Обычные камеры смартфонов могут стать мощными сенсорами. Человеческий глаз способен воспринимать только три области электромагнитного спектра — красную, зеленую и синюю (RGB) — в видимом диапазоне. Вместо этого датчики камер современных смартфонов потенциально гиперспектральны, а это означает, что каждый пиксель может быть чувствительным к гораздо большему количеству спектральных диапазонов.
Сейчас ученые предложили простой способ превратить любую стандартную камеру смартфона в гиперспектральный сенсор-достаточно разместить в поле зрения карточку с диаграммой. По словам исследователей, новая технология, на которую уже подана заявка на патент, может найти применение в сфере обороны, безопасности, медицины, криминалистики, сельского хозяйства, экологического мониторинга, промышленного контроля качества, а также в проверке качества продуктов питания и напитков.
Используя камеру смартфона и спектральную цветовую диаграмму, исследователи смогли определить диапазон пропускания элитного виски и подтвердить его подлинность.
» В центре этой работы лежит простая, но мощная идея — фото никогда не является просто изображением», — отметил Семин Квон, научный сотрудник кафедры биомедицинской инженерии Университета Пердью (Вест-Лафайет, штат Индиана). — «Каждое фото содержит скрытую спектральную информацию, которую можно открыть. Получая ее, мы способны превращать повседневную фотографию в инструмент науки».
Каждая молекула имеет уникальную спектральную «сигнатуру» — степень, в которой она поглощает или отражает различные длины волн света. Высокая чувствительность к различению цветов, присущая научным гиперспектральным сенсорам, позволяет идентифицировать химические вещества по их спектральным характеристикам. Это открывает широкий спектр возможностей в медицинской диагностике, различении подлинного и фальсифицированного виски, мониторинге качества воздуха, а также в неразрушающем анализе пигментов в произведениях искусства, отметил профессор биомедицинской инженерии Университета Пердью Ян Ким.
Предыдущие исследования уже рассматривали различные способы восстановления спектральных данных с обычных RGB-камер смартфонов. Однако машинные алгоритмы, разработанные для этой задачи, обычно в значительной степени зависят от конкретных данных, на которых они обучаются. Это ограничивает их универсальность и делает уязвимыми ошибки, связанные с различиями в освещении, форматах изображений и т. д. В другом направлении использовались специальные аппаратные насадки, но они дорогие и громоздкие.
В новом исследовании ученые создали специальную цветовую референсную диаграмму, которую можно напечатать на карточке. Они также разработали алгоритм, анализирующий фотографии, сделанные смартфоном с этой картой, и учитывающий условия освещения и другие факторы. Такой подход позволяет получать гиперспектральные данные из обычных снимков с точностью 1,6 нанометра в определении длины волны видимого света, что сопоставимо с результатами научных спектрометров.
«Короче говоря, эта технология может превратить обычный смартфон в карманный спектрометр», — подчеркнул Ким.
В настоящее время ученые работают над применением новой методики в цифровой и мобильной медицине как в развитых странах, так и в условиях с ограниченными ресурсами. «Мы искренне рады, что это открывает путь к тому, чтобы сделать спектроскопию доступной и недорогой», — добавил Квон.
