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我說我看到了近紅外光，你們信嗎？ 在這個科技飛速發(fā)展的時代，手機攝影和測色技術已成為我們記錄和分析色彩的得力助手。但你是否曾深思，這些技術背后隱藏著哪些科學原理？本文將從手機攝像頭捕捉畫面的差異，聯(lián)想到測色儀如何精準測量顏色，揭示科技在追求色彩真實還原的道路上所面臨的挑戰(zhàn)。  手機拍照的奧秘： 不同品牌的差異 隨著手機攝影技術的突飛猛進，我們得以隨時捕捉生活中的美好瞬間。但你可曾留意，不同品牌手機在記錄同一場景時，所呈現(xiàn)的色彩竟有所不同？ 以近紅外光的捕捉為例，某些安卓手機能夠記錄下人眼看不見的近紅外光，而蘋果手機則對此無能為力。 通過對比小米手機與蘋果手機的拍照效果，我們使用波長為950nm的激光筆進行了實驗。盡管人眼無法察覺這段波長的光，因為大部分人眼能感受到的光的波長范圍是在400~700nm附近。但小米手機的攝像頭卻能捕捉到它的存在（下圖左），相比之下，蘋果手機則顯得無能為力（下圖右）。
左：小米手機拍照；右：蘋果手機拍照 手機攝影的科學： 濾光片的秘密 手機攝像頭中的濾光片設計至關重要，它的作用是篩選進入攝像頭的光線，確保圖像主要反映可見光譜內(nèi)的色彩。 不同品牌手機的濾光片在材質(zhì)、制造工藝、光譜特性、抗反射涂層、物理強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，對濾光片進行定制和優(yōu)化，例如，一些品牌可能會選擇強調(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。 當光線穿透濾光片并觸及成像傳感器時，它將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，進而生成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： 不同手機的不同解讀 這是因為不同品牌的手機在濾光片設計上的差異。安卓手機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。 有文獻對比里不同品牌移動設備對近紅外光的拍照顏色[1]，包括佳能60D、酷派智能手機、HTC智能手機和Google Nexus 4。實驗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。然后我們計算這些像素的平均RGB值，結果如表1所示。在這些設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。這個顏色跟前面我用小米手機拍照的顏色接近。 表1.各設備的近紅外成像平均RGB值
這一現(xiàn)象引發(fā)了我對顏色測量準確性的深思。手機攝影與測色技術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，來確定物體的真實顏色。 測色技術的原理與挑戰(zhàn) 測色技術是一種用于測量物體顏色的設備，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)過光學系統(tǒng)，由光譜分析儀進行分析，最后由數(shù)據(jù)處理單元計算出物體的顏色。 參考閱讀：分光測色儀測量精度的硬件因素綜述 測色技術的挑戰(zhàn)在于如何真實地還原物體的顏色。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。 測色儀通常采用標準光源和標準觀察角度，以確保測量結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果的影響。 《顏色-不是你看到的那樣（第三版）》關于物體顏色知識體系的學習筆記
在我的著作《顏色-不是你看到的那樣》中，討論過不同幾何結構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因為濾光片的存在或差異，導致相同顏色在不同設備中的測量結果差異很大，根源也是因為其對近紅外光的過濾不夠充分。 顏色測量結果就像開篇發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象一樣，有些手機可以拍攝到紅外光，而另一些手機卻不能，如果這個測色工具可以檢測到近紅外光，則換算出來的顏色結果就會有很大偏差，所以需要從事設計到生產(chǎn)顏色相關人員對測量儀器有深入了解，避免儀器的差異導致目視和數(shù)據(jù)呈現(xiàn)結果不一致。 參考閱讀：從設計到生產(chǎn)：測色儀在產(chǎn)品開發(fā)中的關鍵角色 科技背后的啟示： 我們?nèi)绾巫非笳鎸嵉纳剩?/strong> 從手機攝影到測色技術，我們看到了科技在不同領域的應用。這些技術的背后，是人類對光學、顏色科學和視覺系統(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)的運作機制。 同時，我們也看到了科技發(fā)展的不平衡。不同品牌、不同型號的設備在性能上存在差異，這既與技術的成熟度有關，也與企業(yè)的研發(fā)投入、技術創(chuàng)新和市場需求有關。作為消費者，或者儀器設備的使用者，我們應該關注這些差異，以便做出更明智的選擇。 參考文獻： [1]李婧. 基于智能手機的靜脈血管光學顯像系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D]. 湖北:華中科技大學,2022. 點擊查看 《顏色-不是你看到的那樣（第三版）》
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