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我說我看到了近紅外光，你們信嗎？ 在這個(gè)科技飛速發(fā)展的時(shí)代，手機(jī)攝影和測色技術(shù)已成為我們記錄和分析色彩的得力助手。但你是否曾深思，這些技術(shù)背后隱藏著哪些科學(xué)原理？本文將從手機(jī)攝像頭捕捉畫面的差異，聯(lián)想到測色儀如何精準(zhǔn)測量顏色，揭示科技在追求色彩真實(shí)還原的道路上所面臨的挑戰(zhàn)。  手機(jī)拍照的奧秘： 不同品牌的差異 隨著手機(jī)攝影技術(shù)的突飛猛進(jìn)，我們得以隨時(shí)捕捉生活中的美好瞬間。但你可曾留意，不同品牌手機(jī)在記錄同一場景時(shí)，所呈現(xiàn)的色彩竟有所不同？ 以近紅外光的捕捉為例，某些安卓手機(jī)能夠記錄下人眼看不見的近紅外光，而蘋果手機(jī)則對此無能為力。 通過對比小米手機(jī)與蘋果手機(jī)的拍照效果，我們使用波長為950nm的激光筆進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。盡管人眼無法察覺這段波長的光，因?yàn)榇蟛糠秩搜勰芨惺艿降墓獾牟ㄩL范圍是在400~700nm附近。但小米手機(jī)的攝像頭卻能捕捉到它的存在（下圖左），相比之下，蘋果手機(jī)則顯得無能為力（下圖右）。
左：小米手機(jī)拍照；右：蘋果手機(jī)拍照 手機(jī)攝影的科學(xué)： 濾光片的秘密 手機(jī)攝像頭中的濾光片設(shè)計(jì)至關(guān)重要，它的作用是篩選進(jìn)入攝像頭的光線，確保圖像主要反映可見光譜內(nèi)的色彩。 不同品牌手機(jī)的濾光片在材質(zhì)、制造工藝、光譜特性、抗反射涂層、物理強(qiáng)度和耐候性等方面各有千秋。此外，制造商還可能根據(jù)產(chǎn)品特性和市場需求，對濾光片進(jìn)行定制和優(yōu)化，例如，一些品牌可能會選擇強(qiáng)調(diào)色彩飽和度，而其他品牌則可能更注重色彩的自然還原，某些手機(jī)型號可能在其攝像頭模塊中使用了特殊的濾光片或傳感器，以便在特定條件下（如低光環(huán)境）獲得更好的性能，這可能會無意中增加對近紅外光的敏感性。 當(dāng)光線穿透濾光片并觸及成像傳感器時(shí)，它將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，進(jìn)而生成RGB值。在可見光譜范圍內(nèi)，攝像頭捕捉到的色彩與人眼所見大致相同。然而，對于超出可見光譜范圍的光波，如近紅外光，情況則大相徑庭。 紅外光的色彩之謎： 不同手機(jī)的不同解讀 這是因?yàn)椴煌放频氖謾C(jī)在濾光片設(shè)計(jì)上的差異。安卓手機(jī)的濾光片可能對近紅外光的透過率較高，使得攝像頭能夠捕捉到更多的近紅外光。而蘋果手機(jī)的濾光片可能主要過濾掉非可見光，包括近紅外光，以確保拍攝到的圖像主要包含人眼可見的光譜范圍內(nèi)的顏色。 有文獻(xiàn)對比里不同品牌移動設(shè)備對近紅外光的拍照顏色[1]，包括佳能60D、酷派智能手機(jī)、HTC智能手機(jī)和Google Nexus 4。實(shí)驗(yàn)中的近紅外光波長取800 nm和1150 nm的中值。讓近紅外光直射攝像頭進(jìn)行拍攝。對于每一種攝像頭，分析所有拍攝到近紅外光的照片并找出所有由近紅外光成像的像素。然后我們計(jì)算這些像素的平均RGB值，結(jié)果如表1所示。在這些設(shè)備的攝像頭中近紅外光的成像顏色極為相似并呈現(xiàn)為粉紫色。這個(gè)顏色跟前面我用小米手機(jī)拍照的顏色接近。 表1.各設(shè)備的近紅外成像平均RGB值
