В то время как смартфоны и другие потребительские камеры все чаще используются в научных приложениях, трудно сравнивать и комбинировать данные с разных устройств. Новый, простой в использовании стандартизированный подход позволяет практически любому калибровать эти камеры без какого - либо оборудования, помогая любителям, студентам естественных наук и профессиональным ученым получать полезные данные с любой потребительской камеры.
« Низкая стоимость камеры потребительского класса делает ее идеальным вариантом для проектов, связанных с массовым развертыванием, автономным мониторингом или гражданской наукой», - говорит Оливье Бургграафф из исследовательской группы Лейденского университета в Нидерландах, которая разрабатывает методы калибровки. « Наш стандартизированный метод калибровки облегчит любому человеку использование потребительских камер для обнаружения аэрозольных частиц в воздухе для измерения загрязнения».
В Optics Express, журнале OSA, межведомственная исследовательская группа сообщила о своем новом стандартизированном методе калибровки и базе данных под названием SPECTACLE (стандартизированная технология калибровки фотооборудования и каталог), которая может использоваться для смартфонов, цифровых зеркальных камер с одним объективом и камер на беспилотных летательных аппаратах. Эта база данных позволяет пользователям загружать калиброванные данные со своих камер для использования другими пользователями.
« SPECTACLE включает в себя множество методов самопомощи (DIY), которые, как мы обнаружили, дают результаты, сопоставимые с профессиональными методами, требующими лабораторного оборудования», - сказал Бургграафф.
Совершенствование гражданской науки
Метод стандартизированной калибровки был разработан для удовлетворения потребностей Бергграаффа и его Лейденского университета. Коллеги разрабатывают методы гражданской науки для измерения оптического качества воды, используя приложение iSPEX для смартфонов (Spectropolarimeter для Planetary Exploration), которое они первоначально разработали для измерения загрязнения воздуха. Это дополнение позволяет камере смартфона измерять дополнительную оптическую информацию, такую как гиперспектральные и поляризованные данные. SPECTACLE и iSPEX являются частью MONOCLE (Многомасштабная сеть наблюдений для оптического мониторинга прибрежных вод, озер и эстуариев), проекта, финансируемого Европейской комиссией для создания устойчивых оптических решений для измерения качества воды.
« Для измерения качества воды с помощью камеры смартфона нам нужно хорошо понимать их, потому что у каждого производителя и каждого устройства есть свои особенности», - сказал Бургграафф. « SPECTACLE объединяет многие из существующих методов калибровки и применяет их к потребительским камерам, что облегчит другим разработчикам и нам использование этих камер в научных целях. "
Хотя ранее были разработаны методы калибровки для потребительских камер, этим усилиям часто мешает отсутствие доступа к программному обеспечению или доступной информации об устройствах. Например, доступ к данным непосредственно с датчика камеры - так называемых RAW данных - или управление многими настройками камеры, такими как фокусировка или экспозиция - может быть получен только близко. Тем не менее, новые версии iOS и Android допускают обе версии.
« В рамках SPECTACLE мы разрабатываем рамки для двух операционных систем, которые используют данные RAW для измерения и обработки этих данных на телефонах, что было невозможно несколько лет назад», - сказал Бургграафф.
DIY и лабораторные методы
Чтобы протестировать новые методы калибровки, исследователи использовали несколько камер, чтобы сравнить их с установленными методами. Например, они обнаружили, что метод DIY (называемый плоской защитой), используемый для измерения того, как линза распределяет свет на датчике, соответствует 5% от результатов стандартного метода, требующего интегральных шаров в лабораторных настройках. Метод DIY включает в себя наклейку на камеру и получение изображений Солнца или экрана компьютера.
Они также протестировали кривую спектральной реакции камеры смартфона с iSPEX и смогли получить результаты в пределах 4% от профессионального метода измерения, который требует дорогостоящих и сложных в эксплуатации монохроматоров. Калибровка одной камеры с помощью монохроматора может занять полдня, но метод DIY просто снимает лист бумаги на солнце.
« Мы протестировали много камер и обнаружили интересные различия и сходства между ними», - сказал Бургграафф. « Например, реакция камеры на свет на разных длинах волн, известная как кривая спектральной реакции, очень похожа на большинство камер, и только несколько устройств показывают, как это может повлиять на то, как камера воспринимает и воспроизводит цвет, даже при точном изображении».
Исследователи планируют применить метод SPECTACLE к большему количеству камер, чтобы заполнить базу данных и получить более широкое представление о свойствах камеры. Это будет сделано исследователями и всеми, кто хочет загрузить данные калибровки в базу данных. Они также продолжают разрабатывать аксессуары для смартфонов iSPEX, чтобы повысить их способность получать измерения загрязнения воды и воздуха. Это включает в себя алгоритмы, которые продвигают свой физический дизайн и извлекают научные результаты из своих данных, используя методы и базы данных SPECTACLE для объединения данных с разных смартфонов.