芯片级光谱传感技术为移动设备注入新价值

Kevin Jensen

根据在线零售网站的退货统计数据，在线渠道退货的关键原因之一是产品与图片或描述不符。消费者在网上购买衣服、椅子、床上用品或口红时，怎样才能了解准确的颜色或色调？颜色匹配技术有助于减轻零售商的负担，提高顾客的满意度。

在专业设计领域，通过参考色彩系统来描述颜色以达到高精确度，其中最著名的是PANTONE色彩系统。PANTONE色彩系统针对各种特定应用场景定义并优化了10000多种颜色，例如，Pantone Fashion、Home+Interiors色彩系统定义了2734种颜色，而面向化妆品的Pantone SkinTone指南包含110种颜色。Pantone精准的颜色编码被各行业广泛采用，例如在时尚行业中，采用Pantone编码以确保供应商提供的各批次面料颜色与设计师指定的颜色设计相匹配，或是用于化妆品产品以确保其颜色在保质期内不会改变。

由于消费者正逐渐抛弃实体店，转向更方便舒适的在线购物，因此服装、鞋类、家具和化妆品等线上市场将持续增长。而如今，普通消费者在网络购物时缺乏颜色参考作为指导。通常情况下，颜色是消费者选择上述产品的重要参考因素之一。最近一项研究表明，93%的购买决策受视觉外观影响，而颜色至关重要，但目前消费者还无法准确描述他们想要的颜色。

这种情况会带来两种不利影响：首先，一部分消费者在发现购买的商品颜色与预期不符后，会对网络购物敬而远之。其次，零售商必须承担退货产生的运费和处理费用，同时换货的繁琐过程延长了购买流程。这两个因素都会降低商家可获得的利润。

如今，通过先进的光学半导体传感器技术与Pantone色彩系统结合，消费者可以使用手机对任何需要颜色匹配的物品进行测量，生成精准的Pantone颜色参考，无论是油漆墙、连衣裙、沙发还是人的肤色均可。

如果零售商生态系统支持，许可产品使用Pantone References，或客户根据Pantone References提供颜色匹配建议，这种全新的Pantone移动搜索功能将彻底改变电子商务体验，使消费者对在线商店更具信心，并显著降低零售商的服务成本。颜色传感器还是光谱传感器？

若想让消费者愿意使用颜色匹配功能，则该功能必须为即时可用，且易于操作。最佳实施方案是将颜色匹配功能集成到手机中，然而，这涉及到尺寸和功耗限制。在专业或商业环境中，通常使用独立色度计或分光光度计进行颜色检查和颜色匹配。分光光度计是一种实验室仪器，用基准光源照射时，它能详细地表征被测材料。

目前，这些实验室工具的替代品是内置光谱颜色传感器的手持设备。手持光谱仪可用于专业用途，但无法被消费者广泛采用，因为消费者希望将颜色评估和搜索技术直接集成到手机中，以便更易于使用。（参见图1）。

但是，如果要满足消费者用手机将物体颜色与Pantone颜色参考进行匹配的需求，手机制造商则需要芯片级颜色测量设备。

事实上，芯片级颜色测量设备，如艾迈斯半导体的AS7261N已被用于电池供电的手持色度计。A57261N提供直接XYZ传感器数据，符合人眼的三色刺激标准观察者颜色响应。它的多通道滤光片组提供黑暗、透明和近红外通道，以及XYZ颜色传感通道，使芯片在进行反射测量时能够分析环境光的光谱内容。它的LGA封装尺寸为4.5mm×4.7mm×2.5mm，内置孔径可以控制进入传感器阵列的光线，并且尺寸足够小，能轻松集成至各种手持设备。

所有智能手机都已经配备了光学传感器，以支持显示亮度调节、显示颜色增强和摄像头图像增强等功能。这些光学传感器的设计必须遵循手机的特定限制，包括尺寸和软件实现。然而，经过特定改造，将光学传感器（如AS7261）嵌入智能手机设备可以提供精准的光谱数据。

