从早期的电子管显示器,到现在各种XXXLED技术;从肉眼能看到像素块的时代,到现在PPI爆表的超视网膜屏,科技公司正穷尽办法让消费者拥有最佳的视觉体验。随着大家每天盯着各种显示屏的时间越来越长,对视力健康的保护也逐渐提上日程。

以往原始设备制造商对于屏幕色彩管理,大都采用RGB颜色传感器,你以为通过RGB看到的是真实世界的颜色?非也,RGB并不是从人眼真实的色彩感觉出发,而是通过红绿蓝三色调和出的各种颜色,来“欺骗”人眼和大脑,简单来说就像油画调色盘。

同样,RGB对真实色彩的还原度误差在10-15%之间,根据调查显示,消费者愈发觉得在商店里或者在线购物时商品的颜色与商品在家里时的颜色差异很大,这很有可能就是RGB传感器的锅。 20170729-Xyz-AMS-2 此前网络上争论很久的裙子颜色,实物为蓝黑,光和色彩是会欺骗我们眼睛的(source:网络)

那么有没有更好的颜色显示管理方案,能做到更低的误差率,更接近真实色彩呢?

国际照明委员会(Commission Internationale de L'Eclairage,简称CIE)在1931年开发,并在1964修订了一版CIE颜色系统(CIE Color System),名叫CIE XYZ,这个系统从此成为了其他颜色系统的基础。直到几年前,还只有颜色科学家或者某些高端计算机程序中会使用到,科学家甚至认为大多数人一辈子都不会直接使用这个系统。

但随着消费电子的高速发展,人们了解到CIE XYZ对开发新的颜色系统、编写或者使用与颜色相关的应用程序很有用,于是来自奥地利的高性能传感器解决方案供应商艾迈斯半导体公司(ams AG),把色彩领域的工业标准CIE1931“标准观察者”XYZ三刺激模型变成了大家都能用的传感器。

这款业界首个基于XYZ三刺激的真彩传感器IC型号TCS3430,是迄今为止最小的真彩传感器,适用于笔记本、智能手机和平板电脑等消费电子产品。TCS3430数字化的输出结果是XYZ三刺激的比例输出,与CIE1931 XYZ三刺激模型相一致,因此小型化的TCS3430可以用于显示器管理、自动白平衡或色彩管理等应用。 20170729-david-moon 艾迈斯半导体先进光学解决方案高级产品营销经理David Moon

《电子工程专辑》对艾迈斯半导体先进光学解决方案高级产品营销经理David Moon进行了独家采访,更深入地了解了XYZ传感器的特性及应用,并得知艾迈斯半导体正在做智能手机等消费类移动设备专用的光谱传感解决方案。以下是专访内容:

《电子工程专辑》:相比传统的RGB颜色传感器,XYZ传感器能从技术上改善哪些消费电子产品显示上的视觉体验?

David Moon:原始设备制造商从RGB颜色传感器转向XYZ传感器可以显著改善相机和显示器的性能,比如:

1、根据环境的相关色温(CCT)和亮度调节显示屏的色温(变暖或变冷)和亮度,使显示屏的显示效果看起来像纸张;

2、通过高质量的校准提升显示器的白平衡和图像逼真度;

3、相机可得到更逼真的、几乎零颜色失真的图像,白平衡性能可与专业级摄影设备媲美。 20170729-AMS-XYZ-4 为什么XYZ优于RGB?(Source:艾迈斯半导体)

精确的白平衡不仅可以帮助设计师和专业人士提高图像质量,还可以帮助普通消费者作出购买决定从而降低整体产品退货情况。

《电子工程专辑》:能否介绍一下这款XYZ传感器采用的独家技术?据说还融合了环境光传感功能,设计和工作原理是什么?

David Moon:TCS3430采用了艾迈斯半导体专有的光学干涉滤波器(interference filter)技术。干涉滤波器可直接沉积在晶圆上,且能模拟人眼的光谱响应的特性,用光圈来把不需要的波段滤掉,这种方法并不影响光本身,这项技术尤其用在高精度XYZ传感器上。 20170729-AMS-XYZ-1 光学干涉滤波器(interference filter)技术(Source:艾迈斯半导体)

另一项独家技术是在晶圆上做微光学结构的封装,来自6个月前收购的一家叫Heptagon的公司,我们能在很小的硅片上做出非常精确的光学结构来,并且量产良率也很好。 20170729-AMS-XYZ-3 微光学结构封装技术(Source:艾迈斯半导体)

设计上,TCS3430的滤波器具有五个通道,包括X、Y、Z通道以及两个红外(IR)通道。两个红外通道可用于推断光源类型。Y通道则为可见光光谱中的绿光部分提供照度测量,使得TCS3430可同时用作环境光传感器与颜色传感器,甚至可以帮助手机摄像头的ISP来改善白平衡。 20170729-AMS-XYZ-6 (Source:艾迈斯半导体)

《电子工程专辑》:前面提到了纸质显示效果和自动除蓝光护眼功能,能谈谈XYZ传感器是怎么做到的吗?我们知道iPhone上的Night Shift功能也有类似效果,苹果是你们的客户吗?

