成白色,反射所有光。

我们并不一定要搞清楚这些原理,因为如果以后各位同学是学美术、物理等等学科的时候,这些相关的专业学习会有系统的课程来解释,知晓即可。

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三原色光可以通过不同比例的搭配,形成各种颜色光。

我们需要的,是知道这三种模式的“使用场景”

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反射模式的使用场景

反射模式,是用在对某一个近距离的“点”检测时,色彩识别要求不高,但对“灰度”识别要求高的情况下。

举个例子,我们一般在看书的时候,要求书本尽量用黑白两色来表现。如果字体的颜色多了,反而容易让我们造成阅读障碍。

做方案其实一样,我们要学会的,是对应场景来使用设备功能,去除不必要考虑的条件因素,这样才能让方案很“干净”,并且也可以把指令说的很“清楚”。

 

在我们生活中,特别是夜间,这种应用特别广泛。比如交通用的各种检测摄像头,它的功能主要是用于拍摄汽车牌照。所以我们的车牌底色,一般都是用蓝色(反射率弱)而字是白色(反射所有光)。这样即便是弱光状态下,也能很清晰的拍摄出车牌的号码。

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简单了解:灰度

我们回过头来继续说色感,当色感捕捉到反射回来的光线时,接收到的是“灰度”值。所以我们在这个模式下,看到的是0-100的“灰度”。

在灰度的世界里,只有黑,白,灰三种颜色。

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白色值最低,黑色值最高

如果把颜色转化为灰度,那么简单理解就是明亮的颜色灰度值就低,深色灰度值就高。就像画家们素描写生或者水墨画,就会用黑白灰来表现所有的场景亮暗。

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我们的国粹之一国画,黑白世界依然很美

为什么不用颜色呢?颜色不是更多,更容易区分吗?

其实不然,在我们今后的编程中,会遇到各种各样的条件要求。我们首先要学会的,就是分析问题和找到最简单的方法去处理问题。

颜色本身对于识别的要求就高一些,比如红色,和偏红的黄色,那种算是红色呢?

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这时候我们用反射值来测量,可能就可以很明显的去区分。即便都是红色,深红和橘红,也是可以直接用灰度来区分清楚的。

那么这样一来,大家应该可以了解这种模式应该用在哪里了吗?

简单总结一句:当某些情况,颜色不用考虑的时候,尽量用更简单的反射模式来解决数据问题。

 

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跟刚刚正好相反,环境光模式是用来测量一个范围内的环境光线强弱的,而不是一个点。

这个应该很好理解。在某些情况下,我们需要检测周围环境的强弱,比如家里汽车的自动灯光就是由车子上的光线传感器来控制的。到了晚上或者进入隧道等等,光线弱的时候,车灯就会自动开启。

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这个时候,我们往往是把色感尽量的暴露在一个大空间下更好的接收光线,而不像之前测反射的时候,要保证环境光尽量不受影响。

比如你要做一个光控小车,用手电筒照着就开,不照就不开,那么就可以用这样一个模式来完成。

 

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色彩识别的使用场景

这个应该最好理解了,一般这点上同学都不会有什么特别的问题。往往出问题的都是上面种模式。

我们只要了解,每种颜色其实对应的是一个值,如下图。

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试一试

搭建一个Mindstorms里面的基础小车模型并为小车安装上传感器。

1、让红色作为钥匙,小车检测到红色时开始直线前行2秒。

2、让程序启动时小车开始笔直前进,遇到黑色线的时候停止。

3、使用环境光模式,尝试在家里开着灯的时候,小车任意动作,关灯后小车停止动作。

 

提示,上面三个要求都可以直接用流程程序完成。大家要在搭建和模块选择上作一些思考哦。

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如果在实现的过程中有问题的话,可以把程序和实际情况拍照直接发在公众号内跟老丁进行交流。

 

重点总结

开始了解色感,并了解区分不同情况下的使用场景。

学会找到不同情况下,解决问题的最简单的方法。也是一种逻辑能力的培养。

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