紅外線光譜檢測(cè)技術(shù)可以為使用者帶來許多價(jià)值，例如食品/藥品的成分，甚至珠寶的真?zhèn)危继硬贿^該技術(shù)的法眼，而且只要短短幾秒就能得知分析結(jié)果。因此，半導(dǎo)體廠非?？春迷摷夹g(shù)在手機(jī)應(yīng)用上的發(fā)展?jié)摿?，正積極克服技術(shù)與應(yīng)用上的瓶頸。

　　由于光譜檢測(cè)可以在不破壞樣品的前提下檢測(cè)出待測(cè)物的物質(zhì)成分，因此光譜儀一直是許多物質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)室必備的基本儀器之一。不過，傳統(tǒng)光譜檢測(cè)儀為了盡可能從更大的波長(zhǎng)范圍內(nèi)取得物質(zhì)的紅外線波長(zhǎng)特征，因此其光機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，設(shè)備尺寸很難縮小。

　　針對(duì)上述問題，德州儀器(TI)已利用其所發(fā)明的數(shù)位光源處理技術(shù)(DLP)大幅改良了光譜儀的光機(jī)設(shè)計(jì)，讓光譜儀變成可以放在口袋里的小型儀器，成本也大幅降低。另一家類比晶片大廠亞德諾(ADI)則想得更遠(yuǎn)，要將光譜檢測(cè)功能變成可以被整合到手機(jī)等行動(dòng)裝置里的超小型硬體模組。

??? 亞德諾亞太區(qū)系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)理劉憲杰表示，透過演算法輔助及縮減頻寬，紅外線光譜檢測(cè)設(shè)備可以做得非常小巧。

　　跳脫傳統(tǒng)框架　光譜檢測(cè)設(shè)備微型化

　　亞德諾亞太區(qū)系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)理劉憲杰(圖1)表示，提到紅外線光譜檢測(cè)，業(yè)界總是會(huì)聯(lián)想到實(shí)驗(yàn)室里的光譜儀。但如果從光譜檢測(cè)技術(shù)的原理與光的物理特性出發(fā)，不要被傳統(tǒng)光譜儀的硬體框架限制住，就能開發(fā)出尺寸更小，可以被整合到手機(jī)等可攜式裝置的解決方案。

　　每一種物質(zhì)遇到紅外線時(shí)，都會(huì)吸收特定波長(zhǎng)的紅外線，這是紅外線光譜檢測(cè)技術(shù)之所以能用來檢測(cè)物質(zhì)成分的基本工作原理。但事實(shí)上各種物質(zhì)除了會(huì)吸收一種特定波長(zhǎng)的紅外線之外，同時(shí)也會(huì)吸收該特定波長(zhǎng)的倍數(shù)波長(zhǎng)。換言之，如果用頻域的角度來看，當(dāng)一個(gè)物質(zhì)被紅外線照射到時(shí)，除了對(duì)應(yīng)的主頻會(huì)被吸收外，正好位在諧波頻率的紅外線也會(huì)被吸收，其概念就像電子訊號(hào)的主頻與諧波。

　　因此，如果光譜檢測(cè)設(shè)備探測(cè)到某種諧波存在，一樣可以確定某種對(duì)應(yīng)物質(zhì)存在。這對(duì)設(shè)計(jì)微型紅外線光譜檢測(cè)設(shè)備而言是一大福音，因?yàn)檫@意味著設(shè)備不一定要具備非常寬廣的頻寬，也足以檢測(cè)出各種物質(zhì)。這種“窄頻”光譜儀的光機(jī)跟感測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以大幅簡(jiǎn)化，尺寸也明顯縮小。亞德諾與Consumer Physics合作開發(fā)的SCiO紅外線物質(zhì)感測(cè)裝置，就是這種窄頻光譜感測(cè)裝置。

　　SCiO是一種窄頻紅外線光譜儀，這也是SCiO能夠微型化的關(guān)鍵所在。

　　擺脫專業(yè)判讀限制要靠大數(shù)據(jù)累積

　　雖然硬體尺寸的問題找到解決方向，但感測(cè)器資料的判讀仍是一大應(yīng)用瓶頸。在現(xiàn)實(shí)生活中，很多物體都不是由純物質(zhì)構(gòu)成。因此，感測(cè)器所讀取到的資料波形往往相當(dāng)復(fù)雜，而且隨著紅外線照射部位不同，即便是同一個(gè)待測(cè)物，測(cè)出的數(shù)值也會(huì)有所變化。此外，如果是用來量測(cè)農(nóng)產(chǎn)品，個(gè)別待測(cè)物之間的數(shù)值也會(huì)有不小的改變。這些變數(shù)都會(huì)增加數(shù)據(jù)判讀的難度。

　　在實(shí)驗(yàn)室里，經(jīng)過訓(xùn)練的專業(yè)人員可以解讀這些原始數(shù)據(jù)背后所代表的意義，但如果是鎖定消費(fèi)市場(chǎng)的光譜鑒測(cè)應(yīng)用，應(yīng)用開發(fā)商就必須要設(shè)法克服數(shù)據(jù)判讀的問題。對(duì)此，Consumer Physics選擇利用大數(shù)據(jù)(Big Data)分析搭配機(jī)器學(xué)習(xí)(Machine Learning)的方式來解決，透過銷售SCiO并提供手機(jī)App給開發(fā)者社群，累積各式各樣物件的大量光譜資料，從中尋找出數(shù)據(jù)變化的規(guī)律。