David Moon:目前智能手机同质化严重,市场增长放缓,各大厂商都想在自家手机上做出“我有人无”的功能,而纸质显示效果正是这样一个杀手级应用。在不同的环境光情况下,从日光灯到白炽灯或者到阳光下,它会调节屏幕的白平衡点,让屏幕更贴合外部的光线,让肉眼看到跟周边环境一致的显示效果。 20170729-AMS-XYZ-2 左边的手机有艾迈斯半导体的XYZ传感器模组,右边没有,可以看到从6500K到3000K色温切换时,带有XYZ传感器的手机还原色彩更真实。(Source:艾迈斯半导体)

除了让眼睛舒服,健康也是我们考虑的一大因素。一般的光源含蓝光比较多,长时间接触会引起视觉疲劳,尤其是晚上黑暗环境中玩手机,蓝光会影响脑垂体分泌,进而影响睡眠质量,长期这样会引起一些疾病。

20170729-AMS-XYZ-5 纸质显示的实现是根据普朗克曲线上不同的色温点来调节白平衡。这条曲线值越高,越偏冷,值越低,越偏暖色调。(Source:艾迈斯半导体)

所以说这是一个杀手级应用,苹果iPhone上面的Night Shift功能就是类似于这个,至于他是不是我们客户不便评论,我只能说全球排名前15的手机厂商中,其中有14个都是我们的伙伴,我们在跟TOP5里面的前4合作。(小编:这样说您还不明白的话,马上去百度一下吧,而且从网上拆解来看,iPad Pro的TrueTone屏就是采用了XYZ传感器。)

20170729-Xyz-AMS-1 苹果iPad Pro发布会上重点介绍的True Tone显示技术,其实就是这里所说的“纸质显示效果”外加蓝光消除。(Source:网络)

《电子工程专辑》:XYZ传感器的目标是取代RGB传感器,作为一个新品它在成本上有无优势?供应链方面能否满足?

David Moon:传统的做法,XYZ会比RGB贵25%甚至50%,但因为我们用了光学干涉滤波器这种工艺,大规模量产的时候,成本并不会增加太多,而且对于厂商而言,可以在消费级应用上实现杀手级的差异化。供应链方面,因为我们不光在奥地利扩建了产能,而且在新加坡有了新工厂和设备,所以供货也是没有问题的。TCS3430现已上市,亦可通过官网获取评估套件。

《电子工程专辑》:近年食品安全被广大消费者重视,便携式光谱分析仪在兴起,在今年CES上已经有友商将光谱分析功能整合在智能手机上。艾迈斯半导体也在推消费级光谱分析传感器,请问您如何看待光谱传感器进入智能手机的趋势?这类产品测试精度如何保障?

David Moon:这个方案既要看传感器本身的准确度,也要看后端识别算法的准确度。前面提到传感器我们采用的是独家光学干涉滤波器,这是其他家没有的优势。而且我们产品已量产,在量产情况下,能够保障测试精确度只有我们。在算法方面,大家各有所长。这个功能会在将来爆发,说不好是明天还是明年,但是我认为一定会爆发。 20170729-AMS-XYZ-7 便携式光谱分析仪用于食品分析的例子,可检测苹果的甜味(糖度,近红外光谱在758-1161nm之间)、收获期(叶绿素含量,近红外光谱在650-690nm之间)、霜冻期(果皮平滑度,近红外光谱在750-850nm之间)、过敏原检测(乳糖、面筋)(Source:艾迈斯半导体)

目前消费级的光谱传感器,精准度跟实验室比已经很接近。在应用上的准确度不仅仅靠传感器,还在于后端数据库,不管你做颜色识别还是食品识别,云端会有一个大数据库,我们会在生态系统中介绍一些合作的数据库伙伴给我们的OEM厂商。但是我们现在看到很多OEM厂商愿意自己做(数据库)。

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