本文介绍了现在常用的光学传感器和检测器的类型，并对每种类型的适用性进行了点评。
比色法
比色法，即色彩丈量，在消费、医疗、工业和商业运用中的重要性日益添加。色彩传感器IC在进步智能手机显现屏和摄像头功用方面发挥着至关重要的作用。色彩传感器IC也是园艺革新的中心，通过专业LED光源输出，进步密布“笔直农场”的产值，在严厉操控的条件下栽培蔬菜等作物。一起，色彩传感器的新运用还在不断涌现。
色彩传感器IC的前期运用依据简略的RGB（红/绿/蓝）传感器。现在，传感器或探测器的要求更为杂乱，一般需求体系开发人员具有专业知识。
人类对色彩的感知不只依赖于肯定物理值（如电流或气压），一起也会遭到片面或生理要素影响。这意味着，尽管可以通过计算得超卓彩感知的“均匀”规范，但每个人的眼睛生理特征不同，而且人群中的异常值与均匀值有很大不同。
人类对色彩感知的敏感度影响了对色彩传感器丈量精度的要求，因而需求界说两种规范模型：CIE1931仿人眼感知职业规范模型和别离光/色到独自光谱的模型。
这两种模型，比色运用都需求相同的根本体系元件和传感器设备：
• 传感器、滤波器
• 电子设备
• 照明设备
• 校准方针
光源的挑选、体系的运转及滤波器的特性决议了传感器模块的检测才能规模。传感器IC中的电路对传感器信号的质量和运转速度有重要影响。
不同类型的色彩丈量设备在功用和功用上存在差异：
• XYZ或真彩色传感器
• 多光谱传感器IC
• RGB传感器IC
• 微型光谱仪
色彩传感器和检测器的类型
比色运用一般运用两种类型的设备。一种是将传统光谱仪作为参阅和校准设备，另一种是色彩传感器IC，它能以低本钱完结超卓的色彩丈量精度。
在某些情况下，微型光谱仪也可以成为一种适宜的挑选。艾迈斯半导体在依据运用的设置中进行丈量测验，以对不同类型的设备功用进行合理比较，
图1：具有干与滤光片的真彩色传感器的典型光谱特性
真彩色传感器
真彩色传感器可用于肯定值色彩丈量。它们运用干与滤光器，为色彩规范丈量供给技能根底。这些传感器IC可以仿照人眼视觉精确地丈量数值（如图1）。
干与滤光器为每个色彩通道的每个波长分配特定的灵敏度值。校准后，可将丈量到的色彩值呈现为XYZ值（色度坐标），将其作为转换到其他色彩空间的基值（XYZ坐标依据CIE1931年“规范调查者”的均匀人眼特征）。因而，真彩色传感器IC可用数值来描绘织物或印刷品的色彩，与人类视觉作用相同。
多光谱传感器
作为下一代传感器，多光谱传感器运用多通道来最大化信息输出，且价格合理。有时仅丈量色彩坐标不行精准，则可通过丈量物体的光谱组成，该原理可补偿同色异谱现象（过错的色彩匹配）。多光谱传感器可以精确辨别出，显现为橙色的样品究竟是赤色和黄色的混合色，仍是实在的橙色。
图2：典型多光谱传感器的光谱灵敏度
多光谱传感器将挑选的光谱别离成不同的光谱通道。滤波器的摆放办法使其约束规模对齐，在所选的可见光或NIR光谱中几乎没有空隙（参见图2）。
在可见光规模内，多光谱传感器的丈量发生在辐射水平，而不是比色水平。这意味着传感器会输出样品的光谱，并通过这些光谱值确认色点。在NIR光谱规模内，丈量的光谱还可以用来调查特定的带通和化学键，以辨认水分、脂肪和蛋白质。NIR检测规模越宽（乃至超越芯片规模），就越简单辨认特定的物质。
图3：依据吸收滤波器的RGB传感器的典型特性
传统的RGB技能可以看作是光谱传感器的子集。它们由可见光谱中的三个带通滤波器组成（参见图3）。光谱图的峰值不是依照特定波长设置成共同的，而是在规划进程中依据丈量使命和本钱的要求来确认的。
这种色彩丈量办法不符合人眼感知色彩的任何规范或模型。可是，RGB传感器可以依据所需的精度完结比色使命。可是，即便运用杂乱的校准办法，RGB传感器的色彩丈量精度也仅限于三个带通的信息。
微型光谱仪
微型光谱仪是一种尺度细巧、坚固耐用的传感器解决方案，可以丈量光谱值并支撑色彩空间的表达。与实验室级光谱仪比较，其分辨率较为有限，但假如光谱扫描点较少，速度则会更快。
功用比较
运用一个或多个样本进行丈量并作为参阅值，对各类色彩传感器IC进行比较。首要，需求对RGB（相对丈量）或比色XYZ值设定约束值，如ΔEL*a*b*（肯定丈量）。
为比较各种传感器和检测器，艾迈斯半导体依据实践运用装备测验设备。
运用RGB或真彩色传感器的LED照明丈量和操控
