Embora smartphones e outras câmeras de consumo sejam cada vez mais usados ​​para aplicações científicas, é difícil comparar e combinar dados de dispositivos diferentes. Um novo método padronizado fácil de usar torna possível para quase qualquer pessoa calibrar essas câmeras sem qualquer equipamento especializado, ajudando amadores, estudantes de ciências e cientistas profissionais para adquirir dados úteis com qualquer câmera de consumo.

"O baixo custo das câmeras de consumo as torna ideais para projetos que envolvem implantação em grande escala, monitoramento autônomo ou ciência cidadã, "disse Olivier Burggraaff, que liderou a equipe de pesquisa da Universidade de Leiden, na Holanda, que desenvolveu o método de calibração. "Nosso método de calibração padronizado tornará mais fácil para qualquer pessoa usar uma câmera de consumidor para fazer coisas como medir a poluição, detectando partículas de aerossol no ar."

No jornal The Optical Society (OSA) Optics Express , o grupo multi-institucional de pesquisadores relata seu novo método de calibração padronizado e banco de dados, denominado SPECTACLE (Técnica e catálogo de calibração de equipamentos fotográficos padronizados), que pode ser usado para smartphones, câmeras digitais reflex de lente única e câmeras a bordo de drones. O banco de dados permite que os usuários carreguem dados de calibração de suas câmeras para uso de terceiros.

"SPECTACLE inclui muitos métodos do-it-yourself (DIY), que descobrimos fornecer resultados comparáveis ​​aos métodos profissionais que requerem equipamentos de laboratório de última geração, "disse Burggraaff.

Melhorando a ciência cidadã

O método de calibração padronizado foi desenvolvido em resposta a uma necessidade que surgiu quando Burggraaff e sua Leiden Univ. colegas estavam desenvolvendo métodos de ciência cidadã para medir a qualidade óptica da água usando um complemento de smartphone chamado iSPEX (Spectropolarimeter for Planetary EXploration), eles foram originalmente desenvolvidos para medir a poluição do ar. Este add-on permite que uma câmera de smartphone meça informações ópticas extras, como dados hiperespectrais e polarimétricos. SPECTACLE e iSPEX fazem parte da MONOCLE (Redes de Observação Multiescala para monitoramento óptico de águas costeiras, Lagos e estuários), um projeto financiado pela Comissão Europeia que visa a criação de soluções sustentáveis ​​para a medição óptica da qualidade da água.

"Para usar câmeras de smartphone para medir a qualidade da água, precisamos entendê-los bem, porque cada fabricante e cada dispositivo tem suas próprias características, "disse Burggraaff." SPECTACLE reúne muitos métodos de calibração existentes e os aplica pela primeira vez em câmeras de consumo, o que tornará muito mais fácil para outros desenvolvedores e para nós usarmos essas câmeras para fins científicos. "

Embora os métodos de calibração para câmeras do consumidor tenham sido desenvolvidos anteriormente, esses esforços eram frequentemente dificultados pela falta de acesso ao software ou pelas informações disponíveis sobre os dispositivos. Por exemplo, até recentemente, não era possível acessar os dados diretamente do sensor da câmera - conhecidos como dados RAW - ou controlar muitas configurações da câmera, como foco ou exposição. Contudo, novas versões de iOS e Android permitem ambos.

"Como parte do SPECTACLE, estamos desenvolvendo uma estrutura para ambos os sistemas operacionais para fazer medições usando dados RAW e processá-los no telefone, o que simplesmente não era possível há alguns anos, "disse Burggraaff.

DIY vs. métodos de laboratório

Para testar os novos métodos de calibração, os pesquisadores os compararam com métodos estabelecidos usando várias câmeras. Eles encontraram, por exemplo, que o método DIY para medir como a lente distribui a luz no sensor, conhecido como flat fielding, coincidiu com 5 por cento dos resultados do método padrão que requer uma esfera de integração em uma configuração de laboratório. O método DIY envolvia colar papel na câmera e adquirir imagens do sol ou da tela do computador.

Eles também testaram as curvas de resposta espectral de uma câmera de smartphone com o iSPEX conectado e foram capazes de obter resultados dentro de 4 por cento do método de medição profissional, que requer um monocromador caro e difícil de operar. A calibração de uma única câmera pode levar meio dia com um monocromador, mas o método DIY requeria simplesmente tirar uma única foto de um pedaço de papel de impressora ao sol.

"Testamos várias câmeras e encontramos diferenças e semelhanças interessantes entre elas, "disse Burggraaff." Por exemplo, as respostas das câmeras a diferentes comprimentos de onda de luz, conhecidas como curvas de resposta espectral, eram muito semelhantes entre a maioria das câmeras, exceto por alguns dispositivos que mostraram diferenças que poderiam influenciar como as câmeras detectam e reproduzem cores, mesmo ao imaginar exatamente a mesma cena. "

Os pesquisadores planejam aplicar a metodologia SPECTACLE a um número muito maior de câmeras para preencher o banco de dados e ter uma ideia mais ampla das propriedades das câmeras. Isso será feito pelos pesquisadores e também por qualquer pessoa que deseje carregar seus dados de calibração no banco de dados. Eles também estão continuando a desenvolver o complemento iSPEX para smartphones para melhorar sua capacidade de obter medições de poluição da água e do ar. Isso envolve o avanço de seu design físico e dos algoritmos para recuperar resultados científicos de seus dados, usando os métodos e banco de dados SPECTACLE para combinar dados de diferentes smartphones.