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我说我看到了近红外光，你们信吗？ 在这个科技飞速发展的时代，手机摄影和测色技术已成为我们记录和分析色彩的得力助手。但你是否曾深思，这些技术背后隐藏着哪些科学原理？本文将从手机摄像头捕捉画面的差异，联想到测色仪如何精准测量颜色，揭示科技在追求色彩真实还原的道路上所面临的挑战。  手机拍照的奥秘： 不同品牌的差异 随着手机摄影技术的突飞猛进，我们得以随时捕捉生活中的美好瞬间。但你可曾留意，不同品牌手机在记录同一场景时，所呈现的色彩竟有所不同？ 以近红外光的捕捉为例，某些安卓手机能够记录下人眼看不见的近红外光，而苹果手机则对此无能为力。 通过对比小米手机与苹果手机的拍照效果，我们使用波长为950nm的激光笔进行了实验。尽管人眼无法察觉这段波长的光，因为大部分人眼能感受到的光的波长范围是在400~700nm附近。但小米手机的摄像头却能捕捉到它的存在（下图左），相比之下，苹果手机则显得无能为力（下图右）。
左：小米手机拍照；右：苹果手机拍照 手机摄影的科学： 滤光片的秘密 手机摄像头中的滤光片设计至关重要，它的作用是筛选进入摄像头的光线，确保图像主要反映可见光谱内的色彩。 不同品牌手机的滤光片在材质、制造工艺、光谱特性、抗反射涂层、物理强度和耐候性等方面各有千秋。此外，制造商还可能根据产品特性和市场需求，对滤光片进行定制和优化，例如，一些品牌可能会选择强调色彩饱和度，而其他品牌则可能更注重色彩的自然还原，某些手机型号可能在其摄像头模块中使用了特殊的滤光片或传感器，以便在特定条件下（如低光环境）获得更好的性能，这可能会无意中增加对近红外光的敏感性。 当光线穿透滤光片并触及成像传感器时，它将光信号转换为电信号，进而生成RGB值。在可见光谱范围内，摄像头捕捉到的色彩与人眼所见大致相同。然而，对于超出可见光谱范围的光波，如近红外光，情况则大相径庭。 红外光的色彩之谜： 不同手机的不同解读 这是因为不同品牌的手机在滤光片设计上的差异。安卓手机的滤光片可能对近红外光的透过率较高，使得摄像头能够捕捉到更多的近红外光。而苹果手机的滤光片可能主要过滤掉非可见光，包括近红外光，以确保拍摄到的图像主要包含人眼可见的光谱范围内的颜色。 有文献对比里不同品牌移动设备对近红外光的拍照颜色[1]，包括佳能60D、酷派智能手机、HTC智能手机和Google Nexus 4。实验中的近红外光波长取800 nm和1150 nm的中值。让近红外光直射摄像头进行拍摄。对于每一种摄像头，分析所有拍摄到近红外光的照片并找出所有由近红外光成像的像素。然后我们计算这些像素的平均RGB值，结果如表1所示。在这些设备的摄像头中近红外光的成像颜色极为相似并呈现为粉紫色。这个颜色跟前面我用小米手机拍照的颜色接近。 表1.各设备的近红外成像平均RGB值
这一现象引发了我对颜色测量准确性的深思。手机摄影与测色技术在原理上有着惊人的相似之处。摄像头通过镜头捕捉光线，经过滤光片筛选，再由图像传感器转换为数字信号，最终通过图像处理算法生成我们所见的照片。而测色仪则通过分析物体反射或透射的光谱，来确定物体的真实颜色。 测色技术的原理与挑战 测色技术是一种用于测量物体颜色的设备，它通过分析物体反射或透射的光谱，来确定物体的颜色。测色仪的核心部件包括光源、光学系统、光谱分析仪和数据处理单元。光源发出光线，照射到待测物体上，物体反射或透射的光线经过光学系统，由光谱分析仪进行分析，最后由数据处理单元计算出物体的颜色。 参考阅读：分光测色仪测量精度的硬件因素综述 测色技术的挑战在于如何真实地还原物体的颜色。颜色的感知受到多种因素的影响，包括光源、观察角度、物体的表面特性等。为了准确测量颜色，测色仪需要具备高精度的光谱分析能力和稳定的测量环境。 测色仪通常采用标准光源和标准观察角度，以确保测量结果的可靠性和一致性。此外，测色仪还需要考虑到不同材料的反射特性和透射特性，以及光源的光谱分布对颜色测量结果的影响。 《颜色-不是你看到的那样（第三版）》关于物体颜色知识体系的学习笔记
在我的著作《颜色-不是你看到的那样》中，讨论过不同几何结构和分光原理的测色工具对颜色测量的影响，尤其是光电积分色差计因为滤光片的存在或差异，导致相同颜色在不同设备中的测量结果差异很大，根源也是因为其对近红外光的过滤不够充分。 颜色测量结果就像开篇发现的现象一样，有些手机可以拍摄到红外光，而另一些手机却不能，如果这个测色工具可以检测到近红外光，则换算出来的颜色结果就会有很大偏差，所以需要从事设计到生产颜色相关人员对测量仪器有深入了解，避免仪器的差异导致目视和数据呈现结果不一致。 科技背后的启示： 我们如何追求真实的色彩？ 从手机摄影到测色技术，我们看到了科技在不同领域的应用。这些技术的背后，是人类对光学、颜色科学和视觉系统的深入研究。正是这些研究，让我们能够更好地理解光的性质、颜色的本质和视觉系统的运作机制。 同时，我们也看到了科技发展的不平衡。不同品牌、不同型号的设备在性能上存在差异，这既与技术的成熟度有关，也与企业的研发投入、技术创新和市场需求有关。作为消费者，或者仪器设备的使用者，我们应该关注这些差异，以便做出更明智的选择。 参考文献： [1]李婧. 基于智能手机的静脉血管光学显像系统设计与实现[D]. 湖北:华中科技大学,2022. 点击查看 《颜色-不是你看到的那样（第三版）》
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