适应时代发展的新型移动配对分光光度计

作者：George Yu博士，首席执行官；Penn Brafford，首席业务官；Suzanne Ócsai，客户事务专家，Variable有限公司，田纳西州，Chattanooga

新的一年，新的十年，新时代充满了各种可能性。随着2019让位给2020年，这种希望的情绪毫不费力地在空中弥漫。然而，当人们撕掉旧日历，在表格上练习书写新的日期时，这个希望也并不是唯一传遍世界的东西。Covid-19病毒已使得中国的部分地区实行了封锁，且病毒在无预警的情况下，迅速渗透到了世界上的其他国家。

至4月1日，全球大部分人口都被安排在家里进行隔离。消费模式的优先次序发生了很大变化，在隔离期开始时，油漆和五金店开始提供送货上门服务。人们在保持社交距离的同时，也在想方设法地让自己保持忙碌状态，使得各种销量额飙升。这种调整至关重要，且在大多数领域都得到了很好的执行。然而，油漆和涂料工业仍有一些过时的地方，无法迅速适应当前环境，尤其当涉及到我们对固定分光光度计的依赖时。

传统的分光光度计是一种复杂的机器，在今天新的社会规范中具有一定局限性。如果需要进行涂料定制的匹配，则必须将物理样品带到有固定分光光度计的地方，来产生配方。这些方法虽然可靠，但可能也繁琐、耗时，且需要在该场地与人进行接触。如今，该行业比以往任何时候都更需要一种可移动配对的分光光度计，它可以让现场用户将配方和扫描数据发送回商店或实验室，而无需进行不必要的身体接触。

为了满足这一需求，Variable公司发布了Spectro 1 Pro（图1），这是一款可放在手掌上的移动式分光光度计，它产生的配方数据可以与颜色实验室里的台式分光光度计相媲美。该设备采用了高水平的分光光度计技术，并可以提供给任何需要访问的人，其价值远高于参考仪器。用户们可以通过各种移动通信手段（包括文本、电子邮件或云端等）发送回与固定分光光度计一样精确的数据。

Variable公司意识到，虽然我们已经进入了21世纪，但公司或组织机构仍然依赖于过时的、极易出错的大规模颜色配比方法。在这个行业中，色卡、油漆碎片、实物样品和人眼是在工作中找到匹配颜色的标准方法。虽然人类的眼睛无法区分相近色的色差，但它能够看到五百万到一千万种不同的颜色。大多数扇形色卡的颜色都不到5000种，给客户留下的选择是有限的，油漆专业人员也需要为客户配制自定义色调。从行业角度看，公司通常需要运送实物样品，以确保正确的色调匹配，这一过程不仅成本高且耗费时间。

据估计，一名专业的油漆师平均需要大约90分钟才能从样品中获得定制的色调。在现场使用移动分光光度计时，该估值减少了50%，平均约为45分钟，如图2所示，且唯一需要的路程和联系，是送货上门或通过自驾车取走定制的油漆。

使用色度计配色

2016年，Variable公司首次推出了Color Muse，这是首款面向市场的低成本色度计。最终，出现了一款颜色仪器，它可以数字化存储一套标准，并以比人眼更高的精确度进行匹配。虽然色度计是便携式的、经济的和相对准确的，但它们只提供L * a * b * 、L * C * h°、十六进制、sRGB代码。该信息不提供制定自定义色调所需的必要反射率数据。此外，色度计中45/0°的光学几何结构与D/8°中捕获的配方数据库不太一致。油漆专业人员和业主仍然被要求带着实物样品到当地的油漆商店，以获得精确的定制色彩。

虽然色度计是有用的，但高级配色仍然需要依靠传统的分光光度计来提供准确的色彩和配方信息。这些设备由于其尺寸、成本和需要经特殊培训的用户而受到限制，每台机器的价格从3000美元到20000美元不等，甚至更多。用于制造传统分光光度计的硬件使其无法达到成本效益，也无法让普通人在现场使用。

分光光度计是色彩行业的黄金标准，它能够识别、测量和量化颜色，因为它可以在每个波长上对颜色进行详细的捕捉。这种精确性和精密度是后来可以通过使用反射率曲线在大型数据库中识别颜色的主要原因。当创建涂料公司使用的颜色标准时，分光光度计提供了10nm增量的反射率曲线。用户还可以了解颜色在各种光源下的表现和外观。能够在现场使用这种技术，可以帮助个人可以帮助个人在全球疫情及其后果中承担社会责任的同时，寻找并定制色彩。

