"Chi phí thấp của máy ảnh tiêu dùng làm cho nó lý tưởng cho các dự án liên quan đến triển khai quy mô lớn, giám sát tự động hoặc khoa học công dân", Olivier Burggraaff, thuộc nhóm nghiên cứu tại Đại học Leiden, Hà Lan, người chịu trách nhiệm phát triển các phương pháp hiệu chuẩn cho biết. "Phương pháp hiệu chuẩn được chuẩn hóa của chúng tôi sẽ giúp mọi người dễ dàng sử dụng máy ảnh tiêu dùng để phát hiện các hạt sol khí trong không khí để đo ô nhiễm."

Trong tạp chí Optics Express của Hiệp hội Quang học (OSA), nhóm nghiên cứu đa cơ quan đã báo cáo phương pháp và cơ sở dữ liệu hiệu chuẩn chuẩn hóa mới của họ, được gọi là SPECTTLE (Standard Photographic Equipment Calibration Technology and Catalog), có thể được sử dụng trên điện thoại thông minh, máy ảnh phản chiếu ống kính đơn kỹ thuật số và máy bay không người lái. Cơ sở dữ liệu này cho phép người dùng tải lên dữ liệu hiệu chuẩn từ máy ảnh của họ để người khác sử dụng.

"Spectacle bao gồm nhiều phương pháp tự làm (DIY) mà chúng tôi thấy cung cấp kết quả tương đương với các phương pháp chuyên nghiệp đòi hỏi thiết bị phòng thí nghiệm", Burggraaff nói.

Cải thiện khoa học công dân

Các phương pháp hiệu chuẩn được phát triển để đáp ứng nhu cầu của Burggraaff và Đại học Leiden của ông. Các đồng nghiệp đang phát triển các phương pháp khoa học công dân để đo chất lượng nước quang học, sử dụng phụ kiện điện thoại thông minh iSPEX (Spectropolarimeter cho Planetary Exploration), mà họ đã phát triển ban đầu để đo ô nhiễm không khí. Tiện ích bổ sung này cho phép máy ảnh điện thoại thông minh đo thêm thông tin quang học như dữ liệu quang phổ và phân cực cao. Spectacle và iSPEX là một phần của MONOCLE (Mạng lưới quan sát đa quy mô để giám sát quang học các vùng nước ven biển, hồ và cửa sông), một dự án do Ủy ban châu Âu tài trợ để tạo ra các giải pháp đo lường chất lượng nước quang học bền vững.

"Sử dụng camera điện thoại thông minh để đo chất lượng nước, chúng ta cần hiểu rõ chúng vì mỗi nhà sản xuất và mỗi thiết bị đều có những đặc điểm riêng", Burggraaff nói. Spectacle kết hợp nhiều phương pháp hiệu chuẩn hiện có và áp dụng chúng cho máy ảnh tiêu dùng, điều này sẽ giúp các nhà phát triển khác và chúng tôi sử dụng những máy ảnh này cho mục đích khoa học dễ dàng hơn. ”

Mặc dù các phương pháp hiệu chuẩn cho máy ảnh tiêu dùng đã được phát triển trước đây, những nỗ lực này thường bị cản trở do thiếu quyền truy cập vào phần mềm hoặc thông tin có sẵn về thiết bị. Ví dụ, dữ liệu không thể được truy cập trực tiếp từ cảm biến máy ảnh - được gọi là dữ liệu RAW - hoặc nhiều cài đặt máy ảnh như lấy nét hoặc phơi sáng có thể được kiểm soát cho đến khi gần. Tuy nhiên, các phiên bản iOS và Android mới cho phép cả hai.

"Là một phần của Spectacle, chúng tôi đang phát triển một khuôn khổ cho hai hệ điều hành sử dụng dữ liệu RAW để đo lường và xử lý dữ liệu đó trên điện thoại, điều mà trước đây không thể thực hiện được", Burggraaff nói.

DIY và phương pháp phòng thí nghiệm

Để thử nghiệm các phương pháp hiệu chuẩn mới, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một số camera để so sánh chúng với các phương pháp đã được thiết lập. Ví dụ, họ phát hiện ra rằng phương pháp DIY được sử dụng để đo cách ống kính phân phối ánh sáng trên cảm biến, được gọi là bảo vệ mặt phẳng, phù hợp với 5% kết quả của phương pháp tiêu chuẩn đòi hỏi một quả cầu tích hợp trong thiết lập phòng thí nghiệm. Phương pháp DIY bao gồm dán trên máy ảnh và lấy hình ảnh mặt trời hoặc màn hình máy tính.

Họ cũng đã thử nghiệm đường cong phản ứng quang phổ của máy ảnh điện thoại thông minh đi kèm với iSPEX và có thể thu được kết quả trong phạm vi 4% của các phương pháp đo chuyên nghiệp, đòi hỏi một bộ đơn sắc đắt tiền và khó vận hành. Có thể mất nửa ngày để hiệu chỉnh một máy ảnh duy nhất bằng một bộ đơn sắc, nhưng phương pháp DIY chỉ đơn giản là chụp một tờ giấy in dưới ánh mặt trời.

"Chúng tôi đã thử nghiệm nhiều máy ảnh và phát hiện ra sự khác biệt và tương đồng thú vị giữa chúng", Burggraaff nói. "Ví dụ, phản ứng của máy ảnh đối với ánh sáng ở các bước sóng khác nhau, được gọi là đường cong phản ứng quang phổ, rất giống với hầu hết các máy ảnh, và chỉ có một vài thiết bị cho thấy có thể ảnh hưởng đến cách máy ảnh cảm nhận và tái tạo màu sắc, ngay cả khi chụp ảnh chính xác.

Các nhà nghiên cứu có kế hoạch áp dụng phương pháp Spectacle cho số lượng máy ảnh lớn hơn để lấp đầy cơ sở dữ liệu và hiểu biết rộng hơn về các thuộc tính của máy ảnh. Điều này sẽ được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu và bất cứ ai muốn tải dữ liệu hiệu chuẩn lên cơ sở dữ liệu. Họ cũng đang tiếp tục phát triển các phụ kiện điện thoại thông minh iSPEX để cải thiện khả năng lấy nước và đo ô nhiễm không khí. Điều này liên quan đến các thuật toán thúc đẩy thiết kế vật lý của nó và lấy kết quả khoa học từ dữ liệu của nó trong khi sử dụng phương pháp SPECTALE và cơ sở dữ liệu để kết hợp dữ liệu từ các điện thoại thông minh khác nhau.