Även om smartphones och andra konsumentkameror allt oftare används för vetenskapliga tillämpningar, det är svårt att jämföra och kombinera data från olika enheter. En ny lättanvänd standardiserad metod gör det möjligt för nästan alla att kalibrera dessa kameror utan specialutrustning, hjälpa amatörer, vetenskapsstudenter och professionella forskare för att skaffa användbar data med valfri konsumentkamera.

"De låga kostnaderna för konsumentkameror gör dem idealiska för projekt som omfattar storskalig distribution, autonom övervakning eller medborgarvetenskap, "sa Olivier Burggraaff, som ledde forskargruppen från Leiden University i Nederländerna som utvecklade kalibreringsmetoden. "Vår standardiserade kalibreringsmetod kommer att göra det lättare för alla att använda en konsumentkamera för att göra saker som att mäta föroreningar genom att detektera aerosolpartiklar i luften."

I tidskriften The Optical Society (OSA) Optik Express , den multinstitutionella forskargruppen rapporterar sin nya standardiserade kalibreringsmetod och databas, kallad SPECTACLE (Standardized Photographic Equipment Calibration Technique And catalog), som kan användas för smartphones, digitala enlinsreflexkameror och kameror ombord på drönare. Databasen tillåter användare att ladda upp kalibreringsdata från sina kameror för andra att använda.

"SPECTACLE innehåller många gör-det-själv-metoder (DIY), som vi fann gav resultat som är jämförbara med professionella metoder som kräver avancerad laboratorieutrustning, sa Burggraaff.

Förbättra medborgarvetenskap

Den standardiserade kalibreringsmetoden utvecklades som svar på ett behov som uppstod som Burggraaff och hans Leiden Univ. kollegor utvecklade medborgarvetenskapliga metoder för att mäta optisk vattenkvalitet med hjälp av ett smartphone-tillägg som heter iSPEX (Spectropolarimeter for Planetary Exploration), de utvecklades ursprungligen för att mäta luftföroreningar. Detta tillägg tillåter en smarttelefonkamera att mäta extra optisk information som hyperspektral och polarimetrisk data. SPECTACLE och iSPEX är en del av MONOCLE (Multiscale Observation Networks for Optical monitoring of Coastal waters, Sjöar och flodmynningar), ett projekt som finansieras av EU -kommissionen för att skapa hållbara lösningar för mätning av optisk vattenkvalitet.

"För att använda smarttelefonkameror för att mäta vattenkvaliteten måste vi förstå dem väl eftersom varje tillverkare och varje enhet har sina egna egenskaper, "sa Burggraaff." SPECTACLE sammanför många befintliga kalibreringsmetoder och tillämpar dem för första gången på konsumentkameror, vilket kommer att göra det mycket lättare för andra utvecklare och för oss att använda dessa kameror för vetenskapliga ändamål. "

Även om kalibreringsmetoder för konsumentkameror har utvecklats tidigare, dessa ansträngningar försvårades ofta av bristande åtkomst till programvaran eller tillgänglig information om enheterna. Till exempel, tills nyligen var det inte möjligt att komma åt data direkt från kamerasensorn-så kallad RAW-data-eller att styra många kamerainställningar som fokus eller exponering. Dock, nya versioner av iOS och Android tillåter båda.

"Som en del av SPECTACLE, vi utvecklar en ram för båda operativsystemen för att göra mätningar med hjälp av RAW -data och bearbeta dessa på telefonen, vilket helt enkelt inte var möjligt för några år sedan, sa Burggraaff.

DIY vs. laboratoriemetoder

För att testa de nya kalibreringsmetoderna, forskarna jämförde dem med etablerade metoder med hjälp av flera kameror. De hittade, till exempel, att DIY -metoden för att mäta hur linsen fördelar ljus på sensorn, känd som flat fielding, matchade inom 5 procent av resultaten från standardmetoden som kräver en integrerande sfär i ett laboratorium. DIY -metoden innebar att tejpa papper på kameran och ta bilder av solen eller en datorskärm.

De testade också spektralresponsskurvorna för en smarttelefonkamera med iSPEX fäst och kunde uppnå resultat inom 4 procent av den professionella mätmetoden, vilket kräver en dyr och svårmanövrerad monokromator. Kalibreringen av en enda kamera kan ta en halv dag med en monokromator, men DIY -metoden krävde helt enkelt att ta en enda bild av ett skrivarpapper i solen.

"Vi testade ett antal kameror och fann intressanta skillnader och likheter mellan dem, "sa Burggraaff." Till exempel, kamerornas svar på olika våglängder av ljus, känd som spektrala svarskurvor, var mycket lika bland de flesta kameror förutom några enheter som visade skillnader som kan påverka hur kamerorna känner och återger färger, även när du avbildar exakt samma scen. "

Forskarna planerar att tillämpa SPECTACLE -metoden på ett mycket större antal kameror för att fylla i databasen och få en bredare uppfattning om kamerans egenskaper. Detta kommer att göras av forskarna såväl som alla som vill ladda upp sina kalibreringsdata till databasen. De fortsätter också att utveckla tillägget iSPEX-smarttelefon för att förbättra dess förmåga att förvärva vatten- och luftföroreningar. Detta innebär att den fysiska designen och algoritmerna för att hämta vetenskapliga resultat från dess data ska utvecklas samtidigt som man använder SPECTACLE -metoderna och databasen för att kombinera data från olika smartphones.