Bien que les smartphones et autres appareils photo grand public soient de plus en plus utilisés pour des applications scientifiques, il est difficile de comparer et de combiner les données de différents appareils. Une nouvelle méthode standardisée facile à utiliser permet à presque tout le monde de calibrer ces caméras sans aucun équipement spécialisé, aider les amateurs, étudiants en sciences et scientifiques professionnels pour acquérir des données utiles avec n'importe quel appareil photo grand public.

« Le faible coût des caméras grand public les rend idéales pour les projets impliquant un déploiement à grande échelle, veille autonome ou science citoyenne, " a déclaré Olivier Burggraaff, qui a dirigé l'équipe de recherche de l'Université de Leiden aux Pays-Bas qui a développé la méthode d'étalonnage. "Notre méthode d'étalonnage standardisée permettra à quiconque d'utiliser plus facilement un appareil photo grand public pour faire des choses comme mesurer la pollution en détectant les particules d'aérosol dans l'air."

Dans la revue The Optical Society (OSA) Optique Express , le groupe multi-institutionnel de chercheurs rapporte leur nouvelle méthode et base de données d'étalonnage standardisées, appelé SPECTACLE (Standardized Photographic Equipment Calibration Technique And CataLoguE), qui peut être utilisé pour les smartphones, appareils photo reflex numériques mono-objectif et caméras embarquées sur drones. La base de données permet aux utilisateurs de télécharger les données d'étalonnage de leurs caméras pour que d'autres puissent les utiliser.

"SPECTACLE comprend de nombreuses méthodes de bricolage, que nous avons trouvés ont fourni des résultats comparables aux méthodes professionnelles qui nécessitent un équipement de laboratoire haut de gamme, " dit Burggraaff.

Améliorer la science citoyenne

La méthode d'étalonnage standardisée a été développée en réponse à un besoin qui s'est fait sentir lorsque Burggraaff et son Leiden Univ. des collègues développaient des méthodes de science citoyenne pour mesurer la qualité optique de l'eau à l'aide d'un module complémentaire pour smartphone appelé iSPEX (Spectropolarimeter for Planetary EXploration), ils ont été développés à l'origine pour mesurer la pollution de l'air. Ce module complémentaire permet à une caméra de smartphone de mesurer des informations optiques supplémentaires telles que des données hyperspectrales et polarimétriques. SPECTACLE et iSPEX font partie de MONOCLE (Multiscale Observation Networks for Optical monitoring of Coastal waters, lacs et estuaires), un projet financé par la Commission européenne visant à créer des solutions durables pour mesurer la qualité optique de l'eau.

"Pour utiliser les caméras des smartphones pour mesurer la qualité de l'eau, nous devons bien les comprendre car chaque fabricant et chaque appareil a ses propres caractéristiques, " a déclaré Burggraaff. " SPECTACLE rassemble de nombreuses méthodes d'étalonnage existantes et les applique pour la première fois aux caméras grand public, ce qui rendra beaucoup plus facile pour les autres développeurs et pour nous l'utilisation de ces caméras à des fins scientifiques."

Bien que des méthodes d'étalonnage pour les caméras grand public aient été développées précédemment, ces efforts ont souvent été entravés par un manque d'accès au logiciel ou aux informations disponibles sur les appareils. Par exemple, jusqu'à récemment, il n'était pas possible d'accéder directement aux données du capteur de l'appareil photo, appelées données RAW, ni de contrôler de nombreux paramètres de l'appareil photo, tels que la mise au point ou l'exposition. Cependant, les nouvelles versions d'iOS et d'Android permettent les deux.

"Dans le cadre de SPECTACLE, nous développons un framework pour les deux systèmes d'exploitation pour effectuer des mesures à l'aide de données RAW et les traiter au téléphone, ce qui n'était tout simplement pas possible il y a quelques années, " dit Burggraaff.

DIY vs méthodes de laboratoire

Pour tester les nouvelles méthodes d'étalonnage, les chercheurs les ont comparés à des méthodes établies utilisant plusieurs caméras. Ils ont trouvé, par exemple, que la méthode DIY pour mesurer la façon dont l'objectif distribue la lumière sur le capteur, connu sous le nom de flat fielding, correspond à moins de 5 pour cent des résultats de la méthode standard qui nécessite une sphère d'intégration dans une configuration de laboratoire. La méthode DIY consistait à coller du papier sur l'appareil photo et à acquérir des images du soleil ou d'un écran d'ordinateur.

Ils ont également testé les courbes de réponse spectrale d'un appareil photo de smartphone avec l'iSPEX connecté et ont pu obtenir des résultats à moins de 4% de la méthode de mesure professionnelle, ce qui nécessite un monochromateur coûteux et difficile à utiliser. La calibration d'une seule caméra peut prendre une demi-journée avec un monochromateur, mais la méthode de bricolage nécessitait simplement de prendre une seule photo d'un morceau de papier d'imprimante au soleil.

"Nous avons testé un certain nombre de caméras et trouvé des différences et des similitudes intéressantes entre elles, " dit Burggraaff. " Par exemple, les réponses des caméras aux différentes longueurs d'onde de la lumière, appelées courbes de réponse spectrale, étaient très similaires parmi la plupart des appareils photo, à l'exception de quelques appareils qui présentaient des différences susceptibles d'influencer la façon dont les appareils photo détectent et reproduisent les couleurs, même en imaginant exactement la même scène."

Les chercheurs prévoient d'appliquer la méthodologie SPECTACLE à un nombre beaucoup plus important de caméras pour remplir la base de données et avoir une idée plus large des propriétés des caméras. Cela sera fait par les chercheurs ainsi que par toute personne souhaitant télécharger leurs données d'étalonnage dans la base de données. Ils poursuivent également le développement du module complémentaire iSPEX pour smartphone afin d'améliorer sa capacité à acquérir des mesures de pollution de l'eau et de l'air. Cela implique de faire progresser sa conception physique et les algorithmes pour récupérer les résultats scientifiques de ses données tout en utilisant les méthodes et la base de données SPECTACLE pour combiner les données de différents smartphones.