Wetenschap
Krediet:CC0 Publiek Domein
Hoewel smartphones en andere consumentencamera's steeds vaker worden gebruikt voor wetenschappelijke toepassingen, het is moeilijk om gegevens van verschillende apparaten te vergelijken en te combineren. Een nieuwe gebruiksvriendelijke gestandaardiseerde methode maakt het voor bijna iedereen mogelijk om deze camera's te kalibreren zonder speciale apparatuur, amateurs helpen, wetenschapsstudenten en professionele wetenschappers om nuttige gegevens te verzamelen met elke consumentencamera.
"De lage kosten van consumentencamera's maken ze ideaal voor projecten met grootschalige implementatie, autonome monitoring of burgerwetenschap, zei Olivier Burggraaff, die het onderzoeksteam leidde van de Universiteit Leiden in Nederland dat de kalibratiemethode ontwikkelde. "Onze gestandaardiseerde kalibratiemethode maakt het voor iedereen gemakkelijker om een consumentencamera te gebruiken om bijvoorbeeld vervuiling te meten door aerosoldeeltjes in de lucht te detecteren."
In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Optica Express , de multi-institutionele groep onderzoekers rapporteert hun nieuwe gestandaardiseerde kalibratiemethode en database, genaamd SPECTACLE (Standardized Photographic Equipment Calibration Technique And CataLoguE), die kan worden gebruikt voor smartphones, digitale spiegelreflexcamera's en camera's aan boord van drones. Met de database kunnen gebruikers kalibratiegegevens van hun camera's uploaden zodat anderen ze kunnen gebruiken.
"SPECTACLE omvat veel doe-het-zelf (DIY) methoden, die we vonden, leverden resultaten op die vergelijkbaar zijn met professionele methoden waarvoor hoogwaardige laboratoriumapparatuur nodig is, zei Burggraaff.
Burgerwetenschap verbeteren
De gestandaardiseerde kalibratiemethode is ontwikkeld vanuit een behoefte die ontstond als Burggraaff en zijn Leidse Univ. collega's ontwikkelden burgerwetenschappelijke methoden om de optische waterkwaliteit te meten met behulp van een smartphone-add-on genaamd iSPEX (Spectropolarimeter for Planetary EXploration), ze zijn oorspronkelijk ontwikkeld om luchtvervuiling te meten. Met deze add-on kan een smartphonecamera extra optische informatie meten, zoals hyperspectrale en polarimetrische gegevens. SPECTACLE en iSPEX zijn onderdeel van MONOCLE (Multiscale Observation Networks for Optical monitoring of Coastal waters, meren en estuaria), een door de Europese Commissie gefinancierd project gericht op het creëren van duurzame oplossingen voor het meten van optische waterkwaliteit.
"Om smartphonecamera's te gebruiken om de waterkwaliteit te meten, moeten we ze goed begrijpen, omdat elke fabrikant en elk apparaat zijn eigen kenmerken heeft. " aldus Burggraaff. "SPECTACLE brengt veel bestaande kalibratiemethoden samen en past deze voor het eerst toe op consumentencamera's, wat het voor andere ontwikkelaars en voor ons veel gemakkelijker zal maken om deze camera's voor wetenschappelijke doeleinden te gebruiken."
Hoewel er eerder kalibratiemethoden voor consumentencamera's zijn ontwikkeld, deze inspanningen werden vaak gehinderd door een gebrek aan toegang tot de software of beschikbare informatie over de apparaten. Bijvoorbeeld, tot voor kort was het niet mogelijk om rechtstreeks vanaf de camerasensor toegang te krijgen tot gegevens - de zogenaamde RAW-gegevens - of om veel camera-instellingen zoals scherpstelling of belichting te regelen. Echter, nieuwe versies van iOS en Android staan beide toe.
"Als onderdeel van SPECTACLE, we ontwikkelen een framework voor beide besturingssystemen om metingen te doen met behulp van RAW-gegevens en deze op de telefoon te verwerken, wat een paar jaar geleden gewoon niet mogelijk was, zei Burggraaff.
Doe-het-zelf versus laboratoriummethoden
Om de nieuwe kalibratiemethoden te testen, de onderzoekers vergeleken ze met gevestigde methoden met meerdere camera's. Ze vonden, bijvoorbeeld, dat de doe-het-zelf methode om te meten hoe de lens het licht op de sensor verdeelt, bekend als flat fielding, kwam overeen met 5 procent van de resultaten van de standaardmethode waarvoor een integrerende bol in een laboratoriumopstelling vereist is. De doe-het-zelf-methode omvatte het plakken van papier op de camera en het maken van afbeeldingen van de zon of een computerscherm.
Ze testten ook de spectrale responscurves van een smartphonecamera met de iSPEX aangesloten en waren in staat om resultaten te behalen binnen 4 procent van de professionele meetmethode, waarvoor een dure en moeilijk te bedienen monochromator nodig is. De kalibratie van een enkele camera kan een halve dag duren met een monochromator, maar de doe-het-zelf-methode vereiste gewoon een enkele foto van een stuk printerpapier in de zon.
"We hebben een aantal camera's getest en interessante verschillen en overeenkomsten tussen hen gevonden, " zei Burggraaff. "Bijvoorbeeld, de reacties van de camera's op verschillende golflengten van licht, bekend als spectrale responscurven, waren zeer vergelijkbaar tussen de meeste camera's, behalve een paar apparaten die verschillen vertoonden die van invloed konden zijn op hoe de camera's kleuren waarnemen en reproduceren, zelfs bij het weergeven van exact dezelfde scène."
De onderzoekers zijn van plan de SPECTACLE-methodologie toe te passen op een veel groter aantal camera's om de database in te vullen en een breder beeld te krijgen van camera-eigenschappen. Dit zal zowel door de onderzoekers als door iedereen worden gedaan die hun kalibratiegegevens in de database wil uploaden. Ze blijven ook de iSPEX-smartphone-add-on ontwikkelen om de mogelijkheid om metingen van water- en luchtvervuiling te verkrijgen, te verbeteren. Dit omvat het verbeteren van het fysieke ontwerp en de algoritmen voor het ophalen van wetenschappelijke resultaten uit de gegevens, terwijl de SPECTACLE-methoden en -database worden gebruikt om gegevens van verschillende smartphones te combineren.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com