雖(sui)然智(zhi)能(neng)手機(ji)和其他(ta)消(xiao)費(fei)類相機(ji)越(yue)來(lai)越多(duo)地用(yong)於(yu)科學應用(yong)，但很難(nan)比(bi)較(jiao)和組合來(lai)自不同(tong)設(she)備的數據(ju)。壹種(zhong)新(xin)的易於使(shi)用(yong)的標準化(hua)方(fang)法使幾(ji)乎任何(he)人(ren)都可(ke)以(yi)在(zai)沒(mei)有任何(he)設(she)備的情(qing)況(kuang)下校(xiao)準這(zhe)些攝像機(ji)，幫(bang)助業(ye)余愛(ai)好者，理科學生(sheng)和專業科學家(jia)使用任何(he)消(xiao)費(fei)者攝像頭(tou)獲(huo)取(qu)有用(yong)的數據(ju)。
“消(xiao)費(fei)級相機(ji)的低成(cheng)本使(shi)其成(cheng)為涉(she)及(ji)大規模(mo)部署(shu)，自主(zhu)監控(kong)或公(gong)民(min)科學的項目(mu)的理想選擇(ze)，”負(fu)責開發(fa)校準方(fang)法的荷(he)蘭萊(lai)頓(dun)大學研(yan)究團隊的Olivier Burggraaff說。“我(wo)們(men)的標準化(hua)校(xiao)準方(fang)法將使(shi)任何(he)人(ren)都可(ke)以(yi)更輕(qing)松(song)地使(shi)用(yong)消(xiao)費(fei)類相機(ji)來(lai)檢(jian)測(ce)空氣中(zhong)的氣溶(rong)膠粒子來(lai)測(ce)量(liang)汙(wu)染(ran)。”
在光學學會(hui)(OSA)期刊Optics Express中(zhong)，多機(ji)構研究小組報告了(le)他(ta)們新的標準化(hua)校(xiao)準方(fang)法和數據(ju)庫，稱為(wei)SPECTACLE(標準化(hua)攝影(ying)器(qi)材(cai)校(xiao)準技(ji)術(shu)和目錄)，可用(yong)於智(zhi)能(neng)手機(ji)，數(shu)字單(dan)鏡頭反射相(xiang)機(ji)和無人(ren)機(ji)上(shang)的相機(ji)。該數據(ju)庫允許用戶(hu)從他(ta)們的相機(ji)上(shang)傳(chuan)校準數(shu)據(ju)供(gong)其他(ta)人(ren)使用(yong)。
“SPECTACLE包括(kuo)許(xu)多自己動手(shou)(DIY)方(fang)法，我(wo)們(men)發(fa)現這(zhe)些方(fang)法提供的結果可與(yu)需要實(shi)驗(yan)室設備的專業方(fang)法相媲美(mei)，”Burggraaff說(shuo)。
改善(shan)公(gong)民科學
標準化(hua)校(xiao)準方(fang)法的開發(fa)是為(wei)了(le)滿(man)足(zu)Burggraaff和他的萊(lai)頓(dun)大學的需求。同(tong)事們正在開(kai)發(fa)公(gong)民(min)科學方(fang)法來(lai)測(ce)量(liang)光(guang)學水(shui)質(zhi)，使(shi)用智(zhi)能(neng)手機(ji)附(fu)件(jian)iSPEX(Planetary Exploration的Spectropolarimeter)，他們(men)初開(kai)發(fa)用(yong)於(yu)測(ce)量(liang)空氣汙(wu)染(ran)。此(ci)附(fu)加組件(jian)允許智(zhi)能(neng)手機(ji)相(xiang)機(ji)測(ce)量(liang)額外的光學信(xin)息(xi)，如高光譜和極(ji)化數據。SPECTACLE和iSPEX是MONOCLE(沿(yan)海水(shui)域(yu)，湖泊(bo)和河(he)口(kou)光(guang)學監(jian)測(ce)的多尺(chi)度觀測(ce)網絡)的壹部分(fen)，該項目(mu)由(you)歐盟(meng)委(wei)員會(hui)資助，旨在創(chuang)建可(ke)持(chi)續(xu)的光學水(shui)質(zhi)測(ce)量(liang)解(jie)決方(fang)案。
“使用智(zhi)能(neng)手機(ji)相(xiang)機(ji)測(ce)量(liang)水(shui)質(zhi)我(wo)們(men)需要很(hen)好地理(li)解(jie)它(ta)們，因(yin)為(wei)每(mei)個(ge)制(zhi)造(zao)商和每(mei)個(ge)設(she)備都有(you)自己的特點(dian)，”Burggraaff說。“SPECTACLE匯(hui)集(ji)了(le)許(xu)多現有的校準方(fang)法，並(bing)將它(ta)們應用(yong)於(yu)消(xiao)費(fei)者相機(ji)，這(zhe)將使(shi)其(qi)他(ta)開發(fa)人(ren)員和我(wo)們(men)將這(zhe)些相機(ji)用(yong)於(yu)科學目(mu)的變得(de)更加容(rong)易。”