　　劉憲杰表示，隨著SCiO累積的資料筆數(shù)越來越多，SCiO對(duì)物質(zhì)成分的分析將更加精準(zhǔn)，也更具參考價(jià)值。另一方面，亞德諾也會(huì)為這個(gè)資料庫(kù)做出貢獻(xiàn)，例如在寶石鑒定方面，亞德諾已開始與專業(yè)寶石鑒定師合作，借用其所擁有的寶石樣本以及過去長(zhǎng)年累積下來的光譜分析資料做交叉比對(duì)，擴(kuò)大寶石類的資料庫(kù)。

　　不過，SCiO不會(huì)跟專業(yè)鑒定產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，因?yàn)镾CiO的目的是讓消費(fèi)者在逛玉石市場(chǎng)時(shí)，可以很簡(jiǎn)單地判斷寶石或玉的真假，至于專業(yè)寶石鑒定會(huì)更進(jìn)一步分析寶石或玉的成分組成比例、成色等，判斷其品質(zhì)等級(jí)。

　　五大應(yīng)用領(lǐng)域App將于年底前推出

　　SCiO于2016年初在國(guó)際消費(fèi)性電子展(CES)上正式發(fā)表后，吸引許多關(guān)注跟肯定，開發(fā)社群也在持續(xù)擴(kuò)增其掃描資料庫(kù)，讓SCiO能對(duì)使用者的日常生活產(chǎn)生幫助。到2016年底前，Consumer Physics與亞德諾將會(huì)陸續(xù)針對(duì)五大應(yīng)用領(lǐng)域推出對(duì)應(yīng)的App服務(wù)，分別是營(yíng)養(yǎng)/體重管理、產(chǎn)品挑選、化妝美容、體適能與嬰幼兒健康(圖3)。

　　SCiO的五大類消費(fèi)型應(yīng)用將在2016年底前陸續(xù)推出

　　營(yíng)養(yǎng)與體重管理是SCiO主打的第一個(gè)功能，透過光譜檢測(cè)，可讓消費(fèi)者清楚知道自己吃下肚子的食物到底含有哪些營(yíng)養(yǎng)成分，含有多少熱量。

　　雖然目前許多國(guó)家對(duì)食品標(biāo)示立有規(guī)范，必須向消費(fèi)者揭露營(yíng)養(yǎng)成分、熱量等資訊，但產(chǎn)品包裝上所記載的資料，跟實(shí)際狀況往往有誤差。即便是經(jīng)過制程管控的加工食品，法令都允許正負(fù)20%誤差，天然蔬菜水果的營(yíng)養(yǎng)成分跟熱量變化范圍更大。如果消費(fèi)者想得到具參考價(jià)值的數(shù)據(jù)，還是得自己動(dòng)手量。

　　產(chǎn)品挑選功能則是第一個(gè)功能的延伸，主要是針對(duì)天然蔬果。比如去超市買水果，在沒有SCiO的幫助下，消費(fèi)者只能靠經(jīng)驗(yàn)法則挑選，但如果用SCiO掃描，就可以知道眼前的蔬菜水果含糖量多少。

　　化妝美容功能則是用SCiO來檢測(cè)皮膚含水量、皮膚年齡、油水平衡度等。這部分除了檢測(cè)之外，App還會(huì)提供一些改善建議，例如生活作息該如何調(diào)整、化妝保養(yǎng)品要怎么挑選。

　　運(yùn)動(dòng)與體適能則是用紅外線掃描來檢測(cè)使用者到底透過運(yùn)動(dòng)消耗了多少熱量、血氧量狀況、心跳等生理數(shù)據(jù)。嬰幼兒健康則是這項(xiàng)功能的延伸，可以量測(cè)到小朋友的身體核心溫度、身體含水量。牛奶等嬰幼兒食品的成分分析功能也歸屬于這個(gè)領(lǐng)域，因?yàn)橐约t外線量測(cè)液態(tài)物質(zhì)時(shí)，其準(zhǔn)確度會(huì)受到液面反射等因素影響，因此相關(guān)演算法還需要微調(diào)。

　　進(jìn)軍手機(jī)應(yīng)用　內(nèi)建/外掛模組兩路并進(jìn)

　　雖然目前SCiO的尺寸已經(jīng)非常小，但距離適合整合到手機(jī)里的尺寸還有一小段差距。劉憲杰透露，亞德諾的下一代紅外線光譜檢測(cè)硬體解決方案已經(jīng)大致開發(fā)完成，該方案的外觀尺寸跟目前手機(jī)上的相機(jī)模組相當(dāng)，現(xiàn)在已有工程樣品可以提供(圖4)。接下來，亞德諾將會(huì)積極與亞太區(qū)的重要手機(jī)原始設(shè)備制造商(OEM)接洽，希望藉由紅外線光譜分析這項(xiàng)功能，為智慧型手機(jī)帶來更多硬體設(shè)計(jì)上的差異化。

新一代紅外線光譜掃描模組已經(jīng)開發(fā)完成，將鎖定手機(jī)應(yīng)用市場(chǎng)

　　除了內(nèi)建之外，外掛模組也是亞德諾正在思考的發(fā)展方向。該公司目前正在與其他主要晶片供應(yīng)商合作開發(fā)完整的硬體晶片組參考設(shè)計(jì)與對(duì)應(yīng)的軟體驅(qū)動(dòng)程式。