芯片級光譜傳感技術為移動設備注入新價值

Kevin Jensen

根據在線零售網站的退貨統計數據，在線渠道退貨的關鍵原因之一是產品與圖片或描述不符。消費者在網上購買衣服、椅子、床上用品或口紅時，怎樣才能了解準確的顏色或色調？顏色匹配技術有助于減輕零售商的負擔，提高顧客的滿意度。

在專業設計領域，通過參考色彩系統來描述顏色以達到高精確度，其中最著名的是PANTONE色彩系統。PANTONE色彩系統針對各種特定應用場景定義并優化了10000多種顏色，例如，Pantone Fashion、Home+Interiors色彩系統定義了2734種顏色，而面向化妝品的Pantone SkinTone指南包含110種顏色。Pantone精準的顏色編碼被各行業廣泛采用，例如在時尚行業中，采用Pantone編碼以確保供應商提供的各批次面料顏色與設計師指定的顏色設計相匹配，或是用于化妝品產品以確保其顏色在保質期內不會改變。

由于消費者正逐漸拋棄實體店，轉向更方便舒適的在線購物，因此服裝、鞋類、家具和化妝品等線上市場將持續增長。而如今，普通消費者在網絡購物時缺乏顏色參考作為指導。通常情況下，顏色是消費者選擇上述產品的重要參考因素之一。最近一項研究表明，93%的購買決策受視覺外觀影響，而顏色至關重要，但目前消費者還無法準確描述他們想要的顏色。

這種情況會帶來兩種不利影響：首先，一部分消費者在發現購買的商品顏色與預期不符后，會對網絡購物敬而遠之。其次，零售商必須承擔退貨產生的運費和處理費用，同時換貨的繁瑣過程延長了購買流程。這兩個因素都會降低商家可獲得的利潤。

如今，通過先進的光學半導體傳感器技術與Pantone色彩系統結合，消費者可以使用手機對任何需要顏色匹配的物品進行測量，生成精準的Pantone顏色參考，無論是油漆墻、連衣裙、沙發還是人的膚色均可。

如果零售商生態系統支持，許可產品使用Pantone References，或客戶根據Pantone References提供顏色匹配建議，這種全新的Pantone移動搜索功能將徹底改變電子商務體驗，使消費者對在線商店更具信心，并顯著降低零售商的服務成本。顏色傳感器還是光譜傳感器？

若想讓消費者愿意使用顏色匹配功能，則該功能必須為即時可用，且易于操作。最佳實施方案是將顏色匹配功能集成到手機中，然而，這涉及到尺寸和功耗限制。在專業或商業環境中，通常使用獨立色度計或分光光度計進行顏色檢查和顏色匹配。分光光度計是一種實驗室儀器，用基準光源照射時，它能詳細地表征被測材料。

目前，這些實驗室工具的替代品是內置光譜顏色傳感器的手持設備。手持光譜儀可用于專業用途，但無法被消費者廣泛采用，因為消費者希望將顏色評估和搜索技術直接集成到手機中，以便更易于使用。（參見圖1）。

但是，如果要滿足消費者用手機將物體顏色與Pantone顏色參考進行匹配的需求，手機制造商則需要芯片級顏色測量設備。

事實上，芯片級顏色測量設備，如艾邁斯半導體的AS7261N已被用于電池供電的手持色度計。A57261N提供直接XYZ傳感器數據，符合人眼的三色刺激標準觀察者顏色響應。它的多通道濾光片組提供黑暗、透明和近紅外通道，以及XYZ顏色傳感通道，使芯片在進行反射測量時能夠分析環境光的光譜內容。它的LGA封裝尺寸為4.5mm×4.7mm×2.5mm，內置孔徑可以控制進入傳感器陣列的光線，并且尺寸足夠小，能輕松集成至各種手持設備。

所有智能手機都已經配備了光學傳感器，以支持顯示亮度調節、顯示顏色增強和攝像頭圖像增強等功能。這些光學傳感器的設計必須遵循手機的特定限制，包括尺寸和軟件實現。然而，經過特定改造，將光學傳感器（如AS7261）嵌入智能手機設備可以提供精準的光譜數據。