某些LED灯具或显现屏需求严厉指定的色温或特定色点。此外，或许需求补偿因为温度漂移或老化引起的色彩改动等影响。
表1：在D65丈量中RGB和真彩色传感器的比较
一般人眼可以看到?u’v’≤0.005的颜色差异。事实上，通过训练的人眼乃至可以感知到?值最低为0.003的色彩差异。表1中的测验成果描绘了RGB和真彩色传感器在丈量D65白色光源时的丈量成果。
在测验中，咱们设置了两个运用反应操控回路的体系，一个运用RGB传感器，另一个运用真彩色传感器，并在40°C(104°F)的温度下进行校准。接下来，改动LED的温度，发生色彩漂移，并由反应操控回路进行补偿。由表1可知，RGB传感器体系在20°C(104°F)下的操控精度为>0.007，在更高的温度下会进一步漂移。可是，在包含真彩色传感器的反应回路中，色彩差错到达0.0011，依然无法被人眼发觉。
通过真彩色传感器和微型光谱仪进行显现屏办理
在医疗范畴，确诊设备屏幕有必要具有较高对比度，以便于调查细节，这就要求显现丈量设备具有较高的精度和灵敏度。
传统的显现屏校准实验室办法需求较高本钱，而现在色彩传感器成为了一种更贱价、更便利、更便利且相同有用的替代品。
为验证这一观念，艾迈斯半导体创建了第二种测验。在此测验中，在室温下，照耀带有LED灯的漫射板，LED的工作温度为20℃（104℃），并丈量色点。将真彩色传感器IC和微型光谱仪发生的丈量值与光谱仪供给的参阅值进行比较（参见图4）。
丈量成果标明，传感器IC和微型光谱仪处理信号的速度比参阅光谱仪快，但其差错和精度值各不相同。微型光谱仪的丈量值显现色点丈量的均匀差错规模为∆u’v’0.01-0.03——人眼可发觉。
真彩色传感器的丈量成果显现，均匀差错规模为∆u’v’0.001-0.005，远小于人眼感知规模（参见表2）。
图4：微型光谱仪与真彩色传感器的功用比较。选用实验室级光谱仪进行参阅丈量。图中的值以xy方式（色度坐标）标明。
表2：微型光谱仪和真彩色传感器丈量值的比较
印刷职业：真彩色和多光谱传感器IC
在印刷职业中，对光谱丈量有必定的要求。通过生产线丈量来操控整个印刷进程，这无疑是一项应战。
在实践测验中，运用X-Rite ColorChecker进行肯定色彩丈量。与此一起，艾迈斯半导体运用了多光谱色彩传感器，带有多通道跨阻抗扩大器和灵敏的扩大级别来履行光谱丈量，并运用白色LED作为规范光源。
选用多光谱传感器丈量ColorChecker的24个色彩空间，并与光谱仪的参阅值进行了比较。光谱的近似回归方程标明，ColorChecker的均匀精度为∆E00=0.72（参见图5）。
相同条件下的真彩色传感器的均匀精度为∆E00=1.57。
图5：多光谱丈量成果点评
多光谱传感器的长处在于精度高，而且可为光谱近似办法供给较广的规模。假如已知印刷色彩，则可以通过对特定色彩的校准来改善作用。因而，有或许不依托独立于观测规范和规范光源而完结∆E00<1的肯定精度，
与光谱仪比较，传感器的差错值为青色∆E00=0.3，品红∆E00=0.9，黄色∆E00=0.3。
定论
以上一切测验中的丈量都是在通过校准的体系中进行的，包含光源、被测方针和传感器均已依据参阅光谱仪进行校准。这些测验标明，真彩色传感器在进行色彩丈量时可以到达微型光谱仪的精度，乃至在某些运用中会更精准。在决议运用哪种色彩丈量技能时，需求知道色彩或光谱信息以及怎么处理这些数据。
例如，微型光谱仪不能对PWM操控的LED灯的色彩进行共同的丈量，因而，不适用于这种运用。因为RGB和实在色彩传感器不供给光谱丈量，因而不能用于需求光谱值的运用，而应挑选多光谱传感器或微型光谱仪。
表3总结了传感器和检测器类型的比较。该表每项评分均选用五分制。
测验标明，每个运用都有最适宜的传感器解决方案。RGB传感器是快捷式色彩检测的抱负挑选。真彩色传感器适用于肯定色彩丈量。多光谱传感器或微型光谱仪适用于肯定或光谱丈量。
表3：不同类型传感器和丈量仪器的特色总结
总结
受手机、显现屏及特种照明设备制作商的需求推进，精细、精确的芯片级色彩传感器和光谱传感器商场增加明显。因而，光学半导体制作商开宣布不同系列传感器，以满意特定类型的运用需求。
本文介绍了现在常用的光学传感器和检测器的类型，并介绍点评每种类型在特定运用中适用性的办法，以及怎么指定所需的特性和功用。
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