新型传感器的创新改变了分光光度计的模式

传统的分光光度计是用光学透镜、反射镜、光栅和其他各种精密制造的部件构成的，这使得该设备的生产成本昂贵。然而，这些组件也是其高精确度的关键。每个装置内部都有光学元件，可以将光分解为可见光谱，类似于太阳光照射时棱镜的工作方式。

去年，在光学传感器方面的创新，使得一种带有窄波长滤光片阵列的光电探测器芯片得以批量生产，用于测量可见光谱。Variable公司正在申请机器学习技术的专利，又可以使用固态LED和光电探测器阵列芯片来测量表面的高分辨率光谱反射曲线。进一步的机器学习技术接着能将反射率测量值调整到许多不同的实验室分光光度计参考值。

为了达到Spectro 1 Pro声称的高精确度，必须训练它在特定的、一致的和可测量的条件下来读取颜色。在调整每个单元时，可以通过使用陶瓷颜色板来实现仪器之间的紧密公差。陶瓷，如BCRA或Guardian的是首选，因为它们是由稳定的材料制成的，可确保随着时间的推移保持颜色不变，这就确保了每年调整的设备在生产过程中的一致性和准确性。

对调色专业人员而言，这是一种常见的做法，来确定一个新的分光光度计与他们的参考仪器的差距。这是保证能够准确表示传统数据库的重要步骤。今天，生产的所有Spectro1 Pro都可以与指定的参考仪器相匹配。我们在室温下对SCI模式下的参考分光光度计与Spectro 1pro分光光度计进行了比较。实验中使用的颜色样本是由212种颜色组成的RAL经典光泽色卡。实验的结果显示平均值为0.42 ΔE 2000，如图3所示，并附有累计百分比图。

新的机器学习技术

这种机器学习技术的一个关键好处是，Spectro 1 Pro可以根据客户的偏好，与不同的参考仪器进行校准。每个参考仪器读取的颜色都略有不同，可供选择的参考仪器有很多。因此，由于Variable开发的机器学习技术，所有设备都能够根据客户或用户需要其设备参考的仪器来改变中心点。这可以在生产后进行，使得这些分光光度计能够适用于任何单位。校准技术允许客户使用自己的主仪器来设定颜色，然后无论他们身处何处，都可以通过连接的移动应用程序使用Spectro1 Pro设备来参照这些颜色。在社交需要保持距离的情况下，这可以减少不必要的出行和与用户紧密社交圈之外的其他人的接触。

然而，要衡量Spectro 1 Pro到底有多准确，有两个基本的度量标准：短期可重复性和仪器间的一致性（IIA）。短期可重复性是仪器从一个测量值到另一个测量值的稳定性指标。在新型Spectro 1 Pro上进行的测试是在温度控制的环境下进行的，温度控制在20℃左右，使用白色陶瓷。仪器放在陶瓷上，每隔30秒扫描一次，然后比较扫描结果，以确定仪器在扫描之间的差距。

仪器间的一致性决定了仪器与参考仪器或确定的中心点的不同程度。无论制造工艺或价格如何，所有仪器的一致性总会有轻微的变化，但目标是尽可能减少这种差异。IIA量化了各个单位之间的差异有多大。在生产过程中，每个单元都会扫描大约44块不同色调的瓷砖，然后从扫描的每种颜色中提取一个中心点，再记录仪器读取颜色的差异。Variable公司的移动配对分光光度计越来越精确，重复性为0.05 ΔE 2000，仪器间一致性的平均差值为0.2 ΔE 2000。这些技术规格与世界各地的颜色实验室使用的许多台式分光光度计一致。

然而，如果客户在没有变量先移动中心点以匹配客户参考仪器的情况下，在Spectro 1 Pro上运行颜色测试，那么结果就会出现偏差，且不那么准确。在根据用户的参考工具进行测试之前，首先需要较准方法，使用单位可以与Variable公司协作以获得期望的结果。

一旦获得一致，与仪器配对的iOS和安卓移动应用程序就很容易使用，任何人都可以在不经过大量培训的情况下使用它们。有了这个应用程序，用户现在可以以10nm的增量访问400到700nm波长之间的光谱曲线，并直接在智能手机或平板电脑上查看。Spectro 1 Pro将传统的分光光度计技术从零售柜台后面或颜色实验室内部转移到了用户的口袋中，使其更容易在不牺牲质量的情况下实施社交距离预防措施。