這一現(xiàn)象引發(fā)了我對顏色測量準(zhǔn)確性的深思。手機(jī)攝影與測色技術(shù)在原理上有著驚人的相似之處。攝像頭通過鏡頭捕捉光線，經(jīng)過濾光片篩選，再由圖像傳感器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最終通過圖像處理算法生成我們所見的照片。而測色儀則通過分析物體反射或透射的光譜，來確定物體的真實(shí)顏色。 測色技術(shù)的原理與挑戰(zhàn) 測色技術(shù)是一種用于測量物體顏色的設(shè)備，它通過分析物體反射或透射的光譜，來確定物體的顏色。測色儀的核心部件包括光源、光學(xué)系統(tǒng)、光譜分析儀和數(shù)據(jù)處理單元。光源發(fā)出光線，照射到待測物體上，物體反射或透射的光線經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)，由光譜分析儀進(jìn)行分析，最后由數(shù)據(jù)處理單元計(jì)算出物體的顏色。 參考閱讀：分光測色儀測量精度的硬件因素綜述 測色技術(shù)的挑戰(zhàn)在于如何真實(shí)地還原物體的顏色。顏色的感知受到多種因素的影響，包括光源、觀察角度、物體的表面特性等。為了準(zhǔn)確測量顏色，測色儀需要具備高精度的光譜分析能力和穩(wěn)定的測量環(huán)境。 測色儀通常采用標(biāo)準(zhǔn)光源和標(biāo)準(zhǔn)觀察角度，以確保測量結(jié)果的可靠性和一致性。此外，測色儀還需要考慮到不同材料的反射特性和透射特性，以及光源的光譜分布對顏色測量結(jié)果的影響。 《顏色-不是你看到的那樣（第三版）》關(guān)于物體顏色知識體系的學(xué)習(xí)筆記
在我的著作《顏色-不是你看到的那樣》中，討論過不同幾何結(jié)構(gòu)和分光原理的測色工具對顏色測量的影響，尤其是光電積分色差計(jì)因?yàn)闉V光片的存在或差異，導(dǎo)致相同顏色在不同設(shè)備中的測量結(jié)果差異很大，根源也是因?yàn)槠鋵t外光的過濾不夠充分。 顏色測量結(jié)果就像開篇發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象一樣，有些手機(jī)可以拍攝到紅外光，而另一些手機(jī)卻不能，如果這個(gè)測色工具可以檢測到近紅外光，則換算出來的顏色結(jié)果就會有很大偏差，所以需要從事設(shè)計(jì)到生產(chǎn)顏色相關(guān)人員對測量儀器有深入了解，避免儀器的差異導(dǎo)致目視和數(shù)據(jù)呈現(xiàn)結(jié)果不一致。 參考閱讀：從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)：測色儀在產(chǎn)品開發(fā)中的關(guān)鍵角色 科技背后的啟示： 我們?nèi)绾巫非笳鎸?shí)的色彩？ 從手機(jī)攝影到測色技術(shù)，我們看到了科技在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。這些技術(shù)的背后，是人類對光學(xué)、顏色科學(xué)和視覺系統(tǒng)的深入研究。正是這些研究，讓我們能夠更好地理解光的性質(zhì)、顏色的本質(zhì)和視覺系統(tǒng)的運(yùn)作機(jī)制。 同時(shí)，我們也看到了科技發(fā)展的不平衡。不同品牌、不同型號的設(shè)備在性能上存在差異，這既與技術(shù)的成熟度有關(guān)，也與企業(yè)的研發(fā)投入、技術(shù)創(chuàng)新和市場需求有關(guān)。作為消費(fèi)者，或者儀器設(shè)備的使用者，我們應(yīng)該關(guān)注這些差異，以便做出更明智的選擇。 參考文獻(xiàn)： [1]李婧. 基于智能手機(jī)的靜脈血管光學(xué)顯像系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 湖北:華中科技大學(xué),2022. 點(diǎn)擊查看 《顏色-不是你看到的那樣（第三版）》關(guān)于物體顏色知識體系的學(xué)習(xí)筆記
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