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校準方法改進了智能手機相機的科學研究
雖然智能手機和其他消費類相機越來越多地用于科學應用，但很難比較和組合來自不同設備的數據。一種新的易于使用的標準化方法使幾乎任何人都可以在沒有任何設備的情況下校準這些攝像機，幫助業余愛好者，理科學生和專業科學家使用任何消費者攝像頭獲取有用的數據。
“消費級相機的低成本使其成為涉及大規模部署，自主監控或公民科學的項目的理想選擇，”負責開發校準方法的荷蘭萊頓大學研究團隊的Olivier Burggraaff說。“我們的標準化校準方法將使任何人都可以更輕松地使用消費類相機來檢測空氣中的氣溶膠粒子來測量污染。”
在光學學會(OSA)期刊Optics Express中，多機構研究小組報告了他們新的標準化校準方法和數據庫，稱為SPECTACLE(標準化攝影器材校準技術和目錄)，可用于智能手機，數字單鏡頭反射相機和無人機上的相機。該數據庫允許用戶從他們的相機上傳校準數據供其他人使用。
“SPECTACLE包括許多自己動手(DIY)方法，我們發現這些方法提供的結果可與需要實驗室設備的專業方法相媲美，”Burggraaff說。
改善公民科學
標準化校準方法的開發是為了滿足Burggraaff和他的萊頓大學的需求。同事們正在開發公民科學方法來測量光學水質，使用智能手機附件iSPEX(Planetary Exploration的Spectropolarimeter)，他們初開發用于測量空氣污染。此附加組件允許智能手機相機測量額外的光學信息，如高光譜和極化數據。SPECTACLE和iSPEX是MONOCLE(沿海水域，湖泊和河口光學監測的多尺度觀測網絡)的一部分，該項目由歐盟委員會資助，旨在創建可持續的光學水質測量解決方案。
“使用智能手機相機測量水質我們需要很好地理解它們，因為每個制造商和每個設備都有自己的特點，”Burggraaff說。“SPECTACLE匯集了許多現有的校準方法，并將它們應用于消費者相機，這將使其他開發人員和我們將這些相機用于科學目的變得更加容易。”
盡管先前已經開發了用于消費者相機的校準方法，但是這些努力經常因缺乏對軟件的訪問或關于設備的可用信息而受到阻礙。例如，直到近才能直接從相機傳感器訪問數據 - 稱為所謂的RAW數據 - 或者控制許多相機設置，如聚焦或曝光。但是，新版本的iOS和Android都允許這兩種版本。
“作為SPECTACLE的一部分，我們正在為兩個操作系統開發一個框架，使用RAW數據進行測量并在手機上處理這些數據，這在幾年前是不可能的，”Burggraaff說。
DIY與實驗室方法
為了測試新的校準方法，研究人員使用幾臺攝像機將它們與既定方法進行了比較。例如，他們發現用于測量透鏡如何在傳感器上分布光的DIY方法(稱為平面防護)與在實驗室設置中需要積分球的標準方法的結果的5%相匹配。DIY方法包括在相機上貼紙并獲取太陽圖像或計算機屏幕。
他們還測試了附帶iSPEX的智能手機相機的光譜響應曲線，并且能夠在專業測量方法的4%范圍內獲得結果，這需要昂貴且難以操作的單色器。使用單色器校準單個相機可能需要半天，但DIY方法只需在陽光下拍攝一張打印紙即可。
“我們測試了許多相機，發現它們之間存在著有趣的差異和相似之處，”Burggraaff說。“例如，相機對不同波長的光線的響應，稱為光譜響應曲線，在大多數相機中非常相似，只有少數設備顯示出可能會影響相機感知和再現顏色的方式，即使在準確成像時也是如此。同樣的場景。“
研究人員計劃將SPECTACLE方法應用于更多數量的相機，以填充數據庫并更廣泛地了解相機屬性。這將由研究人員以及想要將校準數據上傳到數據庫的任何人完成。他們還在繼續開發iSPEX智能手機附件，以提高其獲取水和空氣污染測量的能力。這涉及推進其物理設計和從其數據中檢索科學結果的算法，同時使用SPECTACLE方法和數據庫來組合來自不同智能手機的數據。