含几何结构的镜面反射组件

Spectro 1 Pro的功能还不止于此。设计时考虑到了非金属漆专业人员，该设备是一个几何结构的带0°（D/0°）散射光观察的镜面反射组件（SCI）。虽然传统的分光光度计具有/8°（D/8°）漫射光，但在现场不像实验室那样需要在有镜面和无镜面之间进行切换。D/8°光学几何结构和D/0°光学几何结构之间的差异如图4所示。D/8°装置更为常见，因为实验室中的基准仪器必须满足广泛的使用情况。为了验证两种不同几何结构的相似光学行为，我们使用NCS光泽度标尺进行了一项实验，以测试D/8°的参考仪器（DatacolorSF600 SCI）和D/0°几何结构的现场仪器（Spectro 1 Pro）对测量产生的影响。NCS光泽度由四种不同的灰度组成，每种颜色有七种光泽度，范围从2 GU到95 GU。实验结果如图5所示，并显示了两种仪器在广泛的表面光泽范围内的微小变化。实验证明，在参照实验室分光光度计（D/8°）时，Spectro 1 Pro（D/0°）是很可靠的现场仪器。

这为那些希望在使用智能手机APP向现场代理商和客户同步提供实验室级技术的涂料公司打开了新的机会之门。无论光泽度和等级如何，油漆专业人员都需要能够测量真实的颜色。设计D/0°的仪器有助于确保它的简单性和尺寸，尽管在光学几何结构上存在差异，Variable公司仍然可以将Spectro 1 Pro与D/8°参考仪器紧密连接起来，从而使传统数据库能够直接导入移动应用程序。

结论

我们周围的世界正在以前所未有的速度变化着，传统模式数十年来毫无疑问地发挥了作用，但对数字解决方案的需求在日益增加。Variable公司的移动配对分光光度计提供了精确、经济、省时的技术，让用户在不牺牲质量的情况下可以保持安全的社交距离。通过简单的整合，在扫描现场颜色、在智能手机上构建配方、然后向附近商店提交订单的可能性已经成为现实。这项技术已经由行业专家在实验室和现场进行了测试，以确保这些说法在现实生活中能够成立。配色的未来无疑与移动配对分光光度计紧密结合在了一起。

了解更多信息，请访问variableinc.com。

————用网桥进行大规模配方定制————

每年，因为颜色不准确给许多公司造成了数十万甚至数百万美元的损失。人们没有办法源源不断地提供相同的油漆，但有一种方法可以用来测量新批次的颜色，以确保不同批次间的确是完全相同的色调。然而，这项技术，像许多确保准确配色的高端技术一样，依赖于固定分光光度计或笨重的便携式分光光度计。这使得许多公司及其合作伙伴只能依靠人眼和实物样本。正如文章中所讨论的，这种颜色测量方法无法为公司和品牌提供所需的、一流的质量控制，在一个需要更多数字解决方案的世界里，这种配色模式不仅极易出错，而且不切实际。

Variable公司的Spectro 1 Pro plus Bridge允许各公司及其合作伙伴利用手机移动配对分光光度计，并在PC上运行自己的着色和配色软件。一些油漆和涂料公司已经开始在世界各地的商店中实施这项技术。在传统的分光光度计由于成本限制而无法出现在现场的情况下，它显得特别有用。

不幸的是，蓝牙技术并没有在所有个人电脑上实现标准化，这导致在使用这些基于PC软件的移动配对仪器时具有局限性。为了解决这个问题，Variable公司创建了网桥，它是一个外部的、可靠的蓝牙加密器。网桥通过USB端口与PC相连接，可以与Spectro 1 Pro在25英尺（7.5米）的距离进行配对。此外，现场的颜色配方扫描可以通过文本或电子邮件发送，并直接导入到软件中，使完全的移动配方和配色成为可能。

这种相同的数字配色也可以在试图与合作伙伴和子公司进行质量控制测量的组织中实现，而不管这些合作伙伴和子公司位于哪里。质量控制负责人可以在佐治亚州的亚特兰大市与全球的制造商进行无缝沟通，以检查所生产产品的色调是否正确。

Variable云是一款基于web的软件，通过它公司可以建立和管理他们的个人颜色库，并在无需寄送实际样本的情况下对它们进行共享。这种方法节省了时间、资源，减少了碳足迹，并且，考虑到人员密切接触所引起的对健康问题的高度关注时，也让它具有社会责任感。

本文收录在《PCI中文版》杂志2020年10月刊中