スマートフォンや他の消費者向けカメラは科学的な応用にますます使われているが、異なるデバイスからのデータを比較したり組み合わせたりするのは難しい。新しい使いやすい標準化方法により、ほとんどの人がデバイスなしでこれらのカメラをキャリブレーションし、アマチュア、理系学生、専門科学者が消費者カメラを使って有用なデータを取得できるようになりました。
「消費レベルのカメラの低コストは、大規模な配置、自主的な監視、または公民科学に関するプロジェクトの理想的な選択肢になる」と、較正方法の開発を担当するオランダ・ライデン大学の研究チームのOlivier Burggraaff氏は言う。「私たちの標準化されたキャリブレーション方法により、誰でも消費者カメラを使用して空気中のエアロゾル粒子を検出して汚染を測定することが容易になります。」
光学学会（OSA）誌Optics Expressでは、スマートフォン、デジタル一眼レフカメラ、無人機上のカメラに使用できるSPECTACLE（標準化された撮影機材のキャリブレーション技術とカタログ）と呼ばれる、彼らの新しい標準化されたキャリブレーション方法とデータベースが報告されている。このデータベースでは、ユーザーがカメラからキャリブレーションデータをアップロードして他の人が使用できるようにします。
「SPECTACLEには多くの自作（DIY）方法が含まれており、これらの方法が提供する結果は実験室設備を必要とする専門的な方法に匹敵することが分かった」とBurggraaff氏は言う。
公民科学の改善
標準化された校正方法の開発は、Burggraaffと彼のライデン大学の需要を満たすためである。同僚たちは光学水質を測定するための公民科学的方法を開発しており、スマートフォンアクセサリiSPEX（Planetary ExplorationのSpectropolarimeter）を使用して、空気汚染を測定するために初めて開発した。この追加コンポーネントにより、スマートフォンカメラが高スペクトルや分極データなどの追加の光学情報を測定することができます。SPECTACLEとiSPEXはMONOCLE（沿海水域、湖、河口の光学モニタリングのためのマルチスケール観測ネットワーク）の一部であり、このプロジェクトは欧州委員会によって助成され、持続可能な光学水質測定ソリューションの構築を目指している。
「スマートフォンカメラを使用して水質を測定するには、各メーカーや各機器に独自の特徴があるので、よく理解する必要があります」とBurggraaff氏は言う。「SPECTACLEは、多くの既存のキャリブレーション方法を集約し、消費者カメラに適用しています。これにより、他の開発者や私たちが科学的な目的に使用することが容易になります。”
消費者カメラのためのキャリブレーション方法は以前に開発されているが、これらの努力はソフトウェアへのアクセスやデバイスに関する利用可能な情報の不足によって妨げられることが多い。例えば、カメラセンサから直接データにアクセスできるようになるまでは、いわゆるRAWデータと呼ばれ、フォーカスや露出など多くのカメラ設定を制御します。しかし、新バージョンのiOSとAndroidでは両方のバージョンが許可されている。
「SPECTACLEの一環として、2つのオペレーティングシステムのためのフレームワークを開発しています。RAWデータを使用して測定し、携帯電話でこれらのデータを処理することは数年前には不可能でした」とBurggraaff氏。
DIYと実験室方法
新しいキャリブレーション方法をテストするために、研究者はいくつかのカメラを使用して既定の方法と比較した。例えば、レンズがセンサ上にどのように光を分配するかを測定するためのDIY方法（平面保護と呼ばれる）は、実験室の設置において積分球を必要とする標準的な方法の結果の5%と一致することが分かった。DIY方法は、カメラにシールを貼り付けて太陽画像またはコンピュータ画面を取得することを含む。
また、iSPEX付きスマートフォンカメラのスペクトル応答曲線をテストし、専門的な測定方法の4%の範囲で結果を得ることができ、高価で操作が難しいモノクロメータが必要です。モノクロメータを使用して1つのカメラをキャリブレーションするには半日かかるかもしれませんが、DIY方法は日光の下で1枚の印刷用紙を撮影するだけです。
「私たちは多くのカメラをテストして、それらの間に面白い違いと類似点があることを発見しました」とBurggraaff氏は言う。「例えば、スペクトル応答曲線と呼ばれる異なる波長の光線に対するカメラの応答は、ほとんどのカメラでよく似ており、正確なイメージングを行っていても、カメラの感知と再生の色に影響を与える可能性のある方法を示すデバイスは少数しかありません。同じシーンです」
研究者は、データベースを埋め尽くし、カメラのプロパティをより広く理解するために、SPECTACLEメソッドをより多くのカメラに適用する予定です。これは、研究者や校正データをデータベースにアップロードしようとしている人によって行われます。彼らはまた、取水と大気汚染測定の能力を高めるためにiSPEXスマートフォンアクセサリを開発し続けている。これは、物理的な設計を推進し、そのデータから科学的な結果を検索するアルゴリズムに関連し、SPECTACLEメソッドとデータベースを使用して異なるスマートフォンからのデータを組み合わせます。