盡(jin)管先(xian)前(qian)已經(jing)開發(fa)了(le)用(yong)於消(xiao)費(fei)者相機(ji)的校準方(fang)法，但是這(zhe)些努(nu)力(li)經(jing)常因(yin)缺(que)乏對軟件(jian)的訪問或關(guan)於(yu)設備的可用(yong)信(xin)息(xi)而受到(dao)阻礙(ai)。例如，直到近才能(neng)直接從(cong)相(xiang)機(ji)傳(chuan)感器(qi)訪問數據(ju) - 稱為所謂(wei)的RAW數據(ju) - 或者控制(zhi)許(xu)多(duo)相(xiang)機(ji)設(she)置(zhi)，如聚(ju)焦或曝(pu)光(guang)。但是，新(xin)版本的iOS和Android都允許這(zhe)兩種(zhong)版本。
“作為SPECTACLE的壹部分(fen)，我(wo)們(men)正在為(wei)兩(liang)個(ge)操作系統(tong)開(kai)發壹個框(kuang)架(jia)，使(shi)用RAW數(shu)據進(jin)行(xing)測(ce)量(liang)並(bing)在(zai)手(shou)機(ji)上(shang)處(chu)理(li)這(zhe)些數據，這(zhe)在幾(ji)年(nian)前(qian)是不可能(neng)的，”Burggraaff說。
DIY與(yu)實驗(yan)室方(fang)法
為了(le)測(ce)試(shi)新(xin)的校準方(fang)法，研究人員使(shi)用(yong)幾(ji)臺(tai)攝像機(ji)將它(ta)們與(yu)既(ji)定方(fang)法進行了(le)比(bi)較(jiao)。例如，他們發(fa)現用於測(ce)量(liang)透(tou)鏡如何(he)在(zai)傳(chuan)感器(qi)上分(fen)布光的DIY方(fang)法(稱為平面防(fang)護)與(yu)在(zai)實驗(yan)室設置(zhi)中(zhong)需要積(ji)分(fen)球(qiu)的標準方(fang)法的結果的5%相匹(pi)配。DIY方(fang)法包括(kuo)在(zai)相機(ji)上(shang)貼紙並(bing)獲(huo)取(qu)太(tai)陽圖(tu)像或計算機(ji)屏(ping)幕(mu)。
他們(men)還測(ce)試(shi)了(le)附(fu)帶(dai)iSPEX的智(zhi)能(neng)手機(ji)相(xiang)機(ji)的光譜響(xiang)應曲(qu)線(xian)，並(bing)且能(neng)夠(gou)在專業測(ce)量(liang)方(fang)法的4%範圍內(nei)獲(huo)得(de)結果，這(zhe)需要昂(ang)貴且難(nan)以(yi)操作的單(dan)色(se)器(qi)。使用(yong)單(dan)色(se)器(qi)校準單(dan)個(ge)相機(ji)可(ke)能(neng)需要半(ban)天，但DIY方(fang)法只需在陽(yang)光(guang)下拍(pai)攝壹張打(da)印(yin)紙即(ji)可(ke)。
“我(wo)們(men)測(ce)試(shi)了(le)許(xu)多相機(ji)，發(fa)現它(ta)們之間存在著(zhe)有趣的差異(yi)和相似(si)之處(chu)，”Burggraaff說(shuo)。“例如，相機(ji)對(dui)不(bu)同(tong)波長的光線(xian)的響(xiang)應，稱(cheng)為(wei)光譜響(xiang)應曲(qu)線(xian)，在大多數(shu)相(xiang)機(ji)中(zhong)非(fei)常相(xiang)似(si)，只(zhi)有少數(shu)設備顯示(shi)出(chu)可(ke)能(neng)會(hui)影(ying)響(xiang)相(xiang)機(ji)感(gan)知(zhi)和再現顏色的方(fang)式(shi)，即(ji)使在(zai)準確成(cheng)像時(shi)也(ye)是如(ru)此(ci)。同樣的場景(jing)。“
研(yan)究人員計劃將SPECTACLE方(fang)法應用(yong)於(yu)更多數(shu)量(liang)的相機(ji)，以(yi)填(tian)充(chong)數據庫並(bing)更廣泛(fan)地了(le)解(jie)相機(ji)屬性。這(zhe)將由(you)研究人員以(yi)及(ji)想要將校(xiao)準數(shu)據(ju)上(shang)傳(chuan)到數(shu)據庫的任何(he)人(ren)完(wan)成(cheng)。他們還在(zai)繼(ji)續(xu)開發(fa)iSPEX智(zhi)能(neng)手機(ji)附(fu)件(jian)，以(yi)提(ti)高(gao)其(qi)獲(huo)取(qu)水和空氣汙(wu)染(ran)測(ce)量(liang)的能(neng)力(li)。這(zhe)涉(she)及(ji)推進(jin)其物(wu)理設計和從其(qi)數(shu)據中(zhong)檢(jian)索(suo)科學結(jie)果的算法(fa)，同時(shi)使(shi)用SPECTACLE方(fang)法和數據(ju)庫來(lai)組合來(lai)自不同(tong)智(zhi)能(neng)手機(ji)的數據(ju)。