集成光谱传感功能，使手机得以首次进行精确可靠的Pantone颜色识别，在某些情况下比人眼识别更可靠。

实际上，人体视觉是一种相对粗糙的功能。国际照明委员会（CIE）的XYZ三色刺激模型，亦称为“标准观察者”函数，是业界普遍采用的人体视觉参考系统。该系统代表人眼对可见光波长的敏感度范围在390nm到700nm之间。人眼有三种颜色受体，每种受体都能反映较宽的红、绿、蓝光谱波段，分别表示为X、Y和Z函数（如图2）。

但大多数可见颜色可以通过数百种不同的光谱组合呈现。举个简单的例子，橙色可能来自100%橙色物体的反光，或50%红色和50%黄色混合物的反光。在基准光源下，如果颜色元素比例合适，人眼会感觉两种颜色都是橙色，而光谱传感器则可以区分两种不同的颜色组成。

可见光光谱的复杂性意味着，人眼可能感知到“错误”的颜色，这被称为同色异谱现象。在一种照明条件下，人眼可能把具有不同光谱特征的两个物体视为同一颜色，但在另一种照明条件下则视为不同的颜色。在上述示例中，这两种“橙色”物体在带有强红色元器件的白炽灯下将呈现不同颜色。

如果是搭配口红、皮包、地毯或沙发的颜色，这种颜色误配就是不可接受的。如果两个单品在一种光照条件下搭配，但在另一种光照条件下却意外地不协调，不但令人沮丧，而且补救代价高昂。

分光光度计技术的应用，可以消除将一对同色异谱的颜色误认为真正顏色匹配的风险。

为在手机上实现可靠的颜色比较功能，需要能够精确区分Pantone颜色系统，并且这种系统基于芯片级光谱传感器建立，目前已经存在可实现这种系统的元件。事实上，艾迈斯半导体已率先开发出基于专利晶圆级千涉滤波器技术的多通道光谱传感器IC。AS7261N由颜色滤波器制成，这些滤波器体积小、精度高并且随时间和温度的变化能够保持稳定。

借助与X-Rite公司的合作，艾迈斯半导体优化了最新光谱传感器AS7341，专门用于消费者设备上的颜色匹配应用（参见图3）。它具有11个传感通道，将可见光光谱分成8个等间距波段，并提供单独的透明、闪烁和近红外（NIR）通道（参见图4）。八通道光谱输出内部映射到Pantone色彩系统，使商家能够顺利地表达颜色，将商品与颜色趋势联系起来，并支持买家偏好的颜色搭配。AS7341的透明通道使光谱测量能够根据光源或环境光的颜色进行校准，支持几乎任何照明条件下的颜色匹配操作，必要时甚至可以测量远距离物体。

支持彩通颜色参考的生态系统

芯片级元器件已被应用于手持设备，下一步则是将分光光度计集成到手机中。艾迈斯半导体正在与Pantone及其母公司X-Rite合作，建立由零售商和主要产品制造商组成的生态系统，授权使用Pantone颜色系统作为提供给消费者的产品信息的一部分。该生态系统应能够在已经使用Pantone的各类颜色的采购中支持Pantone颜色交叉引用，如化妆品、家具和服装。

借助该生态系统，消费者将能够利用手机的颜色匹配来测量家中地毯的颜色，然后与网上家具零售商根据许可提供的Pantone颜色匹配选购窗帘，而无需再访问门店或索取样本。

对于电子商务运营商来说，这将大幅改善消费者的在线购物体验，在网络和现实世界之间架起独特的桥梁。至关重要的是，该技术能大幅降低退货成本和销售成本，增加在线收入，从而提高利润。

艾迈斯半导体的片上光谱传感器技术与全球公认的彩通色彩系统相结合，将为行业和消费者带来巨大的收益。