集成光譜傳感功能，使手機得以首次進行精確可靠的Pantone顏色識別，在某些情況下比人眼識別更可靠。

實際上，人體視覺是一種相對粗糙的功能。國際照明委員會（CIE）的XYZ三色刺激模型，亦稱為“標準觀察者”函數，是業界普遍采用的人體視覺參考系統。該系統代表人眼對可見光波長的敏感度范圍在390nm到700nm之間。人眼有三種顏色受體，每種受體都能反映較寬的紅、綠、藍光譜波段，分別表示為X、Y和Z函數（如圖2）。

但大多數可見顏色可以通過數百種不同的光譜組合呈現。舉個簡單的例子，橙色可能來自100%橙色物體的反光，或50%紅色和50%黃色混合物的反光。在基準光源下，如果顏色元素比例合適，人眼會感覺兩種顏色都是橙色，而光譜傳感器則可以區分兩種不同的顏色組成。

可見光光譜的復雜性意味著，人眼可能感知到“錯誤”的顏色，這被稱為同色異譜現象。在一種照明條件下，人眼可能把具有不同光譜特征的兩個物體視為同一顏色，但在另一種照明條件下則視為不同的顏色。在上述示例中，這兩種“橙色”物體在帶有強紅色元器件的白熾燈下將呈現不同顏色。

如果是搭配口紅、皮包、地毯或沙發的顏色，這種顏色誤配就是不可接受的。如果兩個單品在一種光照條件下搭配，但在另一種光照條件下卻意外地不協調，不但令人沮喪，而且補救代價高昂。

分光光度計技術的應用，可以消除將一對同色異譜的顏色誤認為真正顏色匹配的風險。

為在手機上實現可靠的顏色比較功能，需要能夠精確區分Pantone顏色系統，并且這種系統基于芯片級光譜傳感器建立，目前已經存在可實現這種系統的元件。事實上，艾邁斯半導體已率先開發出基于專利晶圓級千涉濾波器技術的多通道光譜傳感器IC。AS7261N由顏色濾波器制成，這些濾波器體積小、精度高并且隨時間和溫度的變化能夠保持穩定。

借助與X-Rite公司的合作，艾邁斯半導體優化了最新光譜傳感器AS7341，專門用于消費者設備上的顏色匹配應用（參見圖3）。它具有11個傳感通道，將可見光光譜分成8個等間距波段，并提供單獨的透明、閃爍和近紅外（NIR）通道（參見圖4）。八通道光譜輸出內部映射到Pantone色彩系統，使商家能夠順利地表達顏色，將商品與顏色趨勢聯系起來，并支持買家偏好的顏色搭配。AS7341的透明通道使光譜測量能夠根據光源或環境光的顏色進行校準，支持幾乎任何照明條件下的顏色匹配操作，必要時甚至可以測量遠距離物體。

支持彩通顏色參考的生態系統

芯片級元器件已被應用于手持設備，下一步則是將分光光度計集成到手機中。艾邁斯半導體正在與Pantone及其母公司X-Rite合作，建立由零售商和主要產品制造商組成的生態系統，授權使用Pantone顏色系統作為提供給消費者的產品信息的一部分。該生態系統應能夠在已經使用Pantone的各類顏色的采購中支持Pantone顏色交叉引用，如化妝品、家具和服裝。

借助該生態系統，消費者將能夠利用手機的顏色匹配來測量家中地毯的顏色，然后與網上家具零售商根據許可提供的Pantone顏色匹配選購窗簾，而無需再訪問門店或索取樣本。

對于電子商務運營商來說，這將大幅改善消費者的在線購物體驗，在網絡和現實世界之間架起獨特的橋梁。至關重要的是，該技術能大幅降低退貨成本和銷售成本，增加在線收入，從而提高利潤。

艾邁斯半導體的片上光譜傳感器技術與全球公認的彩通色彩系統相結合，將為行業和消費者帶來巨大的收益。